Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.
4. H-můstek, čtyři stavy a mrtvý čas
Půlmůstek umí jen jeden směr. Dva půlmůstky vedle sebe, motor mezi nimi — a je z toho
H-můstek, který umí obojí.
Čtyři spínače, čtyři užitečné stavy. Úhlopříčka pustí proud jedním směrem, druhá úhlopříčka opačným. Sepnout oba dolní znamená zkratovat motor přes sebe sama — a protože se v něm indukuje napětí, brzdí to. Rozepnout všechny znamená nechat ho doběhnout. Pátý stav — obojí v jedné větvi naráz — je zkrat sběrnice a o tom je další obrázek.
Prostřelení (shoot-through)
Pátý, zakázaný stav: oba spínače v jedné větvi naráz. Sběrnice je zkratovaná přes dva
tranzistory, proud omezí jen jejich odpor v sepnutí.
Spočítej si to
Sběrnice 24 V, dva MOSFETy po 20 mΩ. Proud zkratem: I = 24 / 0,04 = 600 A. Kdyby to
trvalo jen 1 µs, projde nábojem 600 µC a v tranzistorech se uloží 24 × 600 × 1e-6 = 14,4 mJ.
To je dost na to, aby se křemík v místě proudové cesty roztavil.
Prostřelení nemusí nastat chybou v programu. Stačí, že se jeden tranzistor vypíná pomaleji,
než se druhý zapíná — a to je běžné, protože vypínání a zapínání trvá různě dlouho.
Sepnout oba spínače v jedné větvi znamená spojit plus sběrnice se zemí přes dva tranzistory. Proud omezí jen jejich odpor v sepnutí, tedy desítky miliohmů — stovky ampér. Mrtvý čas je krátká pauza, kdy jsou schválně oba rozepnuté, aby se to nestalo ani tehdy, když se jeden vypíná pomaleji než druhý.
Mrtvý čas: pojistka, která něco stojí
Řešení je vložit mezi vypnutí jednoho a zapnutí druhého pauzu, kdy jsou schválně oba
rozepnuté. Typicky 200 ns až 2 µs podle rychlosti spínačů a budiče.
Jenže během té pauzy vede body dioda, a která z nich, to závisí na směru proudu.
Výsledek: napětí, které motor dostane, je vždycky o kousek menší, než jaké jsi poručil — a to
„o kousek" se při průchodu proudu nulou skokem otočí.
ΔU = −sgn(i) · tmrtvý · fsp · nhran · Usběrnicechyba od mrtvého času
mrtvý čas ubere 480 mV a při průchodu proudu nulou se to skokem otočí — celkem 960 mV naráz. Regulátor proudu z toho má mrtvé pásmo a motor kolem nuly cuká. Zvyš frekvenci a chyba roste úměrně: rychlejší spínání se platí i tady.
Chyba napětí od mrtvého času podle směru proudu. Ta svislá čára uprostřed není
kresba — je to skutečný skok. Regulátor proudu tam vidí mrtvé pásmo, motor kolem nuly
cuká a v nízkých otáčkách to slyšíš. Zvyš frekvenci a všimni si, že chyba roste: rychlé
spínání se platí i tady.
Mrtvý čas je jediná věc na téhle kartě, kde se rychlejší spínání
nevyplatí. Chyba je úměrná tmrtvý·f, takže při dvojnásobné frekvenci je
dvojnásobná. Proto se u dobrých měničů mrtvý čas kompenzuje softwarově: regulátor ví,
jakým směrem teče proud, a chybu předem přičte.
Vzorce v této kapitole
ΔU_mrtvý — chyba napětí od mrtvého času
ΔU = −sgn(i)·t_mrtvý·f_sp·n_hran·U_sběrnice[V]vždy působí proti proudu; při průchodu nulou skokem mění znaménko