Egyszerű H-Bridge MOSFET meghajtó modul inverterekhez és motorokhoz

Ha kíváncsi arra, hogy van-e egyszerű módszer a H-híd meghajtó áramkörének megvalósítására a komplexum használata nélkül bootstrapping szakaszban a következő ötlet pontosan megoldja a lekérdezést.

Ebben a cikkben megtudhatjuk, hogyan lehet univerzális teljes híd vagy H-híd MOSFET meghajtó áramkört felépíteni P-csatornás és N-csatornás MOSFET-ek használatával, amelyek felhasználhatók nagy hatékonyságú meghajtó-áramkörök készítéséhez a motorok , inverterek , és sokféle áramátalakító.

Az ötlet kizárólag a szokásos 4 N csatornás H-híd meghajtó topológiától szabadul meg, amely feltétlenül a komplex rendszerindító hálózattól függ.

A standard N-csatornás teljes híd tervezés előnyei és hátrányai

Tudjuk, hogy a teljes híd MOSFET illesztőprogramokat akkor lehet a legjobban elérni, ha N-csatornás MOSFET-eket építünk be a rendszer mind a 4 eszközére. A fő előny, hogy e rendszerek nagyfokú hatékonyságot biztosítanak az energiaátadás és a hőelvezetés szempontjából.

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy N-csatornás MOSFET-ek minimális RDSon-ellenállással vannak meghatározva a lefolyóforrás termináljain, biztosítva a minimális áramellenállást, lehetővé téve a kisebb hőelvezetést és kisebb hűtőbordákat az eszközökön.

A fentiek megvalósítása azonban nem könnyű, mivel mind a 4 csatornás eszköz nem képes vezetni és működtetni a központi terhelést anélkül, hogy a tervhez dióda / kondenzátor rendszerindító hálózat csatlakozna.

A rendszerindító hálózat néhány számítást és alkatrészek trükkös elhelyezését igényli a rendszerek megfelelő működésének biztosítása érdekében. Úgy tűnik, hogy ez a 4 csatornás MOSFET-alapú H-híd topológia fő hátránya, amelyet a gyakori felhasználók nehezen tudnak konfigurálni és megvalósítani.

Alternatív megközelítés

A nagy hatékonyságot ígérő, ugyanakkor a komplex bootstrapingtól megszabaduló könnyű és univerzális H-bridge meghajtó modul készítésének alternatív megközelítése az, ha megszünteti a két magas oldali N-csatornás MOSFET-et és kicseréli P-csatornás megfelelőit.

Elgondolkodhat az ember, ha ilyen egyszerű és hatékony, akkor miért nem szabványos ajánlott kivitel? A válasz az, hogy bár a megközelítés egyszerűbbnek tűnik, van néhány hátrány, amelyek alacsonyabb hatékonyságot eredményezhetnek az ilyen típusú teljes hídkonfigurációban a P és N csatornás MOSFET kombóval.

Először is a A P-csatornás MOSFET általában magasabb RDSon ellenállást mutat minősítés az N-csatornás MOSFET-ekhez képest, ami egyenetlen hőelvezetést eredményezhet az eszközökön és kiszámíthatatlan kimeneti eredményeket eredményezhet. A második veszély egy átütő jelenség lehet, amely azonnali kárt okozhat az eszközökben.

Ennek ellenére sokkal könnyebb gondoskodni a fenti két akadályról, mint egy kocka rendszerindító áramkör megtervezése.

A fenti két kérdés kiküszöbölhető:

1. A legalacsonyabb RDSon specifikációjú P-csatornás MOSFET-ek kiválasztása, amely majdnem megegyezik a kiegészítő N-csatornás eszközök RDSon-besorolásával. Például a javasolt tervezésünkben megtalálhatja az IRF4905-öt a P-csatornás MOSFET-ekhez, amelyek lenyűgözően alacsony, 0,02 ohmos RDSon-ellenállással rendelkeznek.
2. A továbbjutás elleni küzdelem megfelelő pufferfokozatok hozzáadásával és megbízható digitális forrásból származó oszcillátorjel felhasználásával.

Egyszerű univerzális H-Bridge MOSFET illesztőprogram

A következő kép a P-csatornás / N-csatornás alapú univerzális H-híd MOSFET meghajtó áramkört mutatja, amelyet úgy tűnik, hogy úgy tervezték, hogy a lehető legkisebb kockázat mellett maximális hatékonyságot biztosítson.

Hogyan működik

A fenti H-híd kialakításának működése nagyjából alapvető. Az ötlet a legalkalmasabb inverteres alkalmazásokhoz, amelyek hatékonyan konvertálják az alacsony fogyasztású egyenáramot hálózati hálózati váltóárammá.

A 12 V-os tápfeszültséget bármilyen kívánt áramforrásból szerezzük be, például inverteres alkalmazáshoz telepről vagy napelemről.

A tápellátás megfelelő kondicionálása a 4700 uF szűrőkondenzátorral történik, a 22 ohmos áramkorlátozó ellenálláson és a 12 V-os zeneren keresztül a stabilizálás érdekében.

A stabilizált egyenáramot az oszcillátor áramkörének áramellátására használják, biztosítva, hogy működését ne befolyásolják az inverter kapcsolási átmenetei.

Az oszcillátor alternatív kimenetét a Q1, Q2 BJT bázisaiba tápláljuk, amelyek a BC547 szabványos kis jelű tranzisztorok, puffer / inverter fokozatokként vannak elhelyezve a fő MOSFET fokozat precíz vezetéséhez.

Alapértelmezés szerint a BC547 tranzisztorok bekapcsolt állapotban vannak, a megfelelő bázis rezisztív elválasztó potenciáljuk révén.

Ez azt jelenti, hogy alapjáraton, oszcillátorjelek nélkül, a P-csatornás MOSFET-ek mindig be vannak kapcsolva, míg az N-csatornás MOSFET-ek mindig kikapcsolt állapotban vannak. Ebben a helyzetben a közepén lévő terhelés, amely egy transzformátor primer tekercs, nem kap áramot, és kikapcsolt állapotban marad.

Amikor az órajeleket a jelzett pontokba táplálják, az óraimpulzusok negatív jelei valóban a 100 uF kondenzátoron keresztül földelik a BC547 tranzisztorok alapfeszültségét.

Ez felváltva történik, aminek következtében a H-híd egyik karjáról az N-csatornás MOSFET bekapcsol. Mivel a híd másik karján lévő P-csatornás MOSFET már be van kapcsolva, lehetővé teszi, hogy az átlós oldalakon egy P-csatornás MOSFET és egy N-csatornás MOSFET egyidejűleg bekapcsolódjon, ami a tápfeszültség átáramlásához vezet A MOSFET-ek és a transzformátor primerje egy irányba.

A második alternatív órajel esetében ugyanaz a művelet megismétlődik, de a híd másik átlós karjánál a táp áramlik át a primer transzformátoron a másik irányba.

A kapcsolási mintázat pontosan hasonlít bármely szokásos H-hídhoz, amint az a következő ábrán látható:

A P és N csatorna MOSFET flip-flop kapcsolása a bal / jobb átlós karokon folyamatosan ismétlődik válaszként az oszcillátor fokozatának alternatív órajel bemenetére.

Ennek eredményeként a transzformátor primer szintén ugyanabban a mintában van kapcsolva, amelynek hatására egy 12 V-os AC négyzethullám áramlik át az elsődleges tartományán, amely ennek megfelelően átalakul 220 V-os vagy 120 V AC-os négyzethullámgá a transzformátor szekunder oldalán.

A frekvencia függ az oszcillátorjel bemenetének frekvenciájától, amely 220 Hz-es kimenetnél 50 Hz, 120 V AC kimenetnél 60 Hz lehet,

Melyik oszcillátor áramkör használható

Az oszcillátor jel bármilyen digitális IC alapú kialakítású lehet, például IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 stb.

Még áttranzisztorizálható áramkör hatékonyan használható az oszcillátor áramkörhöz.

A következő oszcillátor áramköri példa ideális esetben használható a fent tárgyalt teljes híd modullal. Az oszcillátor fix, 50 Hz-es kimenettel rendelkezik, kristályátalakítón keresztül.

Az IC2 földelőcsapját tévesen nem mutatjuk be a diagramon. Kérjük, csatlakoztassa az IC2 8. számú érintkezőjét az IC1 # 8,12 tűs vonalához, hogy biztosítsa az IC2 talajpotenciálját. Ezt a földet össze kell kapcsolni a H-híd modul földvezetékével is.