Управление мощными полевыми транзисторами с микроконтроллера

[AndTer]

Хотелось бы посоветоваться...
Нужно получить 6 ШИМ каналов управления с микроконтроллера.

Есть 6 штук IRF530. Но само собой микроконтроллер прокачать их не сможет, для полного открытия им нужны 10В, да и тока не хватит. Ставить драйвер? Какой? Преимущественно на рассыпухе. Посоветуйте с минимумом компонентов, всё же 6 драйверов...

И второй вопрос, если собирать на IRLZ44, на сколько упростится задача? Но тоже думается, что не гуманно нагружать микроконтроллер и подключать 6 штук напрямую. Всё же 1700пФ ёмкость затвора, и ток большой *6, да и фронты будут никакие... Какой ключ/драйвер пойдёт в этом случае? (тут всё же можно остаться в пределах 5 вольт).

Доступны мелкие полевики с Logick gate, P(irlml9301 и BSS84) и N(irml2502) канальные. Само собой биполярники из области BC807/327,BC817/337.
Что предпочтительней? Полевики или всё же биполярники?

Известный драйвер:

2016-12-06_174946.png

(34 KiB) Скачиваний: 1636

Но... то ли лыжи не едут... то ли я...
Не понимаю почему не работает) Генератор 5В, PW 1кГц и 50%.
Как заработать то его? И можно ли урезать?

И просто ключ. Однако сигнал инвертирован, что плохо. В отличии от драйвера что выше, этот работает, хотя фронты оставляют желать лучшего.

2016-12-06_180005.png

(26.6 KiB) Скачиваний: 1242

Ещё драйвер, попроще. Хорошие фронты. Работает. Но... напряжение на затворе не выше 4,5В (эмитер сравнялся с базой)... Наверное пойдёт для IRLZ44. Но для IRF530 точно нет...

2016-12-06_183816.png

(27.11 KiB) Скачиваний: 1226

Добавил напряжения... может и не совсем правильно... но работает! Одно плохо, снова инвертор получился... Да и количество компонентов растёт...

2016-12-06_190010.png

(34.5 KiB) Скачиваний: 1109

Инвертировал, элементов ещё больше)

2016-12-06_215659.png

(29.46 KiB) Скачиваний: 1129

Кстати, насколько актуально размещение конденсатора на верхнем коллекторе? И какой номинал? По идее должен быть просто больше ёмкости затвора, чтобы бОльшим током его заряжать, то есть быстрее.

Заранее благодарен!

Последний раз редактировалось AndTer Ср дек 07, 2016 08:20:27, всего редактировалось 1 раз.

[B@R5uk]

Ставить драйвер? Какой?

Я в таких случаях иду на чип-и-дип, нахожу нужный радел компонентов, сортирую по цене и читаю даташиты начиная с самых дешёвых.

[КРАМ]

TC4427 (IR4427) в количестве 3 штук спасут "отца русской демократии".
Цена вопроса на trt.ru - 50 российских рублей за штуку.

[AndTer]

MC33152D тоже вполне могут спасти. И цена 33р. Но она не всегда доступна.
Но всё же речь идёт о рассыпухе. Даже самая большая из вышеприведённых схем обойдётся в 5р и всегда есть в наличии.

[error]

Если хочется на рассыпухе, то делаете обыкновенный пушпульный эмиттерный повторитель, подтянутый к необходимому (например 12В) напряжению, подключённый к МК через диод (вместо перечёркнутого фета), см. первый приложенный файлик. То есть примерно Ваша же схема намбер 3. Как вариант, если есть возможность перевести выход контроллера в открытый коллектор и если он выдержит 12В, то не понадобится даже диод.
Такой драйвер инвертировать не будет, тем не менее не понимаю, почему это почему в случае использования МК это может быть проблемой.

Если надо ещё ускорить переключение фетов, вместо подтягивающего резюка лепим динамическую нагрузку. Я таким образом управлял 5-пятью IRF1404 с целью ШИМ-регулировки 50-амперной нагрузки (мотор), см. вложение 2.

Резюки на гейтах можете выкинуть. Перед повторителем... ладно, может 100Ом оставьте, но килоому там делать нечего.

Вложения

Drv01.png

(1.36 KiB) Скачиваний: 1133

Drv02.png

(1.85 KiB) Скачиваний: 1377

[Martin76]

Первая схема с диодом не будет нормально работать, защитные диоды и диодные структуры МОСФЕТ транзисторов выходных ключей порта МК не дадут получить на выходе МК больше, чем 5,6В. Соответственно больше примерно 5.5В на выходе повторителей не получить. Вот если мосфет подключить по схеме с общим затвором, то можно сделать и без инверсии. Достаточно подключить исток мосфет к МК, а затвор к +5.

[error]

Кстати да... шось я забыл за те диоды. Тогда да, залепить ФЕТ как преобразователь уровней и вперёд с песней. Хотя, повторюсь, инвертировать сигнал с МК тоже - как два пальца об асфальт (если, конечно, есть доступ к сорсам или софт пишется собственноручно).

[AndTer]

По первой схеме. Не окажется ли потенциала в +12В на выходе МК? Не думается что это хорошо, даже с учётом резистора неизвестного номинала.
А по второй, зачем ставится диод? Что он выполняет в схеме?

Зачем инверсия? Так чтобы при каких либо проблемах с МК ключи оставались всё же закрытыми.

И вопрос про полевик с общим затвором. Не совсем понял... Как понял попробовал, но что то не то, наверное не так понял)

[error]

По первой схеме. Не окажется ли потенциала в +12В на выходе МК? Не думается что это хорошо, даже с учётом резистора неизвестного номинала...И вопрос про полевик с общим затвором. Не совсем понял...

Вот схема вых.каскада МК:

Подтягивающий резистор отключается (вместо него может быть и верхний транзюк - тоже отключаемый) и сток (коллектор) просто висит в воздухе. И если б не было тех защитных диодов, о которых напомнил коллега, 12 вольт ему было бы по-барабану (да-да, даже несмотря на то, что МК 5-вольтовый). А так, приходится извращазощряться, скажем, упомянутым тем же коллегой мосфетом. Пойдёт даже допотопный BSS138.


Ну и со всей присущей мне скромностью позволю себе предложить Вам абсолютно генитальную схему на оптроне:

И феты отделены от МК, и сами по себе не откроются.
Я не знаю, каким мосфетом Вы собираетесь управлять и на какой частоте, но можете рискнуть вообще нафик выкинуть пушпул и управлять им прямо с транзистора оптрона.

...А по второй, зачем ставится диод? Что он выполняет в схеме?...

Ну, представьте сами, что будет, если вместо того диода будет К.З.? Как Вы откроете тот дополнительный транзистор, если у него будут соединены база и эмиттер? Вот то-то же

Зачем инверсия? Так чтобы при каких либо проблемах с МК ключи оставались всё же закрытыми...

При проблемах с МК его выводы могут оказаться в совершенно любом непредсказуемом состоянии.

[B@R5uk]

Ну и со всей присущей мне скромностью позволю себе предложить Вам абсолютно генитальную схему на оптроне

Эта схема имеет фатальную уязвимость, а именно быстродействие.

[AndTer]

Полевик с общим затвором работает(в симуляторе), но вот в железе пробовать не рискну, ведь 12В через защитный диод пойдёт на шину питания МК... Понятно что ток ограничен резистором подтяжки, но...

2016-12-09_100620.png

(14.35 KiB) Скачиваний: 979

Про то, каким мосфетом я пытаюсь управлять я писал) - IRF530 (ёмкость 920пФ) - но ему надо 8-10 Вольт для полного открытия, вот и ищу схемку. Если брать IRLZ44 (1700пФ), ему хватит и 4 Вольт, собственно 3 схема его тянет(на прямую к портам для ШИМа его подключать негуманно, только для работы как ключа вкл/выкл чего то там), но всё же речь о IRF530, да и по сути любых N-канальных полевиках.

Ну всё же периферия строится из расчёта быть отключенной в случае обрывов и отключений. Поэтому инверсию хочется избегать.

Вариант с оптопарой имеет место существовать, особенно если использовать быстрый оптрон, но по цене дешевле выйдет спец.драйвер нижнего плеча, и не только дешевле, но и работать будет лучше.

[Martin76]

пробовать не рискну, ведь 12В через защитный диод пойдёт на шину питания МК...

Каким образом? Подобная схема при соответствующих деталях позволяет коммутировать хоть 100В, хоть много больше.
Кстати часто такая схема используется для импульсных БП при питании их от 380В~(540-600В постоянки на выходе моста). Обычный ШИМ с ключом на 650В и ключ с общим затвором на 900-1200В.

[error]

Эта схема имеет фатальную уязвимость, а именно быстродействие.

Ну так именно поэтому я писал, что не знаю НА КАКОЙ ЧАСТОТЕ автор собирается фетом управлять. Скажем, для режима вкл/выкл - выше крыши. До килогерца - тоже без проблем. До 10 килогерц - вполне даже, по ситуации. И то, это допотопная PC817.

Добавлено after 9 minutes 25 seconds:

...Ну всё же периферия строится из расчёта быть отключенной в случае обрывов и отключений...

Ерунда. Какова вероятность того, что произойдёт обрыв дорожки платы между МК и фетом??? Не создавайте себе лишних проблем.
Лично мой опыт, может не совпадать с опытом других коллег, но когда у меня горели МК, на выходах обычно устанавливается харрошая "единица"

[AndTer]

Каким образом?

Во вложении есть схема с вольтметром. В случае если нога свободная, вольтметр показывает почти 12В. Я выше писал что ток за счёт резистора там маленький и скорее всего при подключенной ноге МК, всё напряжение упадёт на подтягивающем резисторе. Но сам факт как то смущает...

И старых два вопроса из первого сообщения...
Насколько актуально размещение конденсатора у коллектора верхнего транзистора двухтактного драйвера?
И что не так с самой первой схемой, почему она не работает?

[mickbell]

И старых два вопроса из первого сообщения...
Насколько актуально размещение конденсатора у коллектора верхнего транзистора двухтактного драйвера?

Надо. К коллектору идёт проводник, он - индуктивность. Если не поставить конденсатор, то импульсы в момент открывания мосфета будут идти по этому проводу и не только гадить помехами вокруг себя, но и на индуктивности создастся падение напряжения, которое завалит фронт импульса. Соответственно, мосфет будет открываться несколько медленнее, и в некоторых критичных случаях от этого умрёт. При наличии конденсатора импульс тока будет браться из него. Сразу же надо привыкать ставить блокировочные конденсаторы везде, и при этом соблюдать правила их подключения.

И что не так с самой первой схемой, почему она не работает?

Соберите её живьём. Как говорится, будучи безошибочно собранной из исправных деталей, она работать будет. Почему не работает в симуляторе, я не знаю, да и неинтересно, не люблю я их, симуляторы.

[error]

...И что не так с самой первой схемой, почему она не работает?

Должна работать. R21 там не нужен, т.к. может провоцировать сквозной ток.

[AndTer]

надо привыкать ставить блокировочные конденсаторы везде, и при этом соблюдать правила их подключения.

Я так понимаю речь идёт о том что они должны быть размещены максимально близко к потребителю, в данном случае к коллектору верхнего транзистора драйвера.

R21 там не нужен

По идее да) Но схема перерисована как есть из первоисточника. Там автор подобрал все номиналы на практике глядя в осциллограф.
(отправил вам в ЛС ссылку, если интересно посмотрите)

Возник ещё вопрос. На затворы принято везде ставить резисторы. Понятно что считаются они сложно и включают время открытия, закрытия, заряды и прочее. Но в простом случае, не для диких частот, скорей ставятся чтобы ограничить зарядный ток затвора. Чтобы не пожечь транзисторы драйвера большими токами, особенно если работает это дело на относительно большой частоте.
А как посчитать его? Я так понимаю должна быть зависимость между ёмкостью затвора, напряжением и максимальным током драйвера... Или можно ограничиться банально законом Ома? Напряжение драйвера должно либо заряжать либо разряжать ёмкость затвора. Если принять ёмкость за кз, то при максимальном токе(Iкэ) транзистора драйвера в 500мА, возьмём ему пусть 250мА. Зная напряжение не более 12В в данном случае. R=U/I или R=12/0.25=48Ом? Или это в корне неверно?

[mickbell]

Я так понимаю речь идёт о том что они должны быть размещены максимально близко к потребителю, в данном случае к коллектору верхнего транзистора драйвера.

Не только. Второе правило: провод питания должен идти к паду конденсатора, а потом с него уже к запитываемому выводу транзистора, микросхемы и прочего. Если подключение блокировочного конденсатора выполнено "аппендиксом" к проводнику питания, то он, тоже представляя собой индуктивность, позволит брать импульсные токи из линии питания, что нежелательно. Не следует забывать также о правилах выполнения общего провода. Поскольку он общий и для питания, и для сигналов, правила, относящиеся к нему, серьёзнее.

[КРАМ]

А как посчитать его? Я так понимаю должна быть зависимость между ёмкостью затвора, напряжением и максимальным током драйвера... Или можно ограничиться банально законом Ома? Напряжение драйвера должно либо заряжать либо разряжать ёмкость затвора. Если принять ёмкость за кз, то при максимальном токе(Iкэ) транзистора драйвера в 500мА, возьмём ему пусть 250мА. Зная напряжение не более 12В в данном случае. R=U/I или R=12/0.25=48Ом? Или это в корне неверно?

Все зависит от схемы драйвера. Большинство интегральных драйверов являются в режиме КЗ генераторами тока. То есть ограничивают его.
Резистор в затворе кроме всего прочего уменьшает добротность последовательного колебательного контура созданного емкостью затвора и индуктивностью линии от выхода драйвера до затвора. Учитывая, что напряжение управления затворами часто достаточно близко к максимально допустимому, даже не слишком выраженный звон на затворе может пробить оный затвор.

[error]

...Но схема перерисована как есть из первоисточника. Там автор подобрал все номиналы на практике глядя в осциллограф...

Ну, я вообще-то тоже не в унитаз глядел. Если присмотритесь повнимательнее, моя схема чуток отличается. Как результат, у автора 100нс на холостом ходу, а уменя - чуток больше на пяти параллельно соединённых IRF1404. Как результат - слегка тёплые транзисторы с 25кГц ШИМом на 100-амперной нагрузке (вообще-то 50А, просто у меня 2 таких группы на общую 100А нагрузку). Что уже говорить за один несчастный IRF530...

А для ограничения тока выше крыши хватает R1.

Добавлено after 11 minutes 29 seconds:

...На затворы принято везде ставить резисторы... Чтобы не пожечь транзисторы драйвера большими токами, особенно если работает это дело на относительно большой частоте...

Скажем так, "пожечь" КТ315/361, КТ3102/3107, BC847/857, BC815/817 и иже с ними своим IRF530-м у Вас просто нет шансов.

Когда налаживал свой ШИМ-регулятор, на пробную плату впаял пушпул на BC847/857 с тем, что пока залеплю туда только один IRF1404, но напрочь об этом забыл и впаял все 5. Да, сказать, что пушпул грелся - это не сказать ничего ))) Но выдержал. Часа три, наверное, молотили. Потом, конечно, 4 выпаял, транзюки тоже остыли, всё таки 5,6н и 28н - есть разница. А у 530-го 600пФ, тю...