2024-07-12
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Inhaltsverzeichnis
1.2. Vier häufig verwendete Isolationslösungen
2. Isolierung des Impulstransformators
2.1. Funktionsprinzip des Impulstransformators
2.2. Auswirkung des Ableitwiderstands auf den Schaltkreis
2.3. Zusammenfassung dieser Lektion
3. Optokoppler-Isolationstreiber
3.1. Antriebsprinzip der Optokoppler-Isolation
3.2. Analyse der Stromversorgung durch Optokoppler-Isolation
3.3. Zusammenfassung dieser Lektion
4.1. UCC27200 von TI Dies ist ein typischer Bootstrap-Boost-Treiberchip
4.2. Bootstrap-Boost-Antriebsprinzip
4.3. P-Typ-Röhrenantriebsschaltung
4.4. Am Beispiel der Buck-Schaltung wird PMOS als High-Side-Schaltröhre verwendet.
4.4.1. PMOS stellt die BUCK-Simulationswellenform dar
4.5. Zusammenfassung dieser Lektion
Schauen Sie sich unbedingt das Originalvideo an. Dieser Hinweis dient nur der einfacheren Wissensüberprüfung!
Videolink: (Text stammt aus dem Text im Link)
Dies liegt daran, dass das Steuerpotential des Schalters Hochspannung sein kann
Schauen wir uns eine solche H-Brückenschaltung an. Die Spannung an Punkt A ist unsicher. Wenn der Schalter unten eingeschaltet und mit Masse verbunden ist, beträgt sie 0 V. Wenn T1 eingeschaltet und mit PVCC verbunden ist . Wenn T1, T3 nicht leitend ist und es völlig symmetrisch ist, also die Spannung halbiert, 100 V. Natürlich kann es andere Spannungswerte sein, dann muss ich T1 einschalten Gate B sein? Es ist auch schwebend, also müssen wir den Treiber isolieren.
Impulstransformator-Isolation, Optokoppler-Isolation, Bootstrap-Boost und P-Typ-Röhre, die ersten beiden sind echte Isolationsschaltungen und die letzten beiden sind zwei Workarounds.
Wir wissen, dass der Transformator alle Potenziale isolieren und nur die Potenzialdifferenz auf sich selbst übertragen kann. Der Ursprung des Impulstransformators liegt darin, dass er für hohe Frequenzen geeignet ist, da Ihr Impulssteuersignal eine Rechteckwelle ist Die Netzfrequenz kann nicht verwendet werden. Die Wellenform des Transformators ist ebenfalls asymmetrisch, was sich vom Haupt-Hochfrequenztransformator eines allgemeinen Schaltnetzteils unterscheidet. Darüber hinaus sind Impulstransformatoren im Allgemeinen nicht von der Stange erhältlich und müssen individuell angepasst oder selbstgebaut werden, und das Windungsverhältnis ist meist ein Abwärtstransformator.
Schauen wir uns eine solche H-Brückenschaltung an
Es gibt nur die High-Side-Schalter T1 und T2. Da das Potenzial dieser beiden Punkte erdfrei ist, müssen sie isoliert und angesteuert werden. Die beiden Röhren auf dem Brückenzweig der Niederspannungsseite werden nicht benötigt der beiden Diagonalschalter 1 und 4. Das Signal ist ein Steuersignal. Wir leiten abwechselnd das Steuersignal der beiden Diagonalröhren 1, 4 und 2, 3 sind komplementäre und alternative Leitungsformen
Wenn T5 eingeschaltet ist, fließt der Stromversorgungsstrom von VCC über die Primärseite des Impulstransformators zur Erde. Wenn T5 ausgeschaltet ist und ausgeschaltet werden soll, fließt der Sekundärstrom des Impulstransformators Beim Betätigen des Schalters geht das Tor durch R2. Entladung durchführen.
Schauen wir uns an, wann der Ableitwiderstand sehr groß ist (100 kΩ) und kaum Strom ableiten kann. Wir stellen fest, dass die korrekte Wellenform der Ausgangsspannung fast 200 V betragen sollte, aber jetzt sind es nur noch 20 V. Das bedeutet, dass der Schalter nicht richtig leitet alle.
Warum? Weil unser Treiber nicht nur den parasitären Schaltkreis des Gates auflädt, sondern auch einschaltet, entlädt und ausschaltet. Wenn der Entladewiderstand in der Entladeverbindung so groß ist, dass er den Strom nicht entladen kann ausgeschaltet, und es wird überhaupt kein Treiber vorhanden sein, dann ist der Entladewiderstand auf 1 kΩ reduziert. Die Verzögerung ist jedoch sehr groß und die Entladung ist zu langsam Reduzieren Sie es auf 100 Ω. Die Verzögerung ist jetzt nicht schlecht, aber nach dem Reduzieren auf 10 Ω ist es eine perfekte Rechteckwelle.
Dann verbessern wir den Impulstransformatortreiber, den wir verwendenTotempfahlstruktur So treiben Sie den Impulstransformator an:
Sowohl beim Laden als auch beim Entladen handelt es sich um aktives Laden und Entladen mit einem großen Strom, sodass die Ausgangswellenform jetzt perfekt ist, 200 V Rechteckwelle.
(1) Was ist das schwebende Phänomen des Fahrniveaus?
Am Beispiel der H-Brücke ist der Pegel von Punkt A ungewiss. Die Leitung des unteren Schalters beträgt 0 V und die Leitung des oberen Schalters beträgt 200 V. Wenn ich also den Hochspannungsbrückenarm einschalte, wird dies bei meinem Gate B nicht der Fall sein wissen, welches Potenzial es bieten sollte.
(2) Prinzip der Impulstransformator-Isolierung
Der durch die Primärseite des Transformators fließende Strom kann Energie auf die Sekundärseite übertragen. Die Sekundärseite des Transformators ist zwischen Gate und Quelle angeschlossen. Unabhängig vom Potential kann immer eine Spannung zwischen Gate und Quelle angelegt werden Steuern Sie die Leitung des Schalters.
(3) Die Bedeutung des Totempfahlantriebs
Wenn wir keinen Totem-Pole-Treiber verwenden und der Entladewiderstand des Gates sehr groß ist, wird es überhaupt keinen zuverlässigen Antrieb geben, wenn wir nur den Entladewiderstand verringern, was zu einem hohen Stromverbrauch führt. Daher sollten wir zu diesem Zeitpunkt einen Totem-Pole-Treiber verwenden Das heißt, egal ob beim Laden oder Entladen, ein Schalter wird verwendet, um den Ladestrom des Gates zu vervollständigen, und der Entladestrom wird durch einen großen Strom mit einem Totempfahl angetrieben und ist dann eine perfekte Rechteckwelle .
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In der Abbildung stellen VCC_T1 und GND_T1 die Stromversorgung dar, die die Sekundärseite eines Optokopplers mit Strom versorgt. Die unabhängige Stromversorgung hat nichts mit der Stromversorgung der Primärseite des Optokopplers zu tun.
Wie viele Isolationsquellen werden benötigt, um eine H-Brücke anzutreiben:
Erster Blick darauf Steuerschaltung und Low-Side-Schalter-Antriebsstromversorgung VDD Das heißt, die Stromversorgung für das Steuersignal wird gemeinsam mit dem Hauptstromkreis dem Low-Side-Schalter zugeführt. High-Side-Schalter VCC_T1 Auf der High-Side befinden sich zwei Optokoppler, die VCC_T1, GND_T1, VCC_T2 und GND_T2 mit Strom versorgen müssen.
Wir können hier nicht so viele Netzteile ziehen, ohne dass die High-Side-Schaltstromversorgung VCC_T1, VCC_T2, GND_T1 und GND_T2 völlig unabhängig ist.
Verwenden Sie zwei Voltmeter, um die Spannungsdifferenz zwischen der Masse des isolierten Netzteils und der Masse meines Stromkreises zu ermitteln:
Simulieren Sie die Schaltung. Dies ist die von der H-Brücke erhaltene Rechteckwelle.Der Stromanstiegsteil ist nicht perfekt. Weil wir hier keine Totempfähle verwenden. Er fließt durch den Widerstand und dann zum Gate, also schaltet er sich nicht ein schaltet sich schnell ab, da die Abschaltung direkt erfolgt. Dies ist eine Stark-Null-Schwach-Eins-Schaltung, die auf diese Weise abgeschaltet wird.
Wenn eine gute Antriebswirkung erzielt wird, werden wir in der letzten Stufe des Optokopplers einen Totem-Pole-Treiber hinzufügen. Schauen wir uns das Steuerspannungssignal an. Unser Steuersignal beträgt nur 10 V, aber der Spannungsunterschied zwischen jeder Masse, also der Masse des isolierten Netzteils, und dem GND meiner gesamten Platine beträgt ebenfalls 200 V Aus diesem Grund erfordert meine Optokoppler-Isolation eine isolierte Stromversorgung.
Die Essenz des Optokoppler-Antriebs Licht ist nur dafür verantwortlich, Signale zu isolieren, Signale zu übertragen, Antriebsenergie bereitzustellen und isolierte Stromversorgungen zu verwenden. Ich habe auf dem Bild Batterien gezeichnet, aber in Wirklichkeit verwenden wir immer noch Transformatoren, um sie vom Stromnetz zu beziehen, was das Wesentliche der Optokoppler-Isolation ist. Sie müssen weiterhin einen separaten Leistungstransformator verwenden.
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Da der Bootstrap-Kondensator häufig aufgeladen werden muss, handelt es sich nicht um eine echte Batterie, sodass er nur für Situationen geeignet ist, in denen die High-Side- und Low-Side-Schalter abwechselnd eingeschaltet werden.
Im Inneren ist eine Fast-Recovery-Diode integriert, die zur Steuerung der oberen und unteren Brückenzweige T1 und T2 einer Halbbrücke dient. Beim Einschalten von T2 muss zunächst die 12-V-Stromversorgung aufgeladen werden Der Bootstrap-Boost-Kondensator C wird über die Diode auf 12 V aufgeladen. Dann wird T2 getrennt.Es muss T2 getrennt werden, bevor T1 angeschlossen werden soll.。
Nachdem T2 getrennt wurde, ist das Potenzial des Kondensators nicht mit Masse, sondern mit LOAD verbunden. Die 12-V-Spannung dieses Kondensators versorgt das High-Side-DRIVE-HI-Modul mit Strom, um T1 anzutreiben für den High-Side-Schalter. Wie hoch ist also die Spannung an diesem Punkt? Egal wie hoch sie ist, wenn sie an die Last angeschlossen wird, erhöht sie die Quellenspannung um 12 V und liefert dann Strom.。
Da es sich um eine Abwärtsschaltung handelt, liegt die maximale Spannung bei 20 V.Aber die Quellspannung VF1 dieser NMOS-Röhre ist schwebend. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, beträgt sie 20 V. Wenn die Diode eingeschaltet ist, liegt sie nahe bei 0 V obwohl seine Spannung nicht hoch istDa das Floating-Gate der Quellspannung jedoch immer noch schwer zu steuern ist Derzeit können wir PMOS anstelle von NMOS als Schaltröhre verwenden
Zu diesem Zeitpunkt ist die Quellspannung für PMOS auf 20 V festgelegt. Wenn die Schwellenspannung ausreicht, können wir sie auch einschalten ein Schalter. Hergestellt aus T1Wechselrichterschaltung Das ist in OrdnungUnser Steuersignal muss nicht zwischen 0 V und 20 V umschalten Mithilfe eines TTL-Pegels kann diese Ausgangsspannung von 0 V und 20 V erreicht werden
Der Pegel von VF1 liegt bei 19,8 und nahe bei 20 V, wenn der Schwimmerschalter eingeschaltet ist.
Wenn SD1 eingeschaltet ist, beträgt sie -256 mV. Warum? Wenn die Diode leitet, beträgt dieser 0 V. Der Spannungsabfall an der leitenden Diodenröhre beträgt also einen leicht negativen Spannungswert.
Das Steuersignal beträgt 5 V, TTL-Pegel 5 V, 50 % Arbeitszyklus, Ausgangsspannung 50 % Arbeitszyklus, 20 V, Buck-Schaltungs-Ausgangsspannung 10 V, im Einklang mit dem theoretischen Wert
Die Gate-Steuerspannung schwankt zwischen 0 V und 20 V, da ich einen Wechselrichter verwendet habe, bei dem es sich um eine Buck-Schaltung aus PMOS handelt. Für Brückenschaltungen kann auch PMOS verwendet werden. Für Brückenschaltungen mit einer Gesamtspannung unter 200 V. Wir können zum Antrieb auch P-Typ-Röhren anstelle von N-Typ-Röhren verwenden
Beim Ersetzen der High-Side durch PMOS müssen wir besonders auf die Spannungsfestigkeit der Schalter T5 und T6 achten, die den Wechselrichter bilden. Sie müssen auch den PVCC-Spannungspegel einhalten.
(1) Prinzip des Bootstrap-Boost-Antriebs
Wenn ich bei der Halbbrückenschaltung zuerst den Niederspannungsbrückenzweig einschalte, kann ich die 12-V-Stromversorgung den Bootstrap-Boost-Kondensator C laden lassen. Wenn dann T2 getrennt wird, wird der Pegel der an C geladenen 12-V-Stromversorgung automatisch angepasst Kurz gesagt, es wird ein 12-V-Netzteil verwendet, um das Leistungsmodul des Hochspannungsbrückenarms mit Strom zu versorgen. Dies ist das Bootstrap-Boost-Antriebsprinzip.
(2) Antriebsprinzip der P-Röhre
Selbst bei Schaltkreisen mit niedriger Spannung, wie z. B. Buck-Schaltkreisen, ist die Quellspannung VF1 des Schalters schwebend, sodass es für uns schwierig ist, dem Gate ein geeignetes Potenzial zum Ansteuern zu geben. In diesem Fall können wir PMOS anstelle von NMOS verwenden. Die Quelle des PMOS ist hier auf 20 V festgelegt. Wir verwenden einen Wechselrichter, um ein 0-V- und 20-V-Steuersignal zu erzeugen. Dies ist das Antriebsprinzip der PMOS-Röhre NMOS.
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