क्या यह MOSFET H-Bridge के लिए एक अच्छा डिज़ाइन है?

Question

मैं एक आर सी कार मोटर (12 वी और 2 ~ 3 ए) के लिए एक सरल लेकिन काम करने वाले एच-ब्रिज को डिजाइन करने की कोशिश कर रहा हूं।

इस पुल को एक माइक्रोकंट्रोलर से संचालित किया जाएगा और पीडब्लूएम का समर्थन करने के लिए इसे तेज करने की आवश्यकता है। इसलिए मेरे रीडिंग के आधार पर, पॉवर MOSFET सबसे अच्छा विकल्प है जब यह तेजी से स्विचिंग और कम प्रतिरोध की बात आती है। इसलिए मैं P और N चैनल पावर MOSFETs खरीदने जा रहा हूं, जो कि 24V + और 6A +, लॉजिक लेवल पर _{रेट किए गए हैं} , _{जिनमें} R R _DSon कम है , और फास्ट स्विचिंग है। क्या कुछ और है जिस पर मुझे विचार करना चाहिए?

एच-ब्रिज डिज़ाइन पर ठीक है: चूंकि मेरा एमसीयू 5 वी पर चल रहा है, इसलिए पी-चैनल एमओएसएफईटी को बंद करने में समस्या होगी, क्योंकि वी _जीएस को 12 वी + पर पूरी तरह से बंद करने की आवश्यकता है। मैं देखता हूं कि पी-चैनल एफईटी को चलाने के लिए एनपीएन ट्रांजिस्टर का उपयोग करके कई वेबसाइटें इस समस्या को हल कर रही हैं। मुझे पता है कि यह काम करना चाहिए, हालांकि, BJT की धीमी गति की गति मेरे तेज़ स्विचिंग FET पर हावी होगी!

तो पी-चैनल एफईटी को ड्राइव करने के लिए एन-चैनल एफईटी का उपयोग क्यों न करें जैसे कि मेरे पास इस डिजाइन में क्या है?

क्या यह बुरा या गलत डिज़ाइन है? क्या कोई समस्या है जो मैं नहीं देख रहा हूं?

इसके अलावा, क्या इन FET में बनाया गया उलटा डायोड मेरे मोटर के आगमनात्मक भार को रोकने (या शायद उलटने) के कारण होने वाले शोर को संभालने के लिए पर्याप्त होगा? या क्या मुझे अभी भी सर्किट की सुरक्षा के लिए एक वास्तविक फ्लाईबैक डायोड की आवश्यकता है?

योजनाबद्ध व्याख्या करने के लिए:

• क्यू 3 और क्यू 6 निम्न पक्ष एन-चैनल ट्रांजिस्टर हैं
• क्यू 1 और क्यू 4 उच्च पक्ष पी-चैनल ट्रांजिस्टर हैं, और क्यू 2 और क्यू 5 एन-चैनल ट्रांजिस्टर हैं जो उन पी-चैनल को ड्राइव करते हैं (वोल्टेज को जीएनडी तक खींचते हैं)।
• पी-चैनल को बंद रखने के लिए आर 2 और आर 4 प्रतिरोधों को खींच रहे हैं।
• R1 और R3 MCU की सुरक्षा के लिए वर्तमान सीमाएँ हैं, (सुनिश्चित नहीं हैं कि MOSFETs के साथ उनकी ज़रूरत है, क्योंकि वे बहुत अधिक वर्तमान नहीं खींचते हैं!)
• PWM 1 और 2 एक 5V MCU से आ रहे हैं।
• V _cc 12V है

Comments

आपका पद लंबी पोस्ट के लिए आपकी माफी के बिना छोटा होता, ताकि माफी जरूरी न हो :-)

— स्टीवन्वह

क्या आपके नियंत्रक से 5V बिजली चालू करने के लिए पर्याप्त है MOSfets वास्तव में चालू है? और 10k बेस रेसिस्टर्स मुझे बहुत ज्यादा लगते हैं अगर आप PWM करना चाहते हैं!

— राउटर वैन ओइजेन

@ राउटर वैन ओइजेन, मुझे वास्तव में नहीं पता, मैं इस सब के लिए नया हूं और एक सरल सर्किट बनाने की कोशिश कर रहा हूं और एच-ब्रिज आईसी का उपयोग करने से बचें क्योंकि विशेष रूप से 6 ए + का समर्थन करने के लिए कुछ की आवश्यकता होती है तो विशेष रूप से कई अन्य विचारशील भागों की आवश्यकता होती है। नीचे दिए गए सुझाव के अनुसार, मैं इसके बजाय 100। का उपयोग करने जा रहा हूं।

— फहद अल्दुराबी

@ आपने पूछा कि क्या यह सर्किट ठीक है, लेकिन आपने उस प्रकार के FET का उल्लेख नहीं किया है जिसका आप उपयोग करना चाहते हैं। तो मैं बस एक संभावित समस्या को इंगित कर सकता हूं, यह आप पर निर्भर है कि एन एफईटी की डेटशीट की जांच करें कि वे वास्तव में आपके माइक्रोकंट्रोलर द्वारा ~ 5 वी ouput को चालू करते हैं।

— राउटर वैन ओइजेन

@ राउटर वैन ओइजेन, लगभग सभी तर्क स्तर एन एफईटी है जो मैंने 5v से कम या उससे कम पर चालू करने के लिए देखा है, कुछ 2.7v के रूप में कम है, लेकिन कुछ सीमाओं के साथ।

— फहद अल्दुराबी

Answer 1

मुझे यकीन नहीं है कि आपको क्यों लगता है कि BJT, MOSFETs की तुलना में काफी धीमे हैं; यह निश्चित रूप से एक अंतर्निहित विशेषता नहीं है। लेकिन FET का उपयोग करने में कुछ भी गलत नहीं है यदि आप जो पसंद करते हैं।

और मोसेट गेट्स को वास्तव में वर्तमान की महत्वपूर्ण मात्रा की आवश्यकता होती है, खासकर यदि आप उन्हें जल्दी से स्विच करना चाहते हैं, तो गेट कैपेसिटेंस को चार्ज और डिस्चार्ज करने के लिए - कभी-कभी कुछ एम्प्स तक! आपके 10K गेट प्रतिरोधक आपके संक्रमण को काफी धीमा करने जा रहे हैं। आम तौर पर, आप स्थिरता के लिए, गेट्स के साथ श्रृंखला में सिर्फ 100Ω या इसके प्रतिरोधों का उपयोग करेंगे।

यदि आप वास्तव में तेजी से स्विच करना चाहते हैं, तो आपको एमसीयू और पावर एमओएसएफईटी के पीडब्लूएम आउटपुट के बीच विशेष-उद्देश्य गेट-ड्राइवर आईसी का उपयोग करना चाहिए। उदाहरण के लिए, इंटरनेशनल रेक्टिफायर में ड्राइवर चिप्स की एक विस्तृत श्रृंखला है, और ऐसे संस्करण हैं जो आपके लिए पी-चैनल एफईटी के लिए उच्च-साइड ड्राइव के विवरण को संभालते हैं।

अतिरिक्त:

आप कितनी तेजी से FET को स्विच करना चाहते हैं? हर बार जब कोई स्विच चालू या बंद करता है, तो यह संक्रमण के दौरान ऊर्जा की एक पल्स को फैलाने वाला होता है, और जितना छोटा आप इसे बना सकते हैं, उतना ही बेहतर होगा। पीडब्लूएम चक्र आवृत्ति द्वारा गुणा की गई यह पल्स, एफईटी को अलग करने के लिए आवश्यक औसत शक्ति का एक घटक है - अक्सर प्रमुख घटक। अन्य घटकों में ऑन-स्टेट पावर (I _D ² × R _{DS (ON)} को PWM ड्यूटी चक्र द्वारा गुणा किया गया है) और किसी भी ऊर्जा को ऑफ-स्टेट में बॉडी डायोड में डंप किया गया है।

स्विचिंग घाटे को मॉडल करने का एक सरल तरीका यह है कि तात्कालिक शक्ति लगभग त्रिकोणीय तरंग है जिसका शिखर (V _CC / 2) × (I _D / 2) है और जिसका आधार संक्रमण समय T _RISE या T _{FALL के} बराबर है । इन दो त्रिकोणों का क्षेत्र प्रत्येक पूर्ण पीडब्लूएम चक्र के दौरान विघटित होने वाली कुल स्विचिंग ऊर्जा है: (T _RISE + T _FALL ) × V _CC × I _D / 8. औसत स्विचिंग-लॉस पावर प्राप्त करने के लिए इसे PWM चक्र आवृत्ति से गुणा करें।

मुख्य चीज जो वृद्धि और गिरावट के समय पर हावी है, आप कितनी तेजी से MOSFET के गेट पर गेट चार्ज को स्थानांतरित कर सकते हैं। एक विशिष्ट मध्यम आकार के MOSFET में 50-100 nC के आदेश पर कुल गेट चार्ज हो सकता है। यदि आप उस चार्ज को स्थानांतरित करना चाहते हैं, तो कहें, 1 that, आपको कम से कम 50-100 mA के गेट ड्राइवर की आवश्यकता होती है। यदि आप चाहते हैं कि यह दो बार तेजी से स्विच करे, तो आपको दो बार वर्तमान की आवश्यकता होगी।

यदि हम आपके डिज़ाइन के लिए सभी नंबरों को प्लग करते हैं, तो हमें यह मिलता है: 12V × 3A × 2 /s / 8 × 32kHz = 0.288 W (प्रति MOSFET)। अगर हम 20m assume के R _{DS (ON)} और 50% का एक कर्तव्य चक्र मान लेते हैं , तो I ² R नुकसान 3A ² × 0.02 ² × 0.5 = 90 mW (फिर, प्रति MOSFET) होगा। एक साथ, किसी भी समय दो सक्रिय FET स्विचिंग के कारण लगभग 2/3 वाट बिजली का प्रसार करने वाले हैं।

अंतत:, यह एक ट्रेडऑफ़ है कि आप सर्किट को कितना कुशल बनाना चाहते हैं और आप इसे अनुकूलित करने में कितना प्रयास करना चाहते हैं।

Comments

उत्तर के लिए धन्यवाद, - मुझे सही करें अगर मैं गलत हूं, लेकिन मैंने डेटाशीट में जो देखा है, उसके आधार पर, जो कि तेजी से स्विचिंग BJTs के रूप में माना जाता है, में माइक्रो सेकंड में मान बदलते हैं, जबकि मस्जिद 10 सेकंड के नैनो सेकंड में हैं (कुछ हो सकते हैं कि मैंने नहीं देखा है जो कि जितनी तेजी से हो सकता है)। प्रतिरोधों के लिए मैं 100Ω धन्यवाद का उपयोग करूंगा। अंतिम, क्या तेजी से स्विचन के रूप में माना जाता है जिसे गेट-ड्राइवरों की आवश्यकता हो सकती है? मैं अपने mcu में PWM की गति को डिफ़ॉल्ट 32K से 10k या 1k जैसे निचले मूल्यों में बदल सकता हूं।

— फहद अल्दुराबी

मुझे नहीं पता कि BJTs आप क्या देख रहे थे। यहां तक ​​कि जेलीबीन 2N3904 में 35-50 एनएस के आदेश पर वृद्धि / गिरावट / देरी होती है।

— डेव ट्वीड

क्या आप अन्य तेज BJTs सुझा सकते हैं जो ~ 6A को संभाल सकते हैं?

— फहद अल्दुराबी

अपने मूल प्रश्न के संदर्भ में, आप पीएफईटी को चलाने के लिए एनपीएन ट्रांजिस्टर का उपयोग करने पर आपत्ति कर रहे थे। मैं सिर्फ 2N3904 की तरह कुछ कह रहा हूँ उसके लिए ठीक होगा।

— डेव ट्वीड

"ऑन-स्टेट पावर: 0.5 × ID ^ 2 × RDS (ON)" 0.5 क्यों?

— m.Alin

Answer 2

MOSFET फाटकों को बिना किसी प्रतिरोध या प्रतिबाधा के एक साथ बांधना बेहद बुरा व्यवहार है। Q5 और Q3 को बिना किसी पृथक्करण के साथ-साथ Q2 और Q6 के साथ बांधा गया है।

यदि आप इन FETs को मुश्किल से चलाते हैं (जिस पर आपको संदेह है कि आप क्या करेंगे), गेट्स एक दूसरे के साथ बज सकते हैं, जिससे उच्च-आवृत्ति (मेगाहर्ट्ज) के स्पुरियस टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ संक्रमण होते हैं। यह आवश्यक गेट प्रतिरोध को समान रूप से विभाजित करने और प्रत्येक गेट के साथ श्रृंखला में एक रोकनेवाला लगाने के लिए सबसे अच्छा है। यहां तक ​​कि कुछ ओम पर्याप्त हैं। या, आप दो फाटकों में से एक पर फेराइट बीड लगा सकते हैं।

Comments

सलाह के लिए धन्यवाद, मैं छोटे प्रतिरोधों को सी 2, क्यू 3, क्यू 5 और क्यू 6 के साथ श्रृंखला में रखूंगा। और मुझे लगता है कि आर 1 और आर 3 की अब कोई ज़रूरत नहीं होगी।

— फहद अल्दुराबी

सही बात। जो भी गेट रेसिस्टर आप उपयोग करने का इरादा रखते थे, उसे डुप्लिकेट करें और प्रत्येक गेट के साथ श्रृंखला में एक डालें।

— एडम लॉरेंस

यह सलाह वास्तव में एच-ब्रिज के मामले के लिए गलत है। एच-ब्रिज के साथ, आपको अतिरिक्त प्रतिरोधक नहीं चाहिए; इसके बजाय आप यह सुनिश्चित करना चाहते हैं कि आप कुछ छोटी राशि के समय (एक माइक्रोसेकंड के आदेश) द्वारा कम अंत को चालू करने से पहले उच्च छोर को बंद करके शूट-थ्रू नियंत्रण करते हैं

— जॉन वाट

@JonWatte शूट-थ्रू नियंत्रित करने के लिए उच्च-पक्ष और निम्न-साइड टाइमिंग महत्वपूर्ण है, मैं मानता हूं, लेकिन एक-दूसरे के साथ बजने से बचने के लिए हमेशा MOSFETs को अलग होने की आवश्यकता होती है।

— एडम लॉरेंस

क्यों होता है पतन? यदि आप शूट-थ्रू डिज़ाइन करते हैं या नहीं, तो रिंगिंग के बारे में मेरी बात वैध है। यदि द्वार एक-दूसरे के साथ बज रहे हैं, तो वे आपके नियंत्रण इनपुट (गेट ड्राइव सिग्नल) के बावजूद व्यवहार कर रहे हैं जो कि बुरी खबर है कि आप क्या नियंत्रित कर रहे हैं!

— एडम लॉरेंस

Answer 3

पी-चैनल एफईटी के गेट के लिए पुल-अप प्रतिरोध दो बड़े परिमाण के क्रम पर है। मैंने एक कम-आवृत्ति (<1 kHz) H- पुल को इस तरह से उड़ाया जैसे 220 ओम पुल-अप के साथ चल रहा हो; मैं अब 100 ओम पर हूं और यह ठीक काम करता है। समस्या यह है कि यह पूर्ण-वाट के नुकसान के लिए, पी-चैनल को चालू करते समय पुल-अप के माध्यम से महत्वपूर्ण परजीवी प्रवाह का कारण बनता है! इसके अलावा, पुल-अप रेज़िस्टेंट को बीफ़ करने की ज़रूरत है - मैं कुछ 1/4 वाट को बराबर करता हूं, और मैं 300 हर्ट्ज की तरह पीडब्लूएम को बहुत कम चलाता हूं।

इसका कारण यह है कि आपको MOSFET को पूरी तरह से बंद / चालू करने के लिए बहुत कम समय के लिए गेट में बहुत अधिक करंट लगाने की जरूरत है। यदि आप इसे "बीच में" स्थिति में छोड़ देते हैं, तो प्रतिरोध इतना अधिक होगा कि यह डिवाइस को गर्म करता है और बहुत जल्दी जादू को बाहर निकलने देता है।

इसके अलावा, PWM नियंत्रण के लिए गेट रोकनेवाला रास्ता बहुत अधिक है। यह भी, तेजी से पर्याप्त ड्राइव करने के लिए 100 ओम या उससे कम के आदेश पर होना चाहिए। यदि आप किलोहर्ट्ज़ या उससे अधिक गति पर पीडब्लूएम चलाते हैं, तो आपको और भी अधिक की आवश्यकता है, इसलिए उस बिंदु पर, ड्राइवर आईसी के लिए जाएं।

Comments

= 1 इसका अच्छा है कि किसी को पता चलता है कि सर्किट शौक के मानकों से भी बकवास है।

— ऑटिस्टिक

Answer 4

मुझे इस तथ्य से थोड़ी चिंता है कि आपके पास पुल के दोनों किनारे एक ही नियंत्रण संकेतों से जुड़े हैं। आपके एन-एफईटी बफर / इनवर्टर द्वारा लगाए गए अतिरिक्त विलंब के साथ, आप एच-ब्रिज के दोनों तरफ ऊपरी और निचले एफईटी दोनों को कम समय के लिए एक ही समय पर कर सकते हैं। यह आधा पुल पैर के माध्यम से शूट करने के लिए महत्वपूर्ण वर्तमान का कारण बन सकता है और संभवतः आपकी शक्ति एफईटी को भी नुकसान पहुंचा सकता है।

मैं FET ड्राइव सिग्नल के सभी चार के लिए आपके MCU से अलग कनेक्शन प्रदान करूंगा। इस तरह आप पुल के उसी तरफ दूसरे FET पर स्विच करने से पहले एक FET को स्विच करने के बीच एक मृत समय होने के लिए डिज़ाइन कर सकते हैं।

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मेरे पास यह पहले से ही है और दिशा को उलटने से पहले दोनों इनपुट्स (GND) को सेट करने के लिए mcu से एक छोटी सी देरी शुरू करने की योजना है।

— फहद अल्दुरैबी

Answer 5

R1 और R3 80 या 100 ओम होना चाहिए .. और आपको R1 और R3 के ठीक बाद पुल 1kohm प्रतिरोध जोड़ने की जरूरत है, इसे 0 पर खींचने के लिए जब भी इसकी पूरी तरह से बंद सुनिश्चित करने के लिए..और जैसे आपको बताया गया है कि यदि आप उपयोग करते हैं mosfet ड्राइवर यह बेहतर होगा और कंट्रोलर के लिए अधिक सुरक्षित होगा..और बाकी सर्किट ठीक है .. एक और बात यह है कि यह सुनिश्चित करने के लिए कि (यह नैनो सेकंड में) और बंद करने के लिए mosfet डेटशीट की जाँच करें। अपने pwm वांछित आवृत्ति के साथ काम करते हैं ..