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这篇文章被写为关于pwm电机控制的第6节。然而,即使您不遵循其余的文章,它还是非常相关的。
之前有一篇文章,简要说明如何在半桥PWM控制器中开关MOSFET。本文从这一点出发,给出了更多的细节,并讨论了一些更好的点。
第一张图是第一篇文章中的图。第二个显示栅极驱动波形(在驱动MOSFET上)和漏极上产生的pwm波形。当然,他们有些理想化了。
在A点,没有低边MOSFET栅极电压-MOSFET关闭,所以它的漏极电压很高。任何电机电流现在都在hiside MOSFET中循环。
在A点附近的某个栅极电压下,损耗mosfet开始导通。可能有许多MOSFET并联,它们可能并不完全平衡,因此有些可能会先于其他MOSFET启动。这就是硅的正温度系数有用的地方:任何提前开启的MOSFET都会变得更热,所以它的R打开(ds)增加,这往往会减慢它的启动,平衡MOSFET之间的电流。
指2QD电路,MOSFET栅极电压上升的速率(主要)由1K拉起到引脚14对两个电容器(C10和C11)充电的速率控制。
从A到E的整个通电周期约为1µS。“缓慢”(在200nS内,从B到C的时间)MOSFET中的电流逐渐增大,直到MOSFET传导整个电机电流。一直以来,这些低侧MOSFET的传导小于整个电机电流,其余的电机电流一定还在某处,它仍然在顶部MOSFET中循环。要想在顶部mosfet中流动,这必须是向前偏移的。
因此,在电流积累阶段(B-C),驱动mosfet在它们之间有完整的电池电压。因此,在MOSFET:V中,这是一个巨大的损耗期复写的副本x一米/2(电源电压乘以平均MOSFET电流)。
当飞轮MOSFET停止导电时,漏极电压现在开始自由下降。但是现在另一个效应发生了:在MOSFET内部有一个“巨大”的电容,连接在栅极和漏极之间(Cgd公司). 当MOSFETs源极漏极电压下降时,它必须放电,而且它只能通过吸收栅极驱动电流来实现。对于BUZ100S,这个Cgs公司通常引用为615 pF。以36V的电压放电615pF,需要很大的电流。在这一点上,在C和D之间的栅极驱动波形中有一个明显可见的“平台”,大约为300nS。
有趣的是,如果栅极驱动电流是有限的(正如它必须的那样),阶地周期会延长。阶跃期也是高损耗的,底部MOSFET承载着全电机电流,平均电压为电池的一半。
由此看来,MOSFET开关应尽可能快地进行,以获得最佳效率。不幸的是,还有其他的折衷,例如,如果你快速切换,你可能会期望一个高水平的辐射r.f.谐波干扰。
另外,如果你试图把驱动MOSFET开得太快,你正试图从顶部MOSFET快速移除飞轮电流-顶部MOSFET的栅极驱动已经关闭(希望如此),顶部MOSFET的体二极管将导通。现在MOSFET体二极管并不是二极管中最快的:BUZ100S的规格规定了最大160nS的关断时间。如果你接近这个速率,底部的MOSFET现在不仅要传导电机电流,还要在漏极电压下降之前传导顶部MOSFET的衰减关断电流。
在E点,栅极波形达到最大值:MOSFET早已开启。现在电机上的电池电压已满,电机电流将从现在开始增加,直到驱动mosfet关闭。当驱动mosfet关闭时,电机的电感使电流保持循环,电机电流略有衰减。如果电机的电感太小,那么在循环过程中,电流的“纹波”变得显著,降低了电机的效率,正是这一点决定了最小工作频率。有趣的是,对于任何一个商用电机来说,选择20kHz左右的最小值就足够了。
在F点,栅极电压关闭。现在,如果你看2QD电路,可用于关闭的驱动器基极电流是LM339可以吸收的全部电流(通常为16mA)乘以PNP驱动器的增益。栅极电压很快被移除,可能是400nS,是的,有一个可能是100nS的“后平台”。
驱动MOSFET的关闭与它的开启方式正好相反。这需要时间,而且,一旦它不再传导全部电机电流,源飞轮达到全电源电压,通过飞轮二极管/MOSFET将电机电流的平衡转储,因此还有另一对高损耗时间,最初MOSFET上的电压升高,允许飞轮开始导通,然后Rds公司随着驱动MOSFET中电流的衰减和顶部MOSFET以二极管模式导通而进一步降低。
只有当顶部的mosfet以二极管的形式传导整个电机电流后,它们才能安全地变成电阻而不是二极管。
当然,在底部MOSFET开始传导电流之前,必须移除顶部MOSFET栅极驱动器,或者在最坏的情况下(这实际上提供了最佳效率),可以在电流降到零时从顶部MOSFET移除栅极驱动器。
接收到的噪声一个可以杀死MOSFET的东西是一个高能噪声尖峰,到达错误的时间。电动机有电刷和换向器。换向器和碳刷装置产生电弧,特别是在旧的和磨损的情况下,电弧是宽带噪声的良好来源。电机和控制器之间有电线。电线充当传输线。准确地说,在有限的时间内,电机产生的波形是正确的。如果真是这样的话,据说MOSFET中的FET代表“火****晶体管”。
后记在MOSFET开关等方面可能会有更多的东西需要添加,但是前面的内容应该给读者一个很好的理解。
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