Ik weet niet zeker waarom je denkt dat BJT's significant langzamer zijn dan krachtige MOSFET's; dat is zeker geen inherent kenmerk. Maar er is niets mis met het gebruik van FET's als u daar de voorkeur aan geeft.

En MOSFET-poorten hebben inderdaad aanzienlijke hoeveelheden stroom nodig, vooral als u ze snel wilt schakelen, om de poortcapaciteit op te laden en te ontladen - soms hoger tot een paar versterkers! Uw 10K-poortweerstanden zullen uw overgangen aanzienlijk vertragen. Normaal gesproken zou je weerstanden gebruiken van slechts 100Ω of zo in serie met de poorten, voor stabiliteit.

Als je echt snel wilt schakelen, moet je speciale poortbesturings-IC's gebruiken tussen de PWM-uitgang van de MCU en de vermogens-MOSFET's. International Rectifier heeft bijvoorbeeld een breed scala aan driverchips en er zijn versies die de details van de high-side drive voor de P-channel FET's voor u afhandelen.

Extra:

Hoe snel wil je dat de FET's overschakelen? Elke keer dat iemand in- of uitschakelt, gaat het tijdens de overgang een energiepuls verdrijven, en hoe korter je dit kunt maken, hoe beter. Deze puls, vermenigvuldigd met de PWM-cyclusfrequentie, is een component van het gemiddelde vermogen dat de FET nodig heeft om te dissiperen - vaak de dominante component. Andere componenten zijn onder meer het vermogen in de toestand (I _D ² × R _{DS (ON)} vermenigvuldigd met de PWM-duty-cycle) en eventueel gedumpte energie in de lichaamsdiode in de uit-toestand.

Een eenvoudige manier om de schakelverliezen te modelleren, is door aan te nemen dat het momentane vermogen ruwweg een driehoekige golfvorm is waarvan de piek (V _CC / 2) × (I _D / 2) en waarvan de basis gelijk is aan de overgangstijd T _RISE of T _FALL . De oppervlakte van deze twee driehoeken is de totale schakel-energie die wordt gedissipeerd tijdens elke volledige PWM-cyclus: (T _RISE + T _FALL ) × V _CC × I _D / 8. Vermenigvuldig dit met de PWM-cyclusfrequentie om het gemiddelde schakelverliesvermogen te krijgen.

Het belangrijkste dat de opkomst- en daaltijden domineert, is hoe snel je de poortlading op en van de poort van de MOSFET kunt bewegen. Een typische middelgrote MOSFET heeft mogelijk een totale poortlading in de orde van grootte van 50-100 nC. Als je die lading bijvoorbeeld in 1 µs wilt verplaatsen, heb je een gate-driver nodig met een capaciteit van minimaal 50-100 mA. Als je wilt dat hij twee keer zo snel schakelt, heb je twee keer zoveel stroom nodig.

Als we alle cijfers voor je ontwerp aansluiten, krijgen we: 12V × 3A × 2µs / 8 × 32 kHz = 0,288 W ( per MOSFET). Als we uitgaan van R _{DS (ON)} van 20mΩ en een duty cycle van 50%, dan zijn de I ² R-verliezen 3A ² × 0,02 Ω x 0,5 = 90 mW (nogmaals, per MOSFET). Samen zullen de twee actieve FET's op een bepaald moment ongeveer 2/3 watt aan vermogen dissiperen vanwege het schakelen.

Uiteindelijk is het een afweging tussen hoe efficiënt je wilt dat het circuit is en hoe veel moeite die u wilt steken in het optimaliseren ervan.

Het is buitengewoon slecht om MOSFET-poorten met elkaar te verbinden zonder enige weerstand of impedantie ertussen. Q5 en Q3 zijn zonder enige scheiding met elkaar verbonden, evenals Q2 en Q6.

Als je deze FET's hard bestuurt (wat ik vermoed dat je dat ook zult doen), kunnen de poorten rinkelen met elkaar, waardoor vervelende hoogfrequente (MHz) valse in- en uitschakelovergangen ontstaan. Het is het beste om de benodigde poortweerstand gelijkmatig te verdelen en een weerstand in serie te zetten met elke poort. Zelfs een paar ohm is genoeg. Of je kunt een ferrietkraal op een van de twee poorten plaatsen.

De pull-up weerstanden voor de poort van de P-kanaal FET's zijn in de orde van twee magnitudes te groot. Ik blies een laagfrequente (< 1 kHz) H-brug zoals deze met een 220 ohm pull-up; Ik zit nu op 100 Ohm en het werkt goed. Het probleem is dat dit een aanzienlijke parasitaire stroom veroorzaakt door de pull-up bij het inschakelen van het P-kanaal, voor een verlies van een volle watt! Ook moet de pull-up-weerstand krachtig zijn - ik heb ongeveer 1/4 watt parallel geschakeld, en ik laat de PWM behoorlijk laag draaien, zoals 300 Hz.

De reden dat dit belangrijk is, is dat je moet pushen heel kort veel stroom in de poort om de MOSFET volledig aan / uit te zetten. Als je het in de "tussen" -toestand laat, zal de weerstand hoog genoeg zijn dat het het apparaat opwarmt en vrij snel de magie laat ontsnappen.

Ook is de poortweerstand voor de PWM-bedieningselementen voldoende te hoog. Het moet ook in de orde van 100 ohm of minder zijn om het snel genoeg te laten rijden. Als je PWM op kilohertz of sneller draait, heb je zelfs meer nodig, dus ga op dat moment voor een driver-IC.

Ik maak me zorgen over het feit dat beide kanten van de brug zijn aangesloten op dezelfde stuursignalen. Met de extra vertraging die wordt opgelegd door uw N-FET-buffer / omvormers, zou het kunnen dat zowel de bovenste als de onderste FET's aan één kant van de H-Bridge gedurende korte tijd tegelijkertijd zijn ingeschakeld. Dit kan ervoor zorgen dat er aanzienlijke stroom door het halve brugbeen schiet en mogelijk zelfs uw power-FET's beschadigt.

Ik zou voor alle vier de FET-aandrijfsignalen afzonderlijke verbindingen van uw MCU voorzien. Op deze manier kunt u zo ontwerpen dat er een dode tijd is tussen het uitschakelen van een FET en het inschakelen van de andere FET aan dezelfde kant van de bridge.

R1 en R3 moeten 80 of 100 ohm zijn .. en je moet 1 kohm weerstand toevoegen direct na R1 en R3 om het naar 0 te trekken wanneer het uit is om er zeker van te zijn dat het helemaal uit is ... en zoals je is verteld als je de mosfet-driver gebruikt, zal het beter en veiliger zijn voor de controller .. en de rest van het circuit is in orde .. een ander ding is om de mosfets-datasheet te controleren om er zeker van te zijn dat de mosfet-tijdvertraging aan en uit (in nanoseconden) om te controleren of het zal werken met uw pwm gewenste frequentie ..