Následující příspěvek popisuje obvod sinusových měničů modifikovaný H-můstkem pomocí čtyř n-kanálových mosfetů. Pojďme se dozvědět více o fungování obvodu.

Koncept H-Bridge

Všichni víme, že mezi různými typologiemi střídačů je H-můstek nejúčinnější, protože nevyžaduje použití středových odbočkových transformátorů a umožňuje použití dvouvodičových transformátorů. Výsledky jsou ještě lepší, pokud jsou zapojeny čtyři N-kanálové mosfety.

S dvouvodičovým transformátorem připojeným k H-můstku znamená, že přidružené vinutí může procházet oscilacemi push-pull v opačném směru. To poskytuje lepší účinnost, protože dosažitelný proudový zisk se zde stává vyšší než u běžných topologií typu středové odbočky.

Získání nebo implementace lepších věcí však nikdy není snadné. Pokud jsou do sítě H-mostů zapojeny mosfety stejného typu, jejich efektivní řízení se stává velkým problémem. Je to především kvůli následujícím skutečnostem:

Jak víme, topologie H-mostu zahrnuje čtyři mosfety pro specifikované operace. Protože všechny čtyři jsou typy N-kanálů, stává se problémem řídit horní nebo vyšší boční.

Je to proto, že během vedení mají horní mosfety téměř stejnou úroveň potenciálu na své zdrojové svorce jako napájecí napětí, kvůli přítomnosti zátěžového odporu na zdrojové svorce.

To znamená, že horní mosfety během provozu narážejí na podobné úrovně napětí u jejich brány a zdroje.

Vzhledem k tomu, že podle specifikací musí být zdrojové napětí blízké potenciálu země pro efektivní vedení, situace okamžitě brání vedení konkrétního mosfetu a zastaví se celý obvod.

Aby bylo možné účinně přepínat horní mosfety, musí být aplikovány s hradlovým napětím nejméně o 6 V vyšším, než je dostupné napájecí napětí.

To znamená, že pokud je napájecí napětí 12 V, vyžadovali bychom alespoň 18 - 20 V u brány vysokofrekvenčních mosfetů.

Použití 4 N-kanálových mosfetů pro střídač

Navrhovaný invertorový obvod H-můstku se 4 n kanálovými mosfety se snaží tento problém překonat zavedením vysokonapěťové bootstrappingové sítě pro provozování vysokofrekvenčních mosfetů.

Brány N1, N2, N3, N4 NOT z IC 4049 jsou uspořádány jako obvod zdvojovače napětí, který generuje asi 20 voltů z dostupného napájení 12V.

Toto napětí je přiváděno na vysokofrekvenční mosfety prostřednictvím několika tranzistorů NPN.

Nízkofrekvenční mosfety přijímají hradlová napětí přímo z příslušných zdrojů.

Oscilační (totemový) kmitočet je odvozen od standardního dekádového čítače IC, IC 4017.

Víme, že IC 4017 generuje sekvenování vysokých výstupů napříč svými zadanými 10 výstupními piny. Při přeskakování z jednoho pinu na druhý se logika řazení postupně zavírá.

Zde se používá všech 10 výstupů, takže IC nikdy nedostane šanci produkovat nesprávné přepínání svých výstupních pinů.

Skupiny tří výstupů napájených do mosfetů udržují šířku pulzu v rozumných rozměrech. Tato funkce také poskytuje uživateli možnost vyladění šířky pulzu, který je přiváděn do mosfetů.

Snížením počtu výstupů do příslušných mosfetů lze účinně snížit šířku pulzu a naopak.

To znamená, že RMS je zde do určité míry vylepšitelný a poskytuje obvodu upravenou schopnost obvodu s sinusovými vlnami.

Hodiny pro IC 4017 jsou převzaty ze samotné bootovací oscilátorové sítě.

Oscilační frekvence bootstrappingového obvodu je záměrně fixována na 1kHz, takže je použitelná i pro řízení IC4017, který nakonec poskytuje výstup přibližně 50 Hz do připojeného můstkového invertorového obvodu 4 N-kanálu H.

Navrhovaný design lze výrazně zjednodušit, jak je uvedeno zde:

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

“k čemu slouží megger ”

Další jednoduchý měnič sinusových vln s upraveným můstkem nebo napůl přemostěním jsem také vyvinul já. Tato myšlenka nezahrnuje 2 P kanály a 2 n kanálové MOSFETY pro konfiguraci H-můstku a efektivně implementuje všechny potřebné funkce bezchybně.

IC 4049 pinouts

Jak je obvod střídače konfigurován fázově

Obvod lze v zásadě rozdělit do tří fází, viz. Oscilátorový stupeň, řidičský stupeň a výstupní stupeň mosfetu s plným můstkem.

Při pohledu na zobrazené schéma zapojení lze myšlenku vysvětlit následujícími body:

IC1, což je IC555, je zapojen ve standardním astabilním režimu a je zodpovědný za generování požadovaných pulzů nebo oscilací.

Hodnoty P1 a C1 určují frekvenci a pracovní cyklus generovaných oscilací.

IC2, který je dekádním čítačem / děličem IC4017, vykonává dvě funkce: optimalizaci tvaru vlny a bezpečné spouštění pro plný můstkový stupeň.

Zajištění bezpečného spouštění pro mosfety je nejdůležitější funkcí, kterou provádí IC2. Naučme se, jak je implementován.

Jak je IC 4017 navržen k práci

Jak všichni víme, výstup sekvencí IC4017 v reakci na každý čas náběžné hrany aplikovaný na jeho vstupní pin # 14.

Impulzy z IC1 inicializují proces sekvenování tak, že pulzy přeskakují z jednoho pinu na druhý v následujícím pořadí: 3-2-4-7-1. To znamená, že v reakci na přiváděný každý vstupní impuls se výstup IC4017 zvýší z pinu č. 3 na pinu č. 1 a cyklus se bude opakovat, dokud vstup na pinu č. 14 přetrvává.

Jakmile výstup dosáhne kolíku # 1, resetuje se pomocí kolíku # 15, aby se cyklus mohl opakovat zpět z kolíku # 3.

V okamžiku, kdy je pin # 3 vysoký, na výstupu nic nevede.

V okamžiku, kdy výše uvedený puls přeskočí na pin # 2, stane se vysoký, který sepne ON T4 (N-kanálový mosfet reaguje na pozitivní signál), současně vede i tranzistor T1, jeho kolektor poklesne, což ve stejném okamžiku zapne T5, což Mosfet s kanálem P reaguje na nízký signál na kolektoru T1.

Se zapnutými T4 a T5 proud prochází z kladné svorky zapojeným vinutím transformátoru TR1 přes zemnící svorku. Toto tlačí proud přes TR1 v jednom směru (zprava doleva).

V příštím okamžiku pulz přeskočí z pinu č. 2 na pinu č. 4, protože tento vývod je prázdný, opět nic nevede.

Když však sekvence skočí z pinu č. 4 na pinu č. 7, T2 vede a opakuje funkce T1, ale v opačném směru. To znamená, že tentokrát T3 a T6 provádějí přepínání proudu přes TR1 v opačném směru (zleva doprava). Cyklus úspěšně dokončuje fungování H-můstku.

Nakonec pulz přeskočí z výše uvedeného pinu na pin # 1, kde se resetuje zpět na pin # 3 a cyklus se stále opakuje.

Prázdné místo na pinu č. 4 je nejdůležitější, protože udržuje mosfety zcela v bezpečí před jakýmkoli možným „vystřelením“ a zajišťuje 100% bezchybné fungování celého můstku bez nutnosti a zapojení komplikovaných ovladačů mosfetu.

Prázdný vývod také pomáhá implementovat požadovaný typický, surový modifikovaný sinusový průběh, jak je znázorněno na obrázku.

Přenos pulzu přes IC4017 z jeho pinu č. 3 na pinu č. 1 představuje jeden cyklus, který se musí opakovat 50 nebo 60krát, aby se na výstupu TR1 generovaly požadované cykly 50 Hz nebo 60 Hz.

Vynásobením počtu vývodů o 50 tedy získáte 4 x 50 = 200 Hz. Toto je frekvence, která musí být nastavena na vstupu IC2 nebo na výstupu IC1.

Frekvenci lze snadno nastavit pomocí P1.

Navrhovaný design obvodu střídače sinusových vln s úplným můstkem může být upraven mnoha různými způsoby podle individuálních preferencí.

Má poměr značkového prostoru IC1 nějaký vliv na pulzní vlastnosti? .... o čem přemýšlet.