结论:低于12V的场景应用分立的MOS驱动电路压根不合适,选用集成桥臂的芯片合适。
HIN的输入电平不能是长时间的高电平,否则自举电容没法充放电从而没办法自举升压,上管无法控制:
电容C2的容值应该尽可能大,但并不是越大越好,并且耐压需要高于VCC:
如果自举电容C2的容值太小,PWM波就会不稳定,如下图右图是自举电容太小引起的控制PWM波不稳定:
选型MOS的时候一定要关注MOS的阈值电压,低于阈值电压MOS无法打开。
我的无刷用的MOS:
栅极驱动芯片的供电和半桥的供电是一路的:
正点原子无刷用的MOS:
栅极驱动芯片的供电和半桥的供电分离开来:
半桥芯片供电电压是8.8V,HI = 3.3V LI = 0V ,HO 输出1.5V,很显然这样并不能打开MOS,于是MOS的漏极输出只有1.5V。
半桥芯片供电电压是11V,HI = 3.3V LI = 0V ,HO 输出7.7V,这样打开了MOS,但是并没有完全打开,于是MOS的漏极输出有6.45V。
于是乎出现一个问题,当电源总供电只有8V的时候,根本就无法导通全桥的任何MOS管。
为什么会这样,怎么解决?
这个问题是由于自举电容需要不断充放电,也就是下管必须不断导通形成回路才行。
解决之后:
半桥芯片供电电压是12V ,HO 输出0--3.3V之间跳变 ; LO 输出3.3V--0V之间跳变, 这样上管MOS的栅极驱动电压是0--8.7V之间跳变 ; 半桥输出的电压在7.5V--0V之间跳变。死区时间是HAL_Delay(1000);
在 STM32 的 HAL 库中,HAL_Delay()
函数的参数是以毫秒为单位的,因此 HAL_Delay(1000)
会让程序暂停 1000 毫秒,即 1 秒。
如果将死区时间是HAL_Delay(500); 也没有大短路。
如果将电压设置成8.4V,即使驱动完全正确,驱动芯片控制MOS栅极的电压也只有1.9V,根本打不开MOS管子。
LM5109AMAX/NOPB为什么这个芯片供电电压小于12V的时候控制MOS的HO引脚电压一直很小呢:
LM5109A 是一款高电压半桥栅极驱动芯片,当供电电压(Vcc)小于一定阈值时,高端栅极(HO)驱动电压不足可能由以下原因导致:
1. 芯片工作原理
- 高端驱动电压(HO) 是通过浮动电源提供的,浮动电源由自举电容(Bootstrap Capacitor)和二极管组成:
- 自举电容(Cboot):连接在 VB(高端浮动供电)和 HS(高端 MOSFET 的源极)之间。
- 二极管(Dboot):将 Vcc 的电压提升到 VB。
- 当 Vcc 电压较低时,自举电容可能无法有效充电,从而导致 HO 输出不足。
2. 原因分析
(1) 供电电压不足
- LM5109A 的 Vcc 推荐工作电压为 9V-14V,最低工作电压为 8V。
- 当 Vcc 电压低于推荐范围时,内部驱动电路无法提供足够的电压给 VB(高端浮动电源),导致 HO 驱动电压不足。
(2) 自举电容未充电
- 如果 HS 引脚未回到地电平(例如高端 MOSFET 一直导通,或负载侧存在特殊情况),自举电容无法通过 Dboot 从 Vcc 充电。
- 结果是 VB 电压不足,HO 无法正常驱动高端 MOSFET。
(3) 二极管压降
- 自举二极管的压降也会影响 VB 的电压。如果使用普通整流二极管,其压降较高(例如 0.7V),在低 Vcc 条件下进一步降低浮动电压。
- 实测这颗二极管的压降是0.4V:
(4) 自举电容过小
- 自举电容如果容量不足(例如小于推荐值 0.1µF-1µF),在 HO 工作时电压下降过快,导致 HO 驱动能力不足。
(5) HS 引脚电压抖动
- HS 引脚应该在高端 MOSFET 关闭时回到地电平。如果 HS 电压一直维持高电平,自举电路无法正常工作。
3. 解决方法
(1) 增加供电电压
- 确保 Vcc 在推荐范围(9V-14V)内。
- 如果电路供电电压不足,可以考虑增加升压电路为 Vcc 提供稳定的电源。
(2) 优化自举电路
- 确保使用低压降快速恢复二极管(如 1N5819 或 Schottky 二极管)作为自举二极管,降低压降对浮动电源的影响。
- 使用推荐值的自举电容(通常为 0.1µF-1µF),并确保电容为低 ESR 的陶瓷电容。
(3) 检查驱动波形
- 检查 HS 引脚的波形,确保在高端 MOSFET 关闭时 HS 能回到地电平,给自举电容充电提供条件。
- 如果 HS 一直处于高电平,可以通过调整 PWM 信号,确保高低端 MOSFET 有适当的关断时间(死区时间)。
(4) 使用独立高端供电
- 如果自举电路无法正常工作,可以考虑为 VB 提供独立的浮动电源(例如隔离电源或变压器耦合电路)。
4. 总结
当供电电压低于推荐范围(如小于 12V),LM5109A 的高端驱动电压(HO)会因浮动电源不足而减小,根本原因可能是自举电路无法有效工作。建议通过提高供电电压、优化自举电路、调整 PWM 控制等措施解决。