Totem-pole Mosfet driver
Zápisník experimentátora
Hierarchy: Stmievač LED pásika pomocou ATtiny85
Na základe skúseností so simulovaním Mosfet drivera v programe LTspice IV som vytvoril prototyp drivera. Aj podľa priloženého obrázku je vidno, že sa nejedná o nič zložitého. Niekoľko tranzistorov a rezistorov a jeden Mosfet. Ja som použil IRF540, ktorý zvládne 33 A.
Presný Mosfet nie je dôležitý, pretože v tejto konštrukcii bude fungovať hocičo. Totem pole zapojenie dodáva na gate Mosfetu skoro 12 V, takže to postačuje aj na spínanie veľkých prúdov. Voči simulácii je navyše pridaný rezistor 10k medzi gate a GND, aby to náhodne neblikalo vtedy, keď na výstupe mikrokontroléra bude vysoká impedancia.
Na obrázku je vidno, že na gate Mosfetu som dal 1 W rezistor. Po experimentoch možno povedať, že tam pokojne môže ísť aj obyčajný, pretože veľké prúdy tečú cezeň iba pri zapínaní a vypínaní, čo sú časy v desiatkach nanosekund. Zvyšok času sa môže rezistor chladiť a na dotyk je úplne studený.
Ukážky z testovania
Driver možno otestovať ručne tak, že signál pripojíme na GND alebo na +5 V. Ale to je vec, ktorú vyskúšate raz-dva. Preto som si spomenul na malé nevyužité ATtiny85, s ktorým som sa prednedávnom zabával a len tak zo srandy som ho pripojil do obvodu. Ako program som použil jednoduché blikanie pomocou PWM a krásny efekt bol na svete.
Pri pozornom sledovaní videa si všimnite, že zelená LED a LED pásik sa rozsvecujú a stmievajú presne naopak, čo je spôsobované konštrukciou samotného drivera. Aby to blikalo rovnako, bolo by potrebné otočiť PWM signál, alebo použiť ešte jeden tranzistor v zapojení so spoločným emitorom, ktorý by signál otočil tiež.
Tiež si všimnite, že jas je veľmi nerovnomerný, pretože v tomto videu sa ešte nezohľadnilo nelineárne správanie ľudského oka.
Video na YouTube.
Meranie
Teória a pokusné vzorky síce dopadli dobre, ale čo sa deje v obvode v skutočnosti, nie je tak ľahké zistiť len pohľadom, alebo meracím prístrojom. Našťastie sa mi podarilo získať lacný osciloskop a pomocou neho som odmeral, že sa gate mosfetu spína naozaj rýchlo. V návale merania som ale urobil nováčikovskú chybu, že som toho síce veľa odmeral, ale som si poriadne nepoznačil, čo som odmeral. Takže si skúsim aspoň približne spomenúť, čo je na obrázkoch vidno.
Zelený signál je na vstupe do drivera. Žltý signál ukazuje asi napätie na drain mosfetu IRF540. Na obrázku je vidno, že tam už nie je úplne ideálny hranatý signál. Priebeh zhruba zodpovedá tomu, čo by sa malo na gate diať. Záhadou je pre mňa, prečo druhý signál ukazuje také malé napätie. Ale asi to súvisí s konštrukciou LED pásika, kde sa striedajú LEDky a rezistory. Odmeral som to aj merákom a na jednotlivých LED sa postupne posúva napätie medzi 6-12 V.
Tu je to isté, len extrémne zväčšené. Nárast napätia predstavuje vypnutie LED pásika. Ani vypnutie nie je okamžité a ten mierny oblúčik ukazuje, ako postupne odteká prúd z gate mosfetu cez PNP tranzistor. Mosfet nereaguje okamžite, čo by malo korešpondovať s katalógovými informáciami, že zopnutie a vypnutie trvá aj v ideálnom prípade niekoľko nanosekund.
Na poslednom obrázku by malo byť zelenou farbou napätie na gate. Aj tam je vidno malinké oblúčiky. To že sú malé, by malo zabezpečiť samotné zapojenie totem-pole, ktoré rýchlo privádza aj odvádza prúd na gate mosfetu a súčasne tam zabezpečuje dostatočne vysoké napätie, ktoré nie je možné získať z TTL logiky.
04.10.2016