Einfache Umpolung der H-Brücke

Das Hauptproblem bei der Ansteuerung von P-Kanal-High-Side-Schaltern von Logikpegeln besteht darin, dass die Gate-Spannung auf den Source-Spannungspegel gehen muss, damit der Schalter abschaltet. Das sind in Ihrer Situation 60 Volt, und der Ausgang einer Logiksteuerung beträgt nur 5 V. Der einfachste Weg, dies zu beheben, besteht darin, einen kleinen N-Kanal-Signaltransistor zu verwenden, um das P-Kanal-Gate auf Masse zu ziehen, und einen ziemlich kleinen Pull-up zu verwenden, um die Gate-Spannung auf Source zu ziehen, wenn dieser N-Kanal ausgeschaltet ist. Wenn Sie nur gelegentlich ein-/ausschalten, kann ein Pull-up von 500 Ohm oder 1 kOhm ausreichen. Wenn Sie PWM verwenden, möchten Sie 100 Ohm oder weniger, um sicherzustellen, dass der Schalter schnell genug erfolgt, um das Gerät nicht zu sprengen.

Das Problem mit einem kleinen Pull-up-Widerstand besteht darin, dass er Strom "verschwendet", während der P-Kanal eingeschaltet ist, da das N-Kanal-Signalgerät den Stromfluss aufrechterhält.

Da es sich in Ihrem Fall um ein 60-V-Potential handelt, müssen Sie außerdem die Gate / Source-Spannungsdifferenz schützen. Viele Geräte sterben, wenn das unter -20 V oder so fällt. Sie möchten also auch auf der Pulldown-Seite einen kleinen Widerstand und auf der High-Seite eine Zenerdiode, um die maximale Spannungsdifferenz zwischen Source und Gate zu begrenzen.

Alles in allem sieht eine nach diesem Rezept selbst gezüchtete halbe H-Brücke so aus:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Achten Sie nicht zu sehr auf die spezifischen Teilenummern; Bei CircuitLab gibt es eine recht begrenzte Auswahl.

Außerdem benötigen Sie ein N-Kanal-Gerät mit Logikpegel, um das untere Ende zu schalten, da Ihr Logiksteuersignal nur 5 V beträgt und viele Leistungs-MOSFETs eine Spannung von 10 V bevorzugen, um wirklich richtig einzuschalten. Für das Fahren mit 5A ist dies möglicherweise kein so großes Problem, wenn Sie ein Gerät mit hoher Bewertung erhalten.

Sie sollten auch versuchen, das Abschalten des unteren Endes zeitlich vor dem Einschalten des oberen Endes vorzunehmen, da Sie sonst möglicherweise eine Querleitung bekommen, was ein ziemlich unangenehmes Problem sein kann - Spitzen von Hunderten von Ampere, die töten Ihre H-Brücke im Handumdrehen! War dort, nicht schön :-) Das Diagramm enthält diese Funktion nicht - Sie hätten zwei separate Steuerleitungen für das High-End und das Low-End, anstatt sie zusammenzubinden.

Schließlich werden Sie bei einer induktiven Last von 60 V Spannungsspitzen von bis zu 120 V sehen, wenn Sie versuchen, die Polarität umzukehren. Das bedeutet, dass Sie Geräte haben sollten, die für 120 V ausgelegt sind, was teurer sein wird als Ihre typischen 30 V 30 A-Budgetgeräte. Es ist jedoch die zusätzlichen Dollars wert, denn eine zufällig ausfallende H-Brücke ist nicht etwas, mit dem Sie leben möchten.

OK, Sie möchten also wirklich eine dedizierte Halbbrücken-Treiberschaltung verwenden, die an die Gates von MOSFET-Geräten (IR2183 oder ähnliches) angeschlossen ist, da dieses Gerät das Timing zur Vermeidung von Querleitungen für Sie übernimmt und wird die Gates richtig ansteuern, ohne unnötig Strom nach dem Umschalten zu verbrennen, wie dies bei der Pull-up-Widerstandsoption der Fall ist.

Oder Sie möchten eine bereits gefertigte und getestete H-Brücke kaufen. Ehrlich gesagt, wenn dies nur ein einmaliges Projekt ist, sollten Sie das besser tun, als Ihr eigenes zu bauen. Viel weniger Blut, Schweiß und Tränen!

Oder schließlich, wenn Ihr Arbeitszyklus wirklich niedrig ist (Schalten nur einmal pro Minute oder was auch immer), dann wird Ihnen ein DPDT-Relais genauso gut dienen und viel einfacher zu verdrahten sein!

Sie können H-Brücken mit eingebauten Treibern kaufen. Schauen Sie einfach auf Digikey. Ihre Eingänge sind so ausgelegt, dass sie von einem Mikrocontroller angesteuert werden, und sie haben oft auch eine eingebaute Flyback-Schutzdiode - überprüfen Sie dies für Ihr spezielles Teil.

Wenn Sie Ihre eigenen rollen möchten, können Sie dies mit 2 N- und 2 P-MOSFETs tun, aber Sie müssen die Teile sorgfältig auswählen und dabei auf VGSth, Rds-on und maximalen Drain-Strom, VDSS max, achten, um sie an Ihre Anwendung anzupassen. Sie benötigen außerdem 2 N-MOSFETs mit niedrigeren Spezifikationen (und 2 Pull-up-Widerstände), um das Gate der P-MOSFETs anzusteuern, da Ihr Mikrocontroller wahrscheinlich nicht in der Lage sein wird, es hoch und niedrig genug zu treiben, um Ihre Anforderungen zu erfüllen.

Ich empfehle dringend eine handelsübliche H-Brücke. Wenn Sie wirklich einen guten Grund haben, Ihren eigenen zu rollen, kommen Sie mit weiteren Details zu Ihren Anforderungen zurück: Strom, Spannung und ich helfe Ihnen.

Ja, Sie können ein PMOS und NMOS verwenden, aber es gibt Einschränkungen. Ein Problem besteht darin, dass beim Ein- und Ausschalten einer Hälfte der Brücke PMOS und NMOS auf einer Hälfte der Brücke gleichzeitig eingeschaltet werden können. Daher muss der Übergang schnell erfolgen, um dieses Problem zu vermeiden. Man kann das gesamte Timing berechnen oder ich greife normalerweise auf eine Gewürzsimulation zurück und verwende die Induktivität und den Widerstand der Wicklung für den Motor.

Quelle: https://www.bristolwatch.com/ele/h_bridge.htm