Halbbrücken-MOSFET-Treiber für 48 V

Sie haben kein Totband , sodass ein FET ausgeschaltet wird, während der andere eingeschaltet wird. Das Ergebnis ist ein großer „Durchschuss“-Strom während der Übergänge, wenn beide FETs teilweise eingeschaltet sind.

Ich habe Ihre Schaltung in LTspice simuliert und FETs mit ähnlichen Gate-Ladungsspezifikationen wie Ihre verwendet. Das Ergebnis:-

Die Gate-Spannung (Blau, Grün) ändert sich aufgrund des begrenzten verfügbaren Treiberstroms relativ langsam, insbesondere während des flachen Punkts, wenn sich die Drain-Spannung ändert und der Miller-Effekt die scheinbare Gate-Kapazität erhöht. Während dieser Zeit sind beide FETs teilweise eingeschaltet und der Drain-Strom (rot) steigt auf 180–200 A an. Dieser hohe Strom erwärmt die FETs schnell und brennt sie aus, möglicherweise heftig, wenn einer von ihnen einen Kurzschluss hat.

Das Durchschießen kann eliminiert werden, indem dem Gate-Einschalten eine Verzögerung hinzugefügt wird, sodass ein FET vollständig ausgeschaltet ist, bevor das Einschalten beginnt. Dies kann mit einem Reihenwiderstand und einer parallel geschalteten Diode in der Gate-Treiberschaltung erfolgen. Der Widerstand in Kombination mit der Gate-Kapazität erhöht die Ladezeit, während die Diode eine Entladung mit (fast) normaler Geschwindigkeit ermöglicht.

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

Leider funktioniert diese einfache Lösung in Ihrem Design nicht richtig, da der 35-V-Zener beide Gate-Treiber dazu zwingt, dieselbe Wellenform zu haben, was gegen die Gate-Verzögerungsschaltungen arbeitet. Sie könnten mit einer ähnlichen Schaltung Verzögerungen an den digitalen Eingängen hinzufügen oder separate Uhren mit eingebautem Totband bereitstellen (eine Option bei vielen MCUs mit PWM-Motorsteuerung).

Doch selbst wenn Sie das Totzeitproblem lösen, machen die Lade- und Entladezeiten des Gates bei 60 kHz einen erheblichen Anteil der PWM-Zykluszeit aus, was den FET-Schaltverlust auch ohne Durchschießen erhöht. Sie benötigen einen Treiber, der mehr Strom liefern kann, um die FET-Gates schneller aufzuladen, und der eine entsprechende Totzeit hat.

Anstatt zu versuchen, eine diskrete Schaltung zu entwickeln, würde ich einen Halbbrücken-Treiber-IC wie den IR2103 verwenden . Es ist darauf ausgelegt, alle N-Kanal-FETs zu verwenden, die möglicherweise einfacher zu beschaffen und kostengünstiger sind. Diese Treiber benötigen eine Versorgungsspannung von 12-15 V, jedoch bei relativ geringem Strom, der über einen Linearregler von der Hauptversorgung abgeleitet werden könnte.

Ein mögliches Problem mit dem IR2103 ist, dass der High-Side-Antrieb „ gebootet “ ist, also kontinuierliche PWM-Impulse benötigt und nicht mit einem voll eingeschalteten Signal funktioniert. Vorausgesetzt, Ihr Takt hat immer ein vernünftiges PWM-Verhältnis, sollte dies kein Problem sein. Wenn Sie 0-100 % PWM benötigen, wählen Sie einen Treiber mit integrierter Ladungspumpe.

Insgesamt eine extrem schlechte Schaltung. Um es zu modellieren, müssen Sie wirklich 1600 pf an jedem der Treibertransistoren CE einbeziehen. Punkte, die man beachten sollte:

1. Sie haben sehr wenig Headroom in Ihrer VDD-P-Kanal-FET-Auswahl. Ich würde vorschlagen, dass Sie mindestens einen FET mit 60 V oder mehr benötigen.
2. Die Einschaltzeiten sind langsam, da jeder Treiber von der C(in)-Entladung am gegenüberliegenden FET abhängt.
3. Sie sind kurz davor, die Rückwärts-V(BE)-Nennwerte Ihrer Treibertransistoren zu überschreiten.