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芯片IR210x系列自举升压技术详解:驱动MOS半桥电路的工作原理与电压控制

 2025年02月09日  阅读 5

摘要:是为电容器充电,然后使用跳转电压来升高电容器的负电压端,因为电容器的两个端之间的电压差无法突然更换,那么正电压端将获得比比电源。高压。1。芯片系列是用于驱动MOS半桥电路的特殊芯片。引导功率是通过外部二极管D1和电容器C1获得的(二极管可以防止在提升后电源...

是为电容器充电,然后使用跳转电压来升高电容器的负电压端,因为电容器的两个端之间的电压差无法突然更换,那么正电压端将获得比比电源。高压。

1。芯片系列是用于驱动MOS半桥电路的特殊芯片。引导功率是通过外部二极管D1和电容器C1获得的(二极管可以防止在提升后电源倒回)。它用于驱动上部MOS管,浮动端对应于VS,电源的正极对应于电压后的VB。

从半桥驱动器芯片的功能框图中,我们可以看到实际的输出MOS驱动程序引脚与推拉扣输出结构相似。它驱动了上MOS的销钉。当输出较高时,其销钉的实际高级电压为VB引脚电压,并且在水平下输出较低,其PIN的实际低电平电压是销电压。

输出水平 - >高级低水平

ho vb vs

lo vcc com

由于MOS管的电压是VGS(通常小于VCC),因此下Mos Tube Q4只需要在Q4的G极点输出高水平(S POL接地至0V), IS,LO PIN VCC的输出应大于或等于VGS(Th);

对于上部MOS管Q2,如果HO引脚的VB输出等于VCC,则VBU电压打开至点A+点A+(Q2的S极),并且Q2 = VCC -VCC -VCB的VGS,VBUS通常更大,VBUS通常更大与VCC相比,目前,VGS小于VGS(Th),导致Q2断开连接。

因此,上部Mos Tube Q2不能简单地以与下Mos Tube Q4相同的方式应用VGS(Th)。它需要通过引导式提升电路,并且不会关闭,因为S-Pole电压在上部Mos Tube Q2打开后上升。 ,这要求G极和S极之间的压力差总是大于或等于VGS(Th)。

对于上部 Q2,在引导启动后,可以将VB点电压升至VCC+VBU,HO PIN输出高级别的VB,VGS始终大于或等于VCC,并且VCC大于VGS(TH)(TH) ),可以实现第二季度的指导通行证。

应该注意的是,外部半桥上的上和下MOS管不能同时打开,避免了直接应用于地面的VBU引起的短路。这种类型的半桥驾驶员芯片通常具有自己的死区保护时间,也就是说,当关闭一个Mos Tube并且需要打开另一个Mos Tube时,芯片将不会立即响应,并且会延迟一段时间打开,参数。选择模型时,您可以注意死时间是否带有其自身的死时间来减轻编程负担;死时间是否大于Mos Tube的关闭时间以避免短路。

2。接下来的两个数字是典型的应用电路和半桥驱动器芯片的内部功能框图,图形分别是引导程序电阻,二极管和引导程序电容器。

假设自举电容器在上桥开关管的关闭期间已经充电了足够的电压(约15V),当hin高时,VM1被打开并关闭VM2,并且电容器上的电压直接应用于上桥开关管。登机口和发射极,引导电容器通过上桥开关管的栅极收费电容器(上桥开关管的栅极接合电容器)被释放。目前,自举电容器的电压可以视为电压源。

当hin较低时,VM2会打开并关闭VM1。上桥开关管门的电荷很快通过R1和VM2释放,并且上桥开关管被关闭。

短暂的死时间后,LIN高,较低的桥开关管打开,通过15V电源并通过较低的桥开关管充电,迅速补充能量。这个周期重复。

注意:驱动器电阻器的选择与开关管的开放速度和关闭速度直接相关,这反过来影响其开关损耗(开放损失和关闭损失),并进一步影响了功率模块的温度升高。

3。建造的H桥驱动器电路的详细说明

1。简介

在学习此部分之前,您需要掌握基本H- 的工作原理。有关详细信息,请参阅此博客: Chip(H-,DC 方法)

自建造的H桥驾驶电路通常包括两个部分:半桥/全桥驾驶芯片和Mos Tube。可以通过自我建造的H桥驱动器的电流几乎由Mos Tube的电流电流确定。因此,通过选择适当的MOS管,可以设计一个驱动高电动机的H桥驱动电路。

2.NMOS管

选择MOS管以建造H桥时,您需要注意以下参数:

★1。排水电流(ID):此电流限制可以连接到电动机的最大电流(通常,有必要选择电动机被阻塞时大于电动机的电流电机被阻塞)。极端电流的最大泄漏约为160a,可以完全满足大多数电动机的需求。

互补推挽电路工作原理_互补推挽电路作用_互挽推动电路

★2。栅极源阈值电压/开放电压(VTH):该电压是打开MOS管所需的最小电压,还将确定随后的半桥驾驶芯片的选择和设计(即芯片的输出电压门控制引脚)。最大门源阈值电压为2.3V。

★3。电阻(RDS)的排水源:这种电阻是当MOS管打开时,漏极和源之间的损耗内部电阻,这将决定电动机旋转时在Mos管上的热量产生,因此越多。越小越好。排水抗性为3.3mΩ。

★4。最大排水源电压(VDS):该电压是可以承受的最大电压,可以承受排水源的MOS管之间,并且必须大于施加到H桥上的电动机驾驶电压。最大排水源电压为30V。满足7.4V的设计需求。

3。半桥驾驶员芯片

在H桥驾驶电路中,总共需要4个MOS管。这四个MOS管的传导和切割需要一个特殊的芯片来控制,即要引入半桥/全桥驱动器芯片。

★所谓的半桥驾驶员芯片是一种驾驶员芯片,只能在H桥一侧控制2个MOS管(如上所述的博客中所述)。因此,当使用半桥驱动器芯片时,需要其中两个芯片来控制完整的H桥。

★相应地,全桥驱动器芯片可以直接控制4个MOS管的传导和截止,一个芯片可以完成完整的H桥的控制。

这里使用了半桥驱动器芯片,因此在示意图中,您可以看到每个H桥需要使用两个芯片。

1。典型的电路设计(来自数据表)

2。引脚功能(来自数据表)

★VCC是芯片的电源输入,手册中给出的工作电压为10〜20V。 (这就是为什么它需要提高到12V的原因)

★IN和SD用作输入控件,可以共同控制电动机的旋转状态(转向,速度以及是否旋转)。

★VB和VS主要用于形成引导电路。 (稍后将详细说明)

★HO和LO连接到Mos Tube Gate,该门分别用于控制高端和低端MOS的传导和关闭。

★COM PIN直接接地。

3。引导电路

这部分是关于了解该芯片的困难,需要详细解释。从上面的典型电路图和原始设计示意图,可以发现芯片在VCC和VB引脚之间连接了二极管,并且在VB和VS之间连接的电容器之间连接了二极管。这形成了引导电路。

功能:在高端和低端MOS管中已经提到,因为载荷(电动机)相对于高端和低端位置不同,并且MOS的开口条件为VGS> VTH,这将导致高端MOS打开。然后,到达地面所需的电压相对较大。

附加注意:由于低侧MOS源是接地的,如果您想打开,则只需要使其门电压大于交通电压VTH即可。当高侧MOS源连接到负载时,如果打开高侧MOS,其源电压将上升到H桥驱动电压。目前,如果通往地面电压的大门保持不变,VG可能小于VTH并关闭。因此,如果您想打开高端MOS,则必须找到一种使其VG始终大于或大于VTH的方法)。

首先,查看内部原理框图(来自数据表)。这种类型的芯片的内部原理基本上是相似的。右侧的两个门控制引脚(HO和LO)通过一对PMO和NMO彼此互补。

引导电路工作流程图:

以下电路图仅绘制桥的一半,而工作原理的另一半是相同的,因此省略了。

假设VCC = 12V,VM = 7.4V,并且的打开电压VTH = 6V(未使用2.3V,原因是稍后解释)。

互补推挽电路工作原理_互补推挽电路作用_互挽推动电路

(1)。第一个阶段:首先,给对应于IN和SD的控制信号,使HO和LO穿过左侧的内部控制电路(使互补PMOS的上和下对的两对互补PMO和NMO和NMOS和NMO NMO分别输出低水平和高度,目前关闭了H桥的高端MOS,低端MOS开启,并且电动机电流沿着②线同时,VCC通过引导电容器通过引导电容器(①线)充电,因此电容器两端之间的电压差为VCC = 12V。

(2)。阶段2:此阶段是在芯片内部自动生成的,即死区控制阶段(在H桥中引入,上下MOS不能同时打开,否则VM将直接打开传递到GND并将燃烧短路)。 HO和LO输出均低,高和低侧MOS关闭,并且先前在低侧MOS栅极上施加的电压通过①线排放。

(3)。第三阶段:如图所示,左侧的内部MOS管被打开和SD。由于电容器上的电压无法突然变化,因此可以将引导程序电容器(12V)的电压添加到高侧MOS的门和来源,以便高侧MOS也可以保持一定的时间时间。目前,高侧MOS的源对地面电压为≈VM= 7.4V,闸门电压为≈VM+VCC = 19.4V,电容器上的电压为12V,因此高侧MOS可以正常打开。

(目前,二极管= VM的两端之间的压力差,因此选择二极管时,有必要确保二极管的反向承受电压值大于VM。

注意:由于此时电容器连续放电,因此电压差将逐渐降低。最后,电容器向接地电压(即高侧MOS栅极到接地电压)的正极电极将降至VCC,因此高侧MOS的栅极源电压将≈VCC-VM = 12V-7.6V = 4.4V = 4.4 v <vth = 6V,高侧MOS仍将被关闭。

补充摘要:

★因此,如果要使高端MOS连续打开,则自举电容器必须连续充电和放电,也就是说,循环处于上述三个阶段(高和低端MOS处于旋转状态传导态,并且可以将控制信号输入到PWM中,以确保高端MOS传导。 二极管主要用于防止回流到VCC并损坏电容器时损坏电路。

★但是,在上面的驱动板上执行实际测试时,您会发现没有必要打开高端和低端MOS进行正常工作。这是因为即使引导电容器放电结束,高端MOS滴的栅极源电压也是如此。到4.4V,它仍然大于VTH = 2.3V。

因此,在上述驾驶板中,引导加载器电路没有效果吗?当然不是。由于MOS管的特性,引导加载器电路还可以在增加栅极源电压的同时减少MOS管的抗性,从而减少由于热量损失,因此仍然建议使用旋转传导方法来使用旋转的传导方法使用自举电容器产生的大电压差来打开并操作MOS管。

4。控制逻辑

正时控制图:

简而言之,它是SD控制输出(主动高级别)的开关,并且在控制栅极输出引脚的高水平和低水平(即H桥MOS管的开关)。

在最高的驾驶员板中,SD连接到VCC,这意味着它处于通常打开状态的输出中。您只需要将相应的控制信号输入到IN PIN上即可驱动电动机。

以上是半桥的驾驶方法,必须同时控制两个H桥。

以上面设计的运动驱动板为例,驾驶真相表:

更改PWM的占空比以更改电动机速度。

5。相关补品

★1。 二极管通常是二极管(例如上述驾驶板中的二极管)。

选择引导电容器时,其承受电压值必须大于VCC,并留下一定的边距(例如上述驱动板中的16V触觉电容器)。自举电容器的电容值选择需要一定的计算。有关详细信息,您可以自己搜索它,也可以参考此链接:自举电容器的选择。该驾驶员板使用1UF触觉电容器,该电容器已经过测试并稳定运行。一般而言,PWM的输入频率越大(即电容器充电和放电频率),所需的电容值越小。

★2。 H桥Mos管栅极中的电阻主要用于限制电流并抑制振荡。为了加快MOS管的速度,可以在栅极源或与栅极串联电阻的反向平行的二极管之间并行连接10K电阻。在线内容有很多介绍。

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原文链接:http://wen.bjhwtx.com/post/2236.html

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