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--- ponteh [2022/02/26 11:15] – [Risorse su MOSFET] admin
+++ ponteh [2024/02/10 13:58] (versione attuale) – [Datasheet] admin
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 ====== Applicazioni di elettronica di potenza ======
+In grassetto i contenuti più importanti.
+===== Osservazioni sparse sui MOSFET =====
+  * ci sono tanti tipi di MOSFET ma a grandi linee:
+    * si usano quelli enhancement (ad arricchimento)
+    * a canale N (Ron minore)
+    * non logic-level (che hanno Ron e corrente sul gate maggiori)
+  * il controllo è in tensione ma serve corrente nel passaggio da ON a OFF
+  * con correnti basse la commutazione è lenta e si hanno perdite
+  * allora meglio usare un driver in grado di fornire corrente elevata e garantire tempi di commutazione rapidi
+  * si mette una resistenza di pull-down sul gate per evitare commutazioni indesiderate se G risulta isolato
+  * si mette una resistenza in serie al gate per regolare la corrente e quindi i tempi di commutazione: bassa se si usa un driver, alta se pilotato da un microcontrollore (tempi lunghi e corrente bassa); serve anche a smorzare possibili oscillazioni dovute alla componente capacitiva del MOSFET e induttiva dei conduttori
+  * gate-driver: push-pull((NB sembra la stessa configurazione di un lato del ponte H (half-bridge) ma non lo è! Infatti i transistor NPN e PNP sono scambiati di posto e il funzionamento non è da switch ma da inseguitore di emettitore (buffer) e i BJT non lavorano in saturazione ma in zona lineare. Questa configurazione è chiamata anche totem pole)) discreti a BJT o integrati dedicati (eventualmente con funzione booster o charge-pump per usare MOSFET a canale N anche come high-side switch)
+  * in corrispondenza di Vth il MOSFET comincia a condurre ma con una resistenza ancora elevata e perdite
+  * il valore di VgsON per avere la piena conduzione si ricava nella riga di RdsON del datasheet
+  * la potenza dissipata va calcolata stimando anche la temperatura effettiva di funzionamento: si considera il caso peggiore e si calcola Ron*I^2, poi si stima l'aumento di temperatura del silicio con Rth*P e nel caso si installa un dissipatore
+  * per stimare il tempo di carica si può usare Ciss (capacità equivalente in ingresso) o Qg (total gate charge); in entrambi i casi si ipotizza di caricare un condensatore a corrente costante (cosa abbastanza vera quando Vgs raggiunge Vth)
 ===== Risorse su MOSFET =====
 Video:
-  * [[https://www.youtube.com/watch?v=of_v2N5f788|lezione sui gate driver]] molto completa (45 minuti!)
+  * **[[https://www.youtube.com/watch?v=8swJ_Bnsgl4|Video sul pilotaggio del gate dei MOSFET]] e le complicazioni associate per cui conviene usare un integrato come MOSFET driver: corrente e tempi di commutazione, gate driver con level-shift e push-pull, bootstrap per NMOS high-side (GreatScott su youtube)**
-  * [[https://www.youtube.com/watch?v=8swJ_Bnsgl4|Video sul pilotaggio del gate dei MOSFET]] e le complicazioni associate per cui conviene usare un integrato come MOSFET driver: corrente e tempi di commutazione, gate driver con level-shift e push-pull, bootstrap per NMOS high-side (GreatScott su youtube)
+  *  **[[https://www.youtube.com/watch?v=56p3_aORiJ0|altro video più tecnico sul pilotaggio dei MOSFET]] e [[https://www.microtype.io/designing-power-mosfet-circuits/|blog post]] associato di MicroType Engineering su youtube); perché due resistenze sul gate, perché i MOSFET logic level sono da evitare, gate driver, calcolo approssimato della potenza dissipata e della massima frequenza in commutazione**
-  *  [[https://www.youtube.com/watch?v=56p3_aORiJ0|altro video più tecnico sul pilotaggio dei MOSFET]] e [[https://www.microtype.io/designing-power-mosfet-circuits/|blog post]] associato di MicroType Engineering su youtube); perché due resistenze sul gate, perché i MOSFET logic level sono da evitare, gate driver, calcolo approssimato della potenza dissipata e della massima frequenza in commutazione
   * [[https://training.ti.com/understanding-mosfet-datasheets-safe-operating-area-soa|Video con spiegazione della SOA dei MOSFET]], dal sito Texas Instruments (inglese)
+  * [[https://www.youtube.com/watch?v=of_v2N5f788|lezione sui gate driver]] molto completa (45 minuti!)
-Articoli e application note:
+Articoli da blog e siti di prof:
-  * una pagina su [[https://www.baldengineer.com/low-side-vs-high-side-transistor-switch.html|high-side e low-side switch]] con MOSFET e BJT che spiega la nomenclatura
+  * **una pagina su [[https://www.baldengineer.com/low-side-vs-high-side-transistor-switch.html|high-side e low-side switch]] con MOSFET e BJT che spiega la nomenclatura**
-  * [[https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/isolated-gate-drivers-what-why-and-how.html|articolo di Analog Device]] sul perché servano i gate driver (push-pull più efficiente di transistor + resistore, più corrente -> commutazione più rapida -> meno perdite, funzionalità extra degli IC: level-shift, protezione da shoot-trhough, isolamento per sicurezza e NMOS high-side)
   * [[https://leonardocanducci.org/wiki/ee4/sezione_13a#saturazione_del_bjt_dalla_scheda_integrativa_13a1|pilotaggio BJT on/off]] dagli appunti di elettronica
   * [[https://leonardocanducci.org/wiki/ee4/fet#i_mosfet|breve teoria sui MOSFET]] dagli appunti di elettronica
   * [[https://www.vincenzov.net/tutorial/elettronica-di-potenza/index.htm|breve trattazione sui componenti elettronica di potenza]] dal sito del prof Vincenzo Villa (si veda in particolare la pagina sui [[https://www.vincenzov.net/tutorial/elettronica-di-potenza/MOS-pilotaggio.htm|gate-driver]])
+Articoli e application note dei produttori di componenti:
   * [[https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=59460|AN sul pilotaggio del gate dei MOSFET di Toshiba]] con le varie soluzioni per il pilotaggio e differenze tra bootstrap e charge pump
   * {{ ::slua618a-1.pdf | Application Note}} della TI su gate driving per MOSFET e IGBT con varie soluzioni, discrete e integrate di gate-driver (bootstrap a pag 30)
+  * [[https://www.ti.com/lit/an/slua887/slua887.pdf|Application Note sul circuito bootstrap]] di Texas Instruments
   * [[https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-6076.pdf|AN di Onsemi]] sul progetto dei circuiti bootstrap per gate driver (utile riassunto a pagina 11)
+  * [[https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/isolated-gate-drivers-what-why-and-how.html|articolo di Analog Device]] sul perché servano i gate driver (push-pull più efficiente di transistor + resistore, più corrente -> commutazione più rapida -> meno perdite, funzionalità extra degli IC: level-shift, protezione da shoot-trhough, isolamento per sicurezza e NMOS high-side)
-Osservazioni sparse sui MOSFET:
-  * ci sono tanti tipi di MOSFET ma a grandi linee:
-    * si usano quelli enhancement (ad arricchimento)
-    * canale N (Ron minore)
-    * non logic-level (che hanno Ron e corrente sul gate maggiori)
-  * il controllo è in tensione ma serve corrente nel passaggio da ON a OFF
-  * con correnti basse la commutazione è lenta e si hanno perdite
-  * meglio usare un driver in grado di fornire corrente elevata e garantire tempi di commutazione rapidi
-  * si mette una resistenza di pull-down sul gate per evitare commutazioni indesiderate se G risulta isolato
-  * si mette una resistenza in serie al gate per regolare la corrente e quindi i tempi di commutazione (R alta se pilotato da un microcontrollore -> tempi lunghi e corrente bassa, R bassa se si usa un driver) e smorzare possibili oscillazioni dovute alla componente capacitiva del MOSFET e induttiva dei conduttori
-  * driver: push-pull discreti BJT, integrati dedicati (eventualmente con funzione booster o charge-pump per high-side switch con MOSFET N)
-  * in corrispondenza di Vth il MOSFET comincia a condurre ma con una resistenza ancora elevata e perdite; il valore di VgsON si ricava nella riga di RdsON del datasheet
-  * la potenza dissipata va calcolata stimando anche la temperatura effettiva di funzionamento: si considera il caso peggiore e si calcola Ron*I^2, poi si stima l'aumento di temperatura del silicio con Rth*P
-  * per stimare il tempo di carica si può usare Ciss (capacità equivalente in ingresso) o Qg (total gate charge); in entrambi i casi si ipotizza di caricare un condensatore a corrente costante (cosa abbastanza vera quando Vgs raggiunge Vth)
 ===== Risorse su ponte H =====
-Ponte H:
+  * **{{ ::an_bridge-drivers-stmicroelectronics.pdf |Application note sui ponte H integrati a BJT L293/L298}} (sono driver decisamente obsoleti ma ancora usati in campo didattico e hobbistico)**
-  * [[https://www.youtube.com/watch?v=iYafyPZ15g8|Video molto semplice]] sul funzionamento del ponte H con MOSFET con segnale PWM generato da NE555)
+  * **[[https://www.youtube.com/watch?v=iYafyPZ15g8|Video molto semplice]] sul funzionamento del ponte H con MOSFET con segnale PWM generato da NE555)**
-  * [[https://leonardocanducci.org/wiki/tp4/multivibratori#dal_testo_di_elettronica|link sui multivibratori]] con vari documenti (anche dal libro di elettronica) sul 555 e applicazioni
+  * **[[https://leonardocanducci.org/wiki/tp4/multivibratori#controllo_pwm_di_un_motore_dc|controllo PWM di un motore DC con un BJT]] dagli appunti di quarta: non c'è inversione del moto (non è un ponte H) ma PWM generato con 555, simulazione del motore con circuito equivalente e risultati sperimentali all'oscilloscopio**
+  * [[https://leonardocanducci.org/wiki/tp4/multivibratori#dal_testo_di_elettronica|pagina sui multivibratori]] con vari documenti (anche dal libro di elettronica) sul 555 e applicazioni (astabile per generare un segnale PWM)
   * {{ ::ponte_h-batani.pdf |Immagine}} di un ponte H con BJT e porte NAND (da Batani)
-  * [[https://leonardocanducci.org/wiki/tp4/multivibratori#controllo_pwm_di_un_motore_dc|controllo PWM di un motore DC]] senza inversione del moto dagli appunti di quarta (non c'è inversione del moto e non è un ponte H ma c'è PWM generato con 555, simulazione motore e risultati sperimentali all'oscilloscopio)
   * [[http://www.mcmanis.com/chuck/robotics/tutorial/h-bridge/index.html|Tutorial di molte pagine]] su un progetto  con ponte H con BJT (Darlington) e fotoaccoppiatori
   * {{ :demonstrating-motor-control-using-nmos-exclusive-h-bridge-design.pdf |Tesina su un progetto con ponte H }} che usa solo NMOS, pompa di carica e logica di controllo
   * [[https://assets.nexperia.com/documents/technical-note/TN90002.pdf|Technical Note Nexperia]] molto completa su un progetto sofisticato con ponte H (e reference board)
-  * {{ ::an_bridge-drivers-stmicroelectronics.pdf |Application note sui ponte H integrati a BJT L293/L298}} (sono driver decisamente obsoleti ma ancora usati in campo didattico e hobbistico)
 Altro:
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   * {{ :nmos_irf530.pdf |NMOS IRF 530}}
   * {{ :pmos_irf9530.pdf |PMOS IRF 9530}}
-  * {{ ::datasheet_motore_dc.pdf |motore DC di L03}}
+  * [[https://www.ti.com/lit/ds/symlink/l293.pdf|Datasheet dell'L293D]] e del driver alternativo [[https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn754410.pdf|SN754410]]
+  * [[https://www.infineon.com/dgdl/ir2104.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c7c1c31671|datasheet]] del gate driver IR2104 (half-bridge driver DIP8 con bootstrap) e relativa [[https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-HV_Floating_MOS_Gate_Drivers-ApplicationNotes-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d4626c1f3dc3016c47de609d140a&redirId=114085|Application Note]] (per il calcolo della capacità del condensatore di bootstrap)
+  * {{ ::datasheet_motore_dc.pdf |motori DC di L03 (41V)}}
+  * [[https://www.mfacomodrills.com/pdfs/RE385.pdf|altri motori presenti in L03 e L11 (12V)]]
+  * [[https://www.robot-italy.com/it/gearmotor-6vdc-25rpm.html|motoriduttore in L11 (6V)]]
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-===== Software =====
+===== Software: generatore di segnale PWM con Arduino =====
 Di seguito un programma per generare un segnale PWM sul con frequenza di 1 kHz e duty-cycle regolabile usando la scheda Arduino. Usa quattro pulsanti: uno per avviare e uno per fermare la generazione del segnale PWM, uno per aumentare e uno per diminuire il duty-cycle.