Łatwy moduł sterownika MOSFET z mostkiem H do falowników i silników

Jeśli zastanawiasz się, czy istnieje łatwy sposób na zaimplementowanie obwodu sterownika mostka H bez korzystania z kompleksu bootstrap poniższy pomysł precyzyjnie rozwiąże Twoje zapytanie.

W tym artykule dowiemy się, jak zbudować uniwersalny obwód sterownika MOSFET z pełnym mostkiem lub mostkiem H, przy użyciu tranzystorów MOSFET z kanałem P i N, które mogą być używane do tworzenia wysokowydajnych obwodów sterownika dla Motoryzacja , falowniki i wiele różnych przetwornic mocy.

Pomysł eliminuje wyłącznie standardową topologię 4-kanałowego sterownika mostka H z 4 kanałami, która bezwzględnie zależy od złożonej sieci ładowania początkowego.

Zalety i wady standardowego projektu pełnego mostka z kanałem N.

Wiemy, że sterowniki MOSFET z pełnym mostkiem można najlepiej osiągnąć, włączając N-kanałowe tranzystory MOSFET dla wszystkich 4 urządzeń w systemie. Główną zaletą jest wysoki stopień sprawności zapewniany przez te systemy w zakresie przenoszenia mocy i odprowadzania ciepła.

Wynika to z faktu, że Tranzystory MOSFET z kanałem N. mają minimalną rezystancję RDSon na zaciskach źródła drenu, zapewniając minimalną rezystancję dla prądu, umożliwiając mniejsze rozpraszanie ciepła i mniejsze radiatory w urządzeniach.

Jednak wdrożenie powyższego nie jest łatwe, ponieważ wszystkie 4-kanałowe urządzenia nie mogą przewodzić i obsługiwać centralnego obciążenia bez dołączonej do projektu sieci ładowania początkowego diod / kondensatorów.

Sieć bootstrapowa wymaga pewnych obliczeń i trudnego rozmieszczenia komponentów, aby zapewnić prawidłowe działanie systemu. Wydaje się, że jest to główna wada 4-kanałowej topologii mostka H opartej na tranzystorze MOSFET, która jest trudna do skonfigurowania i wdrożenia przez zwykłych użytkowników.

Podejście alternatywne

Alternatywnym podejściem do stworzenia łatwego i uniwersalnego modułu sterownika z mostkiem H, który obiecuje wysoką wydajność, a jednocześnie pozbywa się złożonego ładowania początkowego, jest wyeliminowanie dwóch tranzystorów MOSFET z kanałem N o wysokiej stronie i zastąpienie ich odpowiednikami z kanałem P.

Można się zastanawiać, jeśli jest to tak łatwe i skuteczne, dlaczego nie jest to standardowy zalecany projekt? Odpowiedź brzmi: chociaż podejście wygląda na prostsze, istnieje kilka wad, które mogą powodować niższą wydajność w tego typu konfiguracji pełnego mostka z wykorzystaniem combo MOSFET z kanałem P i N.

Po pierwsze, plik Tranzystory MOSFET z kanałem P zwykle mają wyższą odporność na RDSon w porównaniu z tranzystorami MOSFET z kanałem N, co może skutkować nierównomiernym rozpraszaniem ciepła na urządzeniach i nieprzewidywalnymi wynikami wyjściowymi. Drugim zagrożeniem może być zjawisko przebicia, które może spowodować natychmiastowe uszkodzenie urządzeń.

To powiedziawszy, o wiele łatwiej jest uporać się z powyższymi dwoma przeszkodami niż zaprojektować ryzykowny obwód bootstrapping.

Dwie powyższe kwestie można wyeliminować poprzez:

1. Wybór tranzystorów MOSFET z kanałami P o najniższych specyfikacjach RDSon, które mogą być prawie równe ocenie RDSon uzupełniających urządzeń z kanałem N. Na przykład w naszym proponowanym projekcie można znaleźć IRF4905 używany w tranzystorach MOSFET z kanałem P, które mają imponująco niską rezystancję RDSon wynoszącą 0,02 oma.
2. Przeciwdziałanie przebiciu przez dodanie odpowiednich stopni buforowych i wykorzystanie sygnału oscylatora z niezawodnego źródła cyfrowego.

Prosty, uniwersalny sterownik MOSFET z mostkiem H.

Poniższy obraz przedstawia uniwersalny obwód sterownika MOSFET z kanałem P / kanałem N, który wydaje się być zaprojektowany tak, aby zapewnić maksymalną wydajność przy minimalnym ryzyku.

Jak to działa

Działanie powyższej konstrukcji mostka H jest dość proste. Pomysł najlepiej nadaje się do zastosowań inwerterowych do wydajnej konwersji prądu stałego o małej mocy na prąd przemienny na poziomie sieci.

Zasilanie 12 V jest pobierane z dowolnego źródła zasilania, takiego jak akumulator lub panel słoneczny do zastosowań z falownikiem.

Zasilanie jest odpowiednio kondycjonowane za pomocą kondensatora filtrującego 4700 μF oraz przez rezystor ograniczający prąd 22 Ω i zenera 12 V dla dodatkowej stabilizacji.

Stabilizowany prąd stały służy do zasilania obwodu oscylatora, zapewniając, że na jego pracę nie wpływają stany nieustalone z falownika.

Alternatywne wyjście zegara z oscylatora jest podawane do baz Q1, Q2 BJT, które są standardowymi małosygnałowymi tranzystorami BC547 ustawionymi jako stopnie bufor / inwerter do precyzyjnego sterowania głównym stopniem MOSFET.

Domyślnie tranzystory BC547 są w stanie włączenia, poprzez ich odpowiednie potencjały dzielnika rezystancyjnego.

Oznacza to, że w stanie spoczynku, bez sygnałów oscylatora, tranzystory MOSFET z kanałem P są zawsze włączone, podczas gdy tranzystory MOSFET z kanałem N są zawsze wyłączone. W tej sytuacji obciążenie w środku, którym jest uzwojenie pierwotne transformatora, nie jest zasilane i pozostaje wyłączone.

Gdy sygnały zegarowe są podawane do wskazanych punktów, ujemne sygnały z impulsów zegarowych faktycznie uziemiają napięcie bazowe tranzystorów BC547 przez kondensator 100 μF.

Dzieje się to naprzemiennie, powodując włączenie N-kanałowego tranzystora MOSFET z jednego z ramion mostka H. Teraz, ponieważ tranzystor MOSFET z kanałem P na drugim ramieniu mostka jest już włączony, umożliwia jednoczesne włączenie jednego tranzystora MOSFET z kanałem P i jednego tranzystora MOSFET z kanałem N po przekątnej, co powoduje, że napięcie zasilania przepływa przez nie Tranzystory MOSFET i pierwotne transformatora w jednym kierunku.

W przypadku drugiego przemiennego sygnału zegarowego ta sama czynność powtarza się, ale dla drugiego ukośnego ramienia mostka powoduje przepływ zasilania przez pierwotny transformator w drugim kierunku.

Schemat przełączania jest dokładnie podobny do każdego standardowego mostka H, ​​jak pokazano na poniższym rysunku:

To przerzutnikowe przełączanie tranzystorów MOSFET z kanałem P i N na lewym / prawym ramieniu ukośnym powtarza się w odpowiedzi na naprzemienne wejścia sygnału zegara ze stopnia oscylatora.

W wyniku tego pierwotne uzwojenie transformatora jest również przełączane według tego samego wzoru, powodując przepływ prostokątnej fali AC o napięciu 12 V w poprzek jego pierwotnego źródła, która jest odpowiednio przekształcana na falę prostokątną 220 V lub 120 V prądu przemiennego w obwodzie wtórnym transformatora.

Częstotliwość zależy od częstotliwości sygnału wejściowego oscylatora, która może wynosić 50 Hz dla wyjścia 220 V i 60 Hz dla wyjścia 120 V AC,

Który obwód oscylatora może być używany

Sygnał oscylatora może pochodzić z dowolnego cyfrowego układu scalonego, na przykład z IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 itp.

Parzysty tranzystorowe astable Obwód może być skutecznie używany w obwodzie oscylatora.

Poniższy przykład obwodu oscylatora można idealnie wykorzystać z omówionym powyżej pełnym modułem mostkowym. Oscylator ma stałą moc wyjściową 50 Hz, poprzez przetwornik kryształowy.

Pin uziemienia IC2 jest omyłkowo nie pokazany na schemacie. Połącz pin # 8 układu IC2 z pinem # 8,12 linii IC1, aby upewnić się, że IC2 ma potencjał masy. To uziemienie musi być również połączone z linią masy modułu mostka H.