以太网接口与地平面设计3种方案

出处:CSDN 发布于:2023-01-09 16:34:42

    在H桥驱动电路中,一共需要4个MOS管。而这四个MOS管的导通与截止则需要专门的芯片来进行控制,即要介绍的半桥/全桥驱动芯片
    所谓半桥驱动芯片,便是一块驱动芯片只能用于控制H桥一侧的2个MOS管:1个高端MOS和1个低端MOS。因此采用半桥驱动芯片时,需要两块该芯片才能控制一个完整的H桥。
    相应的,全桥驱动芯片便是可以直接控制4个MOS管的导通与截止,一块该芯片便能完成一个完整H桥的控制。
    这里使用的IR2104便是一款半桥驱动芯片,因此在原理图中可以看到每个H桥需要使用两块此芯片。
    1 典型电路设计
    
    2 引脚功能
   
    VCC为芯片的电源输入,手册中给出的工作电压为10~20V。(这便是需要boost升压到12V的原因)
    IN和SD作为输入控制,可共同控制电机的转动状态(转向、转速和是否转动)。
    VB和VS主要用于形成自举电路。(后续将详细讲解)
    HO和LO接到MOS管栅极,分别用于控制高端和低端MOS的导通与截止。
    COM脚直接接地即可。
    3 自举电路
    此部分是理解该芯片的难点,需要进行重点讲解。从上面的典型电路图和初的设计原理图中均可发现:该芯片在Vcc和VB脚之间接了一个二极管,在VB和VS之间接了一个电容。这便构成了一个自举电路。
    作用:在高端和低端MOS管中提到过,由于负载(电机)相对于高端和低端的位置不同,而MOS的开启条件为Vgs>Vth,这便会导致想要高端MOS导通,则其栅极对地所需的电压较大。
    补充说明:因为低端MOS源极接地,想要导通只需要令其栅极电压大于开启电压Vth。而高端MOS源极接到负载,如果高端MOS导通,那么其源极电压将上升到H桥驱动电压,此时如果栅极对地电压不变,那么Vgs可能小于Vth,又关断。因此想要使高端MOS导通,必须想办法使其Vgs始终大于或一段时间内大于Vth(即栅极电压保持大于电源电压+Vth)。
    首先看下IR2104S的内部原理框图(于数据手册)。此类芯片的内部原理基本类似,右侧两个栅极控制脚(HO和LO)均是通过一对PMOS和NMOS进行互补控制。
 
    自举电路工作流程图
    以下电路图均只画出半桥,另外一半工作原理相同因此省略。
    假定Vcc=12V,VM=7.4V,MOS管的开启电压Vth=6V(不用LR7843的2.3V,原因后续说明)。
    阶段:     首先给IN和SD对应的控制信号,使HO和LO通过左侧的内部控制电路(使上下两对互补的PMOS和NMOS对应导通),分别输出低电平和高电平。此时,外部H桥的高端MOS截止,低端MOS导通,电机电流顺着②线流通。同时VCC通过自举二极管(①线)对自举电容充电,使电容两端的压差为Vcc=12V。
  
    第二阶段:     此阶段由芯片内部自动产生,即死区控制阶段(在H桥中介绍过,不能使上下两个MOS同时导通,否则VM直接通到GND,短路烧毁)。HO和LO输出均为低电平,高低端MOS截止,之前加在低端MOS栅极上的电压通过①线放电。
   
    第三阶段:     通过IN和SD使左侧的内部MOS管如图所示导通。由于电容上的电压不能突变,此时自举电容上的电压(12V)便可以加到高端MOS的栅极和源极上,使得高端MOS也可以在一定时间内保持导通。此时高端MOS的源极对地电压≈VM=7.4V,栅极对地电压≈VM+Vcc=19.4V,电容两端电压=12V,因此高端MOS可以正常导通。
    此时,自举二极管两端的压差=VM,因此在选择二极管时,需要保证二极管的反向耐压值大于VM。
    注意:因为此时电容在持续放电,压差会逐渐减小。,电容正极对地电压(即高端MOS栅极对地电压)会降到Vcc,那么高端MOS的栅源电压便≈Vcc-VM=12V-7.6V=4.4V < Vth=6V,高端MOS仍然会关断。

    

 补充总结:     因此想要使高端MOS连续导通,必须令自举电容不断充放电,即循环工作在上述的三个阶段(高低端MOS处于轮流导通的状态,控制信号输入PWM即可),才能保证高端MOS导通。自举二极管主要是用来当电容放电时,防止回流到VCC,损坏电路。

    但是,在对上面的驱动板进行实际测试时会发现,不需要令其高低端MOS轮流导通也可以正常工作,这是因为即使自举电容放电结束,即高端MOS的栅源电压下降到4.4V仍然大于LR7843的Vth=2.3V。     那么在上述驱动板中,自举电路就没有作用了吗?当然不是,由于MOS管的特性,自举电路在增加栅源电压的同时,还可令MOS管的导通电阻减小,从而减少发热损耗,因此仍然建议采用轮流导通的方式,用自举电容产生的大压差使MOS管导通工作。
    4 控制逻辑
    时序控制图:

   

    简单看来,就是SD控制输出的开关(高电平有效),IN控制栅极输出脚的高低电平(即H桥MOS管的开关)。     在上面的驱动板中,SD接到VCC,即处于输出常开状态。只需要对IN脚输入对应控制信号即可进行电机的驱动。
    上面为半桥的驱动方式,驱动一个H桥要同时对两个IR2104进行控制。     以上面设计的电机驱动板为例,驱动真值表:
 
    改变PWM的占空比,即可改变电机的转速。
关键词:接口

版权与免责声明

凡本网注明“出处:维库电子市场网”的所有作品,版权均属于维库电子市场网,转载请必须注明维库电子市场网,https://www.dzsc.com,违反者本网将追究相关法律责任。

本网转载并注明自其它出处的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品出处,并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

扫码下载APP,
一键连接广大的电子世界。

在线人工客服

买家服务:
卖家服务:

0571-85317607

客服在线时间周一至周五
9:00-17:30

关注官方微信号,
第一时间获取资讯。

建议反馈

联系人:

联系方式:

按住滑块,拖拽到最右边
>>
感谢您向阿库提出的宝贵意见,您的参与是维库提升服务的动力!意见一经采纳,将有感恩红包奉上哦!