Перейти к содержанию

Полумост

Полумост — два транзистора, включённые последовательно между плюсом и минусом питания, с выходом в точке между ними. Это базовая ячейка силовой электроники: из неё собирают H-мост, трёхфазный инвертор, класс D и полумостовой преобразователь с трансформатором.

Обновлено Редакция GAW

Полумост (half-bridge) — схема из двух ключей, включённых последовательно между положительной и отрицательной шинами питания; нагрузка подключается к их общей, средней точке. Когда открыт верхний ключ, средняя точка соединена с плюсом, когда нижний — с минусом. Переключая ключи с нужным коэффициентом заполнения, получают на выходе ШИМ с амплитудой, равной напряжению питания.

Ячейка силовой электроники

Из полумостов собирают почти все силовые каскады: две стойки дают H-мост для двигателя постоянного тока, три — трёхфазный инвертор, полумост с LC-фильтром на выходе — понижающий преобразователь с синхронным выпрямлением или усилитель класса D. Общие для всех правила:

  • Мёртвое время. Если оба ключа откроются одновременно, шины питания замкнутся и потечёт сквозной ток. Поэтому между выключением одного ключа и включением другого выдерживают мёртвое время.
  • Верхний ключ. У N-канального MOSFET в верхнем плече исток подключён к средней точке, которая скачет на всё напряжение питания. TI в даташите UCC27211 описывает драйвер полумоста так: нижний выход отсчитывается от VSS, верхний — от узла HS, который служит истоком верхнего и стоком нижнего MOSFET. Питание верхнего выхода даёт бутстрепный конденсатор между HB и HS; у UCC27211 бутстрепный диод встроен; 120 В на HB — абсолютный максимум, рабочее VHB — не выше 110 В.
  • Отрицательный выброс средней точки. Индуктивность монтажа при выключении тока уводит среднюю точку ниже нуля. UCC27211 допускает на HS до −(24 − VDD) В в течение 100 нс; на это рассчитывают разводку драйвера затвора.

Полумостовой преобразователь

В изолированных источниках питания полумост работает на трансформатор. Microchip в AN1114 описывает полумостовой преобразователь как вариант прямоходового: ключи Q1 и Q2 образуют одно плечо моста, второе плечо — два конденсатора, заряженные каждый до половины входного напряжения. Отсюда и название. На первичную обмотку поочерёдно подаётся VIN/2 в одной и в другой полярности, а последовательный разделительный конденсатор не даёт постоянной составляющей магнитного потока.

Свойство (AN1114)Значение
Напряжение на закрытом ключеVIN, а не 2·VIN, как у прямоходового преобразователя с обмоткой размагничивания
Напряжение на первичной обмоткеVIN/2
Коэффициент заполнения ключадо 45 % с паузой между ключами
Типичная мощностьдо 500 Вт, с корректором мощности — до 650–750 Вт

Безопасность. Полумостовые сетевые источники работают от выпрямленного сетевого напряжения; их первичную часть, как и силовой каскад инвертора, измеряют только с развязкой осциллографа от сети и после разряда конденсаторов шины.

Частые вопросы

Чем полумост отличается от H-моста?

Полумост — одна стойка из двух ключей, его выход в средней точке переключается между плюсом и минусом питания. H-мост — две такие стойки, нагрузка включена между их средними точками, поэтому напряжение на ней можно менять по знаку. Трёхфазный инвертор для бесколлекторного двигателя — три полумоста.

Почему нельзя открыть оба ключа сразу?

Они замкнут шины питания накоротко, и через ключи пойдёт сквозной ток. Поэтому между выключением одного ключа и включением другого делают мёртвое время. У полумостового преобразователя Microchip в AN1114 ограничивает коэффициент заполнения каждого ключа 45 % с паузой между ними.

Как управлять верхним ключом полумоста?

Исток верхнего N-канального MOSFET подключён к средней точке, напряжение которой скачет от нуля до питания. Драйвер верхнего плеча отсчитывает свой выход от этой точки (вывод HS у UCC27211) и питается от бутстрепного конденсатора между HB и HS. У UCC27211 120 В на выводе HB — абсолютный максимум, а в рабочем режиме VHB не выше 110 В, бутстрепный диод встроен.

Источники

  1. Microchip. AN1114 Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part I) (DS01114A, 2007) — разд. «Half-Bridge Converter», с. 19–21, рис. 16: изолированный преобразователь на основе прямоходового; ключи Q1, Q2 образуют одно плечо моста, второе — конденсаторы C3, C4, заряженные до половины VIN, отсюда название; на первичную обмотку подаётся VIN/2 то в одной, то в другой полярности; разделительный конденсатор CB против постоянной составляющей потока (ур. 17); для защиты от сквозного тока — D до 45 % с мёртвым временем и пиковое управление по току против насыщения; напряжение на каждом ключе — VIN, ток ключа вдвое больше, чем у двухтактного; до 500 Вт, до 650–750 Вт с ККМ; Appendix A: полумост — как полный мост, но два ключа заменены конденсаторами; табл. 4 — полумост для Vin > 350 В при Po < 750 Вт
  2. Texas Instruments. UCC27211 120V, 3.7A/4.5A Half-Bridge Driver with 8V UVLO (SLUSAT7H, November 2011, revised September 2025) — Features: два N-канальных MOSFET в верхнем и нижнем плече с независимыми входами, напряжение вывода HB — 120 В в абсолютных максимальных параметрах, в рекомендуемом рабочем режиме VHB не выше 110 В, VHS не выше 105 В, выходы 3,7 А / 4,5 А, задержка 20 нс тип., согласование задержек 4 нс, симметричная блокировка при пониженном питании; разд. 6: верхний драйвер отсчитывается от узла HS — истока верхнего и стока нижнего MOSFET, нижний — от VSS; встроенный бутстрепный диод; HS выдерживает до −(24 − VDD) В в течение 100 нс

Нашли ошибку?

Смотрите также