Modul budiča MOSFET Easy H-Bridge pre striedače a motory

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Ak vás zaujíma, či existuje jednoduchý spôsob implementácie ovládacieho obvodu H-mostu bez použitia komplexu bootstrapping fáze, nasledujúca myšlienka presne vyrieši váš dotaz.

V tomto článku sa dozvieme, ako vytvoriť univerzálny vodičový obvod MOSFET s úplným mostom alebo H mostom pomocou MOSFETov s P-kanálom a N-kanálom, ktoré sa dajú použiť na výrobu vysoko účinných obvodov vodiča pre motory , invertory a veľa rôznych výkonových meničov.



Táto myšlienka sa zbaví iba štandardnej topológie ovládača 4-kanálového H-mostu so štyrmi N kanálmi, ktorá nevyhnutne závisí od komplexnej bootstrapovacej siete.

Výhody a nevýhody štandardného návrhu N-kanálového Full Bridge

Vieme, že ovládače MOSFET s úplným premostením sa najlepšie dosiahnu začlenením M-kanálov MOSFET s N-kanálom pre všetky 4 zariadenia v systéme. Hlavnou výhodou je vysoký stupeň účinnosti poskytovanej týmito systémami, pokiaľ ide o prenos energie a odvod tepla.



Je to spôsobené tým, že N-kanálové MOSFETy sú špecifikované s minimálnym odporom RDSon cez ich svorky odtokového zdroja, čo zaisťuje minimálny odpor voči prúdu, čo umožňuje menší odvod tepla a menšie chladiče na zariadeniach.

Implementácia vyššie uvedeného však nie je ľahká, pretože všetky 4-kanálové zariadenia nemôžu vykonávať a prevádzkovať centrálnu záťaž bez toho, aby bola k nim pripojená bootovacia páska s diódou / kondenzátorom.

Sieť bootstrapping vyžaduje určité výpočty a zložité umiestnenie komponentov, aby sa zabezpečilo správne fungovanie systémov. Toto sa javí ako hlavná nevýhoda 4-kanálovej topológie H-bridge založenej na MOSFET, ktorú bežní používatelia ťažko konfigurujú a implementujú.

Alternatívny prístup

Alternatívnym prístupom k vytvoreniu ľahkého a univerzálneho modulu ovládača H-mostu, ktorý sľubuje vysokú účinnosť a napriek tomu sa zbaví zložitého bootstrappingu, je eliminácia dvoch vysoko účinných M-kanálov N-kanála a ich nahradenie náprotivkami pre P-kanál.

Jeden by sa mohol čudovať, že ak je to také ľahké a efektívne, prečo to nie je štandardne odporúčaný dizajn? Odpoveď je, aj keď prístup vyzerá jednoduchšie, existuje niekoľko nevýhod, ktoré môžu spôsobiť nižšiu účinnosť v tomto type úplnej konfigurácie mosta pomocou kombinácie P a N kanálov MOSFET.

Po prvé, P-kanálové MOSFETy zvyčajne majú vyššiu odolnosť voči RDSon hodnotenie v porovnaní s N-kanálovými MOSFETmi, čo môže mať za následok nerovnomerný odvod tepla na zariadeniach a nepredvídateľné výsledky výstupu. Druhým nebezpečenstvom môže byť fenomén prestrelenia, ktorý môže spôsobiť okamžité poškodenie zariadení.

To znamená, že je oveľa jednoduchšie starať sa o dve vyššie uvedené prekážky, ako navrhnúť kockový bootstrapovací obvod.

Dva vyššie uvedené problémy možno odstrániť:

  1. Výber MOSFETov s P-kanálmi s najnižšími špecifikáciami RDSon, ktoré sa môžu takmer rovnať hodnoteniu RDSon doplnkových zariadení s N-kanálom. Napríklad v našom navrhovanom dizajne nájdete IRF4905, ktorý sa používa pre MOSFETy s kanálom P, ktoré sú dimenzované s impozantne nízkym odporom RDSon 0,02 Ohmov.
  2. Proti prelomeniu pridaním vhodných stupňov vyrovnávacej pamäte a použitím signálu oscilátora zo spoľahlivého digitálneho zdroja.

Ľahký univerzálny ovládač H-Bridge MOSFET

Nasledujúci obrázok ukazuje univerzálny obvod vodiča MOSFET založený na P-kanáli / N-kanáli, ktorý sa zdá byť navrhnutý tak, aby poskytoval maximálnu účinnosť s minimálnymi rizikami.

Ako to funguje

Fungovanie vyššie uvedeného návrhu H-mosta je do značnej miery základné. Táto myšlienka je najvhodnejšia pre invertorové aplikácie na efektívnu konverziu jednosmerného prúdu s nízkym výkonom na sieťový striedavý prúd.

Napájanie 12V sa získava z ľubovoľného požadovaného zdroja energie, napríklad z batérie alebo solárneho panelu pre aplikáciu invertora.

Napájanie je primerane kondicionované pomocou filtračného kondenzátora 4700 uF a cez odpor 22 ohm obmedzujúci prúd a zener 12V na ďalšiu stabilizáciu.

Stabilizovaný jednosmerný prúd sa používa na napájanie obvodu oscilátora a zaisťuje sa, že jeho činnosť nebude ovplyvnená spínacími prechodmi z meniča.

Alternatívny výstup hodín z oscilátora sa napája na základne BJT Q1, Q2, čo sú štandardné malé signálne tranzistory BC547 umiestnené ako vyrovnávacie / invertorové stupne na presnosť riadenia hlavného stupňa MOSFET.

Predvolene sú tranzistory BC547 v zapnutom stave prostredníctvom svojich potenciálov základného odporového rozdeľovača.

To znamená, že v kľudovom stave bez signálov oscilátora sú MOSFETy s kanálom P vždy zapnuté, zatiaľ čo MOSFETy s N-kanálom sú vždy vypnuté. V tejto situácii zaťaženie v strede, ktorým je primárne vinutie transformátora, nedostane napájanie a zostane vypnuté.

Keď sú hodinové signály privádzané do označených bodov, negatívne signály z hodinových impulzov skutočne uzemňujú základné napätie tranzistorov BC547 cez kondenzátor 100 uF.

Stáva sa to striedavo, čo spôsobí, že sa N-kanálový MOSFET z jedného z ramien H-mosta zapne. Teraz, keď je MOSFET s kanálom P na druhom ramene mosta už zapnutý, umožňuje súčasné zapnutie jedného M-kanála P-kanála a jedného N-kanálového MOSFETu cez diagonálne strany, čo spôsobí, že cez ne bude prúdiť napájacie napätie. MOSFETy a primár transformátora v jednom smere.

Pre druhý alternatívny hodinový signál sa rovnaká akcia opakuje, ale pre druhé diagonálne rameno mosta, ktoré spôsobí, že napájanie preteká primárnym transformátorom v opačnom smere.

Spínací vzorec je úplne podobný ktorémukoľvek štandardnému H-mostu, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku:

Toto klopné prepínanie P a N kanálových MOSFETov cez ľavé / pravé diagonálne rameno sa opakuje v reakcii na vstupy alternatívneho hodinového signálu z oscilátorového stupňa.

Výsledkom je, že primárny transformátor je tiež prepnutý v rovnakom vzore, čo spôsobí, že cez jeho primárny prúd bude prúdiť štvorcová vlna AC 12V, ktorá sa zodpovedajúcim spôsobom prevedie na štvorcovú vlnu 220 V alebo 120 V AC cez sekundár transformátora.

Frekvencia závisí od frekvencie vstupu signálu oscilátora, ktorá môže byť 50 Hz pre výstup 220 V a 60 Hz pre výstup 120 V AC,

Ktorý obvod oscilátora je možné použiť

Signál oscilátora môže byť z ľubovoľného digitálneho návrhu založeného na IC, napríklad z IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 atď.

Rovnomerné tranzistorový astabilný obvod môže byť efektívne použitý pre obvod oscilátora.

Nasledujúci príklad obvodu oscilátora je možné ideálne použiť s vyššie diskutovaným úplným mostíkovým modulom. Oscilátor je pevne nastavený na 50 Hz výstup cez kryštálový prevodník.

Uzemňovací kolík IC2 nie je na diagrame omylom zobrazený. Pripojte pin # 8 na IC2 s pinom # 8,12 na linke IC1, aby ste zaistili, že IC2 dostane potenciál zeme. Toto uzemnenie musí byť tiež spojené so zemnou linkou modulu H-mosta.




Predchádzajúci: Čo je IGBT: Pracovné, prepínacie charakteristiky, SOA, hradlový rezistor, vzorce Ďalej: Konverzia zapáleného iskry na sekvenčné iskru pre vysoko efektívne spaľovanie