Mòdul de controlador MOSFET Easy H-Bridge per a inversors i motors

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





Si us pregunteu si hi ha una manera senzilla d'implementar un circuit de controlador de pont H sense utilitzar el complex arrencada etapa, la següent idea solucionarà amb precisió la vostra consulta.

En aquest article aprenem a construir un circuit de control MOSFET universal de pont complet o pont H, mitjançant MOSFET de canal P i canal N, que es poden utilitzar per fer circuits de control d’alta eficiència per a motors , inversors i molts convertidors de potència diferents.



La idea elimina exclusivament la topologia estàndard del controlador de pont H de 4 canals N, que depèn imperativament de la complexa xarxa d’arrencada.

Avantatges i desavantatges del disseny estàndard de pont complet de canal N

Sabem que els controladors MOSFET de pont complet s’aconsegueixen millor incorporant MOSFET de canal N per a tots els 4 dispositius del sistema. El principal avantatge és l'elevat grau d'eficiència proporcionat per aquests sistemes en termes de transferència d'energia i dissipació de calor.



Això es deu al fet que MOSFET de canal N s’especifiquen amb una resistència RDSon mínima a través dels seus terminals de drenatge, garantint una resistència mínima al corrent, permetent una dissipació de calor menor i dissipadors de calor més petits als dispositius.

Tanmateix, implementar l’anterior no és fàcil, ja que tots els dispositius de 4 canals no poden conduir i operar la càrrega central sense tenir una xarxa d’arrencada de díode / condensador connectada amb el disseny.

La xarxa d’arrencada requereix alguns càlculs i una col·locació complicada dels components per garantir que els sistemes funcionin correctament. Sembla que aquest és el principal desavantatge d’una topologia de pont H basada en MOSFET de 4 canals, que els usuaris comuns troben difícils de configurar i implementar.

Un enfocament alternatiu

Un enfocament alternatiu per fer un mòdul de controlador de pont H fàcil i universal que promet una alta eficiència i, tot i així, desfer-se del complex arrencada, és eliminar els dos MOSFET de canal N de la banda alta i substituir-los per contraparts del canal P.

Es pot preguntar, si és tan fàcil i eficaç, per què no és un disseny recomanat estàndard? La resposta és que, tot i que l’enfocament sembla més senzill, hi ha alguns inconvenients que poden causar una eficiència inferior en aquest tipus de configuració de pont complet mitjançant el combinat MOSFET de canal P i N.

En primer lloc, el Els MOSFET de canal P solen tenir una major resistència RDSon nominal en comparació amb els MOSFET de canal N, cosa que pot provocar una dissipació de calor desigual als dispositius i resultats de sortida imprevisibles. El segon perill pot ser un fenomen de disparament, que pot causar un dany instantani als dispositius.

Dit això, és molt més fàcil cuidar els dos obstacles anteriors que dissenyar un circuit de bootstrapping.

Els dos problemes anteriors es poden eliminar mitjançant:

  1. Selecció de MOSFET de canals P amb les especificacions RDSon més baixes, que poden ser gairebé iguals a la classificació RDSon dels dispositius de canal N complementaris. Per exemple, en el nostre disseny proposat, podeu trobar IRF4905 que s’utilitza per als MOSFET de canal P, que tenen una resistència RDSon impressionantment baixa de 0,02 Ohms.
  2. Combatre el rodatge mitjançant l'addició d'etapes de memòria intermèdia adequades i mitjançant l'ús de senyal d'oscil·lador d'una font digital fiable.

Un controlador MOSFET Easy-H-Bridge universal

La següent imatge mostra el circuit de controlador MOSFET universal de pont H basat en canal P / canal N, que sembla estar dissenyat per proporcionar la màxima eficiència amb els mínims riscos.

Com funciona

El funcionament del disseny de pont H anterior és pràcticament bàsic. La idea és la més adequada per a aplicacions d’inversors per convertir eficientment una CC de baixa potència a una xarxa de corrent altern.

El subministrament de 12V s’adquireix de qualsevol font d’energia desitjada, com ara des d’una bateria o un panell solar per a una aplicació d’inversors.

El subministrament es condiciona adequadament mitjançant el condensador de filtre 4700 uF i a través de la resistència de limitació de corrent de 22 ohm i un zener de 12V per a una estabilització addicional.

El CC estabilitzat s’utilitza per alimentar el circuit de l’oscil·lador, assegurant que el seu funcionament no es vegi afectat pels transitoris de commutació de l’inversor.

La sortida de rellotge alternatiu de l’oscil·lador s’alimenta a les bases dels QJ, Q2 BJT que són transistors estàndard de senyal petit BC547 posicionats com a etapes tampó / inversor per conduir amb precisió l’etapa principal MOSFET.

Per defecte, els transistors BC547 es troben en la condició d'encès, a través dels seus respectius potencials divisors resistius de base.

Això vol dir que, en estat inactiu, sense els senyals de l’oscil·lador, els MOSFET de canal P sempre s’encenen, mentre que els MOSFET de canal N sempre estan apagats. En aquesta situació, la càrrega al centre, que és un bobinatge primari del transformador, no obté energia i roman apagada.

Quan els senyals de rellotge s’alimenten als punts indicats, els senyals negatius dels polsos de rellotge realment connecten a terra la tensió base dels transistors BC547 a través del condensador de 100 uF.

Això passa alternativament, cosa que provoca que el MOSFET del canal N d’un dels braços del pont H s’encengui. Ara, com que el MOSFET de canal P a l’altre braç del pont ja està engegat, permet que s’activi simultàniament un MOSFET de canal P i un MOSFET de canal N a través dels costats diagonals, provocant que la tensió d’alimentació flueixi a través d’aquests. MOSFET i el principal del transformador en una direcció.

Per al segon senyal de rellotge alternatiu, es repeteix la mateixa acció, però per a l'altre braç diagonal del pont que provoca que el subministrament flueixi a través del transformador primari en l'altra direcció.

El patró de commutació és exactament similar a qualsevol pont H estàndard, tal com es mostra a la figura següent:

Aquesta commutació de flip-flop dels MOSFET dels canals P i N a través dels braços diagonals esquerre / dret es repeteix en resposta a les entrades de senyal de rellotge alternatives de l’etapa de l’oscil·lador.

Com a resultat, el transformador primari també es commuta en el mateix patró fent que una ona quadrada de CA 12V flueixi a través del seu primari, que es converteix en una ona quadrada de 220 V o 120 V CA a través del secundari del transformador.

La freqüència depèn de la freqüència de l'entrada del senyal de l'oscil·lador, que pot ser de 50 Hz per a la sortida de 220 V i 60 Hz per a la sortida de 120 V CA,

Quin circuit d'oscil·lador es pot utilitzar

El senyal de l’oscil·lador pot provenir de qualsevol disseny digital basat en IC, com ara IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013, etc.

Fins i tot transistoritzat astable El circuit es pot utilitzar eficaçment per al circuit de l’oscil·lador.

El següent exemple de circuit oscil·lador es pot utilitzar idealment amb el mòdul de pont complet comentat anteriorment. L'oscil·lador té una sortida fixa a 50 Hz, mitjançant un transductor de cristall.

El pin de terra d’IC2 no es mostra erròniament al diagrama. Connecteu el pin número 8 de l’IC2 amb la línia del pin número 8,12 d’IC1 per assegurar-vos que IC2 obté el potencial de terra. Aquesta terra també s’ha d’ajuntar amb la línia de terra del mòdul pont H.




Anterior: Què és IGBT: funcionament, característiques de commutació, SOA, resistència de porta, fórmules Següent: Conversió de l’encesa de gasos perduts en gasos seqüencials per a una combustió d’alta eficiència