Н мост на полевых транзисторах: Низковольтный H-мост на полевых транзисторах IRF7307

Содержание

Н-мост на транзисторах или как управлять двигателем постоянного тока | Электронные схемы

радиоуправляемый автомобиль с микросхемой драйвером MX1508

Радиоуправляемые модели могут перемещаться вперед и назад при активации этих команд на пульте управления.При разборке моделей,можно увидеть,что перемещение вперед и назад осуществляется с помощью одного двигателя постоянного тока.Где эта “невидимая рука”,которая меняет местами контакты питания двигателя? Ведь если не менять полярность,машинка двигалась бы только в одну сторону.Эта “рука” называется Н-мост.Он может быть выполнен на специальной микросхеме для управления двигателем или на транзисторах.

Простой аналог моста для наглядности его работы, можно собрать на четырех кнопках.При замыкании кнопок S1 и S4,ток пойдет от плюса питания и S1,через плюс двигателя и далее на минус через S4.При этом двигатель будет вращаться в одну сторону.При замыкании кнопок S3 и S2,ток пойдет через S3 на минус двигателя и через S2 на минус питания.Двигатель вращается теперь в противоположную сторону.Если надо резко остановить двигатель,нажимаем на кнопки S1 и S3.

Н-мост на четырех кнопках

Самое главное,не нажать одновременно кнопки S1-S2 или S3-S4.Название Н-мост дано из-за графической схожести схемы с латинской буквой Н.

наглядная работа н-моста на кнопках

Рассмотрим работу моста на биполярных транзисторах.Схема взята из выпускаемой радиоуправляемой модели.Пока на управление не будет подано управляющее напряжение со знаком +,двигатель вращаться не будет,ток потребления устройством будет равен нулю.При подаче положительного напряжения на базу транзистора кт315 слева по схеме,открываются транзисторы VT2-VT3 и ток,также как и по схеме с кнопками,проходит на двигатель через открытые транзисторы.Реверс двигателя произойдет,если подать плюс на базу транзистора VT6,при этом откроются транзисторы VT1-VT4.При подаче управляющего напряжения сразу на два входа,ток потребляемый схемой возрастет в три раза,но транзисторы останутся целыми,это при питании 5 Вольт и с маломощным двигателем.

Н-мост на биполярных транзисторах

Для управления мощными двигателями,надо применять полевые транзисторы,с ними нагрев будет меньше,схемы в интернете есть.Также можно управлять двигателем с помощью ШИМ сигнала с микросхем-микроконтроллеров,не забывая при этом ставить конденсатор параллельно выводам двигателя для подавления помех.С мощным двигателем и с биполярными транзисторами,для их защиты надо будет ставить четыре защитных диода на четыре транзистора.

н-мост на транзисторах с реально работающей схемой

H мост на мосфетах

В различных электронных схемах часто возникает необходимость менять полярность напряжения, прикладываемого к нагрузке, в процессе работы. Схемотехника таких устройств реализуется с помощью ключевых элементов. Ключи могут быть выполнены на переключателях, электромагнитных реле или полупроводниковых приборах. Н-мост на транзисторах позволяет с помощью управляющих сигналов переключать полярность напряжения поступающего на исполнительное устройство.

Что такое Н-мост

В различных электронных игрушках, некоторых бытовых приборах и робототехнике используются коллекторные электродвигатели постоянного тока, а также двухполярные шаговые двигатели. Часто для выполнения какого-либо алгоритма нужно с помощью электрического сигнала быстро поменять полярность питающего напряжения с тем, чтобы двигатель технического устройства стал вращаться в противоположную сторону. Так робот-пылесос, наткнувшись на стену, мгновенно включает реверс и задним ходом отъезжает от препятствия. Такой режим реализуется с помощью Н-моста. Схема Н-моста позволяет так же изменять скорость вращения электродвигателя. Для этого на один из двух ключей подаются импульсы от широтно-импульсного модулятора (ШИМ).

Схемой управления режимами двигателя является h-мост. Это несложная электронная схема, которая может быть выполнена на следующих элементах:

Биполярные транзисторы
Полевые транзисторы
Интегральные микросхемы

Основным элементом схемы является электронный ключ. Принципиальная схема моста напоминает латинскую букву «Н», отсюда название устройства. В схему входят 4 ключа расположенных попарно, слева и справа, а между ними включена нагрузка.

Схема работы H-моста

Если мы заменем в схеме переключатели на транзисторы, то получим такой вот (крайне упрощенный) вариант:

H-мост

Для того чтобы исключить возможное короткое замыкание h-мост на транзисторах дополняется входной логикой, которая исключает появление короткого замыкания. В современных электронных устройствах мостовые схемы изменения полярности дополняются устройствами, обеспечивающими плавное и медленное торможение перед включением реверсного режима.

Н-мост на биполярных транзисторах

Транзисторы в ключевых схемах работают по принципу вентилей в режиме «открыт-закрыт», поэтому большая мощность на коллекторах не рассеивается, и тип применяемых транзисторов определяется, в основном, питающим напряжением. Несложный h-мост на биполярных транзисторах можно собрать самостоятельно на кремниевых полупроводниковых приборах разной проводимости.

H-мост на биполярных транзисторах

Такое устройство позволяет управлять электродвигателем постоянного тока небольшой мощности. Если использовать транзисторы КТ816 и КТ817 с индексом А, то напряжение питания не должно превышать 25 В. Аналогичные транзисторы с индексами Б или Г допускают работу с напряжением до 45 В и током не превышающим 3 А. Для корректной работы схемы транзисторы должны быть установлены на радиаторы. Диоды обеспечивают защиту мощных транзисторов от обратного тока. В качестве защитных диодов можно использовать КД105 или любые другие, рассчитанные на соответствующий ток.

Недостатком такой схемы является то, что нельзя подавать на оба входа высокий потенциал, так как открытие обоих ключей одновременно вызовет короткое замыкание источника питания. Для исключения этого в интегральных мостовых схемах предусматривается входная логика, полностью исключающая некорректную комбинацию входных сигналов.

Схему моста можно изменить, поставив в неё более мощные транзисторы.

Н-мост на полевых транзисторах

Кроме использования биполярных транзисторов в мостовых схемах управления питанием, можно использовать полевые (MOSFET) транзисторы. При выборе полупроводниковых элементов обычно учитывается напряжение, ток нагрузки и частота переключения ключей, при использовании широтно-импульсной модуляции. Когда полевой транзистор работает в ключевом режиме, у него присутствуют только два состояния – открыт и закрыт. Когда ключ открыт, то сопротивление канала ничтожно мало и соответствует резистору очень маленького номинала. При подборе полевых транзисторов для ключевых схем следует обращать внимание на этот параметр. Чем больше это значение, тем больше энергии теряется на транзисторе. При минимальном сопротивлении канала выше КПД моста и лучше его температурные характеристики.

Дополнительным негативным фактором является зависимость сопротивления канала от температуры. С увеличением температуры этот параметр заметно растёт, поэтому при использовании мощных полевых транзисторов следует предусмотреть соответствующие радиаторы или активные схемы охлаждения. Поскольку подбор полевых транзисторов для моста связан с определёнными сложностями, гораздо лучше использовать интегральные сборки. В каждой находится комплементарная пара из двух мощных MOSFET транзисторов, один из которых с P каналом, а другой с N каналом. Внутри корпуса также установлены демпферные диоды, предназначенные для защиты транзисторов.

В конструкции использованы следующие элементы:

VT 1,2 – IRF7307
DD 1 – CD4093
R 1=R 2= 100 ком

Интегральные микросхемы с Н-мостом

В ключах Н-моста желательно использовать комплементарные пары транзисторов разной проводимости, но с одинаковыми характеристиками. Этому условию в полной мере отвечают интегральные микросхемы, включающие в себя один, два или более h-мостов. Такие устройства широко применяются в электронных игрушках и робототехнике. Одной из самых простых и доступных микросхем является L293D. Она содержит два h-моста, которые позволяют управлять двумя электродвигателями и допускают управление от ШИМ контроллера. Микросхема имеет следующие характеристики:

Питание – + 5 В
Напряжение питания электромотора – + 4,5-36 В
Выходной номинальный ток – 500 мА
Ток в импульсе – 1,2 А

Микросхема L298 так же имеет в своём составе два h-моста, но гораздо большей мощности. Максимальное напряжение питания, подаваемое на двигатель, может достигать + 46 В, а максимальный ток соответствует 4,0 А. Н-мост TB6612FNG допускает подключение двух коллекторных двигателей или одного шагового. Ключи выполнены на MOSFET транзисторах и имеют защиту по превышению температуры, перенапряжению и короткому замыканию. Номинальный рабочий ток равен 1,2 А, а максимальный пиковый – 3,2 А. Максимальная частота широтно-импульсной модуляции не должна превышать 100 кГц.

Мостовые устройства управления электродвигателями часто называют драйверами. Драйверами так же называют микросхемы, только обеспечивающие управление мощными ключевыми каскадами. Так в схеме управления мощным электродвигателем используется драйвер HIP4082. Он обеспечивает управление ключами, собранными на дискретных элементах. В них используются MOSFET транзисторы IRF1405 с N-каналами. Компания Texas Instruments выпускает большое количество интегральных драйверов предназначенных для управления электродвигателями разных конструкций. К ним относятся:

Драйверы для шаговых двигателей – DRV8832, DRV8812, DRV8711
Драйверы для коллекторных двигателей – DRV8816, DRV8848, DRV8412/32
Драйверы для бесколлекторных двигателей – DRV10963, DRV11873, DRV8332

На рынке имеется большой выбор интегральных мостовых схем для управления любыми электродвигателями. Сделать конструкцию можно и самостоятельно, применив качественные дискретные элементы.

Сегодня мы рассмотрим схему, позволяющую изменять полярность прикладываемого к нагрузке постоянного напряжения.

Необходимость изменять полярность напряжения часто возникает при управлении двигателями или в схемах мостовых преобразователей напряжения. Например, для двигателей постоянного тока это необходимо для изменения направления вращения, а шаговые двигатели или импульсные мостовые DC-DC преобразователи без решения этой задачи вообще не будут работать.

Итак, ниже вы можете видеть схему, которую за внешнюю схожесть с буквой H принято называть H-мостом.

К1, К2, К3, К4 — управляемые ключи

A, B, C, D — сигналы управления ключами

Идея этой схемы очень проста:

Если ключи K1 и К4 замкнуты, а ключи К2 и К3 разомкнуты, то к точке h2 оказывается приложено напряжение питания, а точка h3 замыкается на общий провод. Ток через нагрузку в этом случае течёт от точки h2 к точке h3.

Если сделать наоборот, — ключи К1 и К4 разомкнуть, а ключи К2 и К3 замкнуть, то полярность напряжения на нагрузке изменится на противоположную, — точка h2 окажется замкнута на общий провод, а точка h3 — на шину питания. Ток через нагрузку теперь будет течь от точки h3 к точке h2.

Кроме смены полярности, h-мост, в случае управления электродвигателем, добавляет нам и ещё один бонус — возможность закоротить концы обмоток, что ведёт к резкому торможению нашего движка. Такой эффект можно получить замкнув одновременно либо ключи К1 и К3, либо ключи К2 и К4. Назовём такой случай «режимом торможения». Справедливости ради стоит отметить, что этот бонус H-моста используется значительно реже, чем просто смена полярности (позже будет понятно почему).

В качестве ключей может выступать всё, что угодно: реле, полевые транзисторы, биполярные транзисторы. Промышленность делает H-мосты встроенными в микросхемы (например, микросхема LB1838, драйвер шагового двигателя, содержит два встроенных H-моста) и выпускает специальные драйверы для управления H-мостами (например драйвер IR2110 для управления полевиками). В этом случае, разработчики микросхем конечно стараются выжать максимум бонусов и устранить максимум нежелательных эффектов. Понятно, что такие промышленные решения справляются с задачей лучше всего, но радиохламеры народ бедный, а хорошие микросхемы стоят денег, поэтому мы, ясен пень, будем рассматривать чисто самопальные варианты мостов и схем управления ими.

В самопальщине (то бишь в радиолюбительской практике) чаще всего используют H-мосты либо на мощных MOSFET-ах (для больших токов), либо на биполярных транзисторах (для небольших токов).

Довольно часто сигналы управления ключами попарно объединяют. Объединяют их таким образом, чтобы от одного внешнего сигнала управления формировалось сразу два сигнала управления в нашей схеме (то есть сразу на два ключа). Это позволяет сократить количество внешних сигналов управления с четырёх до двух штук (и сэкономить 2 ноги контроллера, если у нас контроллерное управление).

Объединяют сигналы чаще всего двумя способами: либо A объединяют с B, а C объединяют с D, либо A объединяют с D, а B объединяют с C. Чтобы обозначить и зафиксировать различия, — назовём способ, когда образуют пары AB и CD «общим управлением противофазными ключами» (эти ключи для изменении полярности прикладываемого к нагрузке напряжения должны работать в противофазе, т.е. если один открывается — другой должен закрываться), а способ, когда образуются пары AD и BC назовём «общим управлением синфазными ключами» (эти ключи для изменении полярности работают синфазно, т.е. либо оба должны открываться, либо оба закрываться).

Чтобы было понятнее о чём идёт речь, — смотрим на рисунок справа. Договоримся далее высокий уровень напряжения считать единицей, а низкий — нулём. В левой части рисунка транзисторы управляются независимо друг от друга. Чтобы открыть верхний транзистор — нужно подать сигнал управления А=0, а чтобы его закрыть — нужно подать А=1. Для открытия и закрытия нижнего транзистора нужно подавать B=1 или В=0. Если с помощью дополнительного транзистора объединить сигналы A и В (смотрим правую часть рисунка), то управлять верхним и нижним транзистором можно одним общим сигналом АВ. Когда АВ=1 оба транзистора открываются, а когда АВ=0 — оба закрываются.

На рисунке слева показан H-мост с общим управлением противофазными ключами, а на рисунке справа — с общим управлением синфазными ключами. У1 и У2 — это узлы, позволяющие из одного внешнего общего сигнала сформировать отдельный сигнал на каждый из работающих в паре ключей.

Теперь давайте подумаем что нам даёт каждый из этих двух способов управления.

При общем управлении противофазными ключами мы легко можем сделать так, чтобы оба верхних или оба нижних ключа оказались открыты (если схема такая, как у нас слева, то это произойдёт при AB=CD), то есть нам доступен режим торможения. Однако минус в том, что при таком способе управления мы практически наверняка получим сквозные токи через транзисторы, вопрос будет только в их величине. В проиышленных микрухах для борьбы с этой проблемой вводят специальную цепь задержки для одного из транзисторов.

При общем управлении синфазными ключами мы легко можем побороть сквозные токи (просто нужно сначала подавать сигнал на выключение той пары транзисторов, которая используется в настоящий момент, а уже потом сигнал на включение той пары, которую мы планируем использовать). Однако при таком управлении про режим торможения можно забыть (даже более того, если мы случайно одновременно подадим на оба внешних управляющих сигнала единицу — мы устроим в схеме КЗ).

Поскольку получить сквозные токи гораздо более кислый вариант (бороться с ними непросто), то обычно предпочитают забыть про режим торможения.

Кроме всего вышеперечисленного необходимо понимать, что при частых постоянных переключениях (в преобразователях или при управлении шаговиками), для нас будет принципиально важно не только избежать возникновения сквозных токов, но и добиться максимальной скорости переключения ключей, поскольку от этого зависит их нагрев. Если же мы используем h-мост просто для реверса двигателя постоянного тока, то тут скорость переключения не имеет такого критического значения, поскольку переключения не имеют систематического характера и ключи даже в случае нагрева скорее всего успеют остыть до следующего переключения.

Вот в общем-то и вся теория, если вспомню ещё что-нибудь важное — обязательно напишу.

Как вы понимаете, практических схем H-мостов, как и вариантов управления ими, можно придумать достаточно много, поскольку, как мы уже разобрались, важно учитывать и максимальный ток, и скорость переключения ключей, и варианты объединения управления ключами (а также вообще возможность такого объединения), поэтому для каждой практической схемы нужна отдельная статья (с указанием того, где эту конкретную схему целесообразно использовать). Здесь же я приведу для примера лишь простую схемку на биполярных транзисторах, годящуюся, скажем, для управления не очень мощными двигателями постоянного тока (зато покажу, как её рассчитывать).

Сам H-мост выполнен на транзисторах T1, T2, T3, T4, а с помощью дополнительных транзисторов T5, T6 выполнено объединение управления синфазными ключами (сигнал A управляет транзисторами T1 и T4, сигнал B — транзисторами T2 и T3).

Работает эта схема следующим образом:

Когда уровень сигнала A становится высоким — начинает течь ток через резистор R2 и p-n переходы БЭ транзисторов T5 и T4, эти транзисторы открываются, в результате чего появляется ток через переход БЭ транзистора T1, резистор R1 и открытый транзистор T5, в результате чего открывается транзистор T1.

Когда уровень сигнала A становится низким — запираются p-n переходы БЭ транзисторов T5 и T4, эти транзисторы закрываются, прекращает течь ток через переход БЭ транзистора T1 и он тоже закрывается.

Как такую схему рассчитать? Очень просто. Пусть у нас напряжение питания 12В, максимальный ток двигателя 1А и сигнал управления также 12-ти вольтовый (состоянию «1» соответствует уровень напряжения около 12В, состоянию «0» — уровень около нуля вольт).

Сначала выбираем транзисторы T1, T2, T3, T4. Подойдут любые транзисторы, способные выдержать напряжение 12В и ток 1А, например, КТ815 (npn) и его комплиментарная пара — КТ814 (pnp). Эти транзисторы рассчитаны на ток до 1,5 Ампер, напряжение до 25 Вольт и имеют коэффициент усиления 40.

Рассчитываем минимальный ток управления транзисторов T1, T4: 1А/40=25 мА.

Рассчитываем резистор R1, полагая, что на p-n переходах БЭ транзисторов T1, T4 и на открытом транзисторе T5 падает по 0,5В: (12-3*0,5)/25=420 Ом. Это максимальное сопротивление, при котором мы получим нужный ток управления, поэтому мы выберем ближайшее меньшее значение из стандартного ряда: 390 Ом. При этом наш ток управления будет (12-3*0,5)/390=27 мА, а рассеиваемая на резисторе мощность: U 2 /R=283 мВт. То есть резистор надо ставить на 0,5 Вт (ну или поставить несколько 0,125 ваттных параллельно, но чтоб их общее сопротивление получилось 390 Ом)

Транзистор T5 должен выдерживать всё те же 12В и ток 27 мА. Подойдёт, например, КТ315А (25 Вольт, 100 мА, минимальный коэффициент усиления 30).

Рассчитываем его ток управления: 27 мА / 30 = 0,9 мА.

Рассчитываем резистор R2, полагая, что на переходах БЭ транзисторов T5 и T4 падает по 0,5 В: (12-2*0,5)/0,9 = 12 кОм. Опять выбираем ближайшее меньшее значение из стандартного ряда: 10 кОм. При этом ток управления T5 будет 1,1 мА и на нём будет рассеиваться 12,1 мВт тепла (то есть подойдёт обычный резистор на 0,125 Вт).

Вот и весь расчёт.

Далее хотелось бы поговорить вот о чём. В приведённых в статье теоретических схемах H-мостов у нас нарисованы только ключи, однако в рассматриваемом примере, кроме ключей присутствуют ещё одни элементы — диоды. Каждый наш ключ шунтирован диодом. Зачем это сделано и можно ли сделать как-то иначе?

В нашем примере мы управляем элетродвигателем. Нагрузкой, на которой мы переключаем полярность с помощью H-моста, является обмотка этого двигателя, то есть нагрузка у нас индуктивная. А у индуктивности есть одна интересная особенность — ток через неё не может измениться скачком.

Индуктивность работате как маховик — когда мы его раскручиваем — он запасает энергию (и мешает раскручиванию), а когда мы его отпускаем — он продолжает крутиться (расходуя
запасённую энергию). Так и катушка, — когда к ней прикладывают внешнее напряжение — через неё начинает течь ток, но он не резко вырастает, как через резистор, а постепенно, поскольку часть передаваемой источником питания энергии не расходуется на разгон электронов, а запасается катушкой в магнитном поле. Когда мы это внешнее напряжение убираем, — ток через катушку тоже не спадает мгновенно, а продолжает течь, уменьшаясь постепенно, только теперь уже на поддержание этого тока расходуется запасённая ранее в магнитном поле энергия.

Так вот. Посмотрим ещё раз наш самый первый рисунок (вот он, справа). Допустим у нас были замкнуты ключи К1 и К4. Когда мы эти ключи размыкаем, у нас через обмотку продолжает течь ток, то есть заряды продолжают перемещаться от точки h2 к точке h3 (за счёт энергии, накопленной обмоткой в магнитном поле). В результате этого перемещения зарядов, потенциал точки h2 падает, а потенциал точки h3 вырастает. Возникновение разности потенциалов между точками h2 и h3 при отключении катушки от внешнего источника питания известно также как ЭДС самоиндукции. За то время, пока мы открываем ключи K3 и К2, потенциал точки h2 может упасть значительно ниже нуля, также как и потенциал точки h3 может вырасти значительно выше потенциала шины питания. То есть наши ключи могут оказаться под угрозой пробоя высоким напряжением.

Как с этим бороться? Есть два пути.

Первый путь. Можно зашунтировать ключи диодами, как в нашем примере. Тогда при падении потенциала точки h2 ниже уровня общего провода откроется диод D3, через который с общего провода в точку h2 потечёт ток, и дальнейшее падение потенциала этой точки прекратиться. Аналогично, при росте потенциала точки h3 выше потенциала шины питания откроется диод D2, через который потечёт ток из точки h3 на шину питания, что опять же предотвратит дальнейший рост потенциала точки h3.

Второй путь основан на том факте, что при перекачивании зарядов из одной точки схемы в другую, изменение потенциалов между этими двумя точками будет зависеть от ёмкости схемы между этими точками. Чем больше ёмкость — тем больший заряд нужно переместить из одной точки в другую для получения одной и той же разности потенциалов (подробнее читайте в статье «Как работают конденсаторы»). Исходя из этого можно ограничить рост разности потенциалов между концами обмотки двигателя (а, соответственно, и рост разности потенциалов между точками h2, h3 и шинами питания и земли), зашунтировав эту обмотку конденсатором. Это, собственно, и есть второй путь.

Что такое Н-мост

Биполярные транзисторы
Полевые транзисторы
Интегральные микросхемы

Схема работы H-моста

Если мы заменем в схеме переключатели на транзисторы, то получим такой вот (крайне упрощенный) вариант:

H-мост

Н-мост на биполярных транзисторах

H-мост на биполярных транзисторах

Схему моста можно изменить, поставив в неё более мощные транзисторы.

Н-мост на полевых транзисторах

В конструкции использованы следующие элементы:

VT 1,2 – IRF7307
DD 1 – CD4093
R 1=R 2= 100 ком

Интегральные микросхемы с Н-мостом

Питание – + 5 В
Напряжение питания электромотора – + 4,5-36 В
Выходной номинальный ток – 500 мА
Ток в импульсе – 1,2 А

Драйверы для шаговых двигателей – DRV8832, DRV8812, DRV8711
Драйверы для коллекторных двигателей – DRV8816, DRV8848, DRV8412/32
Драйверы для бесколлекторных двигателей – DRV10963, DRV11873, DRV8332

★ H-мост – электронные схемы .. Информация

Пользователи также искали:

h – мост для шагового двигателя, h – мост купить, h – мост микросхема, h – мост на мосфетах, h – мост на npn транзисторах, h – мост на полевых транзисторах, h – мост шим, низковольтный h – мост, мост, транзисторах, микросхема, полевых, мосфетах, двигателя, низковольтный, шагового, купить, h – мост на мосфетах, H – мост, h – мост для шагового двигателя, низковольтный h – мост, h – мост на npn транзисторах, h – мост купить, h – мост шим, h – мост на полевых транзисторах, h – мост микросхема, h-мост, электронные схемы. h-мост,

Создание бюджетного Н-моста

В этой статье будет рассмотрено создание бюджетного Н-моста для подключения коллекторного двигателя. Область применения, ну скажем для само балансирующих роботов с эл. двигателями 36 В и выше. Возможно эта схема уже существует, но я не встречал.

В моём проекте надо было заставить коллекторный двигатель работать в реверсивном режиме для поддержания само баланса при напряжении 36 вольт. В интернете можно найти огромное количество схем на эту тему.

Но при повторении их лично я спалил не один десяток полевых транзисторов, причем одни выгорали сразу при включении питания, другие после подключения нагрузки. Пробовал мосфеты и только N-P-N и в сочетании с P-N-P, как то не шло.

Дошло дело до того, что стал подумывать о замене двигателя на 24 В. Есть в продаже драйвера способные управлять мощной нагрузкой и не надо голову ломать заплати и твори …даже прикупил драйвер двигателя BTS7960 43 А

Но решение пришло как то само собой. Я почему то решил заменить мосфеты верхнего плеча P-N-P на тиристоры. Тиристор после включения не отключится пока не разорвешь питание, это может делать мосфет когда управляющее напряжении переходит в 0

Для построения Н-моста мне понадобилось:
1- два тиристора ( я взял ку-202 н) 400 В, 10 А
2- мосфеты N-P-N 2 шт- irfp-240 (200 В 20 А) 2 шт- irfs-740 (400 В 10 А)
3- сопротивления 100 ом -8 шт , 10 к- 8 шт
4- два кремниевых транзистора N-P-N КТ-815 и два P-N-P КТ-816
5- два диода д- 226Б

Выходы А и В управляются ардуино, Положительный сигнал “А” поступает на мосфет irfp-240 который управляет напряжением и на кремниевые транзисторы КТ-815 и КТ-816 которые полностью открывают мосфет и тиристор тем самым запуская электромотор.

Диод нужен для того, чтобы отключить тиристор, он прерывает запитку мосфета irfs-740 при отключении сигнала с ардуино и цепь разрывается, без него тиристор подпитывает мосфет даже когда сигнал “А” с ардуино отсутствует.

Мосфеты, управляющие оборотами электродвигателя, я поставил два, хотя можно было поставить и один отсечь сигнал диодами, но с ардуино напряжение ШИМ небольшое, а усилитель при потерях не хотелось строить.
Если положительный сигнал будет на “В” вращение будет противоположное.

В итоге задача была решена, коллекторный электродвигатель работает в реверсном режиме и имеет регулятор оборотов, конечно крупный получился драйвер, но в будущем планирую применить на более высокое напряжение.

При нагрузке больше 5-7 А, тиристоры и мосфеты нужно подобрать соответствующей мощности.

Это хороший дизайн для MOSFET H-Bridge?

Я не уверен, почему вы думаете, что BJT значительно медленнее, чем мощные MOSFET; это, конечно, не присущая характеристика. Но нет ничего плохого в использовании FET, если вы предпочитаете именно это.

А для затворов MOSFET действительно необходим значительный ток, особенно если вы хотите быстро их переключать, заряжать и разряжать емкость затвора – иногда до нескольких ампер! Ваши резисторы 10K затвора значительно замедлят ваши переходы. Обычно для стабильности вы бы использовали резисторы всего 100 Ом или около того последовательно с затворами.

Если вы действительно хотите быстрое переключение, вы должны использовать специализированные ИС драйвера затвора между выходом ШИМ MCU и мощными полевыми транзисторами. Например, International Rectifier имеет широкий спектр микросхем драйверов, и есть версии, которые обрабатывают детали привода верхней стороны для полевых транзисторов P-канала.

Дополнительно:

Как быстро вы хотите переключить FET? Каждый раз, когда он включается или выключается, он будет рассеивать импульс энергии во время перехода, и чем короче вы можете сделать это, тем лучше. Этот импульс, умноженный на частоту цикла ШИМ, является одним из компонентов средней мощности, которую должен рассеивать FET – часто доминирующий компонент. Другие компоненты включают питание во _{включенном} состоянии (I _D² × R _{DS (ON),} умноженное на рабочий цикл ШИМ) и любую энергию, сбрасываемую в диод корпуса в выключенном состоянии.

Один простой способ смоделировать потери при переключении состоит в том, чтобы предположить, что мгновенная мощность является примерно треугольной формой волны, пик которой (V _CC / 2) × (I _D / 2) и основание которой равно времени перехода T _RISE или T _FALL. , Площадь этих двух треугольников – это общая энергия переключения, рассеиваемая в течение каждого полного цикла ШИМ: (T _RISE + T _FALL ) × V _CC × I _D / 8. Умножьте это на частоту цикла ШИМ, чтобы получить среднюю мощность потерь на переключение.

Главное, что доминирует во время нарастания и спада, это то, как быстро вы можете перемещать заряд затвора на затвор MOSFET и с него. Типичный MOSFET среднего размера может иметь общую зарядку затвора порядка 50-100 нКл. Если вы хотите переместить этот заряд, скажем, в 1 мкс, вам нужен драйвер затвора, способный по крайней мере 50-100 мА. Если вы хотите, чтобы он переключался в два раза быстрее, вам нужно в два раза больше тока.

Если мы включим все числа для вашего дизайна, мы получим: 12 В × 3 А × 2 мкс / 8 × 32 кГц = 0,288 Вт (для MOSFET). Если предположить, что R _{DS (ON)} составляет 20 мОм, а рабочий цикл – 50%, то потери I ² R будут равны 3A ² × 0,02 Ом × 0,5 = 90 мВт (опять же, для каждого MOSFET). Вместе два активных полевых транзистора в любой данный момент будут рассеивать около 2/3 Вт мощности из-за переключения.

В конечном счете, это компромисс между эффективностью схемы и тем, сколько усилий вы хотите приложить для ее оптимизации.

H-мост – H-bridge – qaz.wiki

Н-моста представляет собой электронную схему , которая переключает полярность напряжения , приложенного к нагрузке. Эти схемы часто используются в робототехнике и других приложениях, чтобы двигатели постоянного тока могли работать вперед или назад.

Большинство преобразователей постоянного тока в переменный ( силовые инверторы ), большинство преобразователей переменного тока в переменный , двухтактный преобразователь постоянного тока , изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный, большинство контроллеров двигателей и многие другие виды силовой электроники используют Н-мосты. . В частности, биполярный шаговый двигатель почти всегда приводится в действие контроллером двигателя, содержащим два Н-моста.

Общий

Конструкция H-образного моста (выделена красным)

H-мосты доступны в виде интегральных схем или могут быть построены из дискретных компонентов .

Термин H-мост происходит от типичного графического представления такой схемы. H-мост состоит из четырех переключателей (твердотельных или механических). Когда переключатели S1 и S4 (согласно первому рисунку) замкнуты (а S2 и S3 разомкнуты), на двигатель подается положительное напряжение. При размыкании переключателей S1 и S4 и замыкании переключателей S2 и S3 это напряжение меняется на противоположное, что позволяет двигателю работать в обратном направлении.

Используя приведенную выше номенклатуру, переключатели S1 и S2 никогда не должны замыкаться одновременно, так как это может вызвать короткое замыкание на источнике входного напряжения. То же самое касается переключателей S3 и S4. Это состояние известно как прострел.

Операция

Два основных состояния H-моста

Н-образная перемычка обычно используется для изменения полярности / направления двигателя, но также может использоваться для «торможения» двигателя, когда двигатель внезапно останавливается из-за короткого замыкания клемм двигателя, или чтобы позволить двигатель от «холостого хода» до остановки, так как двигатель эффективно отключен от цепи. В следующей таблице приводится сводка операций, при этом S1-S4 соответствуют диаграмме выше.

S1	S2	S3	S4	Результат
1	0	0	1	Мотор движется вправо
0	1	1	0	Мотор движется влево
0	0	0	0	Моторные берега
1	0	0	0
0	1	0	0
0	0	1	0
0	0	0	1
0	1	0	1	Моторные тормоза
1	0	1	0	Моторные тормоза
Икс	Икс	1	1	Короткое замыкание
1	1	Икс	Икс	Короткое замыкание

Строительство

L298 драйвер двигателя с двойным Н-мостом

Реле

Один из способов построить H-мост – использовать набор реле на релейной плате.

Реле « двухполюсное двойное переключение » (DPDT) обычно может обеспечивать те же электрические функции, что и H-мост (с учетом обычных функций устройства). Однако Н-мост на основе полупроводников будет предпочтительнее реле, где требуются меньший физический размер, высокая скорость переключения или низкое напряжение возбуждения (или низкая мощность возбуждения), или где износ механических частей нежелателен.

Другой вариант – иметь реле DPDT для установки направления тока и транзистор для включения тока. Это может продлить срок службы реле, так как реле будет переключаться, когда транзистор выключен, и, следовательно, ток не протекает. Это также позволяет использовать ШИМ-переключение для управления текущим уровнем.

Полупроводники с каналом N и P

Твердотельное Н-моста , как правило , построены с использованием противоположных устройств полярности, такие как PNP биполярных транзисторов (BJT) или Р-канальных МОП – транзисторов , подключенных к высоковольтной шиной и NPN BJTs или МОП – транзисторов N-канал , соединенный с шиной низкого напряжения.

Полупроводники только с N каналом

В наиболее эффективных конструкциях полевых МОП- транзисторов используются N-канальные полевые МОП-транзисторы как на стороне высокого, так и на стороне низкого уровня, поскольку они обычно имеют треть сопротивления включенного состояния полевых МОП-транзисторов с P-каналом. Это требует более сложной конструкции, поскольку затворы полевых МОП-транзисторов верхнего плеча должны иметь положительный импульс по отношению к шине питания постоянного тока. Многие драйверы затворов на интегральных схемах MOSFET включают в себя накачку заряда для достижения этой цели.

В качестве альтернативы можно использовать преобразователь постоянного тока в постоянный импульсный источник питания для обеспечения изолированного («плавающего») питания схемы управления затвором. Обратный преобразователь с несколькими выходами хорошо подходит для этого применения.

Другой метод управления мостами MOSFET – это использование специального трансформатора, известного как GDT (трансформатор управления затвором), который дает изолированные выходы для управления затворами верхних полевых транзисторов. Сердечник трансформатора обычно представляет собой ферритовый тороид с соотношением обмоток 1: 1 или 4: 9. Однако этот метод можно использовать только с высокочастотными сигналами. Дизайн трансформатора также очень важен, поскольку индуктивность рассеяния должна быть минимизирована, иначе может возникнуть перекрестная проводимость. Выходы трансформатора обычно фиксируются стабилитронами , потому что выбросы высокого напряжения могут разрушить затворы MOSFET.

Варианты

Обычный вариант этой схемы использует только два транзистора на одной стороне нагрузки, как и в усилителе класса AB . Такая конфигурация называется «полумостом». Полумост используется в некоторых импульсных источниках питания, в которых используются синхронные выпрямители, и в импульсных усилителях . Тип полу-H-моста обычно сокращается до «Half-H», чтобы отличать его от полных («Full-H») H-мостов. Другой распространенный вариант, добавление третьей «ножки» к мосту, создает трехфазный инвертор . Трехфазный инвертор – это основа любого привода переменного тока .

Еще одним вариантом является полууправляемый мост, в котором коммутационное устройство на стороне низкого напряжения на одной стороне моста и переключающее устройство на стороне высокого напряжения на противоположной стороне моста заменено диодами. Это исключает режим сквозного отказа и обычно используется для управления машинами и приводами с переменным или переключаемым сопротивлением, где не требуется двунаправленный ток.

Коммерческая доступность

Существует множество коммерчески доступных недорогих корпусов с одинарным и двойным H-мостом, из которых серия L293x включает самые распространенные. Некоторые корпуса, такие как L9110, имеют встроенные обратноходовые диоды для защиты от обратного ЭДС.

Работа как инвертор

Обычно H-мост используется в инверторе . Такое устройство иногда называют однофазным мостовым инвертором.

H-мост с источником постоянного тока будет генерировать прямоугольную форму волны напряжения на нагрузке. Для чисто индуктивной нагрузки форма волны тока будет треугольной волной, пик которой зависит от индуктивности, частоты переключения и входного напряжения.

Смотрите также

внешняя ссылка

Проекты

Высокоэффективный подход к построению входных диодных мостов

25 сентября 2009

С появлением устройств электронного управления в повседневной жизни используется все меньше приборов, напрямую подключенных к сетям питания переменного напряжения. Как правило, переменное напряжение преобразуется в постоянное, а последнее используется для питания электронных приборов или электродвигателей с преобразователями, которые приходят на смену старомодным индукционным электродвигателям переменного напряжения. Кроме того, в тех случаях, когда это возможно, используется активная, а не пассивная компенсация коэффициента мощности (конденсаторная батарея). Это означает, что входной диодный мост устанавливается всегда, независимо от того, используется в системе каскад PFC или нет. Распространенная схема реализации этого принципа показана на рис. 1.

Рис. 1. Входной переменный ток и выпрямленный выходной сигнал

Такая схема обладает малой эффективностью, поскольку, независимо от номинала тока, два связанных диода всегда находятся в состоянии пропускания тока, вызывающем постоянное выпадение сигнала и последующую потерю мощности в зависимости от величины тока.

Во многих случаях, когда мощность, подаваемая на выход, не очень высока, а мощность, рассеиваемая на четырех диодах, низка, эта конфигурация может оставаться хорошим экономичным решением.

Синхронное выпрямление

Известно, что в состав МОП-структуры входит паразитный диод, включенный параллельно полевому транзистору, поэтому полный мост можно получить при помощи четырех полевых транзисторов, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Мост на полевых транзисторах

Напряжение на контактах стандартного диода составляет 0,6…1 В, в зависимости от тока, протекающего через него, и технологии, с использованием которой диод изготовлен, и это является основной причиной потери мощности в мосте. Худший вариант возможен в случае использования только корпусного диода полевого транзистора, но если запуск этого транзистора осуществляется при помощи технологии синхронного выпрямления, корпусный диод пропускает только очень короткую часть сигнала, в зависимости от времени запаздывания управляемых полевых транзисторов, а основная часть синусоидального входного тока проходит через полевые транзисторы. Проведем простой эксперимент: рассмотрим двухволновый (полный) выпрямительный мост и предположим, что напряжение на контактах диода в режиме проводимости равно 0,6 В, сравним его с активным мостом, включающим четыре полевых транзистора с сопротивлением R_DSON (при температуре 100°C) = 10 МОм. Средний выходной ток системы равен 5 A.

В таблице 1 приведено сравнение полных КПД двух решений.

Таблица 1. Сравнение потерь мощности между стандартным и активным входным мостом

Расчет		Расчетная потеря мощности, Вт	Прим.
Диод	2 x V_F x I_AVG– RECT	6	Явно выше
МОП-транзисторы	2 x R_DSon x I² in – rms	0,6	Снижение на ~90%

Практическая реализация

и описание цепи

В данном случае понятно, что использование мощных полевых транзисторов в конфигурации активного моста с управлением синхронным выпрямлением — это способ повышения эффективности и снижения необходимости применения или полного отказа от применения дорогой и массивной системы теплоотвода. Использование интегральных схем (ИС) синхронного выпрямления International Rectifier IR1166 и IR1167 [1] делает реализацию крайне простой. Полная схема активного моста показана на рис. 3.

Рис. 3. Практическая реализация активного моста при помощи 4 дискретных ИС IR1167

Включение-выключение каждого полевого транзистора управляется соответствующими ИС, отслеживающими напряжение между соответствующим стоком и истоком. Если напряжение отрицательное, корпусный диод открыт, а полевой транзистор включен; когда напряжение Vds поднимается до 0 В, ИС отключает транзистор.

Чтобы предотвратить возникновение короткого замыкания между высоким и низким плечом полевого транзистора на одном и том же контакте, порог выключения должен быть отрицательным и близким к 0 В. Недостаток состоит в том, что в конце переключения ток снова пойдет через корпусный диод, но в течение очень короткого времени. С помощью внутренней прецизионной цепи осуществляется постоянное измерение напряжения Vds, необходимое для выполнения этой задачи. Следует отметить, что ИС должна выдерживать очень высокое напряжение на тех же контактах, если полевой транзистор выключен, поскольку другой транзистор, соединенный с этим же контактом, включен. Технической проблемой является установка компаратора, способного обнаруживать напряжения, равные нескольким милливольтам в одном полупериоде, а затем выдерживать напряжение в несколько сотен вольт на тех же измерительных контактах в следующем полупериоде синусоиды. Этого можно добиться с помощью технологии IR Gen 5 HVIC, интегрирующей точные и быстрые компоненты низкого напряжения с устройствами высокого напряжения и изолирующими барьерами [2].

Принцип работы

В начале синусоидального цикла начинается протекание тока через корпусный диод, создающий отрицательное напряжение Vds на контактах полевого транзистора, в этот момент ИС включает полевой транзистор, напряжение отпускания на контактах компонента падает до значительно более низкого значения, повышая эффективность системы и снижая потери мощности.

Как только полевой транзистор включается, его необходимо удерживать в таком состоянии до приближения выпрямленного тока как можно ближе к нулевому значению, поэтому можно использовать компаратор нулевого уровня, чтобы определить момент, когда напряжение между стоком и истоком достигнет 0 В. С этой целью порог выключения ИС должен быть отрицательным и близким к нулю, чтобы избежать относительной поперечной проводимости и уменьшить интервал проводимости корпусного диода в конце полупериода. IR1167 — это ИС синхронного выпрямления, время ее внутреннего выключения составляет от наносекунд до микросекунд, однако во время работы на частоте сети питания необходимо поддерживать как можно более пологий фронт гасящего импульса, чтобы избежать ложного срабатывания измерительной цепи ИС. Фактически из-за низкой рабочей частоты и медленного (синусоидального) увеличения тока часто появляется вероятность того, что после первого включения напряжение отпускания полевого транзистора почти мгновенно упадет ниже порога выключения, и ИС начнет включаться и выключаться. Этот процесс выражается затухающими прямоугольными импульсами напряжения затвора полевого транзистора, пока ток не достигнет уровня, необходимого для формирования напряжения отпускания полевого транзистора во включенном состоянии. Подобный дребезг можно наблюдать в конце полусинусоиды с тем же небольшим уклоном сигнала тока в момент выключения полевого транзистора. Такое функционирование особенно явно заметно при использовании резистивных нагрузок и синусоидального токового сигнала, тогда как в случае с емкостной нагрузкой ситуация иная, поскольку кривая токового сигнала при включении и выключении полевых транзисторов более крутая, и необходим более короткий сигнал выключения. В обычном режиме работы каждый полупериод токового сигнала переключает в состояние проводимости два полевых транзистора в течение интервала, равного половине частоты сети питания (8,3 или 10 мс), дребезг при включении или выключении не возникает. Чтобы увеличить длительность внутреннего сигнала выключения схемы IR1167, мы включили в измерительный контур резистивно-емкостную цепь (RC-цепь), которая будет описана в следующем разделе.

Ограниченное питание и цепи

регулировки выключения

Как известно, в каждый полупериод частоты сети питания работают только два полевых транзистора, тогда как другие остаются выключенными, а соответствующие им диоды с объемной проводимостью обладают обратным смещением. Очевидно, что когда транзисторы Q2 и Q4 включены, Q1 и Q3 выключены, а ограничивающий диод D1 допускает накопление заряда ограничивающими конденсаторами C1, питающими устройства высокого плеча IC3; с другой стороны, когда транзисторы Q1 и Q3 включены, диод D2 допускает накопление заряда ограничивающим конденсатором C2, питающим IC4. RC-цепь, установленная между контактами Vgate и Vs каждой ИС, обеспечивает более продолжительный сигнал выключения, необходимый в настоящей схеме. Это просто производная цепь, которая при помощи напряжения переключения затвора, прикладываемого к контактам транзистора, добавляет временный токовый импульс через последовательный резистор, установленный между истоком транзистора и контактами Vs ИС. Результат — искусственное повышение или понижение пороговых значений на определенное время и, таким образом, продление времени выключения, которое можно уменьшить простым изменением значений трех компонентов RC-цепи. Рассмотрим одну из четырех секций, X3, показанную на рис. 3. Во время включения напряжение затвора линейно возрастает, фронт сигнала, разделенный на отрезки, появляется на сопротивлении R10 с положительным знаком в противоположность контакту Vs. Это перекрывает реальное напряжение отпускания полевых транзисторов и удерживает внутренний компаратор ИС, изображенный в верхнем левом углу рис. 4, от выключения полевого транзистора.

Рис. 4. Электрическая модель IR1167

С другой стороны, когда ИС выключает затвор, возникает спад сигнала с отрицательным знаком на контакте Vs, эффективно сдвигающий измеренное напряжение и препятствующий включению секции на период, определяемый параметрами RC-цепи.

Моделирование системы

Система реализована в симуляторе Microcap Simulator, подготовлена специализированная модель для ИС IR1167 (см. рис. 4). Особое внимание уделено возможности работы модели IR1167 с плавающим заземлением, поскольку опорным сигналом двух верхних устройств схемы должно быть переменное напряжение сети питания, и использование ими потенциала заземления невозможно. Параметры моделирования следующие:

Для проверки функциональности системы и эффективности замысла необходимо выполнить несколько попыток моделирования до начала реальной аппаратной реализации.

Резистивная нагрузка

Первая серия моделей создана с целью сравнения функционирования активного моста с функционированием стандартного моста на основе диодов Шоттки, на последующих рисунках будут показаны полученные результаты. Мост на основе диодов Шоттки построен из четырех устройств MBR10100 в корпусе TO220AB, для построения активного моста использован полевой транзистор DirectFet IRF6644 с поддержкой напряжения 100 В. На рис. 5 показан вариант с максимальной нагрузкой (5 Ом), с максимальным пиковым выходным током 12 A и средней выходной мощностью около 360 Вт.

Рис. 5. Rload = 5 Ом, Cout = 0
Верхний: Vin, Vout и Vo, Средний: Vg1, Vg2, Vg3 и Vg4, Нижний: Vo-Vo (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост), Pdiss (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост) — Pdiss (диоды Шоттки)

В этом случае мы можем видеть синусоидальное выходное напряжение (зеленая кривая) и ток (светло-голубая кривая), а в центре отображаются прямоугольные импульсы напряжения затворов полевых транзисторов низкого плеча. Также заслуживает внимания синусоидальная форма плавающего напряжения затвора МОП-структуры, изображенной на среднем графике, поскольку она должна соответствовать входной синусоиде с положительным сдвигом, равным 10,7 В (Vgate).

На третьем графике показано увеличение мощности при применении активного решения: синусоидой черного цвета показана мощность, рассеиваемая четырьмя диодами, которая достигает пика 18 Вт, тогда как тот же пик активного моста едва достигает значения 2,25 Вт, разность средних значений, показанная голубой кривой, составляет примерно 10 Вт. На малых нагрузках ситуация может отличаться, а более сложная цепь может не дать достаточного преимущества по сравнению с простым мостом, построенным из четырех диодов. Однако на рис. 6 приведены интересные результаты.

Рис. 6. Rload = 40 Ом, Cout = 0
Верхний: Vin, Vout и Vo, Средний: Vg1, Vg2, Vg3 и Vg4, Нижний: Vo-Vo (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост), Pdiss (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост) — Pdiss (диоды Шоттки)

В последнем случае выходная мощность составляет всего 45 Вт, мы также получили большую разность с точки зрения пиковой рассеиваемой мощности, которая составляет 0,036 Вт против 1,6 Вт, а средняя разность значений потери мощности — около 1 Вт.

Емкостная нагрузка

Емкостная нагрузка является более реальной для применения в силовом AC-DC-преобразователе. На рис. 7 и 8 показаны результаты моделирования с сопротивлением, равным соответственно 5…40 Ом, а суммарная выходная емкость равна 1000 мкФ.

Рис. 7. Rload = 5 Ом, Cout = 1000
Верхний: Vin, Vout и Vo, Средний: Vg1, Vg2, Vg3 и Vg4, Нижний: Vo-Vo (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост), Pdiss (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост) — Pdiss(диоды Шоттки)

Рис. 8. Rload = 40 Ом, Cout = 1000
Верхний: Vin, Vout и Vo, Средний: Vg1, Vg2, Vg3 и Vg4, Нижний: Vo-Vo (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост), Pdiss (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост) — Pdiss (диоды Шоттки)

Среднее уменьшение потерь мощности изменяется с 20% при большой нагрузке (5 Ом) до примерно 5% при малой нагрузке (40 Ом). Также стоит обратить внимание на то, что размер корпуса диодного моста, построенного из четырех диодов MBR10h200, занимает примерно 580 мм² площади против только 120 мм²в случае использования четырех транзисторных схем IRF6644. Таким образом, экономия места составляет приблизительно 80%.

Реализация ИС

В предлагаемом на рис. 9 контроллере на основе активного моста, благодаря технологии IR GENS, внутренние каскады, запускающие два полевых транзистора высокого плеча Q3 и Q4, могут быть реализованы двумя раздельными плавающими эпитаксиальными карманами внутри одной ИС.

Рис. 9. Предложение нового контроллера активного моста

Для предохранения двух внешних компонентов в схему также можно интегрировать два ограничивающих диода. Дополнительную RC-цепь, которая предназначена для защиты от паразитных переключений, можно заменить отдельными блоками регулировки времени выключения для каждой секции драйвера, чтобы оптимизировать время задержки разных полевых транзисторов с разными требованиями нагрузки. В дальнейшем лучшие полевые транзисторы IR, ограничивающие конденсаторы и ИС управления активным мостом можно интегрировать в одном корпусе, получив повышенную удельную плотность и обеспечив реализацию простого устройства. Такая схема становится высокоэффективной заменой существующим стандартным входным выпрямительным диодным мостам.

Реализация аппаратуры

Схема создана и протестирована в нашей лаборатории. На рис. 10 показан первый прототип, изготовленный из четырех дочерних плат IRAC-D2.

Рис. 10. Прототип активного моста

На нескольких следующих рисунках показаны реальные графики сигналов, полученных с применением идеальной резистивной нагрузки (например, каскад RFC) и емкостной нагрузки. В конце главы мы покажем значения повышения эффективности и уменьшения потерь мощности в сравнении со стандартными мостами, построенными на основе диодов Шоттки.

На рис. 11 и 12 показано функционирование активного моста с идеальной резистивной нагрузкой. Интересно отметить эффект паразитного переключения сигнала как низкого плеча (красная кривая), так и высокого плеча (голубая кривая) без включения внешней маскирующей RC-цепи.

Рис. 11. Входное напряжение и выпрямленный выходной ток с идеальной резистивной нагрузкой

Рис. 12. Верхний: входной ток, сигнал затвора низкого плеча (красный), сигнал затвора высокого плеча (голубой), нижний: паразитные переключения сигналов затворов

Эти ситуации показаны на рис. 13 и 14, соответственно, в состоянии включения и выключения затвора полевого транзистора низкого плеча.

Рис. 13. Паразитные переключения затвора низкого плеча (красный) во время выключения

Рис. 14. Паразитное переключение затвора низкого плеча (красный) во время включения

После того, как ИС выключает полевой транзистор, возникают паразитные переключения, длящиеся в течение 90 мкс. Можно легко увидеть, что первое колебание происходит через 15 мкс после истечения времени внутреннего сигнала выключения IR1167. Остальные колебания происходят с одинаковой задержкой. Во время включения, наоборот, полевой транзистор не может оставаться во включенном состоянии более 3 мкс, и только через 280 мкс уровень тока становится достаточно высоким, чтобы избежать колебаний. Таким образом, минимального времени включения (MOT) 3 мкс и минимального времени выключения 15 мкс (тип.), заложенных в схеме IR1167, недостаточно, чтобы избежать паразитных переключений, поэтому из-за медленного синусоидального изменения тока и продолжительного времени выключения добавлена специализированная схема.

Аналогичная проблема, хотя и не настолько очевидная, возникает со стандартной резистивно-емкостной нагрузкой, поскольку изменение тока происходит быстрее. На рис. 15 и 16 показаны все сигналы затворов с установленной цепью времени выключения каждого полевого транзистора в сравнении с током сети питания.

Рис. 15. Vg1, Vg2: сигнал затвора Q1 и Q2 и ток сети питания под RC-нагрузкой R=22 Ом, C=470 мкФ

Рис. 16. Vg3, Vg4: сигнал затвора Q2 и Q4 и ток сети питания

Результаты оценки эффективности

Чтобы удостовериться в эффективности замысла, мы сравнили две схемы активного моста с различными входными напряжениями 100 и 40 В и различной выходной мощностью со стандартными мостами, построенными на основе диодов Шоттки.

На рис. 17 и рис. 18 показаны полученные результаты: для построения системы, рассчитанной на напряжение 40 В, мы использовали четыре схемы IRF6613 (DirectFet, корпус medium Can) против четырехсхем SS34 в корпусе SMC; для построения системы, рассчитанной на напряжение 100 В, мы использовали четыре схемы IRF6644 (DirectFet, корпус medium Can) против четырех схем MBR10h200 в корпусе TO263.

Рис. 17. Результаты эффективности, низкое входное напряжение

Рис. 18. Результаты эффективности, среднее входное напряжение
В случае, показанном на рис. 17, повышение эффективности составило 5,5% при входном напряжении 20 В и выходной мощности около 50 Вт. Причиной является повышенный ток, протекающий через полевые транзисторы, демонстрирующие намного более низкое выпадение сигнала, чем диоды.
При повышении входного напряжения и понижении выходного тока повышение эффективности становится менее заметным, но все еще остается высоким — от 2 до 3%. Три сигнала ограничены по мощности, чтобы снизить пиковый ток, поступающий в устройства на приемлемом рабочем уровне в сравнении с номинальными значениями Id и If. На рис. 18 повышение эффективности продемонстрировало ту же тенденцию: при входном напряжении 60 В и выходной мощности 250 Вт ток намного выше, а повышение эффективности составляет 2%; при напряжении 100 В повышение эффективности опускается до примерно 1,1…1,3% в зависимости от нагрузки. Последний случай выглядит менее привлекательным с точки зрения баланса преимуществ и стоимости, однако необходимо помнить, что четыре схемы IRF6644 намного меньше, чем диоды в корпусе TO263: каждая схема DirectFet занимает примерно на 80% меньше площади и на 95% меньше объема, чем диоды.
Это решение сочетает экономию пространства с более высокой удельной мощностью, зачастую позволяющей отказаться от использования массивных теплоотводов.

Выводы
Использование полевых транзисторов, а лучше транзисторов DirectFET в конфигурации входного активного моста (с синхронным управлением выпрямлением) — это способ повышения эффективности и удельной мощности, позволяющий обойтись без массивной системы отведения тепла. На схеме, изображенной на рис. 3, показано, как собрать простой полнопериодный входной мостовой выпрямитель при помощи устройств, доступных на рынке, а на рис. 9 показана новая ИС контроллера активного моста.
Как видно из графиков, повышение эффективности очень заметно, а преимущества могут отличаться в зависимости от выходной мощности:
a) при высоком выходном напряжении повышение эффективности не представляет особой важности, особенно при передаче высоких номиналов мощности, но тогда намного меньшее рассеяние мощности моста можно использовать для решений меньших размеров с минимальным тепловыделением;
б) при низком выходном напряжении эффективность становится важнейшим отличием и для низких выходных токов.

Литература
[1] М. Салато (M. Salato), А. Локхандвала (A. Lokhandwala), М. Солдано (M. Soldano). International Rectifier. AN-1087 Построение выпрямителя вторичного плеча при помощи ИС управления IR1167 SmartRectifier^TM
[2] International Rectifier. Техническое описание ИС управления интеллектуальным выпрямителем IR1167S
[3] Аднаан Локхандвала (Adnaan Lokhandwala), Маурицио Салато (Maurizio Salato), Марко Солдано (Marko Soldano). Конференция разработчиков портативных источников питания 2006. Новая ИС управления выпрямлением выходного сигнала повышает эффективность и тепловые характеристики внешних AC-DC преобразователей питания
[4] Заявка на получение патента США №2005/0122753 A1 от 9 июня 2005 г.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]

ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!

В 11 номере журнала за 2009 год на стр. 29 допущена опечатка.
Название табл. 2 следует читать: «Характеристики переключателей».
Первый абзац на странице следует читать:
«Texas Instruments предлагает достаточно сбалансированные решения для применения в видеосистемах. Баланс заключается в оптимальных, часто — взаимозависящих, технических характеристиках ключей. Например, при достаточно низком сопротивлении во включенном состоянии также обеспечивается очень высокая скорость переключения.»
•••
Наши информационные каналы
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Транспортные свойства неограниченных носителей в мостиковых полевых транзисторах MoS2
Неподавленное рассеяние носителей от нижележащей подложки в слоистой двумерной материальной системе широко наблюдается, что значительно ухудшает характеристики устройств. Помимо самого материала, понимание внутренних межфазных и поверхностных свойств является важным вопросом для анализа гетероструктуры с высоким κ / MoS ₂ .Здесь мы сообщаем об электронных транспортных свойствах полевых транзисторов с мостиковым каналом MoS ₂ , изготовленных методом переноса без загрязнения. Пренебрегая всеми окружающими возмущениями, можно обнаружить значительное улучшение подвижности при комнатной температуре и допорогового наклона. Систематическое исследование измерений переноса при переменной температуре позволило количественно определить плотность состояний ловушек как в автономных, так и в поддерживаемых SiO ₂ системах MoS ₂ .По сравнению с устройствами с мостовым каналом MoS ₂ с идеальным интерфейсом, неподвешенные устройства имеют большое количество конечных состояний полосы, а затем также обсуждается влияние их электронных состояний на производительность устройства.
У вас есть доступ к этой статье
Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй снова?
Что такое полевой транзистор? – Блог Fusion 360
Полевой транзистор (FET) – это трехконтактный активный полупроводниковый прибор, в котором выходной ток регулируется электрическим полем, создаваемым входным напряжением.Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, потому что, в отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы имеют либо электроны, либо дырки, работающие в качестве носителей заряда. Полевой транзистор использует напряжение, приложенное к его входной клемме (называемой затвором), для управления током, протекающим от истока к стоку, что делает полевой транзистор устройством, управляемым напряжением.
Полевые транзисторы
широко используются в интегральных схемах (ИС) из-за их компактных размеров и значительно более низкого энергопотребления. Кроме того, полевые транзисторы также используются в устройствах переключения высокой мощности, в качестве резисторов с переменным напряжением (VVR) в операционных усилителях (операционных усилителях), регуляторах тембра и т. Д., для работы микшера на FM- и ТВ-приемниках и в логических схемах.
Психологический обзор
Полевой транзистор имеет четыре терминала с именами Источник, Сток, Затвор и Корпус.
Источник : Источник – это терминал, через который большинство носителей заряда вводятся в полевой транзистор.
Сток : Сток – это терминал, через который большинство носителей заряда выходят из полевого транзистора.
Затвор : Вывод затвора формируется путем диффузии полупроводника N-типа с полупроводником P-типа.Это создает сильно легированную область PN-перехода, которая контролирует поток носителя от истока к стоку.
Корпус : Это основа, на которой построен полевой транзистор. В дискретных приложениях он внутренне привязан к выводу источника, что позволяет полностью игнорировать его эффекты. Однако в интегральных схемах этот вывод обычно подключается к наиболее отрицательному источнику питания в цепи NMOS (наиболее положительному в схеме PMOS), поскольку он используется многими транзисторами. Тщательные соединения и конструкция имеют решающее значение для поддержания производительности полевого транзистора, когда задействовано соединение Body.
Канал : это область, в которой большинство несущих проходят от терминала истока к терминалу стока.
FET Классификация
Полевые транзисторы
подразделяются на полевые транзисторы (JFET) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET).
JFET (переходно-полевой транзистор)
Junction Field Effect Transistor (JFET) – это самый ранний тип полевых транзисторов.Ток течет по активному каналу между истоками к клеммам стока. Напряжение, приложенное между затвором и истоком, управляет потоком электрического тока между истоком и стоком полевого транзистора. При приложении напряжения обратного смещения к выводу затвора канал напрягается, поэтому электрический ток полностью отключается. Вот почему полевые транзисторы JFET называют «нормально включенными» устройствами. Транзисторы JFET доступны как в N-канальном, так и в P-канальном исполнении.
N-канальный JFET
В N-канальном JFET канал легирован донорными примесями, что делает его полупроводником N-типа.Следовательно, ток через канал отрицателен в виде электронов. Отсюда и название N-канальный JFET. Две подложки P-типа, легированные с противоположных сторон от его средней части. Таким образом, два PN-перехода образованы этими сильно легированными областями P-типа и каналом N-типа между ними. Вывод затвора (G) подключается внутри к обоим клеммам P-типа, а выводы стока (D) и истока (S) подключаются к любому концу канала N-типа.
Как это работает?
Когда на вывод затвора не подается напряжение, канал становится широко открытым путем для прохождения электронов.Следовательно, максимальный ток протекает от истока к выводу стока. Величина протекающего тока определяется разностью потенциалов между выводами истока и стока и внутренним сопротивлением канала.
Но происходит обратное, когда на вывод затвора подается отрицательное напряжение по сравнению с выводом истока, что приводит к обратному смещению P-N перехода. В канале создается область истощения, которая сужает канал, увеличивая сопротивление канала между истоком и стоком, и ток становится меньше.
P-канальный JFET
Аналогичным образом, в JFET с P-каналом канал легирован акцепторными примесями, что делает его полупроводником P-типа. Следовательно, поток тока через канал является положительным в виде отверстий. Отсюда и название P-channel JFET. Противоположная сторона канала сильно легирована подложками N-типа. Как и в N-канальном JFET, вывод затвора формируется путем соединения областей N-типа с обеих сторон. Клеммы истока и стока взяты с двух других сторон канала.
Принцип работы также аналогичен N-канальному JFET. Единственное отличие состоит в том, что вам необходимо обеспечить положительное напряжение затвора к источнику, чтобы выключить его. Однако N-канальный JFET имеет более высокую проводимость по току из-за более низкого сопротивления канала, чем их эквивалентные типы P-каналов, поскольку электроны имеют более высокую подвижность через проводник по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным, чем их аналоги с P-каналом.
Характеристики
Здесь JFET смещен через источник постоянного тока, который будет управлять VGS JFET.Мы можем контролировать приложенное напряжение на клеммах стока и источника, изменяя VGS. Оттуда мы можем построить кривую ВАХ полевого транзистора.
Выходные характеристики JFET представлены между током стока (ID) и напряжением сток-исток (VDS) при постоянном напряжении затвор-исток (VGS), как показано на следующем рисунке.
Область отсечки – это область, в которой JFET выключен, что означает отсутствие тока стока, ID течет от стока к истоку.
Омическая область – В этой области JFET начинает показывать некоторое сопротивление току стока, ID, который начинает течь от стока к истоку. Ток, протекающий через полевой транзистор, линейно пропорционален приложенному напряжению.
Область насыщения – Когда напряжение сток-исток достигает такого значения, что ток, протекающий через устройство, является постоянным с напряжением сток-исток и изменяется только с напряжением затвор-исток, устройство считается находящимся в состоянии насыщения. область.
Область пробоя – Когда напряжение стока в исток, VDS превышает максимальное пороговое значение, что вызывает пробой области истощения, JFET теряет способность сопротивляться току, и ток стока увеличивается бесконечно.
MOSFET (Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)
Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы, также известные как МОП-транзисторы, имеют большее значение и являются наиболее полезным типом среди всех транзисторов.МОП-транзистор имеет четыре вывода: сток, исток, затвор и корпус или подложку. MOSFET также является транзистором, управляемым напряжением, но основное различие между JFET и MOSFET заключается в том, что он имеет металлооксидный электрод затвора, который электрически изолирован от основного токоведущего канала между стоком и истоком очень тонким слоем. из изоляционного материала, обычно диоксида кремния, широко известного как стекло.
Трек образован с использованием двух сильно легированных зон N-типа, рассеянных в слаболегированной подложке P-типа.Эти две области N-типа известны как сток и исток, а область P-типа называется подложкой. Изоляция управляющего затвора делает входное сопротивление полевого МОП-транзистора чрезвычайно высоким по шкале мегаомов (МОм), тем самым делая его почти бесконечным. Таким образом, ток не может течь в ворота.
Как это работает?
Основной принцип устройства MOSFET заключается в том, чтобы иметь возможность управлять напряжением и током, протекающим между истоком и стоком, используя напряжение, приложенное к выводу затвора.Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока, может быть инвертирован из p-типа в n-тип путем приложения либо положительного, либо отрицательного напряжения затвора, соответственно. Когда мы прикладываем силу отталкивания к положительному напряжению затвора, то дырки, находящиеся под оксидным слоем, толкаются вниз вместе с подложкой. Область обеднения населена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Когда достигаются электроны, развивается канал.Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Если вместо положительного напряжения приложить отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется отверстие.
Типы полевых МОП-транзисторов
Широко используются два полевых МОП-транзистора:
1.Истощение MOSFET:
МОП-транзистор в режиме истощения аналогичен разомкнутому переключателю. В этом режиме для выключения устройства применяется напряжение затвора в источник (VGS). Когда напряжение затвора отрицательное, в канале накапливаются положительные заряды. Это вызывает область истощения в канале и предотвращает протекание тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование обедненной области, он называется истощенным MOSFET.
2.Расширение MOSFET:
МОП-транзистор расширенного режима аналогичен переключателю включения. В этом режиме для включения устройства применяется напряжение затвор-исток (VGS). Когда отрицательное напряжение подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, отверстия, несущие положительный заряд, накапливаются рядом с оксидным слоем, образуя канал от истока к выводу стока. По мере того, как напряжение становится все более отрицательным, ширина канала увеличивается и ток увеличивается; поэтому он называется улучшенным MOSFET.
Кроме того, типы истощения и расширения классифицируются на типы N-канал и P-канал .
1.N-канальный полевой МОП-транзистор :
N-канальный полевой МОП-транзистор имеет канал N-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником N-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом P-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за электронов.А протекание тока контролируется напряжением на затворе.
2.P-канальный полевой МОП-транзистор:
Аналогично, P-канальный MOSFET имеет канал P-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником P-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом N-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за дыр. А протекание тока контролируется напряжением на затворе.
Характеристики
В целом, полевой МОП-транзистор работает в основном в трех регионах, а именно:
Область отсечки:
В области отсечки полевой МОП-транзистор остается выключенным, поскольку в этой области нет тока.Здесь MOSFET ведет себя как разомкнутый переключатель и, таким образом, используется, когда они должны функционировать как электронные переключатели.
Омическая область:
В омической или линейной области ток между стоком и истоком увеличивается с увеличением напряжения между стоком и истоком. Когда в этой области работают полевые МОП-транзисторы, их можно использовать в качестве усилителей.
Область насыщения:
В этой области значение тока между стоком и истоком остается постоянным без учета увеличения напряжения между стоком и истоком.Это происходит только один раз, когда напряжение на стоке к выводу истока увеличивается больше, чем напряжение отсечки. В этом случае устройство будет работать как замкнутый переключатель. Поэтому эта рабочая область используется всякий раз, когда требуются полевые МОП-транзисторы для выполнения операций переключения.
Приложения
MOSFET в качестве переключателя
Полевые МОП-транзисторы
используются во многих различных приложениях. Они широко известны своими коммутационными характеристиками. Как мы видели ранее, N-канальный MOSFET в режиме улучшения имеет очень высокое входное сопротивление и работает от положительного входного напряжения.Это позволяет нам переключать нагрузки с высоким током или высоким напряжением, используя сигнал относительно низкого логического уровня. В следующем примере мы будем использовать N-канальный МОП-транзистор в режиме улучшения для включения и выключения простой лампы.
Как видите, в этой схеме мы хотим переключить лампу 12 В с помощью логического сигнала 5 В. Мы подключили положительную клемму лампы к источнику питания 12 В, а другой конец – к клемме стока полевого МОП-транзистора. Клемма источника подключена к GND. Сопротивление затвора к истоку (RGS) используется для предотвращения любого внешнего шума на выводе затвора.
Когда напряжение не подается, лампа остается выключенной. Если мы подадим положительное входное напряжение (VGS) на вывод затвора полевого МОП-транзистора, лампа включится и останется включенной до тех пор, пока мы не удалим входной сигнал или не подадим отрицательное входное напряжение. Затем лампа погаснет.
Усилитель MOSFET
MOSFET или eMOSFET в режиме расширения требует минимального напряжения затвор-исток, называемого пороговым напряжением (VTH), которое должно быть приложено к затвору, чтобы он начал протекать ток от стока к истоку (VDS).По мере увеличения прямого смещения затвора ток сток-исток (IDS) также будет увеличиваться, что делает eMOSFET идеальным для использования в схемах усилителя MOSFET.
Эта простая конфигурация усилителя MOSFET в режиме расширения с общим истоком использует одиночный источник питания на выводе стока для создания необходимого напряжения затвора (VG) с использованием резисторного делителя на резисторах R1 и R2. Сеть резисторов создает необходимую схему смещения для работы в области насыщения. Нам также понадобятся резистор стока и истока и емкости связи.Значения R1 и R2 обычно большие, чтобы увеличить входное сопротивление усилителя и уменьшить омические потери мощности. Конденсаторы связи C1 и C2 изолируют напряжение смещения постоянного тока от сигнала переменного тока, который необходимо усилить. На изображении выше небольшой сигнал переменного тока (VGS) подается на затвор полевого МОП-транзистора, что приводит к колебаниям тока стока, синхронному с приложенным входным переменным током.
Драйвер мотора H-моста
Н-мост – это конфигурация схемы, обычно используемая для управления скоростью и направлением щеточного двигателя постоянного тока.Как мы видели ранее, используя полевой МОП-транзистор, мы можем легко контролировать скорость двигателя. Но это работает только в одном направлении. Чтобы сделать его двунаправленным, нам нужно 4 полевых МОП-транзистора, подключенных таким образом, чтобы он мог одновременно переключать как верхнюю, так и низкую стороны.
При активации одной пары (диагонально противоположных) полевых МОП-транзисторов двигатель видит, что ток течет в одном направлении, а когда активируется другая пара, ток через двигатель меняет направление. Срабатывание как нижнего, так и верхнего полевых МОП-транзисторов (но никогда вместе) прерывает ток и останавливает двигатель.
Затворы полевого МОП-транзистора с N-каналом обычно подтягиваются понижающим резистором, а затворы полевого МОП-транзистора с Р-каналом подаются высоко. Это приводит к тому, что полевые МОП-транзисторы с каналом P и N отключаются; следовательно, ток не может течь. Когда сигнал PWM подается на затворы полевого МОП-транзистора, полевые МОП-транзисторы с каналом N и P попеременно включаются и выключаются, контролируя мощность.
_____
Технология полевых транзисторов может использоваться в различных областях электроники, где биполярные транзисторы не подходят.Полевой транзистор имеет очень высокое входное сопротивление и является устройством, управляемым напряжением; возможно, они являются наиболее широко используемым активным устройством. Поскольку они используются в КМОП и других технологиях интегральных схем, где потребляемая мощность является решающим фактором, полевые МОП-транзисторы обеспечивают работу с очень низким энергопотреблением. МОП-транзистор также можно использовать в качестве переключателя для управления большими нагрузками, такими как лампы или двигатели большой мощности. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора. Соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом поддерживая яркость лампы или скорость двигателя.
Вы уже знакомы с электронными возможностями Fusion 360? Fusion 360 предлагает доступ к комплексным средствам проектирования электроники и печатных плат на одной платформе разработки продуктов в облаке. Попробуйте сами сегодня.
(PDF) Конструкция полевого транзистора с молекулярным пи-мостом (MBFET)
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ СТАТЬЯ
Конструкция полевого транзистора с молекулярным-мостом (MBFET) Saraiva-Souza et al.
Накопление / истощение заряда в акцепторной группе
как функция внешнего напряжения, приложенного вдоль молекулы.
Результат представляет собой процесс исправления в соответствии с двумя общими правилами: (a) необходимо, чтобы минимальный размер перемычки
был соединен ненасыщаемыми и сопряженными связями; (b) должен быть установлен конкретный диапазон смещения
. Интересно, что накопленный заряд
относительно V и вольт-амперная кривая, полученная с помощью нашей простой модели
, сопоставимы, что позволяет предположить, что не только ток
, но и накопление заряда могут дать информацию о транспортных свойствах.Выпрямление, о котором сообщается
, здесь объясняется с точки зрения асимметричного соединения
между донатором / акцептором и мостом. Простая общая модель
подтверждает эту идею.
Наши результаты ясно показывают выпрямление тока для
-мостика с числом сопряженных атомов углерода
больше четырех. Более конкретно, для прямого смещения (V> 0)
ток насыщается близко к нулю, пока напряжение не достигнет
0,01 а.е. (атомная единица).При этом напряжении резонанс занимает
место и ток увеличивается. Напротив, для обратного смещения
ток увеличивается примерно на -0005 а.е., а затем стремится к насыщению
. По этой причине эта система может быть обозначена как
как полевой транзистор с молекулярным -мостом.
Ссылки
1. Х. Б. Аккерман, П. В. М. Блом, Д. М. де Леу и Б. де Бур,
Nature 441, 69 (2006).
2. А. Авирам, М. А. Ратнер, Chem.Phys. Lett. 29, 277
(1974).
3. Д. М. Кардамон, К. А. Стаффорд, С. Мазумдар, Nano Lett. 6,
2422 (2006).
4. А. Сараива-Соуза, К. П. де Мело, П. Пейшото, Дж. Дель Неро, Opt.
Матер. 29, 1010 (2007).
5. Н. У. Эшкрофт, Н. Д. Мермин, Физика твердого тела, Колледж Сондерс
(1976).
6. К. Иоахим, Дж. К. Гимзевски и А. Авирам, Nature 408, 541
(2000).
7. Л. Венкатараман, Дж.Э. Клар, К. Наколлс, М. С. Хибертсен и
М. Л. Штайгервальд, Nature 442, 904 (2006).
8. С. Г. Лемай, Дж. В. Янссен, М. ван ден Хаут, М. Моой, М. Дж.
Брониковски, П. А. Уиллис, Р. Э. Смолли, Л. П. Кувенховен и
К. Деккер, Nature 412, 617 (2001).
9. Дж. Парк, А. Н. Пасупати, Дж. И. Голдсмит, К. Чанг, Ю. Яиш, JR
Петта, М. Ринкоски, Дж. П. Сетна, HD Абруна, П. Л. Макьюэн и
округ Колумбия Ральф, Nature 417, 722 (2002).
10. Р. Дж. Хамерс, Nature 412, 489 (2001).
11. MJ Frisch, GW Trucks, HB Schlegel, GE Scuseria, MA
Робб, JR Cheeseman, VG Zakrzewski, JA Montgomery,
Jr., RE Stratmann, JC Burant, S. Dapprich, JM Millam,
А. Д. Дэниелс, К. Н. Кудин, М. С. Штамм, О. Фаркас, Дж. Томази,
В. Бароне, М. Косси, Р. Камми, Б. Меннуччи, К. Помелли, К. Адамо,
С. Клиффорд, Дж. Охтерски, Г.А. Петерссон, П.Y. Ayala, Q. Cui,
K. Morokuma, DK Malick, AD Rabuck, K. Raghavachari, JB
Foresman, J. Cioslowski, JV Ortiz, AG Baboul, BB Stefanov,
G. Liu, A. Ляшенко, П. Пискож, И. Комароми, Р. Гомпертс,
Р.Л. Мартин, DJ Fox, Т. Кейт, М.А. Аль-Лахам, С.Й. Пенг,
А. Нанаяккара, К. Гонсалес, М. Чаллакомб, PMW Gill ,
Б. Джонсон, В. Чен, М. В. Вонг, Дж. Л. Андрес, К. Гонсалес,
М. Хед-Гордон, Э.Реплогл С. и Попл Дж. А., Gaussian 98, Revi-
, версия A.7, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA (1998).
12. A. D. Becke, J. Chem. Phys. 98, 5648 (1993).
13. Ли К., Янг В., Парр Р. Г., Phys. Ред. В 37, 785 (1988).
14. Подробное обсуждение уравнения Ландауэра-Бюттикера см., Например,
, С. Датта, Электронный перенос в мезоскопических системах,
Cambridge University Press, Нью-Йорк (1996).
15. Х. Хауг, А.П. Джаухо, Квантовая кинетика в транспорте и оптике
полупроводников, Springer Solid-State Sciences (1996) с. 123.
Получено: 5 июля 2007 г. Принято: 9 июля 2007 г.
4J. Comput. Теор. Nanosci. 5, 1–4, 2008
Ионно-чувствительные полевые транзисторы AlGaN / GaN с монолитно интегрированным мостом Уитстона для компенсации температуры и дрейфа в ферментативных биосенсорах
Даниэль Сток получил степень бакалавра и магистра наук в области материаловедения от Justus- Либих-Университет Гиссена на кафедре экспериментальной физики занимался нанотехнологическими материалами.В настоящее время он является докторантом Института физической химии Университета Юстуса Либиха в Гиссене.
Gesche Mareike Müntze получила диплом по физике в Университете Юстуса-Либиха в Гиссене, а в 2015 году – степень доктора философии в Университете Юстуса-Либиха в Гиссене по экспериментальной физике, за диссертацию по полевым транзисторам, модифицированным ферментами.
Стефан Фигге получил докторскую степень по физике в Бременском университете. В настоящее время он работает старшим научным сотрудником в исследовательской группе «Материалы твердого тела» в Институте физики твердого тела Бременского университета.
Мартин Эйкхофф работал над SiC материалом и разработкой микросенсоров в компании DaimlerBenz Research and Technology, Мюнхен, с 1995 по 2000 год. Он получил докторскую степень по экспериментальной физике в Техническом университете Мюнхена в 2000 году с диссертацией на тему «Пьезорезистивные свойства широкой полосы щелевые полупроводники ». После этого он работал в Infineon Technologies AG, Мюнхен, над разработкой интегрированных датчиков с микромашинной обработкой поверхности. С 2001 по 2008 год он был руководителем рабочей группы группы «Датчики и материалы» в Институте Вальтера Шоттки, Технический университет Мюнхена.В 2008–2016 гг. Он был профессором экспериментальной физики со специализацией «Нанотехнологические материалы» в Университете Юстуса Либиха в Гиссене. С 2016 года он возглавляет исследовательскую группу «Твердотельные материалы» в Институте физики твердого тела Бременского университета. В своей работе он фокусируется на выращивании и характеризации широкозонных полупроводников (нитриды III группы, ZnMgO, Ga2O3), а также их гетеро- и наноструктур для применения в химических сенсорах, биохимических сенсорах, оптоэлектронике и фотонных наноструктурах.
© 2018 Elsevier B.V.Все права защищены.
Вертикальные кремниевые нанопроволочные полевые транзисторы с наноразмерным затвором – универсальные | Письма о наноразмерных исследованиях
1.
Аппенцеллер Дж., Ноч Дж, Тутук Э., Рейтер М. и Гуха С. (2006) Кремниевые нанопроволочные транзисторы с двумя затворами и контактами из силицида никеля. В: Международное собрание электронных устройств. IEDM’06, стр. 1–4.
2.
Bangsaruntip S, Cohen GM, Majumdar A, Zhang Y, Engelmann SU, Fuller NCM, Gignac LM, Mittal S, Newbury JS, Guillorn M, Barwicz T, Sekaric L, Frank MM и Sleight JW (2009 г. ) Высокопроизводительные и однородные полевые МОП-транзисторы на кремниевых нанопроволоках со сплошным затвором и масштабированием в зависимости от размера провода.Остин, Техас, США: Международная конференция IEEE по проектированию и технологии интегральных схем и учебное пособие, 2008 г. ICICDT 2008; п. 1–4.
3.
Эрнст Т., Бернар Э., Дюпре С., Юбер А., Беку С., Гийомо Б., Розо О, Томас О, Коронель П., Хартманн Дж. М., Визиоз К., Вуллиет Н., Файнот О, Скотницки Т. и Делеонибус С. (2008) Технологии трехмерных многоканальных и многослойных нанопроволок для новых возможностей проектирования в наноэлектронике. Международная конференция по электронным устройствам IEEE. IEDM’08, Сан-Франциско, Калифорния, США, с.265–268.
4.
Park D (2006) Трехмерные транзисторы GAA: полевой МОП-транзистор с двумя кремниевыми нанопроволками и полевой МОП-транзистор с несколькими мостовыми каналами. В: 2006 IEEE International SOI Conference., Pp 131–134
. Google Scholar
5.
Йео КХ, Сук С.Д., Ли М, Йео Й, Чо КХ, Хонг К.Х., Юн С., Ли М.С., Чо Н, Ли К., Хван Д., Пак Би, Ким Д.В., Пак Д., Рю Б.И. (2006) Двухцилиндровый МОП-транзистор с кремниевой нанопроволокой (TSNWFET) с двойным затвором (GAA) с затвором длиной 15 нм и нанопроволокой радиусом 4 нм.В: Electron Devices Meeting, 2006. IEDM ’06. International., Стр. 1–4
Google Scholar
6.
Ferain I, Colinge CA, Colinge J-P (2011) Многозатворные транзисторы как будущее классических полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник. Nature 479 (7373): 310–316
Артикул Google Scholar
7.
Lee C-W, Yun S-R-N, Yu C-G, Park J-T, Colinge J-P (2007) Рекомендации по проектированию устройств для нано-полевых транзисторов MuGFET.Твердотельный электрон 51 (3): 505–510
Статья Google Scholar
8.
Ансари Л., Фельдман Б., Фагас Дж., Колинг Дж. П., Грир Дж. К. (2010) Моделирование бесступенчатых кремниевых нанопроволочных транзисторов с длиной затвора 3 нм. Appl Phys Lett 97 (6): 062105
Статья Google Scholar
9.
Goldberger J, Hochbaum AI, Fan R, Yang P (2006) Кремниевые вертикально интегрированные полевые транзисторы с нанопроволокой.Nano Lett 6 (5): 973–977
Статья Google Scholar
10.
Singh N, Agarwal A, Bera LK, Liow TY, Yang R, Rustagi SC, Tung CH, Kumar R, Lo GQ, Balasubramanian N, Kwong DL (2006) Высокопроизводительный затвор из полностью обедненной кремниевой нанопроволоки. универсальные устройства CMOS. IEEE Electron Device Lett 27 (5): 383–386
Статья Google Scholar
11.
Suk SD, Lee SY, Kim SM, Yoon EJ, Kim MS, Li M, Oh CW, Yeo KH, Kim SH, Shin DS, Lee K, Park HS, Han JN, Park CJ, Park JB , Ким Д.В., Парк Д. и Рю Б.И. (2005) Высокопроизводительный двухкремниевый МОП-транзистор с радиусом 5 нм (TSNWFET): изготовление на массивной Si-пластине, характеристики и надежность.В: IEEE International Electron Devices Meeting, 2005. Технический сборник IEDM. С. 717–720.
12.
Ян Б., Буддхараджу К.Д., Тео SHG, Сингх Н., Ло Г.К., Квонг Д.Л. (2008) Формирование вертикальных кремниевых нанопроволок и полевой МОП-транзистор с затвором. Электронное устройство Lett IEEE 29 (7): 791–794
Статья Google Scholar
13.
Kwong DL, Li X, Sun Y, Ramanathan G, Chen ZX, Wong SM, Li Y, Shen NS, Buddharaju K, Yu YH, Lee SJ, Singh N and Lo GQ (2012) Vertical Silicon Nanowire Платформа для маломощной электроники и приложений чистой энергии.J. Nanotechnol ID статьи 492121, 2012: 21 doi: 10.1155 / 2012/492121
14.
Теан А.В.-И, Якимец Д., Хуйн Бао Т., Шаддинк П., Сахаре С., Гарсия Бардон М., Сибая-Эрнандес А., Чофи И., Энеман Г., Велозо А., Риккарт Дж., Рагхаван П., Мерча А. , Mocuta A, Tokei Z, Verkest D, Wambacq P, De Meyer K, Collaert N (2015) Вертикальная архитектура устройства для 5 нм и выше: последствия для устройств и схем. Симпозиум по СБИС Сборник технических документов, стр. 27–28
15.
Larrieu G, Han X-L (2013) Вертикальные полевые транзисторы на основе массива нанопроволок для максимального масштабирования. Наноразмер 5 (6): 2437
Артикул Google Scholar
16.
Larrieu G, Guerfi Y, Han XL, Clement N (2015) Вертикальный полевой транзистор с круговым затвором менее 15 нм на массиве нанопроволок Si. В: Конференция по исследованиям твердотельных устройств (ESSDERC), 45-я Европейская конференция, 2015 г., стр. 202–205
Google Scholar
17.
Герфи Ю., Карсенак Ф., Ларье Г. (2013) Матрицы наностолбиков HSQ высокого разрешения с литографией низкоэнергетическим электронным пучком. Microelectron Eng 110: 173–176
Статья Google Scholar
18.
Han XL, Larrieu G, Dubois E (2010) Реализация вертикальных сетей из кремниевых нанопроволок со сверхвысокой плотностью по принципу «сверху вниз». J Nanosci Nanotechnol 10: 7423–7427
Статья Google Scholar
19.
Rzeminski C, Han XL, Larrieu G (2012) Понимание эффектов замедленного окисления в кремниевых наноструктурах. Appl Phys Lett 100: 26, 263111-1-4
Google Scholar
20.
Han XL, Larrieu G, Fazzini PF, Dubois E (2011) Реализация сверхплотных массивов вертикальных кремниевых ННК с бездефектной поверхностью и идеальной анизотропией с использованием нисходящего подхода. Microelectron Eng 88 (8): 2622–2624
Статья Google Scholar
21.
Guerfi Y, Doucet J-B, Larrieu G (2015) Разработка тонких диэлектрических слоев для интеграции трехмерных наноструктур с использованием инновационного подхода к планаризации. Нанотехнологии 26: 425302
Статья Google Scholar
22.
Han XL, Larrieu G, Dubois E, Cristiano F (2012) Инжекция носителей на границах раздела силицид / кремний в наноконтактах на основе нанопроволоки. Surf Sci 606 (9–10): 836–839
Статья Google Scholar
23.
Colinge JP, Chi-Woo Lee C, Afzalian A, Akhavan N, Yan Y, Ferain I, Razavi P, O’Neill B, Blake A, White M, Kelleher A, McCarthy B, Murphy R (2010) Нанопроволочные транзисторы без переходы. Nat Nanotechnol 5: 225–229
Статья Google Scholar
24.
Clement N, Han XL, Larrieu G (2013) Appl Phys Lett 103: 263504
Статья Google Scholar
25.
Zhai Y, Mathew L, Rao R, Palard M, Chopra S, Ekerdt JG, Register LF, Banerjee SK (2014) Высокопроизводительный полевой транзистор на кремниевых нанопроводах с вертикальным затвором и высоким коэффициентом k / металл. ворота.IEEE Trans Electron Devices 61 (11): 3896–3900
Статья Google Scholar
26.
Томиока К., Йошимура М., Фукуи Т. (2012) Канал нанопроволоки III – V на кремнии для высокопроизводительных вертикальных транзисторов. Nature 488 (7410): 189–192
Статья Google Scholar
27.
Thelander C, FrobergFroberg LE, Rehnstedt C, Samuelson L, Wernersson L-E (2008) Полевой транзистор на нанопроволоке InAs с вертикальным усилением и с закручивающимся затвором 50 нм.IEEE Electron Device Lett 29 (3): 206–208
Статья Google Scholar
28.
Larrieu G, Dubois E (2011) КМОП-инвертор на основе технологии МОП исток-сток Шоттки с низкотемпературной сегрегацией примеси. IEEE Electron Device Lett 32 (6): 728–730
Статья Google Scholar
Jfet (т. Е. Соединительный полевой транзистор) Патенты и заявки на патенты (класс 327/430)
Номер публикации: 20140139282
Abstract: Устройство включает в себя область заглубленного колодца и первую область HVW с первой проводимостью, а также область изоляции над первой областью HVW.Область стока первого типа проводимости расположена на первой стороне области изоляции и в области верхней поверхности первой области HVW. Первая область лунки и вторая область лунки второго типа проводимости, противоположные первому типу проводимости, находятся на второй стороне области изоляции. Вторая область HVW первого типа проводимости расположена между первой и второй областями скважины, при этом вторая область HVW соединена с областью заглубленной скважины. Область истока первого типа проводимости находится в области верхней поверхности второй области HVW, где область истока, область стока и область заглубленного колодца образуют JFET.
Тип: заявка
Зарегистрирован: 28 января 2014 г.
Дата публикации: 22 мая 2014 г.

Н мост на полевых транзисторах: Низковольтный H-мост на полевых транзисторах IRF7307

Н-мост на транзисторах или как управлять двигателем постоянного тока | Электронные схемы

H мост на мосфетах

Что такое Н-мост

Н-мост на биполярных транзисторах

Н-мост на полевых транзисторах

Интегральные микросхемы с Н-мостом

Что такое Н-мост

Н-мост на биполярных транзисторах

Н-мост на полевых транзисторах

Интегральные микросхемы с Н-мостом

★ H-мост – электронные схемы .. Информация

Пользователи также искали:

Создание бюджетного Н-моста

Это хороший дизайн для MOSFET H-Bridge?

H-мост – H-bridge – qaz.wiki

Общий

Операция

Строительство

Реле

Полупроводники с каналом N и P

Полупроводники только с N каналом

Варианты

Коммерческая доступность

Работа как инвертор

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

Проекты

Высокоэффективный подход к построению входных диодных мостов

Синхронное выпрямление

Практическая реализация

Принцип работы

Ограниченное питание и цепи

Моделирование системы

Резистивная нагрузка

Емкостная нагрузка

Реализация ИС

Реализация аппаратуры

Результаты оценки эффективности

Выводы

Литература

Наши информационные каналы

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Транспортные свойства неограниченных носителей в мостиковых полевых транзисторах MoS2

Что такое полевой транзистор? – Блог Fusion 360

Психологический обзор

FET Классификация

JFET (переходно-полевой транзистор)

N-канальный JFET

Как это работает?

P-канальный JFET

Характеристики

MOSFET (Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)

Как это работает?

Типы полевых МОП-транзисторов

Характеристики

Приложения

MOSFET в качестве переключателя

Усилитель MOSFET

Драйвер мотора H-моста

(PDF) Конструкция полевого транзистора с молекулярным пи-мостом (MBFET)

Ионно-чувствительные полевые транзисторы AlGaN / GaN с монолитно интегрированным мостом Уитстона для компенсации температуры и дрейфа в ферментативных биосенсорах

Вертикальные кремниевые нанопроволочные полевые транзисторы с наноразмерным затвором – универсальные | Письма о наноразмерных исследованиях

Jfet (т. Е. Соединительный полевой транзистор) Патенты и заявки на патенты (класс 327/430)

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ