自举是一个至关重要的方面,你会发现在所有h桥或全桥网络与n沟道mosfet。
这是一个过程,在这个过程中,高侧mosfet的栅极/源极终端被切换,电压至少比其漏极电压高10V。也就是说,如果漏极电压是100V,那么有效栅极/源极电压必须是110V,才能使100V从漏极完全转移到高边mosfet的源极。
没有引导设施一个h桥拓扑与相同的mosfet根本不会工作。
我们将试着通过逐步的解释来了解细节。
只有当h桥中的4个设备的极性完全相同时,才需要自举网络。通常这些是n沟道mosfet (4p沟道由于明显的原因从未被使用)。
下图显示了一个标准的n通道h桥结构
mosfet拓扑结构的主要功能是以触发器的方式切换“负载”或该图中的初级变压器。意思是,通过连接的变压器绕组产生一个交流推挽电流。
为了实现这一点,对角线布置的mosfet同时开关ON/OFF。这是对角线对交替循环的。例如,对Q1/Q4和Q2/Q3是一起开关ON/OFF,交替。Q1/Q4为ON时,Q2/Q3为OFF, Q2/Q3为OFF。
上述作用迫使电流通过所连接的变压器绕组交替地改变其极性。这又会导致变压器二次侧的感应高压也改变其极性,在变压器二次侧产生预期的交流或交流输出。
什么是高边低边mosfet
上面的Q1/Q2被称为高侧mosfet,下面的Q3/Q4被称为低侧mosfet。
低侧mosfet的参考引线(源端)与接地线适当地连接。然而,高边mosfet没有直接接入参考接地线,而是连接到变压器初级。
我们知道场效应晶体管的“源”端或BJT的发射极必须连接到公共接地线(或公共参考线),以使其能够正常传导和切换负载。
在h桥中,由于高边mosfet无法直接接入共地,用正常的栅极直流(Vgs)有效地开关它们成为不可能。
这就是问题出现的地方,引导网络变得至关重要。
为什么这是一个问题?
我们都知道BJT需要在基极/发射极之间至少0.6V才能完全传导。类似地,一个场效应晶体管需要大约6到9V通过它的栅极/源来完全传导。
这里,“完全”是指mosfet漏极电压或BJT集电极电压的最佳转移到各自的源/发射极终端,以响应栅极/基极电压输入。
在h桥中,低侧mosfet的开关参数没有问题,这些可以正常和最佳地切换,而无需任何特殊的电路。
这是因为源引脚总是处于零或地电位,允许栅极在源以上指定的12V或10V处升高。这满足了mosfet所需的开关条件,并允许它将漏极负载完全拉到地平面。
现在,观察高侧mosfet。如果我们在其栅极/源极上施加12V,场效应管最初反应良好,并开始将漏极电压导至源极端子。然而,当这种情况发生时,由于负载(变压器初级绕组)的存在,源管脚开始经历一个上升的电位。
当该电势上升超过6V时,mosfet开始失速,因为它没有更多的“空间”进行传导,当源电势达到8V或10V时,mosfet停止传导。
让我们通过下面的简单示例来理解这一点。
在这里,可以看到负载连接在场效应晶体管的源,在h桥中模拟hi侧场效应晶体管的条件。
在这个例子中,如果你测量通过电机的电压,你会发现它只是7V,尽管12V应用在漏极侧。
这是因为12-7=5V是裸最小栅极/源极或Vgs这被mosfet用来保持导通。因为这里的电机是一个12V的电机,它仍然随着7V电源旋转。
如果假设我们使用一个50V的电机,在漏极上使用50V电源,在栅极/电源上使用12V电源,我们可能会看到电源上只有7V电源,在50V电机上绝对没有运动。
然而,如果我们在场效应晶体管的栅极/源极上施加62V左右的电压。这将立即打开场效应晶体管,其源电压将迅速开始上升,直到达到最大50V漏极水平。但即使在50V源电压下,62V栅极仍然比源高62 - 50 = 12V,使场效应晶体管和电机完全导电。
这意味着,在上述例子中的门源终端将需要大约50 + 12 = 62V的东西,以使50V电机的全速开关。因为这允许场效应晶体管的栅极电压水平适当地提高到指定的12V水平以上的源.
为什么Mosfet Burn没有这么高的Vgs
这是因为一旦栅极电压(Vgs),漏极侧的高电压立即接通,它冲到源端,消除多余的门/源电压。最后,只有有效的12V或10V在门/源渲染。
意思是,如果100V是漏极电压,110V施加在栅极/源极上,那么来自漏极的100V会冲到源极,抵消施加的100V栅极/源极电位,只允许+ 10V操作程序。因此,mosfet能够安全运行而不燃烧。
是什么引导
从上面的段落中,我们理解了为什么我们需要比漏极电压高约10V作为h桥高边mosfet的Vgs。
完成上述过程的电路网络称为h桥电路中的自举网络。
在标准的h桥驱动IC中,自举是通过添加一个二极管和一个带有高侧mosfet的栅/源的高压电容器来实现的。
当低侧场效应晶体管开关接通(高侧场效应晶体管关闭)时,HS引脚和开关节点接地。Vdd电源通过旁路电容器,通过自举二极管和电阻器为自举电容器充电。
当低侧场效应管关闭,高侧场效应管打开时,栅极驱动器和开关节点的HS引脚连接到高压母线HV;bootstrap电容通过门驱动器的HO和HS引脚将一些存储的电压(在充电过程中收集)放电到高侧FET,如图所示。
更多的信息,你可以参考这篇文章
一种实用电路的实现
在彻底学习了上述概念后,您可能仍然对实现h桥电路的正确方法感到困惑。这是给你们所有人的一个应用电路,有详细的描述。
通过以下几点可以理解上述H桥应用设计的工作:
这里的关键方面是发展一个跨越10uF的电压,使它成为等于“期望的负载电压”加上电源12V在高侧mosfet的栅极,在他们的ON期间。
所示的配置非常有效地执行此操作。
假设时钟1是高的,而时钟2是低的(因为它们应该交替计时)。
在这种情况下,右上方的mosfet变为OFF,而左下方的mosfet变为ON。
10uF电容通过1N4148二极管和更低的mosfet漏极/源极快速充电至+12V。
在接下来的瞬间,一旦时钟#1变得低,时钟#2变得高,电荷通过左10uF开关上的左上MOSFET立即开始导电。
在这种情况下,其漏极电压开始冲向其源极,同时电压开始推入10uF电容器,以这样的方式,现有电荷+12V“坐”在这个瞬间推动MOSFET端子的电压。
通过源端将漏极电位加到10uF电容中,确保两个电位加起来,使场效应晶体管栅极/源端的瞬时电位刚好高于漏极电位+12V左右。
例如,如果漏极电压被选择为100V,那么这100V将推入10uF,造成连续的补偿电位栅极电压,保持在刚好高于100V的+12。
我希望这能帮助你理解高侧自举的基本工作采用分立电容二极管网络。
结论
从上面的讨论中,我们了解到自举对于所有h桥拓扑是至关重要的,以允许有效的高边mosfet的ON开关。
在这个过程中,通过高侧mosfet的栅极/发射极适当选择的电容器被充电到比施加的漏极电压水平高12V。只有当这种情况发生时,高边mosfet能够开关ON,并完成预期的推拉开关的连接负载。
你的解释有个小错误…
“假设时钟1高,时钟2低(因为它们应该交替计时)。
在这种情况下,右上方的mosfet变为OFF,而左下方的mosfet变为ON。”
应该是左上,不是吗?
即时钟1打开左下mosFET,同时打开左上BJT,将左上mosFET栅极拉到地,关闭它。时钟2关闭右下的mosFET,伴随着右手BJT,然后反向偏误右手1n4148,允许右手电容施加12v+源电压到右手上的mosFET栅极。
在振荡的任何时刻,只有对角连接的MOSFET保持开启状态,最后一个电路满足这一要求。
你好,非常好的教程,谢谢
我有个问题!我用IR2110驱动H桥,我的MOSFET是IRF1404。
当我打开电路,在空载状态下,输出电压是12伏,但当我连接负载时,输出电压变成零!请帮我解决这个问题。谢谢你!
你好,感谢你喜欢这个帖子,在连接负载后,检查低侧mosfet的栅极频率,如果没有振荡,那么你的IC可能不能正常工作……另外,确保在每个mosfet的栅极源上连接1K。还要确保SD引脚与接地线....连接确认HIN、LIN输入是否正确地从外部振荡器获得振荡而施加负载
优秀的教程。谢谢你,兄弟…
谢谢,这是我的荣幸!
你知道我们的工作是什么吗?
关于这个电路,我想我已经了解了它的要点,我正在尝试为涡轮分子泵构建一个简单的三相vfd,我一直停留在这一点上。这篇文章帮助了很多,但我有一个简单的问题:
关于bc547,如果我理解正确,这个晶体管将把电容放电到地上,在我的情况下,这个电容将充电到所需的负载电压,高于100v加上栅极的12v,如果是这种情况,我们是否需要为这种电压选择一个阿片晶体管?也许我错过了什么。
很高兴这篇文章帮助你理解了这个概念。
是的,你是对的,对于100V晶体管可能需要改变,尽管它可能不是太关键,由于1k系列电阻的存在。但是为了更好的安全,你可以在你的情况下使用120 V额定晶体管....
好的,我很好explicación,我很感谢你,你不知道你在recuperación rápida吗?
我们可以计算电阻的冷凝量
如果工作频率超过5 kHz,二极管可以快速恢复,否则1N4148就可以了。电容器的计算实际上是非常复杂的,你可以在这里找到公式:
//www.addme-blog.com/arduino-3-phase-inverter-circuit-with-code/
先生,我真的很高兴看到这个教程。我一直试图理解为什么我的h桥逆变器高侧mosfet比低侧mosfet更温暖。这个话题对我很有帮助。谢谢你的分享。
谢谢你,穆罕默德,很高兴帮了你!
日安,斯瓦塔姆,我想感谢你的努力。请问你们能生产一些你们项目的pcb吗?你造一个pcb需要多少钱?
谢谢,不幸的是,目前我不从事制造业,所以我可能无法获得PCB。
早上好先生,
我将如何添加更多的mosfet,以达到瓦特?
比如,我用的irf44n是40A 55V
我想要的是120A!
我将如何安排?
如果有电路图,我会很喜欢的,谢谢
的例子,
您可以通过将MOSFET的栅极/漏极/源极连接在一起来并行添加MOSFET,只需确保连接尽可能短且足够厚即可
长官,我能看看电路图吗,长官
Hi I’ve simulated the circuit above in LTSpice. I get extreme current spikes on the supply voltage (short circuits) due to the upper and lower mosfets both conducting at the same time during clock level transitions. Separating the clock line and providing dedicated clocks with some deadtime inbetween solves the problem. I wonder how you got around that problem in your practical implementations?
下午好,先生,我遇到了一个严重的挑战,我建造了一个hbridge,我建造了boostrapimg驱动HBridg,而sg3524用于驱动boostrap,但当我给它通电时,我的mosfet会熔断,或者有时电压会下降到无法从振荡器板输出的程度,但是如果我单独给振荡器板供电,它就可以正常工作。请问原因是什么
嗨,Faith,你建了哪条赛道?请给我看一下示意图…
感谢swagatam提供这样一个信息丰富的博客。我真的很感激。
谢谢你,瑞克!很高兴你喜欢它!