「電路分析」PWM速度控制6：MOSFET半橋開(kāi)關(guān)

這篇文章被寫(xiě)為關(guān)于pwm電機控制的第6節。然而，即使您不遵循其余的文章，它還是非常相關(guān)的。

之前有一篇文章，簡(jiǎn)要說(shuō)明如何在半橋PWM控制器中開(kāi)關(guān)MOSFET。本文從這一點(diǎn)出發(fā)，給出了更多的細節，并討論了一些更好的點(diǎn)。

第一張圖是第一篇文章中的圖。第二個(gè)顯示柵極驅動(dòng)波形（在驅動(dòng)MOSFET上）和漏極上產(chǎn)生的pwm波形。當然，他們有些理想化了。

在A(yíng)點(diǎn)，沒(méi)有低邊MOSFET柵極電壓-MOSFET關(guān)閉，所以它的漏極電壓很高。任何電機電流現在都在hiside MOSFET中循環(huán)。

在A(yíng)點(diǎn)附近的某個(gè)柵極電壓下，損耗mosfet開(kāi)始導通?？赡苡性S多MOSFET并聯(lián)，它們可能并不完全平衡，因此有些可能會(huì )先于其他MOSFET啟動(dòng)。這就是硅的正溫度系數有用的地方：任何提前開(kāi)啟的MOSFET都會(huì )變得更熱，所以它的R打開(kāi)（ds）增加，這往往會(huì )減慢它的啟動(dòng)，平衡MOSFET之間的電流。

指2QD電路，MOSFET柵極電壓上升的速率（主要）由1K拉起到引腳14對兩個(gè)電容器（C10和C11）充電的速率控制。

從A到E的整個(gè)通電周期約為1μS?！熬徛保ㄔ?00nS內，從B到C的時(shí)間）MOSFET中的電流逐漸增大，直到MOSFET傳導整個(gè)電機電流。一直以來(lái)，這些低側MOSFET的傳導小于整個(gè)電機電流，其余的電機電流一定還在某處，它仍然在頂部MOSFET中循環(huán)。要想在頂部mosfet中流動(dòng)，這必須是向前偏移的。

因此，在電流積累階段（B-C），驅動(dòng)mosfet在它們之間有完整的電池電壓。因此，在MOSFET:V中，這是一個(gè)巨大的損耗期復寫(xiě)的副本x一米/2（電源電壓乘以平均MOSFET電流）。

當飛輪MOSFET停止導電時(shí)，漏極電壓現在開(kāi)始自由下降。但是現在另一個(gè)效應發(fā)生了：在MOSFET內部有一個(gè)“巨大”的電容，連接在柵極和漏極之間（Cgd公司). 當MOSFETs源極漏極電壓下降時(shí)，它必須放電，而且它只能通過(guò)吸收柵極驅動(dòng)電流來(lái)實(shí)現。對于BUZ100S，這個(gè)Cgs公司通常引用為615 pF。以36V的電壓放電615pF，需要很大的電流。在這一點(diǎn)上，在C和D之間的柵極驅動(dòng)波形中有一個(gè)明顯可見(jiàn)的“平臺”，大約為300nS。

有趣的是，如果柵極驅動(dòng)電流是有限的（正如它必須的那樣），階地周期會(huì )延長(cháng)。階躍期也是高損耗的，底部MOSFET承載著(zhù)全電機電流，平均電壓為電池的一半。

由此看來(lái)，MOSFET開(kāi)關(guān)應盡可能快地進(jìn)行，以獲得最佳效率。不幸的是，還有其他的折衷，例如，如果你快速切換，你可能會(huì )期望一個(gè)高水平的輻射r.f.諧波干擾。

另外，如果你試圖把驅動(dòng)MOSFET開(kāi)得太快，你正試圖從頂部MOSFET快速移除飛輪電流-頂部MOSFET的柵極驅動(dòng)已經(jīng)關(guān)閉（希望如此），頂部MOSFET的體二極管將導通?，F在MOSFET體二極管并不是二極管中最快的：BUZ100S的規格規定了最大160nS的關(guān)斷時(shí)間。如果你接近這個(gè)速率，底部的MOSFET現在不僅要傳導電機電流，還要在漏極電壓下降之前傳導頂部MOSFET的衰減關(guān)斷電流。

在E點(diǎn)，柵極波形達到最大值：MOSFET早已開(kāi)啟?，F在電機上的電池電壓已滿(mǎn)，電機電流將從現在開(kāi)始增加，直到驅動(dòng)mosfet關(guān)閉。當驅動(dòng)mosfet關(guān)閉時(shí)，電機的電感使電流保持循環(huán)，電機電流略有衰減。如果電機的電感太小，那么在循環(huán)過(guò)程中，電流的“紋波”變得顯著(zhù)，降低了電機的效率，正是這一點(diǎn)決定了最小工作頻率。有趣的是，對于任何一個(gè)商用電機來(lái)說(shuō)，選擇20kHz左右的最小值就足夠了。

在F點(diǎn)，柵極電壓關(guān)閉?，F在，如果你看2QD電路，可用于關(guān)閉的驅動(dòng)器基極電流是LM339可以吸收的全部電流（通常為16mA）乘以PNP驅動(dòng)器的增益。柵極電壓很快被移除，可能是400nS，是的，有一個(gè)可能是100nS的“后平臺”。

驅動(dòng)MOSFET的關(guān)閉與它的開(kāi)啟方式正好相反。這需要時(shí)間，而且，一旦它不再傳導全部電機電流，源飛輪達到全電源電壓，通過(guò)飛輪二極管/MOSFET將電機電流的平衡轉儲，因此還有另一對高損耗時(shí)間，最初MOSFET上的電壓升高，允許飛輪開(kāi)始導通，然后Rds公司隨著(zhù)驅動(dòng)MOSFET中電流的衰減和頂部MOSFET以二極管模式導通而進(jìn)一步降低。

只有當頂部的mosfet以二極管的形式傳導整個(gè)電機電流后，它們才能安全地變成電阻而不是二極管。

當然，在底部MOSFET開(kāi)始傳導電流之前，必須移除頂部MOSFET柵極驅動(dòng)器，或者在最壞的情況下（這實(shí)際上提供了最佳效率），可以在電流降到零時(shí)從頂部MOSFET移除柵極驅動(dòng)器。

一個(gè)可以殺死MOSFET的東西是一個(gè)高能噪聲尖峰，到達錯誤的時(shí)間。電動(dòng)機有電刷和換向器。換向器和碳刷裝置產(chǎn)生電弧，特別是在舊的和磨損的情況下，電弧是寬帶噪聲的良好來(lái)源。電機和控制器之間有電線(xiàn)。電線(xiàn)充當傳輸線(xiàn)。準確地說(shuō)，在有限的時(shí)間內，電機產(chǎn)生的波形是正確的。如果真是這樣的話(huà)，據說(shuō)MOSFET中的FET代表“火****晶體管”。

在MOSFET開(kāi)關(guān)等方面可能會(huì )有更多的東西需要添加，但是前面的內容應該給讀者一個(gè)很好的理解。