Bootstrapping הוא היבט מכריע שתמצאו בכל רשתות H-bridge או גשר מלאות עם מוספיות של ערוץ N.
זהו תהליך שבו מסופי השער / המקור של המוסגות בצד הגבוה מוחלפים במתח שגובהו לפחות 10 וולט ממתח הניקוז שלו. הכוונה, אם מתח הניקוז הוא 100 וולט, אז השער / מתח המקור האפקטיבי חייב להיות 110 וולט על מנת לאפשר העברה מלאה של הוולט 100 מהביוב למקור מוסף הצד הגבוה.
לְלֹא bootstrapping מתקן טופולוגיה של גשר H עם מוספטים זהים פשוט לא יעבוד.
ננסה להבין את הפרטים באמצעות הסבר שלב אחר שלב.
רשת bootstrapping הופכת להיות נחוצה רק כאשר כל 4 המכשירים בגשר H זהים לקוטביות שלהם. בדרך כלל מדובר במוספות של ערוץ n (מעולם לא משתמשים ב -4 ערוצים מסיבות ברורות).
התמונה הבאה מציגה תצורה רגילה של גשר H בערוץ n
הפונקציה העיקרית של טופולוגיית מוספט זו היא להחליף את ה'עומס 'או את השנאי העיקרי בתרשים זה, באופן כפכף. כלומר, ליצור זרם דחיפה-משיכה מתחלף על פני שנאי המחובר.
כדי ליישם זאת המוספטים המסודרים באלכסון מופעלים / כובים בו זמנית. וזה מחזור לסירוגין עבור הזוגות האלכסוניים. לדוגמא הזוגות Q1 / Q4 ו- Q2 / Q3 מופעלים יחד כיבוי, לסירוגין. כאשר Q1 / Q4 מופעל, Q2 / Q3 כבוי, ולהיפך.
הפעולה הנ'ל מכריחה את הזרם לשנות לסירוגין את הקוטביות שלו על פני השנאי המחובר. זה בתורו גורם למתח הגבוה המושרה על פני המשני של השנאי גם לשנות את הקוטביות שלו, לייצר את זרם ה- AC המיועד או פלט מתחלף בצד המשני של השנאי.
מה הם מוספטים בצד נמוך
Q1 / Q2 העליון נקרא mosfets צד גבוה, ואת Q3 / Q4 התחתון נקראים mosfets צד נמוך.
למוסה בצד התחתון מובילים הפניות שלהם (מסופי מקור) המחוברים כראוי לקו הקרקע. עם זאת למוספט הצד הגבוה אין גישה ישירות לקו הקרקע הייחוס, במקום זאת הם מחוברים לשנאי הראשי.
אנו יודעים כי יש לחבר את מסוף ה'מקור 'של מוספט או הפולט עבור BJT לקו הקרקע המשותף (או לקו הייחוס המשותף) על מנת לאפשר לו להעביר ולעבור עומס כרגיל.
בגשר H מכיוון שהמוספות בצד הגבוה אינן מסוגלות לגשת ישירות לקרקע המשותפת, הפיכתן ליעילה באמצעות שער רגיל (Vgs) הופכת לבלתי אפשרית.
זה המקום בו הבעיה מתעוררת, ורשת bootstrapping הופכת להיות מכריעה.
מדוע זו בעיה?
כולנו יודעים ש- BJT דורש מינימום 0.6 וולט בין הבסיס / הפולט כדי להתנהל באופן מלא. באופן דומה, מוספט דורש סביב 6 עד 9 וולט על פני השער / המקור שלו כדי להתנהל באופן מלא.
כאן, 'מלא' פירושו העברה אופטימלית של מתח הניקוז של mosfet או מתח אספן ה- BJT למסופי המקור / פולט שלהם, בתגובה לקלט מתח / שער.
בגשר H אין למוספיות הצד הנמוך אין בעיות בפרמטרי המיתוג שלהן וניתן להחליף אותן באופן רגיל ואופטימלי ללא כל מעגל מיוחד.
הסיבה לכך היא שסיכת המקור היא תמיד באפס או בפוטנציאל הקרקע המאפשר הגבהה של השער ב 12 וולט או 10 וולט שצוינו מעל למקור. זה עומד בתנאי המיתוג הנדרשים של המוספט ומאפשר לו למשוך את עומס הניקוז לגובה הקרקע במלואו.
עכשיו, צפו במוספות הצד הגבוהות. אם אנו מריחים 12 וולט על פני השער / המקור שלו, בתחילה המגירים מגיבים היטב ומתחילים להוביל את מתח הניקוז לכיוון מסופי המקור. עם זאת, בעוד שזה קורה, בגלל נוכחות העומס (שנאי מתפתל ראשוני) סיכת המקור מתחילה לחוות פוטנציאל עולה.
כאשר הפוטנציאל הזה עולה על 6 וולט, המוספט מתחיל להיתקע, מכיוון שאין לו יותר 'מקום' להתנהל, וכשפוטנציאל המקור מגיע ל 8 וולט או 10 וולט, המושפט פשוט מפסיק להתנהל.
בואו נבין זאת בעזרת הדוגמה הפשוטה הבאה.
כאן ניתן לראות את העומס מחובר במקור המוספט, ומחקה מצב של מוספט בצד היי בגשר H.
בדוגמה זו אם אתה מודד את המתח על פני המנוע, תמצא שהוא 7V בלבד, אם כי 12V מוחל בצד הניקוז.
הסיבה לכך היא ש- 12 - 7 = 5V הוא השער / המקור המינימלי החשמלי או Vgsזה מנוצל על ידי mosfet כדי לשמור על ההולכה מופעלת. מכיוון שהמנוע כאן הוא מנוע 12 וולט הוא עדיין מסתובב עם אספקת 7 וולט.
אם נניח שהשתמשנו במנוע 50 וולט עם אספקת 50 וולט על הניקוז ו 12 וולט על השער / המקור, אנו עשויים לראות רק 7 וולט על המקור, ולא מייצרים שום תנועה במנוע 50 וולט.
עם זאת, אם אנו מיישמים סביב 62 וולט מעבר לשער / מקור המוספט. פעולה זו תפעיל את המוספט באופן מיידי, ומתח המקור שלו יתחיל לעלות במהירות עד שהוא יגיע לרמת הניקוז המרבית של 50 וולט. אבל גם במתח מקור 50V, השער יהיה 62V יהיה עדיין 62 - 50 = 12V גבוה יותר מהמקור, מה שמאפשר הולכה מלאה של המוספט והמנוע.
זה מרמז כי מסופי מקור השער בדוגמה שלעיל ידרשו משהו בסביבות 50 + 12 = 62V כדי לאפשר החלפת מהירות מלאה במנוע 50V. מכיוון שהדבר מאפשר להעלות כראוי את רמת מתח השער של המוספט ברמת 12V שצוינה מעל המקור .
מדוע Mosfet לא נשרף עם Vgs כל כך גבוה
זה בגלל שברגע שמתח השער (V.gs) מוחל, מתח גבוה של צד הניקוז מופעל באופן מיידי והוא ממהר אל מסוף המקור ומבטל את עודף השער / מתח המקור. לבסוף, רק 12V או 10V יעילים מוצגים בשער / מקור.
כלומר, אם 100 וולט הוא מתח הניקוז, ו -110 וולט מופעל על השער / המקור, ה -100 וולט מהניקוז ממהר אל המקור, מבטל את הפוטנציאל של השער / מקור המיושם 100 וולט, ומאפשר רק ל -10 וולט פלוס להפעיל את ההליכים. לכן המוספט מסוגל לפעול בבטחה ללא צריבה.
מה זה Bootstrapping
מהפסקאות שלעיל הבנו מדוע בדיוק אנו זקוקים לסביבות 10 וולט ממתח הניקוז כ- Vgs עבור מוספטים בצד הגבוה בגשר H.
רשת המעגלים שמבצעת את ההליך לעיל נקראת רשת bootstrapping במעגל H-bridge.
ב- IC הנהג הסטנדרטי של גשר ה- H, את האתחול מושגת על ידי הוספת דיודה וקבל מתח גבוה עם השער / המקור של המוסגים בצד הגבוה.
כאשר מוספט צד נמוך מופעל (FET בצד גבוה כבוי), סיכת HS וצומת המתג מקורקעים. ה- Vddהאספקה, דרך הקבל העוקף, טוענת את קבל האתחול דרך דיודת האתחול והנגד.
כאשר ה- FET בצד הנמוך מכובה והצלע הגבוהה פועלת, הסיכה HS של מנהל השער וצומת המתג מתחברים לאוטובוס המתח הגבוה HV קבל האתחול משחרר חלק מהמתח המאוחסן (שנאסף במהלך הטעינה) רצף) ל- FET בצד הגבוה דרך סיכות HO ו- HS של נהג השער כמוצג ב.
למידע נוסף על כך תוכלו להפנות למאמר זה
יישום מעגל מעשי
לאחר שלמדת את הרעיון לעיל ביסודיות, אתה עלול להיות מבולבל בכל הנוגע לשיטה הנכונה ליישום מעגל H-Bridge? אז הנה מעגל יישומים לכולכם, עם תיאור משוכלל.
ניתן להבין את עבודתו של תכנון היישום H-bridge לעיל בנקודות הבאות:
ההיבט המכריע כאן הוא פיתוח מתח על פני 10uF כך שיהיה שווה ל'מתח העומס הרצוי 'בתוספת האספקה של 12V בשערי MOSFET בצד הגבוה, בתקופות ה- ON שלהם.
התצורה המוצגת מבצעת זאת ביעילות רבה.
תאר לעצמך שעון מס '1 גבוה, ושעון מס' 2 נמוך (מכיוון שהם אמורים להיות שעונים לסירוגין).
במצב זה המוספט הימני העליון נכבה, ואילו המוספט השמאלי התחתון מופעל.
הקבל 10uF נטען במהירות עד +12 וולט דרך דיודת 1N4148 ומנקז / מקור של השפעה התחתונה.
ברגע הבא, ברגע שהשעון מספר 1 הופך נמוך והשעון מספר 2 הופך גבוה, המטען על פני 10uF השמאלי מפעיל את ה- MOSFET השמאלי העליון שמתחיל מיד לנהל.
במצב זה מתח הניקוז שלו מתחיל למהר למקורו, ובמקביל המתחים מתחילים לדחוף לתוך הקבל 10uF באופן שהמטען + 12V הקיים 'יושב' על המתח הדוחף הזה באופן מיידי ממסוף MOSFET.
תוספת זו של פוטנציאל הניקוז לקבל 10uF דרך מסוף המקור מבטיחה ששני הפוטנציאלים יתווספו ויאפשרו את הפוטנציאל המיידי על פני השער / המקור של ה- MOSFET להיות בסביבות + 12V מעל פוטנציאל הניקוז.
לדוגמא אם מתח הניקוז נבחר להיות 100 וולט, אז 100 וולט זה דוחף אל תוך 10uF וגורם למתח שער פוטנציאלי מפצה השומר על +12 ממש מעל ל -100 וולט.
אני מקווה שזה עזר לך להבין את עבודה בסיסית של bootstrapping בצד הגבוה באמצעות רשת דיודות קבלים בדידים.
סיכום
מהדיון לעיל אנו מבינים כי bootstrapping הוא קריטי לכל טופולוגיות ה- H-bridge על מנת לאפשר הפעלה אפקטיבית של המוספות בצד הגבוה.
בתהליך זה, קבלים שנבחרו כראוי מעבר לשער / פולט המוסקט בצד הגבוה טעונים 12V גבוה יותר מרמת מתח הניקוז המופעלת. רק כאשר זה קורה, מוספטים בצד הגבוה מסוגלים להדליק ולהשלים את מיתוג הדחיפה המיועד של העומס המחובר.
קודם: חישובי משרני קבלים הבא: 5 מעגלי המגבר הטובים ביותר שנחקרו
