这是MOSFET H桥的良好设计吗？

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我一直在寻找能够为RC汽车电机（12V和2〜3A）设计简单但有效的H桥的方法。

该桥将由微控制器驱动，并且需要快速以支持PWM。因此，根据我的阅读，功率MOSFET是快速开关和低电阻的最佳选择。因此，我将购买额定值为24V +和6A +，逻辑电平，R _DSon低且开关速度快的P和N通道功率MOSFET 。还有什么我应该考虑的吗？

好的，继续进行H桥设计：由于我的MCU将以5V运行，因此由于V _gs，关闭P沟道MOSFET会出现问题。需要保持在12V +才能完全关闭。我看到许多网站通过使用NPN晶体管驱动P沟道FET来解决此问题。我知道这应该可行，但是BJT的慢开关速度将主导我的快速开关FET！

那么，为什么不像我在本设计中那样使用N沟道FET驱动P沟道FET呢？

原理图

这是设计不良还是错误？我没有看到任何问题吗？

而且，内置在这些FET中的反向二极管是否足以应付由停止（或反向）电动机感应负载引起的噪声？还是我仍然需要一个真正的反激二极管来保护电路？

解释原理图：

Q3和Q6是低端N沟道晶体管
Q1和Q4是高端P沟道晶体管，Q2和Q5是驱动那些P沟道（将电压下拉至GND）的N沟道晶体管。
R2和R4是上拉电阻，以保持P通道关闭。
R1和R3是用于保护MCU的限流器（不确定它们是否需要MOSFET，因为它们消耗的电流不多！）
PWM 1和2来自5V MCU。
V _cc为12V

— Fahad Alduraibi
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如果您不为此道歉，则您的帖子本来会很短，所以您不必道歉：-)

— stevenvh 2012年

控制器的5V电压足以打开功率MOSFET的电源吗？如果要进行PWM，10k基本电阻对我来说似乎很高！

— Wouter van Ooijen 2012年

@Wouter van Ooijen，我真的不知道，我对此不熟悉，我尝试制作一个简单的电路并避免使用H桥IC，因为大多数都需要这么多谨慎的零件，尤其是在需要某些支持6A +的零件时。对于下面建议的电阻，我将改用100Ω。

— Fahad Alduraibi 2012年

@FAD您询问该电路是否正常，但您没有提及要使用的类型FET。因此，我所能做的就是指出一个潜在的问题，这取决于您要检查N FET的数据表，以确保它们在您的微控制器输出〜5V输出时确实导通。

— Wouter van Ooijen 2012年

@Wouter van Ooijen，我看过的几乎所有逻辑电平N FET都在5v甚至低于5v时导通，有些低至2.7v，但有一些限制。

— Fahad Alduraibi 2012年

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我不确定为什么您认为BJT比功率MOSFET慢得多；那当然不是固有的特征。但是，如果您愿意的话，使用FET没什么错。

MOSFET栅极确实需要大量电流，特别是如果您想快速切换它们，以对栅极电容充电和放电-有时高达几安培！您的10K栅极电阻将大大减慢您的过渡速度。通常，为了稳定起见，应使用与栅极串联的电阻仅为100Ω左右。

如果您确实想要快速切换，则应在MCU的PWM输出和功率MOSFET之间使用专用的栅极驱动器IC。例如，International Rectifier的驱动器芯片范围很广，有些版本可以为您处理P沟道FET的高端驱动器的细节。

额外：

您希望FET切换多快？每次打开或关闭电源时，都会在过渡过程中耗散一脉冲能量，您可以做得越短越好。该脉冲乘以PWM周期频率是FET需要耗散的平均功率的一个组成部分-通常是主要组成部分。其他组件包括导通状态功率（_ID² ×R _DS（ON）乘以PWM占空比）和任何在关断状态下倾入体二极管的能量。

建模开关损耗的一种简单方法是假设瞬时功率大致为三角波，其峰值为（V _CC / 2）×（I _D / 2），并且其底边等于过渡时间T _RISE或T _FALL。这两个三角形的面积是每个完整PWM周期内耗散的总开关能量：（T _RISE + T _FALL）×V _CC ×I _D /8。将其乘以PWM周期频率即可得到平均开关损耗功率。

决定上升时间和下降时间的主要因素是使栅极电荷在MOSFET的栅极上移出和移出的速度有多快。典型的中型MOSFET的总栅极电荷可能约为50-100 nC。如果要将电荷移动1 µs，则需要一个至少50-100 mA的栅极驱动器。如果要使其切换速度快两倍，则需要两倍的电流。

如果我们为您的设计插入所有数字，则将得到：12V×3A×2µs / 8×32kHz = 0.288 W（每个MOSFET）。如果我们假设R _DS（ON）为20mΩ，占空比为50％，则I ² R损耗将为3A ² ×0.02Ω×0.5 = 90 mW（同样，每个MOSFET）。总之，由于切换，两个有源FET在任何给定时刻将耗散约2/3瓦的功率。

最终，这是在您希望电路效率如何与优化电路上付出多少努力之间的权衡。

— 戴夫·特威德
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感谢您的答复-如果我错了，请纠正我，但根据我在数据表中看到的内容，被认为是快速切换的BJT的切换值以微秒为单位，而MOSFET则以10纳秒为单位（可能会有一些我还没有看到哪个可能会那么快）。对于电阻器，我将使用100Ω。最后，什么是可能需要栅极驱动器的快速开关？我可以将单片机中的PWM速度从默认的32K更改为更低的值，例如10k或1k。

— Fahad Alduraibi 2012年

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我不知道您在看什么BJT。甚至豆形软糖2N3904的上升/下降/延迟时间也约为35-50 ns。

— 戴夫·特威德

您能建议其他可以处理约6A的快速BJT吗？

— Fahad Alduraibi 2012年

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在最初的问题中，您反对使用NPN晶体管驱动PFET。我只是说像2N3904这样的东西就可以了。

— 戴夫·特威德

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“通态功率：0.5×ID ^ 2×RDS（ON）”为什么是0.5？

— m.Alin，

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将MOSFET栅极连接在一起而在它们之间没有任何电阻或阻抗是非常糟糕的做法。Q5和Q3以及Q2和Q6紧密连接在一起。

如果您最终很难驱动这些FET（我怀疑您最终会这样做），则栅极最终可能会相互振铃，从而导致讨厌的高频（MHz）杂散导通和关断过渡。最好平均分配所需的栅极电阻，并在每个栅极上串联一个电阻。甚至几欧姆就足够了。或者，您可以在两个门之一上放置一个铁氧体磁珠。

— 亚当·劳伦斯
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感谢您的建议，我将把小型电阻与Q2，Q3，Q5和Q6串联。我认为不再需要R1和R3。

— Fahad Alduraibi 2012年

正确。无论您打算使用哪种栅极电阻，都将其复制并与每个栅极串联一个。

— 亚当·劳伦斯

对于H桥，此建议实际上是错误的。使用H桥时，您不需要额外的电阻。相反，你要确保你控制直通通过的一小段时间打开低端之前关闭高端（一微秒的顺序。）

— 乔恩Watte

我同意，高侧和低侧时序对于控制直通至关重要，但并联的MOSFET始终需要分开以避免相互振铃。

— 亚当·劳伦斯

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为什么要下票？无论您是否采用直通设计，我对振铃的观点都是正确的。如果门之间相互响起，则尽管您进行了控制输入（门驱动信号），但无论您进行何种控制，它们的行为都是一个坏消息！

— 亚当·劳伦斯

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P沟道FET的栅极上拉电阻大约两个数量级，太大。我像这样通过220欧姆上拉引爆了一个低频（<1 kHz）H桥。我现在的电流为100欧姆，可以正常工作。问题在于，在打开P通道时，这会导致通过上拉的大量寄生电流，从而损失了整瓦！同样，上拉电阻必须坚固-我并联了1/4瓦，然后以300 Hz的低电压运行PWM。

之所以如此重要，是因为您需要在很短的时间内将大量电流推入栅极，以完全打开/关闭MOSFET。如果您将其置于“介于两者之间”的状态，则电阻将足够高，以至于加热设备并很快使魔术散发出来。

而且，PWM控制的栅极电阻太高。为了使其足够快地驱动，它也必须在100欧姆或更小。如果以千赫兹或更快的速度运行PWM，则需要更多，因此在那时，选择驱动器IC。

— 乔恩·瓦特
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= 1有人以业余爱好标准意识到电路是垃圾，这是件好事。

— 自闭症

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我对桥的两端都连接到相同的控制信号感到担忧。由于N-FET缓冲器/反相器施加了额外的延迟，您可能会在短时间内同时在H桥的一侧同时接通上下FET。这可能会导致大量电流流过半桥臂，甚至可能损坏功率FET。

我将为所有四个FET驱动信号从您的MCU提供单独的连接。这样，您可以设计为在关闭FET与在桥的同一侧打开另一个FET之间存在停滞时间。

— 迈克尔·卡拉斯
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我已经考虑到这一点，并计划在反转方向之前从MCU引入一个小的延迟以将两个输入都设置为（GND）。

— Fahad Alduraibi 2012年

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R1和R3必须为80或100欧姆..您需要在R1和R3之后添加下拉电阻1kohm，以便在断开时将其拉至0，以确保其完全断开..就像您被告知是否使用mosfet驱动程序对于控制器来说将是更好，更安全的。并且电路的其余部分都可以。以您的pwm所需频率工作..

— 贾德·阿布布德
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