Autor: janbernat
Redakcja: Dondu
MOSFET jest bardzo wrażliwy na sterowanie. Jak jest niedobre, to wcale nie chce pracować. Dlatego z MOSFET-em jest jak z mężem, Zapytajcie swojej żony jak zmusić silnego i dzielnego męża do roboty? Ano delikatnie, intuicją, sposobem i wiedzą.
MOSFET na Wikipedia: MOSFET
To sterowanie dotyczy procesorów zasilanych z 5V albo nawet z 3.3V. Ale MOSFET ma włączać odbiornik zasilany z 12V (albo nawet dużo więcej). No bo po co taki dzielny MOSFET miałby pracować na 5V?
No to popatrzmy na schemat. Zaznaczyłem tam największą słabość mosfeta - pojemność bramki (C2).
Nie podłączoną, ale jednak jest!
No to popatrzmy na schemat. Zaznaczyłem tam największą słabość mosfeta - pojemność bramki (C2).
Nie podłączoną, ale jednak jest!
MOSFET chciałby, aby ta bramka bardzo szybko się rozładowywała i ładowała. Bo jak na bramce jest jakiś ładunek, to MOSFET trochę przewodzi, a wtedy się grzeje.
Najlepiej gdyby ta pojemność w bramce była pusta, to wtedy nie przewodzi wcale, albo pełna, to wtedy przewodzi i jego oporność kanału jest mała, a mała rezystancja, mało się grzeje.
No ale przy PWM ta bramka (kondensator) stale się ładuje i rozładowuje. Powinna to robić szybko. Albo naładowana, albo rozładowana. No ale nieskończenie szybko to się nie da - to jest świat realny.
Policzmy
No to może popatrzmy - a może policzmy - jak szybko się da naładować i rozładować kondensator będący tak naprawdę pojemnością bramki.
Ano taki IRF540 ma pojemność bramki 1.4nF. A tranzystory BC nim sterujące mają dopuszczalny prąd 800mA.
Przyjmijmy, że dla naszych zastosowań 500mA. Czyli dobieramy prąd bramki na 500mA. Prąd płynie z napięcia 12V przez Q1 i wypływa z bramki (kondensatora) przez Q2. No i nie może przekroczyć 500mA.
Stąd to opornik R3 powinien mieć 24ohm. Bo więcej tranzystory Q1 i Q2 mogą nie wytrzymać (oczywiście można zastosować inne).
No to teraz popatrzmy na tranzystor Q4, a w zasadzie na opornik R1 w kolektorze. Powinien być on o małej wartości rezystancji - tyle ile tranzystor Q4 wytrzyma. Bo od wartości tego opornika zależy po części szybkość przełączania.
Dobór rezystora R2 w bazie tranzystora jest taki:
Załóżmy że:
Czyli gdy jest całkiem otwarty to płynie przez niego 100mA.
Prąd bazy musi być znacznie większy niż 1mA (od 3 do 10 razy).
Dla rezystora R2 o wartości 1.2 kohm prąd będzie 4.5mA. Obliczamy wzorem:
gdzie:
Ib - prąd bazy
Ic - prąd kolektora
ß - współczynnik wzmocnienia tranzystora (beta)
R6 powinien spowodować zwarcie do masy bazy Q4 - może być 100k - to i tak na wszelki wypadek.
C1- bardzo przyspieszy przełączanie. W praktyce stosuje się kondensatory kilkadziesiąt- kilkaset pF.
Zainteresowanych odsyłam do literatury:
Dobór rezystora R2 w bazie tranzystora jest taki:
- nie może nadmiernie obciążać wyjścia procesora
- musi zapewnić nasycenie tranzystora.
Załóżmy że:
- w kolektor tranzystora wstawiamy opornik 120ohm.
- wzmocnienie prądowe tranzystora wynosi 100.
Czyli gdy jest całkiem otwarty to płynie przez niego 100mA.
Prąd bazy musi być znacznie większy niż 1mA (od 3 do 10 razy).
Dla rezystora R2 o wartości 1.2 kohm prąd będzie 4.5mA. Obliczamy wzorem:
gdzie:
Ib - prąd bazy
Ic - prąd kolektora
ß - współczynnik wzmocnienia tranzystora (beta)
R6 powinien spowodować zwarcie do masy bazy Q4 - może być 100k - to i tak na wszelki wypadek.
C1- bardzo przyspieszy przełączanie. W praktyce stosuje się kondensatory kilkadziesiąt- kilkaset pF.
Zainteresowanych odsyłam do literatury:
Paul E.Gray, Campbell L. Searle
"Podstawy Elektroniki"
PWN 1976, str.706.
Na rynku pojawiły się mikrokontrolery zasilane z 1.8V.
OdpowiedzUsuńJeśli diody zasilić z 3.6V (bateria lipo) to pojawia się różnica w zasilaniu.
Jak sterować takimi diodami? Czy tu także uzasadniony jest MOSFET?
Mam pytanie skąd się wzięła pojemność bramki 1.4nF w datasheet nie ma 870 pF?
OdpowiedzUsuńFaktycznie w dokumentacji nie ma takiej wartości. Niestety autor (janbernat) nie odpowie w najbliższym czasie na to pytanie. Ale z mojej winy, nie została opublikowana nowa wersja artykułu, którą janbernat opracował. Postaram się jak najszybciej nadrobić to półroczne opóźnienie.
OdpowiedzUsuńWracając jeszcze do pojemności bramki. Nie wiem może to jakiś skrót myślowy albo coś do mnie nie dociera (początkujący jestem).
OdpowiedzUsuńJest mowa o pojemności potem wchodzi dopuszczalny prąd tranzystora bipolarnego sterującego mosfetem. Reszta wyliczeń do mnie dociera (prawo Ohma). Jednak jak ma się te 1,4n F czy tam 870 pF do prądu kolektora itp.? Nie widzę tam żadnych zależności z dobieraniem elementów dla pojemności bramki MOSFET-a
Czy coś "urwało" w tekście?
Proszę poczekać do niedzieli - opublikuję właściwą wersję tego artykułu.
OdpowiedzUsuńI jak z tą nową wersją?
OdpowiedzUsuńAnonimowy: wydaje mi się, że tu chodzi o to, jak szybko jest w stanie rozładować się ładunek zgromadzony na bramce, za pomocą określonego prądu, ilustracja hydrauliczna:
OdpowiedzUsuńmasz zbiornik z wodą (kondensator) o określonej objętości (ładunku) powiedzmy 100l, pytanie: jeśli woda będzie odpływać z prędkością 5l na minutę, to jak szybko opróżni się zbiornik.
A jest to ważne, ponieważ zależy nam na jak najkrótszym czasie przejścia z nasycenia do odcięcia (tranzystor grzeje się głównie w stanach pośrednich)
Nowa wersja zaraz po skończeniu cyklu o BLDC.
OdpowiedzUsuńMożliwe, że czegoś nie rozumiem, ale baza Q1 powinna być chyba podłączona do emitera Q4 (na rysunku jest podłączona w tym samym miejscu co Q2)?
OdpowiedzUsuńBo jeżeli Q1 i Q2 mają naprzemian ładować i rozładowywać bramkę mosfeta to chyba tylko w taki sposób?
Jaką rolę pełni dioda D2?
D2? wydaje mi się że ma zabezpieczyć bramkę przed wyższym napięciem niż 12V.
OdpowiedzUsuńWitam
OdpowiedzUsuńUżyłem tranzystorów BC807/817 (Ic=500mA), napięcie zasilania drivera 12V, napięcie pracy silnika 12/24V, sterowanie drivera z wyjścia uP no i tranzystory palą się bez przerwy. Rezystor R1 przy 12V chce odparować (to mnie akurat nie dziwi, I = (12 V-0.7 V)/120 Ohm = ~100 mA, P = I*I*R ~1.06 W).
Kiedy w końcu będzie aktualizacja i dokończenie tego artykułu? bo w chwili obecnej wnosi więcej zamętu niż pożytku.
OdpowiedzUsuńNie jest wyjaśnione (obliczone) jak rozładowanie bramki mosfeta. Słowem nie ma o R4 (w zasadzie po co on skoro jest pull-down R6?
Wartość C1 też powinna być poparta jakimiś wyliczeniami albo choć podać z czego wynika i kiedy stosować 50pF a kiedy 300pF
Artykuł wisi od września, czy autor lub prowadzący bloga naprawdę nie znaleźli do tej pory czasu, aby rzetelnie to przygotować?
Przepraszam, to moja wina, a opóźnienie spowodowane jest pisaniem innych artykułów oraz brakiem czasu. Postaram się zrobić to w pierwszym możliwym terminie.
OdpowiedzUsuńAle trochę prądożerny ten układ jednak. Im większe wypełnienie PWM, tym więcej prądu ucieka przez tranzystor Q4, i to sporo prądu skoro R1 ma być dobrane jak najmniejsze. Nie da się coś na to poradzić?
OdpowiedzUsuńCzy dobrze rozumiem, że przy stanie H na pinie atmegi, mosfet jest wyłączony?
OdpowiedzUsuńPrzy stanie wysokim wyjścia IC1, popłynie prąd poprzez opornik R2 i R6, który spowoduje przewodzenie Q4. Rezystor R4 ma na celu zapewne ustalenie punktu pracy Q4. Odetkany Q4 spowoduje odetkanie Q2 i zatkanie Q1 co spowoduje odpływ ładunku z pojemności Mosfeta do masy a tym samym jego wyłączenie.
UsuńPojawienie się stanu niskiego na IC1 spowoduje zatkanie Q4 co w następnie spowoduje pojawienie się napięcia +12 na bramce Q1, które go odetka a jednocześnie to samo +12V zatka tranzystor Q2, co spowoduje ,że ładunek płynący przez kolektor Q1 i R3 załączy Mosfeta.
Dioda zenera D2, zabezpiecza bramkę Mosfeta przed przepięciem ze strony zasilania.
Któryś z kolegów wyżej pisał, że układ jest prądożerny, co jest niestety prawdą. Aby temu zapobiec trzeba do sterowania "dużego" mosfeta zaprząc.. Małe mosfety a nie tranzystory typu BC. Najlepiej jest zaś zastosować driver scalony taki jak np. TC4451, który potrafi wygenerować w bardzo krótkim czasie prąd rzędu 13A przy poborze prądu na poziomie 200uA(w stanie wysokim).
Gdyby był zrzut ekranu z oscyloskopu, zrobiony na poszczególnych elementach (IC1, Q1,Q2,Q3 i Q4), to przykład byłby jednym z najlepszych w Internecie. Bardzo dziękuję i pozdrawiam autora.
Mam nadzieje, że nowa wersja artykułu wkrótce się ukaże!
OdpowiedzUsuńszkoda że tak słabo opisany artykuł... początkujący nie jest w stanie załapać o co chodzi gryby nie powyższy komentarz...
OdpowiedzUsuńCzy doczekamy się w końcu dokończenia artykułu ?
OdpowiedzUsuńWitam , i co z dalszą częścią artykułu ?????
OdpowiedzUsuńWitam
OdpowiedzUsuńJest szansa aby w najbliższej przyszłości pojawiała się aktualizacja artykułu?
Raczej kontynuacja, bo aktualizować nie ma co - tranzystory ostatnio nie przeszły drastycznych zmian :)
UsuńTak to miałem na myśli :)
UsuńDla tych którzy chcą wiedzieć jaką wartość prądu bramki zastosować dla oczekiwanego czasu przełączania podaje zależność czasu przełączania Mosfeta od prądu a w zasadzie rezystancji Rb (bramki): Vtemp=Vgs*(1-e^(-t/Rg*Ciss)), gdzie Vgs to w powyższym schemacie w przybliżeniu napięcie zasilające Q1 czyli 12V, Rg rezystancja bramki dla szukanego prądu, t-czas przełączania mosfeta a Ciss wspomniana na początku pojemność bramki 1.4 nF. Zakładając czas przełączania jako odpowiadający naładowaniu / rozładowaniu bramki do wartości 0,9 Vgs otrzymujemy zależność 0,9=(1-e^(-t/Rg*Ciss)) którą należy przekształcić względem Rg albo jak się komuś nie chce wstawić wzór do excela i wyliczyć dla określonego przedziału wartości t. Szukany prąd to oczywiście Id=Vgs/Rg.
OdpowiedzUsuńDla powyższych wartości wyliczony czas przełączenia wynosi ok 80 nS i jest to wynik zadowalający nawet dla wysokich częstotliwości PWM
Ten komentarz został usunięty przez autora.
OdpowiedzUsuńWitam wydaje mi się że jest jakiś prosty wzór może trochę orientacyjny ale wystarczająco dokładny (który kiedyś używałem ale nie mogę go odnaleźć) na obliczenie prądu bramki w celu szybkości przełączania Mosfeta w V/mikrosekundę przy danym napięciu źródło-dren i danej częstotliwości przełączania jeśli ktoś posiada takowy to proszę o publikację
OdpowiedzUsuń