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  • 关于电机驱动MOS驱动电路半桥驱动芯片自举电路各器件参数理解微信公众号:游名开源技术群:1718975841、MOS管结电容 MOS管的电流选择电机的额定电流5到10倍以上,耐压选择1.5倍左右以上; 由于MOSFET的G,D,S两两...

    关于电机驱动MOS驱动电路:半桥驱动芯片自举电路各器件参数理解

    微信公众号:游名开源

    技术群:171897584

    ea3b302b8923dc19f6f525c4ec7d6884.png

    1、MOS管结电容

        MOS管的电流选择电机的额定电流5到10倍以上,耐压选择1.5倍左右以上; 

        由于MOSFET的G,D,S两两之间存在寄生电容,他们的输入电容、输出电容和反向传输电容公式分别为: 

                                  d713b05b9a8ce908014d3061abd10325.png

    其中:    Ciss与驱动设计有关,特别是驱动电流过小,充电时间慢          Coss用于设计软开关,可能引起电路的谐振     Crss影响开关的上升和下降时间。

    2、自举电路半桥驱动芯片驱动能力选择 

        前面已经提到Ciss与驱动设计有关,驱动电流越小充电时间越慢;

        如果电机驱动功率需要比较大,要是半桥驱动能力不足,会导致输出功率上不去;

        就要选择驱动能力比较强的半桥驱动芯片;

        300mA对应大概30A(前提MOS的Ciss要比较小)。 

    3、自举电容选型 

        自举电容与自举回路的充放电频率有关,频率越高,自举电容越小。

        频率主要指PWM频率,一般选择104到106之间;

        有条件的可以106并联104再并个15V稳压管。

    4、自举二极管 

        电机驱动功率越大,对半桥驱动驱动能力要求越大,自举二极管的额定电流也要相应选择更大些;

        对于小功率电机驱动,选择4148即可,中功率可以选择RS1M或SS14,大功率则要选择SS34或SS54等;

         另外功率比较大的话,为了保护自举二极管,还需要串个限流电阻。

    5、母线电容 

        关于温度:温度越高电容容值、耐压、寿命等都会影响  

        电容容值:100uF对应1A上下;

        电容耐压:需要选择工作电压的1.5倍以上;

        电容内阻:尽可能的小,越小充放电时间越快;

        电容寿命:长时间工作的就要选择厂寿命电容(10000小时),成本也要上去不少。 

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  • 实践驱动电路中通常要用硬件电路便当地控制开关,电机驱动板主要采用两种驱动芯片,一种是全桥驱动HIP4082,一种是半桥驱动IR2104,半桥电路是两个MOS管组成的振荡,全桥电路是四个MOS管组成的振荡。其中,IR2104型
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    01 TPS28225驱动半桥MOS电路


    ⊙ 相关链接:

    测试TI高速MOS驱动芯片 TPS28225 伴随着MOS半桥

    MOSFET驱动器汇总 : 单个N-CHANNEL,半桥,全桥,3项桥

    1.测试电路1

    ▲ 测试电路SCH

    ▲ 测试电路SCH

    ▲ 快速制版 PCB

    ▲ 快速制版 PCB

    PIN11 PIN12 PIN13 PIN14 PIN15 PIN16
    VDD GND PWM VCC GND OUT

    ▲ 新购买到的TPS28225

    ▲ 新购买到的TPS28225

    2.电路测试

    (1)当CB电容=0.1uF

    VCC在不同电压值的时候,会影响输出信号。下面记录了不同的VCC对于OUT波形的影响。

    当VCC超过4V的时候,输出波形消失。

    ▲ 不同的VCC对于OUT的影响

    ▲ 不同的VCC对于OUT的影响

    ▲ 不同的VCC对于HGATE波形的影响

    ▲ 不同的VCC对于HGATE波形的影响

    分析其中的原因,可以看到对于UGATE驱动是,由于CB(0.1uF)存储的电荷不够,使得UGATE的电压呈现急剧下降的波形。

    ▲ UGATE波形,VCC=3.5V

    ▲ UGATE波形,VCC=3.5V

    查找 IRF3710 的数据手册,IRF3710栅极-源极之间的电容特性:

    • Ciss = 3130pF
    • Qg = 130nC

    ▲ MOS管 F3710s

    ▲ MOS管 F3710s

    ▲ IRF3710的基本特性

    ▲ IRF3710的基本特性

    ▲ IRF3710的栅极和源极之间的电容

    ▲ IRF3710的栅极和源极之间的电容

    (2)Cb使用10uF

    ▲ CB使用10uF的时候对应的UGATE的波形

    ▲ CB使用10uF的时候对应的UGATE的波形

    输出波形

    ▲ CB使用10UF对应的输出波形

    ▲ CB使用10UF对应的输出波形

    TPS28225中的CB需要取值满足能够给MOS 栅极驱动所需要

    基于HIP6601的MOS的半桥电路测试 将会对比HIP6601 是否具有相同的问题。

    3.测量过渡过程

    ▲ ###ts

    ▲ ###ts

    ▲ 下降沿波形

    ▲ 下降沿波形

    ▲ 驱动电阻为0时对应的波形

    ▲ 驱动电阻为0时对应的波形

    ▲ 驱动电阻为10时对应的波形

    ▲ 驱动电阻为10时对应的波形

    ▲ 驱动频率为100kHz, R0=27Ω

    ▲ 驱动频率为100kHz, R0=27Ω

    注意:MOS 栅极电阻,需要超过添加。

     

    02 NCP3420驱动半桥


    1.建立元器件

    ▲ 内部结构图

    ▲ 内部结构图

    ▲ 典型应用电路

    ▲ 典型应用电路

    ▲ NCP3420 原理元器件

    ▲ NCP3420 原理元器件;SOP-8

    注意:在第一次设计元器件库器件的时候,错误的将PGND的管脚(应该是PIN6)写成了PIN7,见上面这个设计,所以第一次制作的电路板并不工作。输出始终是低电平

    2.测试电路图2

    ▲ 测试电路SCH

    ▲ 测试电路SCH

    ▲ 修改后的电路板进行测试

    ▲ 修改后的电路板进行测试

    非常奇怪:始终无法获得的输入输出的正确的波形!!

     

    ▌结论


    ■ 相关文献链接:


    1. 测试电路AD工程文件:AD\SmartCar\2021\WirelessBeacon\TestHalfBridge.PcbDoc * ↩︎

    2. 测试电路AD工程文件:AD\SmartCar\2021\WirelessBeacon\TestNCP3420.SchDoc ↩︎

    展开全文
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    01 TPS28225


    N-MOS驱动芯片 TPS28225 是TI公司给出的高速功率驱动芯片。它带有自适应的死区自适应控制。


    ▲ 典型应用电路

    ▲ 典型应用电路

     

    02 实验电路


    1.建立元器件库

    根据典型应用电路设计TPS28225的元器件库文件如下:

    ▲ 元器件元件图

    ▲ 元器件元件图

    2.设计实验电路板1

    (1)TPS28225电路板

    ▲ 实验电路板图

    ▲ 实验电路板图

    ▲ 快速制作PCB

    ▲ 快速制作PCB

    (2)半桥电路2

    为了测量TSP28225的一些特性,使用手边大量的 IRF3710s MOS管作为半桥电路的驱动芯片。

    ▲ IRF3710s

    ▲ IRF3710s

    ▲ TO-252 封装形式

    ▲ TO-252 封装形式

    错误: 制作PCB之后可以看到,TO-252 的封装不适合。需要重新修改。

    ▲ TO-252 封装形式

    ▲ TO-252 封装形式

    ▲ 实验电路图和PCB设计

    ▲ 实验电路图和PCB设计

    ▲ 设计的TO-252错误的封装形式

    ▲ 设计的TO-252错误的封装形式

    ▲ 修改后的实验电路板

    ▲ 修改后的实验电路板

     

    03 电路测试


    1.建立驱动板和半桥电路

    ▲ 电路板连接示意图

    ▲ 电路板连接示意图

    ▲ 连接驱动和MOS半桥电路板

    ▲ 连接驱动和MOS半桥电路板

    2.输入输出电压波形

    ▲ 输入输出波形

    ▲ 输入输出波形

    3. TPS28225工作电压

    测试TPS28225的不同的工作电压下,测试电路的输出波形。

    (1)4.0V

    ▲ TPS28225工作电压4.0V

    ▲ TPS28225工作电压4.0V

    (1)4.5V

    ▲ TPS28225工作电压4.5V

    ▲ TPS28225工作电压4.5V

    (3)5V

    ▲ TPS28225工作电压5.0V

    ▲ TPS28225工作电压5.0V

    4.输入信号电压范围

    输入信号电压从2.0V ~ 5.0V。

    ▲ 输入信号2.0V

    ▲ 输入信号2.0V

    ▲ 输入电压幅值2.5V

    ▲ 输入电压幅值2.5V

    ▲ 输入电压3V

    ▲ 输入电压3V

    ▲ 输入信号幅值 4V

    ▲ 输入信号幅值 4V

    ▲ 输入信号幅值5V

    ▲ 输入信号幅值5V

    可以看到当输入电压输入电压超过2.5V的时候,输出信号正常了。因此,使用3.3V工作电压的ARM信号是可以直接驱动该TPS28225 。

    注意: 在TSP28225的数据手册中介绍输入电压超过2V即可工作,但是实际测试是输入信号电压需要超过2.5V。

    ▲ 输入信号电压幅值从1 逐步提高到4V

    ▲ 输入信号电压幅值从1 逐步提高到4V

     

    ※ 结论


    通过实验验证了:

    • TPS28225的驱动MOS半桥电路的基本功能;
    • 工作电压超过4.5V ~ 8V。数据手册介绍工作电压在7 ~ 8V工作效率最高;
    • 输入电压在驱动3.3V可以正常工作。

    ■ 相关文献链接:


    1. 测试TPS28225AD工程文件:AD\Test\2021\TPS28225\TestTPS28225.SchDoc ↩︎

    2. 半桥电路的AD工程文件:AD\Test\2021\TPS28225\MOSHalfbridge.SchDoc ↩︎

    展开全文
  • 驱动电路中通常要用硬件电路当地控制开关,电机驱动板主要采用两种驱动芯片,一种是全桥驱动HIP4082,一种是半桥驱动IR2104,半桥电路是两个MOS管组成的振荡,全桥电路是四个MOS管组成的振荡。其中,IR2104型半桥...

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    驱动电路中通常要用硬件电路当地控制开关,电机驱动板主要采用两种驱动芯片,一种是全桥驱动HIP4082,一种是半桥驱动IR2104,半桥电路是两个MOS管组成的振荡,全桥电路是四个MOS管组成的振荡。其中,IR2104型半桥驱动芯片或者(EG2104)能够驱动高端和低端两个N沟道MOSFET,能提供较大的栅极驱动电流,并具有硬件死区、硬件防同臂导通等功用。运用两片IR2104(EG2104)型半桥驱动芯片能够组成完好的直流电机H桥式驱动电路,相比来讲EG2104的死驱时间更短,更加廉价。详情可以去看他的datasheet另外,由于驱动电路可能会产生较大的回灌电流,为避免对单片机产生影响,最好用隔离芯片隔离,隔离芯片选取有很多方式,如lvc245等,这些芯片常做控制总线驱动器,满足一定条件后,输出与输入相同,可停止数据单向传输,即单片机信号能够到驱动芯片,反过来不行。

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    下面就让我们来分析一下这个H桥驱动电路中各个电子元件的作用:

    (1)首先驱动芯片旁边的电容为旁路电容,一般选用钽电容,先来介绍一下钽电容的特点所在吧。钽电容的特点是寿命长、耐高温、准确度高、滤高频改波性能极好。一般可以耐很高的温度和电压,常用于高频滤波。贴片电容容量较小、价格也贵,而且耐电压及电流能力相对较弱。

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    (2)电容C1和二级管D1相连,构成电荷泵。电容C1的A端通过二极管D1接12V,电容C1的B端接VBAT。当B点电位为0时,D1导通,12V开始对电容C1充电,直到节点A的电位达到12V;当B点电位上升至高电平VBAT时,因为电容两端电压不能突变,此时A点电位上升为12V+VBAT。所以,A点的电压就是一个方波,最大值是12V+VBAT,最小值是12V(假设二极管为理想二极管)。A点的方波经过简单的整流滤波,可提供高于12V的电压,在驱动控制电路中,H桥由4个N沟道功率MOSFET组成。若要控制各个MOSFET,各MOSFET的门极电压必须足够高于栅极电压。通常要使MOSFET完全可靠导通,其门极电压一般在10 V以上,即VCS>10 V。对于H桥下桥臂,直接施加10 V以上的电压即可使其导通;而对于上桥臂的2个MOSFET,要使VGS>10 V,就必须满足VG>Vm+10 V,即驱动电路必须能提供高于电源电压的电压,这就要求驱动电路中增设升压电路,提供高于栅极10 V的电压。考虑到VGS有上限要求,一般MOSFET导通时VGS为10 V~15 V,也就是控制门极电压随栅极电压的变化而变化,即为浮动栅驱动。因此在驱动控制电路中设计电荷泵电路,用于提供高于Vm的电压Vh,驱动功率管的导通。

    (3)电阻R3的作用是不让G极悬空,可以做一个简单的实验:找一个mos管,让它的G悬空,然后在DS上加电压,结果是在输入电压才几十V的时候,管子就烧掉了,因为管子导通了. mos管在没有加驱动信号的前提下会导通,那是因为管子的DG,GS之间分别有结电容,Cdg和Cgs.所以加在DS之间电压会通过Cdg给Cgs充电,这样G极的电压就会抬高直到mos管导通。

    (4)mos管两端并联的二极管一种说法是起续流作用,可以加快场效应管的关断速度,也有说是保护作用的,电机在反转时会产生很强的反向电动势,会毁坏元器件,起到卸荷的作用。还有说是起钳位的作用,由两个二极管反向串联组成,两个二极管首尾连接部位是受保护的节点。以1N5819为例,当该点的电压>VBAT+0.2V时候,D2导通;而当该点电压<-0.2V时,D1导通。因此,该点电压被钳位在-0.2V与VBAT+0.2V 之间。

    (5)PWM调速控制的基本原理是按一个固定频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的""占空比"",从而改变平均电压,控制电机的转速。在脉宽调速系统中,当电机通电时其速度增加,电机断电时其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间,即可控制电机转速。而且采用PWM技术构成的无级调速系统.启停时对直流系统无冲击,并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。

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半桥mos驱动电路