Modul ovladače MOSFET Easy H-Bridge pro střídače a motory

Pokud vás zajímá, jestli existuje snadný způsob, jak implementovat obvod ovladače H-můstku bez použití komplexu bootstrapping fázi, následující myšlenka přesně vyřeší váš dotaz.

V tomto článku se naučíme, jak vytvořit univerzální obvod můstku MOSFET s plným můstkem nebo H můstkem pomocí MOSFETů s P-kanálem a N-kanálem, které lze použít k výrobě vysoce účinných obvodů ovladače pro motory , střídače a mnoho různých výkonových měničů.

Tato myšlenka se výlučně zbaví standardní topologie ovladačů se 4 N-kanály H-bridge, která nutně závisí na složité bootstrappingové síti.

Výhody a nevýhody standardního návrhu N-kanálu Full Bridge

Víme, že ovladačů MOSFET s plným mostem se nejlépe dosáhne začleněním N-kanálových MOSFETů pro všechna 4 zařízení v systému. Hlavní výhodou je vysoký stupeň účinnosti, který tyto systémy poskytují, pokud jde o přenos energie a odvod tepla.

To je způsobeno skutečností, že N-kanálové MOSFETy jsou specifikovány s minimálním odporem RDSon napříč svorkami odtokového zdroje, což zajišťuje minimální odpor vůči proudu, což umožňuje menší odvod tepla a menší chladiče na zařízeních.

Implementace výše uvedeného však není snadná, protože všechna 4kanálová zařízení nemohou provádět a provozovat centrální zátěž, aniž by byla k návrhu připojena zaváděcí síť diod / kondenzátorů.

Síť bootstrapping vyžaduje určité výpočty a složité umístění komponent, aby se zajistilo, že systémy fungují správně. To se jeví jako hlavní nevýhoda čtyřkanálové topologie H-bridge založené na MOSFET, kterou běžní uživatelé obtížně konfigurují a implementují.

Alternativní přístup

Alternativním přístupem k vytvoření snadného a univerzálního modulu ovladače H-můstku, který slibuje vysokou účinnost a přesto se zbavuje složitého bootstrappingu, je vyloučení dvou MOSFETů s vysokým kanálem N-kanálu a jejich nahrazení protějšky P-kanálu.

Jeden by se mohl divit, že pokud je to tak snadné a efektivní, tak proč to není standardní doporučený design? Odpověď je, i když přístup vypadá jednodušší, existuje několik stinných stránek, které mohou způsobit nižší účinnost v tomto typu úplné konfigurace mostu pomocí kombinace P a N kanálu MOSFET.

Za prvé P-kanálové MOSFETy obvykle mají vyšší odolnost vůči RDSon hodnocení ve srovnání s N-kanálovými MOSFETy, což může mít za následek nerovnoměrný odvod tepla na zařízeních a nepředvídatelné výsledky výstupu. Druhým nebezpečím může být fenomén přestřelení, který může způsobit okamžité poškození zařízení.

To znamená, že je mnohem snazší starat se o výše uvedené dvě překážky než navrhnout kostkovaný bootstrappingový obvod.

Dva výše uvedené problémy lze eliminovat:

1. Výběr MOSFETů s P-kanály s nejnižšími specifikacemi RDSon, které se mohou téměř rovnat hodnocení RDSon doplňkových zařízení s N-kanály. Například v našem navrhovaném designu najdete IRF4905, který se používá pro MOSFETy s P-kanálem, které jsou dimenzovány s působivě nízkým odporem RDSon 0,02 Ohmů.
2. Proti průniku přidáním vhodných stupňů vyrovnávací paměti a použitím signálu oscilátoru ze spolehlivého digitálního zdroje.

Snadný univerzální ovladač H-Bridge MOSFET

Následující obrázek ukazuje univerzální obvod ovladače MOSFET založený na P-kanálu / N-kanálu, který se zdá být navržen tak, aby poskytoval maximální účinnost s minimálními riziky.

Jak to funguje

Fungování výše uvedeného H-můstku je do značné míry základní. Tato myšlenka se nejlépe hodí pro invertorové aplikace pro efektivní převod nízkoenergetického stejnosměrného proudu na síťový střídavý proud.

Napájení 12V se získává z libovolného požadovaného zdroje energie, například z baterie nebo solárního panelu pro střídačovou aplikaci.

Napájení je vhodně kondicionováno pomocí filtračního kondenzátoru 4700 uF a prostřednictvím 22 ohmového omezovacího odporu a 12V zeneru pro další stabilizaci.

Stabilizovaný stejnosměrný proud se používá k napájení obvodu oscilátoru a zajišťuje, aby jeho fungování nebylo ovlivněno spínacími přechodovými jevy ze střídače.

Alternativní hodinový výstup z oscilátoru se přivádí k základnám BJT Q1, Q2, což jsou standardní tranzistory malého signálu BC547 umístěné jako stupně vyrovnávací paměti / invertoru pro přesné řízení hlavního stupně MOSFET.

Ve výchozím nastavení jsou tranzistory BC547 v zapnutém stavu prostřednictvím svých příslušných odporových dělicích potenciálů základny.

To znamená, že v klidovém stavu bez signálů oscilátoru jsou MOSFETy s kanálem P vždy zapnuty, zatímco MOSFETy s N-kanálem jsou vždy vypnuty. V této situaci zátěž ve středu, což je primární vinutí transformátoru, nedostane napájení a zůstane vypnutá.

Když jsou hodinové signály přiváděny do označených bodů, negativní signály z hodinových pulzů skutečně uzemňují základní napětí tranzistorů BC547 přes kondenzátor 100 uF.

To se děje střídavě, což způsobí zapnutí N-kanálového MOSFETu z jednoho z ramen H-můstku. Nyní, protože MOSFET s kanálem P na druhém rameni můstku je již zapnutý, umožňuje jednomu MOSFETu s P kanálem a jednomu MOSFETu s N-kanálem napříč diagonálními stranami zapnout současně, což způsobí, že napájecí napětí protéká přes tyto MOSFETy a primární transformátor v jednom směru.

U druhého střídavého hodinového signálu se stejná akce opakuje, ale u druhého diagonálního ramene můstku, které způsobí, že napájení protéká primárním transformátorem v opačném směru.

Přepínací vzor je přesně podobný jakémukoli standardnímu H-můstku, jak je znázorněno na následujícím obrázku:

Toto klopné přepínání MOSFETů P a N kanálu přes levá / pravá diagonální ramena se opakuje v reakci na alternativní vstupy hodinového signálu z oscilátoru.

Výsledkem je, že primární transformátor je také přepnut ve stejném vzoru, což způsobuje, že přes jeho primární protéká obdélníková vlna AC 12V, která je odpovídajícím způsobem přeměněna na obdélníkovou vlnu 220 V nebo 120 V AC přes sekundární část transformátoru.

Frekvence závisí na frekvenci vstupu signálu oscilátoru, která může být 50 Hz pro výstup 220 V a 60 Hz pro výstup 120 V AC,

Který obvod oscilátoru lze použít

Signál oscilátoru může být z jakékoli digitální konstrukce založené na IC, například z IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 atd.

Dokonce transistorized astable obvod lze efektivně použít pro obvod oscilátoru.

Následující příklad obvodu oscilátoru lze ideálně použít s výše diskutovaným modulem plného můstku. Oscilátor má pevný výstup 50 Hz, přes krystalický měnič.

Uzemňovací kolík IC2 není na schématu omylem zobrazen. Připojte pin # 8 na IC2 s pinem # 8,12 na lince IC1, abyste zajistili, že IC2 získá zemní potenciál. Toto uzemnění musí být také spojeno s uzemněním modulu H-můstku.