Modul de driver MOSFET Easy H-Bridge pentru invertoare și motoare

Dacă vă întrebați dacă există o modalitate ușoară de a implementa un circuit de driver H-bridge fără a utiliza complexul bootstrapping etapă, următoarea idee va rezolva cu exactitate interogarea dvs.

În acest articol învățăm cum să construim un circuit driver universal MOSFET full-bridge sau H-bridge, utilizând MOSFET-uri cu canal P și N, care pot fi utilizate pentru realizarea circuitelor driverului de înaltă eficiență pentru motoare , invertoare și multe convertoare de putere diferite.

Ideea scapă exclusiv de topologia standard a driverului H-bridge cu 4 canale N, care depinde în mod imperativ de rețeaua de bootstrapping complexă.

Avantajele și dezavantajele proiectării standard a canalului complet N-Channel

Știm că driverele MOSFET complete bridge sunt cel mai bine realizate prin încorporarea MOSFET-urilor cu canal N pentru toate cele 4 dispozitive din sistem. Principalul avantaj este gradul ridicat de eficiență oferit de aceste sisteme în ceea ce privește transferul de putere și disiparea căldurii.

Acest lucru se datorează faptului că MOSFET-uri cu canal N sunt specificate cu rezistență RDSon minimă pe terminalele sursei de golire, asigurând rezistență minimă la curent, permițând o disipare mai mică a căldurii și radiatoare mai mici pe dispozitive.

Cu toate acestea, punerea în aplicare a celor de mai sus nu este ușoară, deoarece toate dispozitivele cu 4 canale nu pot conduce și opera sarcina centrală fără a avea o rețea de pornire a diodei / condensatorului atașată la proiectare.

Rețeaua de încărcare necesită unele calcule și plasarea dificilă a componentelor pentru a se asigura că sistemele funcționează corect. Acesta pare a fi principalul dezavantaj al unei topologii H-bridge bazate pe MOSFET pe 4 canale, pe care utilizatorii obișnuiți îl găsesc dificil de configurat și implementat.

O abordare alternativă

O abordare alternativă la realizarea unui modul de driver H-bridge ușor și universal care promite o eficiență ridicată și, totuși, scapă de bootstrapping-ul complex este eliminarea celor două MOSFET-uri cu canale N laterale înalte și înlocuirea acestora cu colegii P-channel.

Ne putem întreba, dacă este atât de ușor și de eficient, atunci de ce nu este un design standard recomandat? Răspunsul este, deși abordarea pare mai simplă, există câteva dezavantaje care pot determina o eficiență mai mică în acest tip de configurație completă a podului utilizând combo-ul MOSFET al canalelor P și N.

În primul rând, MOSFET-urile cu canal P de obicei au o rezistență RDSon mai mare rating comparativ cu MOSFET-urile cu canal N, ceea ce poate duce la disiparea inegală a căldurii pe dispozitive și la rezultate imprevizibile de ieșire. Al doilea pericol poate fi un fenomen de împușcare, care poate provoca o deteriorare instantanee a dispozitivelor.

Acestea fiind spuse, este mult mai ușor să ai grijă de cele două obstacole de mai sus decât să proiectezi un circuit de bootstrapping.

Cele două probleme de mai sus pot fi eliminate prin:

1. Selectarea MOSFET-urilor cu canale P cu cele mai scăzute specificații RDSon, care pot fi aproape egale cu ratingul RDSon al dispozitivelor complementare cu canal N. De exemplu, în proiectarea noastră propusă, puteți găsi IRF4905 fiind utilizat pentru MOSFET-urile cu canal P, care sunt evaluate cu o rezistență RDSon impresionant de mică de 0,02 Ohmi.
2. Contracararea filmării prin adăugarea de etape tampon adecvate și prin utilizarea semnalului oscilatorului dintr-o sursă digitală fiabilă.

Un driver MOSFET universal universal H-Bridge

Următoarea imagine arată circuitul driverului MOSFET universal H-bridge bazat pe canalul P / canalul N, care pare a fi conceput pentru a oferi o eficiență maximă cu riscuri minime.

Cum functioneaza

Funcționarea designului podului H de mai sus este aproape de bază. Ideea este cea mai potrivită pentru aplicațiile invertorului pentru conversia eficientă a unei curent continuu de putere redusă la curent alternativ.

Alimentarea de 12V este achiziționată de la orice sursă de energie dorită, cum ar fi de la o baterie sau un panou solar pentru o aplicație invertor.

Alimentarea este condiționată corespunzător folosind condensatorul de filtru 4700 uF și prin rezistorul de limitare a curentului de 22 ohmi și un zener de 12V pentru stabilizare suplimentară.

DC-ul stabilizat este utilizat pentru alimentarea circuitului oscilatorului, asigurându-se că funcționarea acestuia nu este afectată de tranzitorii de comutare de la invertor.

Ieșirea alternativă a ceasului de la oscilator este alimentată către bazele BJT-urilor Q1, Q2, care sunt tranzistor BC547 cu semnal mic standard poziționat ca etape tampon / invertor pentru acționarea cu precizie a etapei principale MOSFET.

În mod implicit, tranzistoarele BC547 se află în starea ON pornită, prin potențialele lor de separare rezistivă de bază respective.

Aceasta înseamnă că, în starea de repaus, fără semnalele oscilatorului, MOSFET-urile cu canal P sunt pornite întotdeauna, în timp ce MOSFET-urile cu canal N sunt întotdeauna oprite. În această situație, sarcina din centru, care este o înfășurare primară a transformatorului, nu primește energie și rămâne oprită.

Când semnalele de ceas sunt alimentate în punctele indicate, semnalele negative de la impulsurile de ceas împământă de fapt tensiunea de bază a tranzistoarelor BC547 prin intermediul condensatorului de 100 uF.

Acest lucru se întâmplă alternativ, determinând MOSFET-ul canalului N de la unul dintre brațele podului H să pornească. Acum, deoarece MOSFET-ul cu canal P de pe celălalt braț al podului este deja pornit, permite un MOSFET cu canal P și un MOSFET cu canal N pe laturile diagonale să fie pornit simultan, provocând tensiunea de alimentare să curgă peste acestea MOSFET-urile și primarul transformatorului într-o singură direcție.

Pentru al doilea semnal de ceas alternativ, aceeași acțiune se repetă, dar pentru celălalt braț diagonal al podului care determină alimentarea să curgă prin transformatorul primar în cealaltă direcție.

Modelul de comutare este exact similar cu orice pod H standard, așa cum este descris în figura următoare:

Această comutare a flip-flop-ului MOSFET-urilor canalelor P și N de pe brațele diagonale stânga / dreaptă continuă să se repete ca răspuns la intrările de semnal de ceas alternativ din etapa oscilatorului.

Ca rezultat, transformatorul primar este, de asemenea, comutat în același model, provocând o undă pătrată AC 12V să curgă în primarul său, care este transformat în mod corespunzător în undă pătrată de 220 V sau 120 V AC pe secundarul transformatorului.

Frecvența este dependentă de frecvența intrării semnalului oscilatorului care poate fi de 50 Hz pentru ieșirea de 220 V și 60 Hz pentru ieșirea de 120 V c.a.,

Ce circuit oscilator poate fi folosit

Semnalul oscilatorului poate fi de la orice proiect digital bazat pe IC, cum ar fi IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 etc.

Chiar transistorizat astabil circuitul poate fi utilizat eficient pentru circuitul oscilatorului.

Următorul exemplu de circuit oscilator poate fi utilizat în mod ideal cu modulul full bridge discutat mai sus. Oscilatorul are o ieșire fixă ​​la 50 Hz, printr-un traductor de cristal.

Știftul de masă al IC2 nu este în mod eronat prezentat în diagramă. Vă rugăm să conectați pinul 8 al IC2 cu linia pinul 8,12 a IC1, pentru a vă asigura că IC2 obține potențialul la sol. Acest sol trebuie, de asemenea, să fie îmbinat cu linia de sol a modulului H-bridge.