Amorçage du pont en H

L'amorçage est un aspect crucial que vous trouverez dans tous les réseaux à pont en H ou à pont complet avec des mosfets à canal N.

Il s'agit d'un processus dans lequel les bornes grille / source des mosfets côté haut sont commutées avec une tension d'au moins 10 V supérieure à sa tension de drain. Cela signifie que si la tension de drain est de 100 V, alors la tension effective de grille / source doit être de 110 V afin de permettre le transfert complet du 100 V du drain à la source du mosfet côté haut.

Sans amorçage Une topologie en pont en H avec des mosfets identiques ne fonctionnera tout simplement pas.

Nous essaierons de comprendre les détails à travers une explication étape par étape.

Un réseau d'amorçage n'est nécessaire que lorsque tous les 4 appareils du pont en H sont identiques avec leur polarité. Il s'agit généralement de mosfets à canal n (le canal p 4 n'est jamais utilisé pour des raisons évidentes).

L'image suivante montre une configuration standard de pont en H à canal n

La fonction principale de cette topologie mosfet est de commuter la «charge» ou le primaire du transformateur dans ce schéma, d'une manière flip-flop. Sens, pour créer un courant alternatif push-pull à travers l'enroulement du transformateur connecté.

Pour mettre en œuvre cela, les mosfets disposés en diagonale sont activés / désactivés simultanément. Et ceci est cyclé en alternance pour les paires diagonales. Par exemple, les paires Q1 / Q4 et Q2 / Q3 sont activées / désactivées ensemble, en alternance. Lorsque Q1 / Q4 est activé, Q2 / Q3 est désactivé, et vice versa.

L'action ci-dessus force le courant à changer alternativement sa polarité à travers l'enroulement du transformateur connecté. Cela entraîne à son tour que la haute tension induite aux bornes du secondaire du transformateur change également de polarité, produisant la sortie alternative ou alternative prévue sur le côté secondaire du transformateur.

Que sont les mosfets High-Side Low-Side

Les Q1 / Q2 supérieurs sont appelés les mosfets du côté haut, et les Q3 / Q4 inférieurs sont appelés les mosfets du côté bas.

Le mosfet côté bas a ses fils de référence (bornes de source) correctement connectés à la ligne de terre. Cependant, les mosfet côté haut n'ont pas accès directement à la ligne de masse de référence, mais sont plutôt connectés au primaire du transformateur.

Nous savons que la borne «source» d'un mosfet ou l'émetteur d'un BJT doit être connecté à la ligne de masse commune (ou à la ligne de référence commune) afin de lui permettre de conduire et de commuter une charge normalement.

Dans un pont en H, étant donné que les mosfets du côté haut ne peuvent pas accéder directement à la masse commune, les allumer efficacement avec une porte normale CC (Vgs) devient impossible.

C'est là que le problème se pose, et un réseau d'amorçage devient crucial.

Pourquoi est-ce un problème?

Nous savons tous qu'un BJT nécessite un minimum de 0,6 V entre sa base / son émetteur pour se conduire pleinement. De même, un mosfet nécessite environ 6 à 9 V sur sa grille / source pour se conduire pleinement.

Ici, «entièrement» signifie un transfert optimal de la tension de drain mosfet ou de la tension du collecteur BJT à leurs bornes source / émetteur respectives, en réponse à l'entrée de tension grille / base.

Dans un pont en H, les mosfets côté bas n'ont aucun problème avec leurs paramètres de commutation et ceux-ci peuvent être commutés normalement et de manière optimale sans aucun circuit spécial.

Ceci est dû au fait que la broche de la source est toujours à zéro ou au potentiel de masse, ce qui permet à la porte d'être élevée au 12V ou 10V spécifié au-dessus de la source. Cela répond aux conditions de commutation requises du mosfet et lui permet de tirer complètement la charge de vidange jusqu'au niveau du sol.

Maintenant, observez les mosfets du côté haut. Si nous appliquons 12V sur sa grille / source, les mosfets répondent initialement bien et commencent à conduire la tension de drain vers les bornes de la source. Cependant, pendant que cela se produit, en raison de la présence de la charge (enroulement primaire du transformateur), la broche source commence à subir un potentiel croissant.

Lorsque ce potentiel dépasse 6V, le mosfet commence à caler, car il n'a plus «d'espace» à conduire, et au moment où le potentiel de la source atteint 8V ou 10V, le mosfet cesse simplement de conduire.

Comprenons cela à l'aide de l'exemple simple suivant.

Ici, la charge peut être vue connectée à la source du mosfet, imitant une condition de mosfet Hi-side dans un pont en H.

Dans cet exemple, si vous mesurez la tension aux bornes du moteur, vous constaterez qu'elle n'est que de 7 V, bien que 12 V soit appliqué du côté du drain.

C'est parce que le 12 - 7 = 5V est la porte / source minimum ou V_gsqui est utilisé par le mosfet pour maintenir la conduction ON. Puisque le moteur ici est un moteur 12V, il tourne toujours avec l'alimentation 7V.

Si nous supposons que nous utilisons un moteur 50V avec une alimentation 50V sur le drain et 12V sur la porte / source, nous pouvons voir seulement 7V sur la source, ne produisant absolument aucun mouvement sur le moteur 50V.

Cependant, si nous appliquons autour de 62V à travers la porte / source du mosfet. Cela allumerait instantanément le mosfet et sa tension source commencerait rapidement à augmenter jusqu'à ce qu'elle atteigne le niveau de drain maximum de 50V. Mais même à une tension de source de 50V, la porte étant de 62V serait toujours de 62 à 50 = 12V plus haute que la source, permettant une conduction complète du mosfet et du moteur.

Cela implique que les bornes de source de grille dans l'exemple ci-dessus nécessiteraient quelque chose d'environ 50 + 12 = 62V pour permettre une commutation à pleine vitesse sur le moteur 50V. Parce que cela permet au niveau de tension de grille du mosfet d'être correctement élevé au niveau 12V spécifié au-dessus de la source .

Pourquoi le Mosfet ne brûle-t-il pas avec des Vgs aussi élevés?

C'est parce que dès que la tension de grille (V_gs) est appliquée, la haute tension côté drain est instantanément activée et elle se précipite à la borne de source annulant l'excès de tension grille / source. Enfin, seul le 12V ou 10V effectif est rendu au niveau de la porte / source.

Cela signifie que si 100 V est la tension de drain et que 110 V est appliqué sur la grille / source, le 100 V du drain se précipite à la source, annulant le potentiel de grille / source appliqué 100 V, permettant uniquement au plus 10 V de faire fonctionner les procédures. Par conséquent, le mosfet est capable de fonctionner en toute sécurité sans brûler.

Qu'est-ce que le bootstrapping

À partir des paragraphes ci-dessus, nous avons compris pourquoi exactement nous avons besoin d'environ 10 V plus élevé que la tension de drain comme Vgs pour les mosfets du côté haut dans un pont en H.

Le réseau de circuits qui accomplit la procédure ci-dessus est appelé un réseau d'amorçage dans un circuit en pont en H.

Dans un circuit intégré de pilotage à pont en H standard, l'amorçage est obtenu en ajoutant une diode et un condensateur haute tension à la grille / source des mosfets côté haut.

Lorsque le mosfet côté bas est activé (le FET côté haut est désactivé), la broche HS et le nœud de commutation sont mis à la terre. Le V_jjl'alimentation, à travers le condensateur de dérivation, charge le condensateur d'amorçage à travers la diode d'amorçage et la résistance.

Lorsque le FET côté bas est désactivé et que le côté haut est activé, la broche HS du pilote de grille et le nœud de commutation sont connectés au bus haute tension HV, le condensateur d'amorçage décharge une partie de la tension stockée (collectée pendant la charge séquence) au FET côté haut via les broches HO et HS du pilote de grille comme indiqué dans.

Pour plus d'informations à ce sujet, vous pouvez vous référer à cet article

Mettre en place un circuit pratique

Après avoir appris à fond le concept ci-dessus, vous pourriez être encore confus quant à la méthode correcte de mise en œuvre d'un circuit H-Bridge? Voici donc un circuit d'application pour vous tous, avec une description élaborée.

Le fonctionnement de la conception d'application du pont en H ci-dessus peut être compris avec les points suivants:

L'aspect crucial ici est de développer une tension aux bornes de 10 uF de telle sorte qu'elle devienne égale à la «tension de charge souhaitée» plus l'alimentation 12 V aux portes des MOSFET côté haut, pendant leurs périodes de marche.

La configuration présentée l'exécute très efficacement.

Imaginez que l'horloge n ° 1 est haute et que l'horloge n ° 2 est basse (puisqu'elles sont supposées synchroniser alternativement).

Dans cette situation, le mosfet supérieur droit devient OFF, tandis que le mosfet inférieur gauche est activé.

Le condensateur 10uF charge rapidement jusqu'à + 12V à travers la diode 1N4148 et le drain / source mosfet inférieur.

À l'instant suivant, dès que l'horloge n ° 1 devient basse et que l'horloge n ° 2 devient haute, la charge à travers le 10 uF gauche commute sur le MOSFET supérieur gauche qui commence immédiatement à conduire.

Dans cette situation, sa tension de drain commence à se précipiter vers sa source, et simultanément les tensions commencent à pousser dans le condensateur de 10 uF de telle sorte que la charge existante + 12V `` repose '' sur cette tension de poussée instantanée de la borne MOSFET.

Cet ajout du potentiel de drain dans le condensateur 10uF via la borne source garantit que les deux potentiels s'additionnent et permettent au potentiel instantané à travers la grille / source du MOSFET d'être juste à environ + 12V au-dessus du potentiel de drain.

Par exemple, si la tension de drain est sélectionnée pour être de 100V, alors ce 100V pousse dans le 10uF provoquant une tension de grille de potentiel de compensation continue qui se maintient à +12 juste au-dessus de 100V.

J'espère que cela vous a aidé à comprendre le fonctionnement de base du bootstrapping côté haut utilisant un réseau de diodes à condensateur discret.

Conclusion

À partir de la discussion ci-dessus, nous comprenons que l'amorçage est crucial pour toutes les topologies de pont en H afin de permettre une activation efficace des mosfets côté haut.

Dans ce processus, un condensateur sélectionné de manière appropriée à travers la grille / l'émetteur du mosfet côté haut est chargé à 12 V plus haut que le niveau de tension de drain appliqué. Ce n'est que lorsque cela se produit que les mosfets côté haut peuvent s'allumer et terminer la commutation push-pull prévue de la charge connectée.