Benötigen Sie Hilfe beim Versuch, eine H-Brücke zur Stromversorgung eines Elektromagneten zu entwerfen

Ich versuche, einen H-Brücken-Wechselrichter zu entwerfen, um meine Spulen mit maximalem Strom zu versorgen. Ich muss so viel Strom wie möglich liefern, damit ich einen Elektromagneten herstellen kann, dessen Polarität ständig umkehrt, damit ich ein sich bewegendes Halbach-Array über diesen Spulen schweben kann.

Ich habe eine Reihe von Dingen ausprobiert, um meine Mosfets so effizient wie möglich zu machen, aber wenn ich meine Rds-Werte in PSIM eingebe, sinkt der Strom auf 4 mA. Ich habe ein Gleichstromnetzteil, das 18 V und 10 A ausgeben kann.

H-Brückenschaltung, alle Pull-up- und Pull-down-Widerstände haben 1 kOhm, der Spulenwiderstand liegt bei 0,85 Ohm, die Spuleninduktivität beträgt 3,25 mH, Rds für die oberen beiden P-Kanäle beträgt 0,07 Ohm bei 10 V und die N-Kanäle haben 0,027 Ohm Widerstand auch bei 10V

Wenn ich die Simulation ausführe, bekomme ich, dass der Strom durch die Spule nur 4 mA beträgt, was bei weitem nicht ausreicht. Ich bin mir nicht sicher, ob ich etwas falsch simuliere oder ob das aufgrund der Art und Weise, wie die Schaltung ausgelegt ist, richtig ist. Weiß jemand, wie man den Strom der Spule maximiert? Auch mit der RC-Snubber-Schaltung heizen sich meine MOSFETS stark auf! gibt es eine bessere Möglichkeit, das zu reduzieren? Meine PWM-Frequenz liegt bei 120 Hz von einem Arduino und hat ein Tastverhältnis von 40%.

Meine Spulen haben 220 Windungen und sind 18-Gauge-Draht, mit einem Radius von 2 cm und einer Länge von 2,5 cm, sie sind Luftspulen, ich habe keinen Kern.

Meine Mosfets sind FQP27P06 FQP30N06L

Vielen Dank im Voraus

BEARBEITEN Nach dem Fixieren der Ausrichtung des PMOS sieht meine Ausgabe gut aus.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich stelle jedoch fest, dass das durch diese Spulen erzeugte Magnetfeld nicht stark genug ist, um meine Kapsel zum Schweben zu bringen. Kann ich etwas tun, um das stärker zu machen?

EDIT2

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Zunächst einmal sieht es so aus, als hätten Sie Ihre oberen P-Kanal-MOSFETs in die Simulationsschaltung eingefügt, wobei Source und Drain gegenüber dem, was sie sein sollten, vertauscht sind. Beachten Sie, wie die Body-Diode so ausgerichtet ist, dass sie in der Schaltung immer in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist.
Welche Induktivität und welchen Widerstand hat die Spule in Ihrer Simulation?
@MichaelKaras ahhh habe nicht bemerkt, dass das umgedreht war, danke für den Hinweis. Ich werde den Beitrag mit den neuen Ergebnissen aktualisieren
@BruceAbbott Meine Induktivität ist auf 3,25 mH eingestellt, die ich mit einem Online-Rechner berechnet habe, und der Widerstand beträgt 0,85 Ohm, was ebenfalls von einem Online-Rechner stammt.
Nachdem Sie die PMOS-Ausrichtung korrigiert haben, stellen Sie sicher, dass Sie posten, welche Mosfets Sie verwenden. 18 V sind ziemlich hoch und werden wahrscheinlich die Vgs-Grenze der meisten tatsächlichen Mosfets überschreiten.
Ihr PMOS sieht so aus, als hätten sie ungefähr 7 V Spielraum, was ziemlich sicher ist, Ihr NMOS hat jedoch nur ungefähr 2 V. Ich würde in Betracht ziehen, eine TVS-Diode zu kaufen oder ihre Arbeitsspannung auf 15 V zu senken (wie einen 15-V-Linearregler, um den Gate-Treiber für das NMOS zu speisen). Ein 15-V-Regler wäre meiner Meinung nach einfacher, da diese TVS-Diode sehr präzise (dh teuer) sein müsste, um zu vermeiden, dass zu viel Strom vom Gate weggeleitet wird.
@Dave Ich verstehe, das Problem, das ich bekomme, ist, dass die PMOS heiß werden, die NMOS die ganze Zeit auf Raumtemperatur sind. Ich kann die Schaltung nur etwa 2 Minuten lang laufen lassen, bevor mein PMOS durchbrennt. Meine Snubber-Schaltkreiswerte sind c = 10uF und R = 10K, aber ich denke, der Snubber lässt sie nur etwas länger halten, es hilft nicht wirklich bei der Kühlung des PMOS
Bitte posten Sie einen vollständigen Schaltplan mit dem Schaltplaneditor. Es wird einfacher sein, das Problem zu diagnostizieren, wenn ich tatsächlich Ihre gesamte Schaltung sehen kann .
@Dave Ich habe gerade den Schaltplan mit dem Schema Builder gepostet. Danke.
Welche Spannungen sind mit den Uhren verbunden? Was ist das Höchste, was es erreicht, und was das Niedrigste, was es erreicht?
@Dave Die PWM, die ich derzeit verwende, kommt von einem Arduino, ich bekomme eine Vpp von 4 V, sowohl an N- als auch an P-Kanal-FETs. Die Transistoren sind Logikpegel, sie sollen sich mit einem 3,3-5-V-Mikrocontroller vollständig einschalten
Der FQP27P06 hat keinen Logikpegel - bei der Schwellenspannung von 4 V schaltet er sich kaum ein. Es benötigt 10 V, um sich vollständig einzuschalten, daher wäre es gut, es mit den vollen 18 V zu fahren.
@BruceAbbott, obwohl es stimmt, dass es sich nicht um einen Logikpegel handelt, handelt es sich um einen P-MOSFET, der in dieser Schaltung immer leitet.

Antworten (1)

Die Lade-Entlade-Spannung des Gates liegt zwischen Gate-Source des MOSFET.

Sie müssen das Gate des P-MOSFET auf die Quellenspannung treiben, die in Ihrem Fall 18 V beträgt, um es auszuschalten.

Wie Sie sagen, nähern Sie sich am Gate 5 V, sodass die P-MOSFETS immer leiten und die N-MOSFETS schalten .

Sie schließen die Brücke im Grunde mit der PWM-Frequenz und dem Arbeitszyklus kurz. Messen Sie zur Bestätigung die Stromaufnahme, auch bei geringem Ausgangsstrom sollte diese hoch sein.

Auch

  • ATMega-Ausgänge sind nicht dazu bestimmt, auf diesem Potential (Spannung) verwendet zu werden.
  • Sie schließen keinen Widerstand zwischen dem Ausgang des ATMega und dem Gate ein, es treibt wahrscheinlich mehr Strom als es sollte.
  • Die Widerstände am Bein bilden einen Spannungsteiler. Ohne Antriebssignal wird die Spannung in der Nähe sein v C C / 2 , die beiden Transistoren in einem Bein leiten.

Dies ist nur eine Skizze

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bei dieser Schaltung beträgt die Gate-Source des P-MOSFET 0 V (gedanklicher Pull-up-Widerstand) und ist nicht leitend. Wenn der NPN-Transistor leitet, zieht er die P-MOSFET-Gate-Source auf eine niedrige Spannung (Sie können den Pulldown-Widerstand ändern, um diese Spannung einzustellen).

Ja. Diese Schaltung ist besser. Aber für den Fall, dass Sie die Mosfets nicht hart genug antreiben können und sie immer noch heiß werden, weil sie sich zu lange im linearen Bereich befinden, sollten Sie eine BJT-Pufferschaltung hinzufügen. Es ist ein NPN auf einem PNP, wobei die Basen für den Eingang und die Emitter für den Ausgang miteinander verbunden sind. Diese Puffer sollten die Mosfets ansteuern und sich zwischen den Mosfets und dem Transistor Q1 zur Logikverschiebung befinden.
Ja, es ist nur eine Skizze. Die Ansteuerschaltung ist frei wählbar (Totempfahl, Impulsübertrager, integrierter Antrieb, optoentkoppelt). Die Frage ist, dass sich die P-MOSFET-Quelle an der Versorgungsschiene befindet, sodass bei 0 V am Ausgang des ATMega die VGS 18 V beträgt und bei 5 V die VGS 18-5 V beträgt, was ausreicht, um fast vollständig einzuschalten, sodass es keine gibt aus Zustand der P-MOSFETS auf dem ursprünglichen Schaltplan.
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