H-мост на Драйвере Intersil HIP4082. Схемотехника подключения

H-мост на Драйвере HIP4082

Схема включения Полномостового Драйвера Intersil HIP4082IB для управления коллекторным электродвигателем…

Даташит на микросхему, ни также AppNote, не дают исчерпывающей информации и рекомендаций относительно обвязки данного драйвера. Поэтому мною также было проанализировано несколько Схем на данном Драйвере и рекомендации с форумов ремонтников.

Данная схема была отлажена при разработке устройства «Контроллер коллекторного двигателя (12V 20A, H-bridge HIP4082, MOSFET) [лето 2016]». Номиналы подбирались экспериментально — так, чтобы устройство работало стабильно и надёжно.

H-мост на Драйвере Intersil HIP4082 (схемотехника подключения)В этом устройстве H-мост управляет коллекторным двигателем постоянного тока. Хотя драйвер HIP4082 изначально предназначен для раскачки инвертора в UPS. Но данная микросхема широко доступна в магазинах и популярна (её покупают инженеры сервис центров). Поэтому решил спроектировать Устройство на этом Драйвере.

Базовая частота работы H-моста выбрана 1кГц, и под неё подобраны номиналы обвязки. Хотя драйвер HIP4082, теоретически дозволяет повышать частоту до 200кГц. Но чем меньше частота, тем меньше греются MOSETы — можно использовать небольшой радиатор.

Драйвер управляет 4шт. N-канальными MOSFET… Моё устройство малосерийное, поэтому я деньги не экономил и взял самые мощные N-канальные MOSFET из доступных: IRF1405 (169A, 55V) — запас по мощности позволяет использовать небольшой радиатор.

Конденсаторы C9, C12, C13 — являются выходным фильтром, который сглаживает пульсации тока при переключении коллектора электродвигателя.

Конденсатор C6 — «разделительный по питанию» микросхемы HIP4082 (его нужно установить как можно ближе к выводам Vdd/Vss).

Токовый датчик R23-R24 расчитан на ток до 20А… Защитная цепочка R22-D5 защищает порт микроконтроллера (здесь, порт «Five Tolerant», т.е. терпит до +5V) при обрыве/отгорании резисторов токового датчика (а вдруг!) от коммутации высокого напряжения +12V, через Мост.

Замечу, что данную схему легко адаптировать (изменением некоторых номиналов) для управления электромотором более высокого напряжения +24V… Но это выходит за рамки данной статьи.

Резистивные подтяжки на Входах управления ALI, BLI, DIS переводят Драйвер в неактивный режим (все MOSFETы закрыты), при отсутствии управляющих сигналов от микроконтроллера (что происходит всякий раз, при подаче питания и включении устройства — для безопасного вывода схемы на режим).

 

Кроме того, известны случаи, когда микросхема HIP4082 внезапно выгорала в работающих устройствах без видимой причины (есть у неё какие-то слабости, которые стоит предусмотреть и усилить)… Поэтому мною были добавлены некоторые защитные цепочки — в Даташите их не было, но я настоятельно рекомендую ими не пренебрегать.

Обратите внимание на защитные элементы:

  • R13 и R16 (токоограничивающие резисторы повышенной мощности) — ограничивают ток заряда/разряда Bootstrap-конденсаторов, а также обратный импульсный ток через диоды D3 и D4.
  • D3 и D4 (диоды Шоттки, защищают выходы микросхемы Драйвера от обратного напряжения, которое может возникать при коммутации мощных индуктивностей — обмоток моторов.)
    Замечу: диоды можно взять и гораздо слабее — сейчас на 3А стоят, но думаю на 1А было бы достаточно. Однако, запас это надёжно.
    Вообще, выходы AHS/BHS микросхемы HIP4082 терпят кратковременное обратное напряжение до -6V. Но нужно учесть, что при мощной индуктивной нагрузке этого может быть недостаточно (обмотки электромотора гораздо мощнее, чем первичка трансформатора в инверторе UPS)! При том, что обратный диод в MOSFETах является очень мощным, но зато инертным — эти шунтирующие Диоды Шоттки помогают защитить микросхему Драйвера.

 

Ещё замечено: драйверу HIP4082 нельзя ставить Bootstrap-конденсаторы слишком больших номиналов! Здесь, экспериментально были выбраны конденсаторы номиналом 100nF+1uF. Если установить больше (например, 47uF), то микросхема HIP4082 почему-то очень грелась и быстро сгорала. Забавно да?

Осциллограф показал, что драйвер почему-то перезаряжает эти конденсаторы в некоторых режимах. Разрядный ток коммутируется через внутренние цепи микросхемы (либо xHB->xHS? либо xHB->GND? до конца не разобрался, но не в этом суть) — поэтому номиналы Bootstrap-конденсаторов следует подбирать такими, чтобы их хватало на несколько периодов номинальной частоты моста, но не более того.

Разумеется, при повышении номинальной частоты моста — MOSFETы будут греться сильнее, но зато можно установить Bootstrap-конденсаторы меньше.

Данная схема отлаживалась при критически малой частоте (1кГц) и очень мощных MOSFET (IRF1405) — оказалось, вполне достаточно конденсаторов 100nF+1uF.

 

Пример рабочего устройства, с данной реализованной схемотехникой:

Комментарии закрыты.