No hay nada de malo en el puente H en sí mismo, suponiendo que esté conectado correctamente. El puente H funcionará bien cuando se conduce correctamente.
Los MOSFET de canal N comienzan a conducir cuando la tensión entre la compuerta y la fuente (llamada Vgs) excede la tensión de retención.
ElproblemaconsucircuitoesquenoestámanejandolosMOSFETcorrectamente.
- LosMOSFETdelladobajo(Q2,Q4)tienensusfuentesconectadasatierraatravésdeunaresistenciadebajovalor,porloqueelsuministrode5VenrelaciónconlatierraactivaráelMOSFET.
- LosMOSFETdeladoalto(Q1,Q3)sonunpocodiferentes.Comosusfuentesnoestánconectadasatierradirectamente,elsuministrode5Venrelaciónconlatierranonecesariamentehacequeelvoltajedelapuertaalafuenteseade5V,yaqueelvoltajeenlafuentenoesnecesariamentede0V.
LosMOSFETdelladoaltoseactivaninvoluntariamentecomo amplificadores de drenaje común (fuente de AKA) : cuando se acciona la puerta A 5 V y el otro lado del puente se conduce a tierra, el MOSFET inicialmente conduce. A medida que aumenta la corriente, eventualmente el voltaje en la fuente comenzará a subir tan alto que el voltaje de la fuente de la compuerta cae cerca del voltaje de retención del MOSFET (en algún lugar entre 1 V y 2 V), y el MOSFET comienza a restringir el flujo de corriente , llegando finalmente a un equilibrio. De este modo, el circuito alcanza un estado en el que la fuente se encuentra a una tensión igual a la tensión de la puerta (5V) - tensión de umbral (entre 1 V y 2 V), por lo que 3.1 V tiene mucho sentido. El MOSFET también disipa una gran cantidad de poder en este estado.
Para controlar correctamente los MOSFET, debe suministrar un voltaje de compuerta que esté significativamente por encima del voltaje de la fuente. Dado que los MOSFET del lado alto puentearán el suministro de 12 V en su drenaje hasta su fuente cuando estén completamente encendidos, su fuente también permanecerá en aprox. 12 V. Debe suministrar un voltaje relativo a tierra significativamente mayor que 12 V a la compuerta para activar completamente un MOSFET de lado alto.
Hay otros problemas con su enfoque.
- Simplemente no puede controlar un MOSFET con una pérdida de conmutación razonable a 100 kHz desde un pin IO del microcontrolador . Los controladores IO habituales integrados en la mayoría de las salidas de microcontroladores pueden generar o hundir unas decenas de miliamperios o menos. Como el MOSFET que está utilizando tiene una carga total de puerta de aproximadamente 48 nC, encender o apagar el MOSFET tomará aproximadamente. 2,5 μs a 20 mA. Su pobre MOSFET estará en un estado de alta pérdida de potencia con cambios de 2.5 μs * 2 * 100 kHz = 0.5 segundos de cada segundo, o 50%.
- Si bien el MOSFET tiene un voltaje de umbral bastante bajo, aún es mejor conducir la puerta a amplitudes más altas, con aproximadamente 15 V siendo óptimo. La transición de conmutación será más rápida y la resistencia de estado (Rds_on) será menor. Incluso podría escapar sin un disipador de calor por completo.
Diseñarunbuencontroladordecompuertaapartirdecomponentesdiscretosesrelativamentedifícil.SibienelmanejodepuertasepuedehacermásfácilusandoMOSFETdecanalPparaelladoalto,losICdecontroladordepuertadedicadosestáncomúnmentedisponiblesy,enmuchosaspectos,sonunamejoropción.
Hay miles para elegir. Algunas hojas de datos, por ejemplo: IR2110 , LM5109A , MIC4604
EDITAR: Más detalles sobre la conducción de la puerta.
Un coloumb (C), la unidad SI de carga eléctrica, es simplemente corriente (A) multiplicada por el tiempo (s). El amperio-hora es otra unidad de carga comúnmente utilizada. Por ejemplo, cargar una batería con un amperio durante una hora suministraría la batería con 3600 C, o 1 Ah.
Lo mismo es aplicable para la capacitancia paracítica de una compuerta MOSFET; Si sabemos cuántos coloumbs se necesitan (48 nC) y cuántos amperios podemos cargar con (20 mA), podemos calcular cuánto tiempo toma (0.000000048C / 0.02mA = 0.0000024s) por división simple. Sin embargo, esta no es la historia completa. La carga total de la compuerta es solo una aproximación del esfuerzo requerido por el controlador de la compuerta y, a diferencia de un capacitor, el aumento o caída de la tensión de la compuerta no es ni siquiera lineal con el tiempo:
Paraobtenermásinformaciónsobreloscontroladoresdelapuerta, esta nota de aplicación en la conducción de la puerta es razonable comprensible y bastante corto.
