No entiendo por qué solo uno de los MOSFETS se conduce con 15V y el otro 12V.
Ese convertidor DC-DC no se incluyó porque el MOSFET del lado alto necesita 15 V (no lo hace). El NME1215SC se seleccionó el módulo convertidor DC-DC porque es un diseño aislado , lo que significa que (como los controladores de compuerta aislados ópticamente) la entrada de alimentación no está conectada eléctricamente a la salida.
La idea es claramente proporcionar una fuente de alimentación flotante al controlador de la puerta lateral superior. ¿Por qué el controlador de la puerta necesita una fuente de alimentación flotante?
Porque para mantener encendido un MOSFET de canal N, el voltaje de la compuerta debe mantenerse por encima del voltaje de la fuente. Esto es un problema, ya que el MOSFET lleva su propia fuente a la tensión de alimentación del circuito cuando se enciende, por lo que el controlador de la puerta ahora tiene que suministrar 24 V (en relación a tierra) a la puerta para mantener la puerta a 12 V en relación al desagüe.
simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab
Su diseño actual utiliza un único convertidor DC-DC aislado, que se comparte para ambos controladores de compuerta de lado alto. Esto no se puede hacer, lo que debería haber sido evidente cuando tuvo que cortar el motor para dibujar el esquema. Necesita un suministro aislado dedicado para cada controlador de compuerta del lado alto del puente, por lo que dos NME1215SCs.
También es posible deshacerse completamente de los convertidores DC-DC aislados y usar un diseño de controlador de puerta bootstrapping . La idea es que cada vez que se activa el MOSFET del lado bajo, el pin de suministro negativo (GND) del controlador de la compuerta se pone a tierra, permitiendo que la alimentación de 12 V cargue el condensador C1 a través del diodo D1. Cuando el MOSFET del lado bajo se apaga y el MOSFET del lado alto se enciende, la carga almacenada en C1 mantiene activado el controlador de la puerta del lado alto.
simular este circuito
El inconveniente de esto es que no se puede mantener el MOSFET del lado alto continuamente, porque el C1 finalmente se descarga demasiado si no se "recarga" de forma regular. Esto limita el ciclo de trabajo PWM máximo que se puede obtener en algún lugar alrededor del 98% aproximadamente (según la carga de la compuerta del MOSFET, la frecuencia PWM y la corriente de reposo del controlador de la compuerta). El tamaño del capacitor a su vez pone un límite en la frecuencia PWM mínima que puede usar.
Creo que sería aceptable conducir ambos con 15V
No solo es aceptable, sino que también es beneficioso ya que los voltajes de fuente de compuerta (Vgs) mayores reducen las pérdidas de conducción. Dicho esto, obtienes rendimientos decrecientes al elevar Vgs, e incluso 12 V es un nivel de control de puerta suficiente.
El IRF630 es un mal ajuste para la aplicación. No solo es viejo, sino que también está diseñado para resistir un voltaje innecesariamente alto (200 V) que viene con una compensación: una pobre resistencia de fuente de drenaje en estado (Rds (on)) de 400 mΩ y una clasificación de corriente de solo 6A. Los MOSFET modernos de bajo voltaje a menudo están por debajo de 1 mΩ, eliminando la necesidad de un disipador térmico para muchos controladores de motor.
Si bien los motores de perforación inalámbricos de 12 V tienden a no tener corrientes de carga del orden de 1,5 A, pueden tirar de casi 100 A cuando están bloqueados, lo que aniquilará los IRF540, por no hablar de los IRF640. A menos que realice un "arranque suave" del motor aumentando gradualmente el voltaje promedio (que controla con el ciclo de trabajo de PWM), la corriente de arranque aumentará cerca de la corriente de bloqueo durante una fracción de segundo, lo que potencialmente hará saltar los MOSFET.
Si no implementara la protección contra sobrecorriente (detectar la corriente del motor y reducir el voltaje en respuesta a la sobrecorriente), en su aplicación usaría MOSFET clasificados para 100 A o más, y 25 V o más. Puede encontrar buenos candidatos (por ejemplo, IRFB7440GPbF , STP200N3LL ) utilizando la búsqueda paramétrica de digikey, mouser, farnell etc.
Si no están disponibles, puede conectar varios MOSFET de baja especificación en paralelo (aunque cada uno con su propia resistencia de compuerta), ya que a diferencia de los BJT, los MOSFET compartirán muy bien la corriente.
