Puente H completo MOSFET, protección contra picos de tensión

Question

Prefacio, soy un aficionado no un ingeniero eléctrico, así que por favor sea amable.

Estaba buscando una solución de control de motores mejor que la l298N para corrientes más altas y que tuviera un precio y tamaño similares, pero no la encontré.

He buscado en la red esquemas de puentes h para copiarlos y hacer una PCB para mis proyectos. Hasta ahora esta es la parte del circuito que hace el trabajo pesado: El diseño es de Lewis Loflin http://www.bristolwatch.com/k150/port5.htm

Señales de control de 5v (ATMega 328p, frecuencia PWM de 500Hz), el motor es de 24V/5A (motor limpiaparabrisas), los MOSFETs son IRF3205 (N) y AO4407A (P, sólo tengo MOSFETs SMD de canal p a mano y todos son -30Vds), BC547 NPN. El problema es que el circuito no tiene protección contra picos de tensión (según mis limitados conocimientos, a menos que los diodos del cuerpo cuenten como tal) y el AO4407A tiene una tensión nominal de -30 Vds, que probablemente sea inferior al pico de tensión que podría producirse.

¿Qué debo cambiar en el circuito para proteger los MOSFET de la liberación del humo mágico?

¿Ayudaría el uso de PWM para subir y bajar lentamente el motor? Las soluciones que he leído sobre consisten en: diodos, MOVs, filtros de paso bajo, condensadores, bobinas, resistencias de puerta, pero ¿qué solución se considera no exagerar y "lo suficientemente bueno"? No tengo un osciloscopio para medir el pico de tensión, así que no estoy seguro de los valores que deben tener los componentes de protección.

También he leído que para el control PWM, sólo debe utilizar PWM en 1 de los MOSFET (N, P) par, ¿es eso cierto?

Answer 1

Ese circuito tuyo no funcionará porque los PMOSFET de lado alto tendrán 24V a través de Vgs cuando tires de la puerta LO para encenderlos. Hay muy pocos PMOSFETs que pueden soportar 24V a través de su puerta-fuente. El voltaje fuente-drenaje de los PMOSFETs no es el factor limitante aquí. Vgs es.

Hay varias maneras de evitar esto, como el uso de diodos zener para que la puerta PMOS no se tira todo el camino a GND, pero sólo 10 o 15V por debajo de +V

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Lo que importa es cuánto tardan los transistores en encenderse y apagarse. Durante este tiempo actúan como resistencias y se calientan, por lo que es mejor emplear menos tiempo. Para encender y apagar el MOSFET es necesario que se cargue y se descargue un casquillo interno puerta-fuente.

Los controladores de puerta tienden a ser necesarios si se conmuta a alta frecuencia como en PWM debido a esto o se sobrecalientan. Por lo tanto, 1k es demasiado grande para las resistencias de puerta (R3/R4). Prueba con 5 ohmios. Los pines de la MCU que conducen directamente los NMOSFETs del lado bajo es probable que también tengan una corriente demasiado baja.

Valores grandes de R5 y R6 tampoco ayudan pero tampoco pueden ser demasiado pequeños y aquí es donde se requiere circuitería adicional para no comprometer. Si tuviera que hacerlo, usaría pull-ups de algo como 1K, no 10K, para que al menos fluyeran mA de corriente. Entonces redimensionaría R3/R4 en consecuencia.

Dicho esto, 500 Hz es lento. Posiblemente demasiado lento (no he visto más lento que 8kHz) así que puede que te salgas con la tuya si realmente corres a 500 Hz. Es más como un termostato de apagado / encendido muy rápido en ese punto en lugar de verdadera velocidad variable PWM ... pero puede que no sea capaz de notar la diferencia en su aplicación.

Además, añade grandes tapones entre +V y GND.

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He leído sobre consisten en: diodos, MOVs, filtros de paso bajo, condensadores, bobinas, resistencias de puerta, pero ¿qué solución se considera no overkill y "lo suficientemente bueno"?

Basta con añadir unos diodos flyback externos de tamaño adecuado antiparalelos a cada MOSFET. No confíes en el diodo de cuerpo parásito interno del MOSFET (que puedes ver en el símbolo del MOSFET).

También he leído que para el control PWM, sólo debe utilizar PWM en 1 de los MOSFET (N, P) par, ¿es eso cierto?

Sí. Nunca querrás que los dos transistores de la izquierda o la derecha estén encendidos al mismo tiempo. Ni siquiera por un momento. Eso es un cortocircuito. El llamado disparo a través.

utilizando PWM para acelerar lentamente", lo que se denomina arranque suave.

Esto se llama arranque suave. Ayuda a aliviar la alta corriente de pérdida cuando el motor está arrancando y todavía está a baja velocidad.