Nasledujúci príspevok popisuje obvod invertora sínusovej vlny modifikovaný H-mostom pomocou štyroch n-kanálových mosfetov. Dozvieme sa viac o fungovaní obvodu.

Koncept H-mosta

Všetci vieme, že z rôznych typológií invertorov je H-most najefektívnejší, pretože nevyžaduje použitie stredových transformátorov a umožňuje použitie transformátorov s dvoma vodičmi. Výsledky sú ešte lepšie, keď sú zapojené štyri N-kanálové mosfety.

Pri dvojvodičovom transformátore pripojenom k H-mostu znamená, že príslušné vinutie môže prechádzať osciláciami push-pull opačným smerom. To poskytuje lepšiu účinnosť, pretože dosiahnuteľný prúdový zisk sa tu stáva vyšším ako bežné topológie stredného odbočkového typu.

Získať alebo implementovať však nikdy nie je lepšie veci. Keď sú mosfety rovnakého typu zapojené do siete H-mostov, ich efektívne riadenie sa stáva veľkým problémom. Je to predovšetkým kvôli týmto skutočnostiam:

Ako vieme, topológia H-mosta obsahuje štyri mosfety pre špecifikované operácie. Pretože všetky štyri sú typu N-kanála, stáva sa problémom pohon horných alebo vysokých bočných mosfetov.

Je to tak preto, lebo počas vedenia majú horné mosfety takmer rovnakú úroveň potenciálu na zdrojovej svorke ako napájacie napätie, a to kvôli prítomnosti zaťažovacieho odporu na zdrojovej svorke.

To znamená, že horné mosfety počas prevádzky narazia na podobné úrovne napätia vo svojej bráne a zdroji.

Pretože podľa špecifikácií musí byť zdrojové napätie blízko efektívneho potenciálu zeme, situácia okamžite zabráni vedeniu konkrétneho mosfetu a zablokuje sa celý obvod.

Aby bolo možné efektívne prepínať horné mosfety, musia byť aplikované s hradlovým napätím najmenej o 6 V vyšším ako je dostupné napájacie napätie.

To znamená, že ak je napájacie napätie 12V, potrebovali by sme minimálne 18 - 20V na bráne vysokých bočných mosfetov.

Používanie 4 N-kanálových mosfetov pre invertor

Navrhovaný obvod invertora H-mostu, ktorý má 4 n kanálové mosfety, sa pokúša prekonať tento problém zavedením vysokonapäťovej bootstrapovacej siete na prevádzku vysokofrekvenčných mosfetov.

Brány N1, N2, N3, N4 NOT z IC 4049 sú usporiadané ako obvod zdvojovača napätia, ktorý generuje asi 20 voltov z dostupného zdroja 12V.

Toto napätie je privádzané na vysokofrekvenčné mosfety prostredníctvom niekoľkých tranzistorov NPN.

Nízkofrekvenčné mosfety prijímajú hradlové napätie priamo z príslušných zdrojov.

Frekvencia oscilácie (totemový pól) je odvodená od štandardného desaťročia počítadla IC, IC 4017.

Vieme, že IC 4017 generuje sekvenovanie vysokých výstupov cez svojich špecifikovaných 10 výstupných pinov. Pri skokoch z jedného pinu na druhý sa logika sekvenovania postupne vypne.

Tu sa používa všetkých 10 výstupov, aby IC nikdy nemal šancu produkovať nesprávne prepínanie svojich výstupných pinov.

Skupiny troch výstupov napájaných na mosfety udržujú šírku impulzu na primeraných rozmeroch. Táto funkcia tiež poskytuje používateľovi možnosť doladiť šírku impulzu, ktorý sa dodáva do mosfetov.

Znížením počtu výstupov do príslušných mosfetov je možné účinne zmenšiť šírku impulzu a naopak.

To znamená, že RMS je tu nastaviteľný do istej miery a poskytuje obvodu schopnosť modifikovaného obvodu sínusovej vlny.

Hodiny pre IC 4017 sú prevzaté zo samotnej siete bootstrappingového oscilátora.

Oscilačná frekvencia bootstrappingového obvodu je zámerne nastavená na 1kHz, takže sa stane použiteľnou aj pre riadenie IC4017, ktorá v konečnom dôsledku poskytuje výstup asi 50 Hz do pripojeného mostíkového obvodu invertora 4 N-kanálového mostíka.

Navrhovaný dizajn je možné podstatne zjednodušiť, ako je tu uvedené:

https://homemade-circuits.com/2013/05/full-bridge-1-kva-inverter-circuit.html

“otázky k rozhovoru s robotickým softvérovým inžinierom ”

Bol som vyvinutý aj nasledujúci jednoduchý invertor sínusových vĺn s úplným mostom alebo s polmostíkom. Táto myšlienka nezahŕňa 2P kanál a 2nkanálové mosfety pre konfiguráciu H-mosta a efektívne a bezchybne implementuje všetky potrebné funkcie.

IC 4049 pinouts

Ako je obvod invertora konfigurovaný fázovo

Obvod možno v zásade rozdeliť do troch etáp, tj. Oscilátorový stupeň, vodičový stupeň a koncový stupeň mosfetu s úplným premostením.

Pri pohľade na znázornenú schému zapojenia je možné túto myšlienku vysvetliť nasledujúcimi bodmi:

IC1, čo je IC555, je zapojený v štandardnom astabilnom režime a je zodpovedný za generovanie požadovaných impulzov alebo oscilácií.

Hodnoty P1 a C1 určujú frekvenciu a pracovný cyklus generovaných oscilácií.

IC2, čo je dekáda počítadla / rozdeľovača IC4017, vykonáva dve funkcie: optimalizáciu priebehu a zabezpečenie bezpečného spustenia pre celý mostík.

Zabezpečenie bezpečného spustenia pre mosfety je najdôležitejšou funkciou, ktorú vykonáva IC2. Poďme sa naučiť, ako je implementovaná.

Ako je IC 4017 navrhnutý pre prácu

Ako všetci vieme, výstup sekvencií IC4017 v reakcii na každé hodiny so stúpajúcou hranou použité na ich vstupnom kolíku # 14.

Impulzy z IC1 inicializujú proces sekvenovania tak, že impulzy skákajú z jedného kolíka na druhý v nasledujúcom poradí: 3-2-4-7-1. To znamená, že v reakcii na napájaný každý vstupný impulz bude výstup IC4017 vysoký od kolíka # 3 po kolík # 1 a cyklus sa bude opakovať, pokiaľ bude pretrvávať vstup na kolíku # 14.

Akonáhle výstup dosiahne pin # 1, resetuje sa pomocou pin # 15, aby sa cyklus mohol opakovať späť od pin # 3.

V okamihu, keď je pin # 3 vysoký, na výstupe nič nevedie.

V okamihu, keď vyššie uvedený impulz preskočí na pin # 2, stane sa vysokým, ktorý prepne na ON T4 (mosfet s N-kanálom reaguje na pozitívny signál), súčasne vedie aj tranzistor T1, jeho kolektor klesne na nízku hodnotu, ktorá v rovnakom okamihu prepne na ON T5, čo je Mosfet s P-kanálom reaguje na nízky signál v kolektore T1.

Keď sú T4 a T5 ZAPNUTÉ, prúd prechádza z kladnej svorky cez zapojené vinutie transformátora TR1 cez na zemnú svorku. Toto tlačí prúd cez TR1 jedným smerom (sprava doľava).

V nasledujúcom okamihu pulz skočí z pinu # 2 na pin # 4, pretože tento pinout je prázdny, opäť nič nevedie.

Keď však sekvencia skočí z kolíka # 4 na kolík # 7, T2 vedie a opakuje funkcie T1, ale v opačnom smere. To znamená, že tentokrát T3 a T6 vedú prepínanie prúdu cez TR1 v opačnom smere (zľava doprava). Cyklus úspešne dokončuje fungovanie H-mosta.

Nakoniec pulz skočí z vyššie uvedeného kolíka na pin # 1, kde sa resetuje späť na pin # 3, a cyklus sa neustále opakuje.

Prázdne miesto na kolíku č. 4 je najdôležitejšie, pretože udržuje mosfety v úplnom bezpečí pred akýmkoľvek možným „prestrelením“ a zaisťuje 100% bezchybné fungovanie celého mosta bez nutnosti a zapojenia komplikovaných ovládačov mosfetov.

Prázdny vývod tiež pomáha implementovať požadovaný typický, surový upravený sínusový tvar vlny, ako je znázornené na diagrame.

Prenos impulzu cez IC4017 z jeho pinu # 3 na pin # 1 predstavuje jeden cyklus, ktorý sa musí opakovať 50 alebo 60-krát, aby sa na výstupe TR1 vygenerovali požadované cykly 50 Hz alebo 60 Hz.

Vynásobením počtu vývodov o 50 teda získate 4 x 50 = 200 Hz. Toto je frekvencia, ktorá musí byť nastavená na vstupe IC2 alebo na výstupe IC1.

Frekvencia sa dá ľahko nastaviť pomocou P1.

Navrhovaný dizajn obvodu invertora sínusovej vlny invertora s úplným premostením je možné podľa individuálnych preferencií upraviť mnohými rôznymi spôsobmi.

Má pomer značkového priestoru IC1 nejaký vplyv na pulzné vlastnosti? .... nad čím treba premýšľať.