Jednostavni upravljački modul MOSFET H-Bridgea za pretvarače i motore

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Ako se pitate postoji li jednostavan način za implementaciju sklopa pogonskog sklopa H-mosta bez upotrebe kompleksa bootstrapping fazi, sljedeća ideja precizno će riješiti vaš upit.

U ovom članku naučimo kako izraditi univerzalni upravljački krug MOSFET-a punog mosta ili H-mosta, koristeći P-kanalne i N-kanalne MOSFET-ove, koji se mogu koristiti za izradu visoko učinkovitih upravljačkih krugova za motori , pretvarači , i mnogo različitih pretvarača snage.



Ideja se isključivo rješava standardne topologije 4-kanalnog upravljačkog programa H-mosta s 4 kanala, koja nužno ovisi o složenoj mreži za pokretanje sustava.

Prednosti i nedostaci standardnog dizajna punog mosta N-kanala

Znamo da se MOSFET upravljački programi s punim mostom najbolje postižu ugrađivanjem N-kanalnih MOSFET-ova za sva 4 uređaja u sustavu. Glavna prednost je visok stupanj učinkovitosti koji pružaju ti sustavi u smislu prijenosa snage i odvođenja topline.



To je zbog činjenice da N-kanalni MOSFET-ovi su specificirani s minimalnim RDSon otporom na njihovim stezaljkama izvora odvoda, osiguravajući minimalan otpor struji, omogućujući manje odvođenje topline i manje hladnjake na uređajima.

Međutim, provedba gore navedenog nije jednostavna, jer svi 4-kanalni uređaji ne mogu provoditi i upravljati središnjim opterećenjem bez da je s dizajnom priključena mreža za diodiranje / kondenzator.

Mreža za pokretanje sustava zahtijeva neke izračune i lukav smještaj komponenata kako bi se osiguralo da sustavi rade ispravno. Čini se da je ovo glavni nedostatak 4-kanalne topologije H-mosta temeljenog na MOSFET-u, koju uobičajeni korisnici teško mogu konfigurirati i implementirati.

Alternativni pristup

Alternativni pristup izradi jednostavnog i univerzalnog upravljačkog modula H-mosta koji obećava visoku učinkovitost, a opet se rješava složenog bootstrappinga, jest uklanjanje dva MOSFET-a s N bočnog kanala i njihova zamjena za odgovarajuće P-kanale.

Netko se može zapitati, ako je tako jednostavan i učinkovit, zašto onda nije standardni preporučeni dizajn? Odgovor je, premda pristup izgleda jednostavnije, postoji nekoliko nedostataka koji mogu uzrokovati manju učinkovitost u ovoj vrsti potpune konfiguracije mosta pomoću kombinacije MOSFET-a P i N kanala.

Prvo, MOSFET-ovi s P-kanalom obično imaju veću RDSon otpornost ocjena u usporedbi s MOSFET-ovima s N-kanalom, što može rezultirati neravnomjernim odvođenjem topline na uređajima i nepredvidivim izlaznim rezultatima. Druga opasnost može biti pojava pucanja koja može trenutačno oštetiti uređaje.

Usprkos tome, puno je lakše brinuti se za gornje dvije prepreke nego dizajnirati kockast krug za pokretanje sustava.

Dva gore navedena problema mogu se ukloniti:

  1. Odabir MOSFET-ova s ​​P-kanalima s najnižim RDSon specifikacijama, što može biti gotovo jednako RDSon ocjeni komplementarnih N-kanalnih uređaja. Na primjer, u našem predloženom dizajnu možete pronaći IRF4905 koji se koristi za MOSFET-ove P-kanala, koji su ocijenjeni s impresivno niskim RDSon otporom od 0,02 ohma.
  2. Suzbijanje pucanja dodavanjem odgovarajućih stupnjeva međuspremnika i upotrebom oscilatornog signala iz pouzdanog digitalnog izvora.

Jednostavni univerzalni H-Bridge MOSFET upravljački program

Sljedeća slika prikazuje univerzalni sklop upravljačkog programa MOSFET-a H-mosta koji se temelji na P-kanalu / N-kanalu i koji je izgleda dizajniran da pruža maksimalnu učinkovitost uz minimalne rizike.

Kako radi

Rad gore navedenog dizajna H-mosta prilično je osnovni. Ideja je najprikladnija za primjene pretvarača za učinkovito pretvaranje istosmjerne struje male snage u izmjeničnu mrežu.

Napajanje od 12 V dobiva se iz bilo kojeg željenog izvora napajanja, kao što je baterija ili solarna ploča za pretvarač.

Opskrba se prikladno kondicionira pomoću kondenzatora filtra od 4700 uF i kroz otpor za ograničavanje struje od 22 ohma i 12V zener za dodatnu stabilizaciju.

Stabilizirani istosmjerni tok koristi se za napajanje oscilatornog kruga, osiguravajući da na njegov rad ne utječu prelazne prijelazne vrijednosti iz pretvarača.

Izmjenični taktni izlaz iz oscilatora dovodi se na baze BJT-ova Q1, Q2, koji su standardni BC547 tranzistor malog signala pozicionirani kao međuspremnik / pretvarač za precizno upravljanje glavnim MOSFET stupnjem.

Prema zadanim postavkama, BC547 tranzistori su u stanju UKLJUČENO, kroz svoje odgovarajuće potencijalne otporne djelitelje.

To znači da su u stanju mirovanja, bez signala oscilatora, P-kanali MOSFET-ovi uvijek UKLJUČENI, dok su N-kanali MOSFET-ovi uvijek ISKLJUČENI. U ovoj situaciji, opterećenje u središtu, koje je primarni namot transformatora, ne dobiva snagu i ostaje ISKLJUČENO.

Kada se taktovi signala dovode do naznačenih točaka, negativni signali iz impulsa takta zapravo uzemljuju osnovni napon BC547 tranzistora preko kondenzatora od 100 uF.

To se događa naizmjenično, što dovodi do uključivanja N-kanalnog MOSFET-a s jednog od krakova H-mosta. Sada, budući da je P-kanalni MOSFET na drugom kraku mosta već uključen, omogućuje da se istovremeno uključe jedan P-kanalni MOSFET i jedan N-kanalni MOSFET preko dijagonalnih strana, što dovodi do toga da naponski napon teče preko njih MOSFET-ovi i primar transformatora u jednom smjeru.

Za drugi alternativni signal sata ponavlja se isto djelovanje, ali za drugi dijagonalni krak mosta zbog čega dovod struji kroz primarni transformator u drugom smjeru.

Preklopni obrazac potpuno je sličan bilo kojem standardnom H-mostu, kao što je prikazano na sljedećoj slici:

Ovo preklopno prebacivanje MOSFET-ova P i N kanala preko lijevog / desnog dijagonalnog kraka neprestano se ponavlja kao odgovor na alternativne ulaze satnog signala iz stupnja oscilatora.

Kao rezultat toga, primarni transformator je također prebačen na isti obrazac uzrokujući da struja kvadratnog vala AC 12V teče kroz njegov primarni val, koji se u skladu s tim pretvara u kvadratni val 220 V ili 120 V AC preko sekundarnog transformatora.

Frekvencija ovisi o frekvenciji ulaznog signala oscilatora koja može biti 50 Hz za izlaz 220 V i 60 Hz za izlaz 120 V AC,

Koji se oscilatorni krug može koristiti

Signal oscilatora može biti iz bilo kojeg digitalnog dizajna utemeljenog na IC-u, poput IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 itd.

Čak tranzistoriziran nestabilan krug se može učinkovito koristiti za krug oscilatora.

Sljedeći primjer oscilatornog kruga može se idealno koristiti s gore razmatranim modulom punog mosta. Oscilator ima fiksni izlaz na 50 Hz kroz kristalni pretvarač.

Osovina uzemljenja IC2 pogrešno nije prikazana na dijagramu. Povežite pin 8 na IC2 s pinom 8,12 na liniji IC1 kako biste osigurali da IC2 dobije potencijal tla. Ovo tlo mora biti spojeno i linijom uzemljenja modula H-mosta.




Prethodno: Što je IGBT: rad, karakteristike prebacivanja, SOA, otpornik vrata, formule Sljedeće: Pretvaranje otpadnog paljenja varnice u sekvencijalno, za visoko učinkovito izgaranje