Helppo H-Bridge MOSFET -ohjainmoduuli taajuusmuuttajille ja moottoreille

Jos mietit, onko olemassa helppo tapa toteuttaa H-sillan ohjainpiiri ilman kompleksia bootstrapping vaiheessa seuraava idea ratkaisee kyselyn tarkasti.

Tässä artikkelissa opitaan rakentamaan yleinen täyssilta- tai H-siltainen MOSFET-ohjainpiiri käyttämällä P-kanava- ja N-kanavaisia ​​MOSFET-levyjä, joita voidaan käyttää tehokkaiden ohjainpiirien valmistamiseen moottorit , invertterit , ja monia erilaisia ​​virtamuuntajia.

Idea vapauttaa yksinomaan 4 N-kanavan H-sillan ohjaimen topologian, joka riippuu välttämättä monimutkaisesta käynnistysverkosta.

Normaalin N-kanavan täyssillan edut ja haitat

Tiedämme, että täyssillan MOSFET-ohjaimet voidaan saavuttaa parhaiten sisällyttämällä N-kanavan MOSFET-laitteet kaikille järjestelmän 4 laitteelle. Tärkein etu on näiden järjestelmien tarjoama korkea hyötysuhde virransiirron ja lämmöntuoton suhteen.

Tämä johtuu siitä, että N-kanavainen MOSFET on määritelty pienellä RDSon-resistanssilla viemärilähtöliittimissään, mikä varmistaa pienimmän virrankestävyyden, mikä mahdollistaa pienemmän lämmöntuoton ja pienemmät jäähdytyselementit laitteissa.

Edellä mainitun toteuttaminen ei kuitenkaan ole helppoa, koska kaikki 4-kanavaiset laitteet eivät voi johtaa ja käyttää keskikuormitusta ilman, että suunnitteluun on liitetty diodi / kondensaattorin käynnistysverkko.

Käynnistysverkko vaatii joitain laskelmia ja komponenttien hankalan sijoittamisen, jotta järjestelmät toimivat oikein. Tämä näyttää olevan 4-kanavaisen MOSFET-pohjaisen H-sillan topologian suurin haitta, jota tavallisten käyttäjien on vaikea määrittää ja toteuttaa.

Vaihtoehtoinen lähestymistapa

Vaihtoehtoinen tapa tehdä helppokäyttöinen ja universaali H-silta-ajurimoduuli, joka lupaa korkean hyötysuhteen ja kuitenkin eroon monimutkaisesta käynnistyshihnasta, on eliminoida kaksi korkean puolen N-kanavan MOSFET-laitetta ja korvata ne P-kanavan vastineilla.

Voi ihmetellä, jos se on niin helppoa ja tehokasta, miksi se ei ole tavallinen suositeltu muotoilu? Vastaus on, että vaikka lähestymistapa näyttää yksinkertaisemmalta, on olemassa muutamia haittoja, jotka saattavat heikentää tämäntyyppistä täyssiltakokoonpanoa käyttämällä P- ja N-kanavan MOSFET-yhdistelmää.

Ensinnäkin P-kanavan MOSFETit ovat yleensä suurempia RDSon-vastuksilla luokitus verrattuna N-kanavaisiin MOSFET-levyihin, mikä voi johtaa laitteiden epätasaiseen lämmöntuotantoon ja arvaamattomiin ulostulotuloksiin. Toinen vaara voi olla läpivirtausilmiö, joka voi vahingoittaa laitteita välittömästi.

Tästä huolimatta on paljon helpompaa huolehtia kahdesta yllä olevasta esteestä kuin suunnitella noppapäällikkö.

Kaksi edellä mainittua ongelmaa voidaan poistaa seuraavasti:

1. P-kanavien MOSFET-laitteiden valinta, joiden RDSon-määritykset ovat alhaisimmat, mikä voi olla lähes yhtä suuri kuin täydentävien N-kanavien laitteiden RDSon-luokitus. Esimerkiksi ehdotetusta suunnittelustamme löytyy IRF4905, jota käytetään P-kanavan MOSFET-laitteisiin, joiden luokitus on vaikuttavan alhainen RDSon-resistanssi (0,02 ohmia).
2. Vastaanotto läpivientiin lisäämällä sopivat puskurivaiheet ja käyttämällä oskillaattorisignaalia luotettavasta digitaalisesta lähteestä.

Helppo universaali H-Bridge MOSFET -ohjain

Seuraava kuva näyttää P-kanava / N-kanava-pohjaisen yleisen H-sillan MOSFET-ohjainpiirin, joka näyttää olevan suunniteltu tarjoamaan maksimaalinen hyötysuhde pienimmillä riskeillä.

Kuinka se toimii

Yllä olevan H-sillan suunnittelu on melko perustavaa laatua. Idea sopii parhaiten invertterisovelluksiin pienitehoisen DC: n tehokkaaksi muuntamiseksi verkkovirraksi.

12 V: n syöttö saadaan mistä tahansa halutusta virtalähteestä, kuten akusta tai aurinkopaneelista invertterisovellusta varten.

Syöttö vakioidaan asianmukaisesti käyttämällä 4700 uF -suodatinkondensaattoria ja 22 ohmin virranrajoittimen ja 12 V: n zenerin avulla vakauttamiseksi.

Vakautettua tasavirtaa käytetään oskillaattoripiirin virtalähteeseen varmistaen, että taajuusmuuttajan kytkentätransientit eivät vaikuta sen toimintaan.

Oskillaattorin vaihtoehtoinen kellolähtö syötetään Q1, Q2 BJT: n tukiasemiin, jotka ovat vakiona pieniä BC547-signaalitransistoreita, jotka on sijoitettu puskuri- / invertterivaiheiksi MOSFET-pääasteen kuljettamiseksi tarkasti.

BC547-transistorit ovat oletusarvoisesti kytketty ON-tilaan vastaavien kanta-resistiivisten jakajapotentiaaliensa kautta.

Tämä tarkoittaa, että lepotilassa ilman oskillaattorisignaaleja P-kanavan MOSFET-laitteet kytketään aina päälle, kun taas N-kanavan MOSFET-laitteet ovat aina pois päältä. Tässä tilanteessa keskuksen kuormitus, joka on muuntajan ensiökäämi, ei saa virtaa ja pysyy kytkettynä pois päältä.

Kun kellosignaalit syötetään ilmoitettuihin pisteisiin, kellopulssien negatiiviset signaalit todella maadoittavat BC547-transistoreiden perusjännitteen 100 uF -kondensaattorin kautta.

Tämä tapahtuu vuorotellen, jolloin N-kanavan MOSFET H-sillan yhdestä varresta käynnistyy. Koska sillan toisessa varressa oleva P-kanavainen MOSFET on jo kytketty päälle, yksi P-kanavainen MOSFET ja yksi N-kanavainen MOSFET voivat kytkeytyä päälle samanaikaisesti, jolloin syöttöjännite virtaa näiden yli MOSFETit ja muuntajan ensiö yhteen suuntaan.

Toista vaihtoehtoista kellosignaalia varten sama toiminta toistuu, mutta sillan toisen lävistäjän varren kohdalla, joka saa syötteen virtaamaan ensisijaisen muuntajan läpi toiseen suuntaan.

Kytkentäkuvio on täsmälleen samanlainen kuin minkä tahansa tavallisen H-sillan, kuten seuraavassa kuvassa on esitetty:

Tämä P- ja N-kanavan MOSFET-kiikojen vaihto vasemman / oikean diagonaalivarren poikki toistuu vastauksena oskillaattorivaiheen vaihtoehtoisiin kellosignaalituloihin.

Tämän seurauksena myös muuntajan primaari kytketään samalla kaavalla, joka saa aikaan neliöaallon 12 V AC virtauksen primäärinsä yli, joka muunnetaan vastaavasti 220 V: n tai 120 V: n AC AC-neliöaalloksi muuntajan toissijaisen poikki.

Taajuus riippuu oskillaattorisignaalin taajuudesta, joka voi olla 50 Hz 220 V: n ulostulolle ja 60 Hz: n 120 V AC -lähdölle,

Mitä oskillaattoripiirejä voidaan käyttää

Oskillaattorisignaali voi olla mistä tahansa digitaalisesta IC-pohjaisesta rakenteesta, kuten IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 jne.

Jopa transistoroituva astable piiriä voidaan käyttää tehokkaasti oskillaattoripiiriin.

Seuraavaa oskillaattoripiiriesimerkkiä voidaan käyttää ihanteellisesti yllä käsitellyn täyssiltamoduulin kanssa. Oskillaattorissa on kiinteä 50 Hz: n lähtö kristallianturin kautta.

IC2: n maadoitusnasta ei ole virheellisesti esitetty kaaviossa. Liitä IC2: n nasta # 8 IC1: n nastaan ​​# 8,12 varmistaaksesi, että IC2 saa maapotentiaalin. Tämä maadoitus on liitettävä myös H-siltamoduulin maadoitusjohtoon.