Enostaven gonilniški modul H-Bridge MOSFET za pretvornike in motorje

Če se sprašujete, ali obstaja enostaven način za izvedbo vezja gonilnika mostu H brez uporabe kompleksa bootstrapping naslednja ideja bo natančno rešila vaše vprašanje.

V tem članku se naučimo, kako zgraditi univerzalno gonilniško vezje MOSFET s polnim mostom ali H-mostom z uporabo P-kanalnih in N-kanalnih MOSFET-jev, ki jih lahko uporabimo za izdelavo visoko učinkovitih gonilniških vezij za motorji , pretvorniki in veliko različnih pretvornikov moči.

Zamisel se ekskluzivno znebi standardne topologije 4-kanalnega gonilnika H-mostu, ki je nujno odvisna od zapletenega zagonskega omrežja.

Prednosti in slabosti standardne zasnove celotnega mosta N-Channel

Vemo, da gonilnike MOSFET s polnim mostom najbolje dosežemo z vključitvijo N-kanalnih MOSFET-jev za vse 4 naprave v sistemu. Glavna prednost je visoka stopnja učinkovitosti, ki jo zagotavljajo ti sistemi pri prenosu moči in odvajanju toplote.

To je posledica dejstva, da N-kanalni MOSFET-ji so določeni z minimalno odpornostjo RDSon na njihovih terminalih odtočnega vira, kar zagotavlja minimalno odpornost proti toku, ki omogoča manjše odvajanje toplote in manjše hladilnike na napravah.

Vendar izvajanje zgoraj navedenega ni enostavno, saj vse 4-kanalne naprave ne morejo izvajati in upravljati centralne obremenitve, ne da bi bilo z zasnovo priključeno omrežje za zagon diode / kondenzatorja.

Začetno omrežje zahteva nekaj izračunov in zapleteno postavitev komponent, da se zagotovi pravilno delovanje sistemov. Zdi se, da je to glavna pomanjkljivost 4-kanalne topologije H-mostov na osnovi MOSFET-a, ki jo običajni uporabniki težko konfigurirajo in izvajajo.

Alternativni pristop

Alternativni pristop k izdelavi enostavnega in univerzalnega gonilniškega modula H-bridge, ki obljublja visoko učinkovitost in se kljub temu znebi zapletenega zagona, je odprava dveh visokofrekvenčnih MOSFET-jev N-kanala in njihova zamenjava s P-kanalnimi kolegi.

Lahko se vprašamo, če je tako enostaven in učinkovit, zakaj potem ni standardno priporočen dizajn? Odgovor je, čeprav je pristop videti preprostejši, obstaja nekaj slabosti, ki lahko povzročijo nižjo učinkovitost pri tej vrsti popolne konfiguracije mostu z uporabo kombinacije MOSFET P in N kanalov.

Prvič, MOSFET-ji s P-kanali so običajno višji odpornosti na RDSon v primerjavi z N-kanalnimi MOSFET-ji, kar lahko povzroči neenakomerno odvajanje toplote na napravah in nepredvidljive izhodne rezultate. Druga nevarnost je lahko preboj, ki lahko takoj poškoduje naprave.

Kljub temu je veliko lažje poskrbeti za zgornji dve oviri kot pa načrtovati dicey bootstrapping vezje.

Dve zgornji težavi je mogoče odpraviti z:

1. Izbira MOSFET-ov s P-kanali z najnižjimi specifikacijami RDSon, ki so lahko skoraj enake oceni RDSon komplementarnih N-kanalnih naprav. Na primer, v naši predlagani zasnovi lahko najdete IRF4905, ki se uporablja za MOSFET-je s P-kanali, ki so ocenjeni z izjemno nizko RDSon odpornostjo 0,02 ohma.
2. Preprečevanje preboja z dodajanjem ustreznih medpomnilniških stopenj in z uporabo oscilatorjskega signala iz zanesljivega digitalnega vira.

Enostaven univerzalni gonilnik MOSFET H-Bridge

Naslednja slika prikazuje univerzalno gonilno vezje HOS-mosta MOSFET s P-kanali / N-kanali, ki je zasnovano tako, da zagotavlja največjo učinkovitost z minimalnimi tveganji.

Kako deluje

Delovanje zgornje zasnove H-mostu je precej osnovno. Ideja je najprimernejša za pretvornike za učinkovito pretvorbo enosmernega enosmernega toka v omrežni izmenični tok.

Napajanje 12 V se pridobi iz katerega koli želenega vira energije, na primer iz akumulatorja ali sončne celice za pretvornik.

Napajanje je ustrezno kondicionirano s filtrskim kondenzatorjem 4700 uF in skozi 22 ohmski omejevalni upor ter 12V zener za dodatno stabilizacijo.

Stabiliziran enosmerni tok se uporablja za napajanje oscilatorjskega vezja in zagotavlja, da preklopni prehodni pretvorniki ne vplivajo na njegovo delovanje.

Izhodna izmenična ura iz oscilatorja se napaja na osnove BJT-jev Q1, Q2, ki so standardni tranzistor BC547 z majhnim signalom, pozicionirani kot medpomnilniške / pretvorniške stopnje za natančno vožnjo glavne stopnje MOSFET-a.

Tranzistorji BC547 so privzeto v vklopljenem stanju prek ustreznih osnovnih uporovnih ločilnih potencialov.

To pomeni, da so v prostem teku brez signalov oscilatorja P-kanalni MOSFET-ji vedno vklopljeni, medtem ko so N-kanalni MOSFET-ji vedno izklopljeni. V tem primeru obremenitev v središču, ki je primarni navit transformatorja, ne dobi moči in ostane izklopljena.

Ko se urni signali dovajajo na označene točke, negativni signali urnih impulzov dejansko ozemljijo osnovno napetost tranzistorjev BC547 prek kondenzatorja 100 uF.

To se zgodi izmenično, zaradi česar se N-kanalni MOSFET iz enega od krakov H-mostu vklopi. Ker je P-kanalni MOSFET na drugi roki mostu že vklopljen, omogoča, da se en P-kanalni MOSFET in en N-kanalni MOSFET čez diagonalne strani istočasno vključita, zaradi česar napajalna napetost teče čez te MOSFET-ji in primar transformatorja v eno smer.

Pri drugem nadomestnem taktnem signalu se isto dejanje ponovi, pri drugem diagonalnem kraku mostu pa dovod teče skozi primarni transformator v drugo smer.

Preklopni vzorec je popolnoma podoben kateremu koli standardnemu mostu H, kot je prikazano na naslednji sliki:

To preklopno preklapljanje MOSFET-ov kanala P in N preko leve / desne diagonalne roke se ponavlja v odgovor na nadomestne vhode signala ure s stopnje oscilatorja.

Posledično se tudi primarni transformator preklopi po enakem vzorcu, zaradi česar kvadratni val AC 12V teče čez njegov primarni tok, ki se ustrezno pretvori v kvadratni val 220 V ali 120 V AC prek sekundarnega transformatorja.

Frekvenca je odvisna od frekvence vhodnega signala oscilatorja, ki je lahko 50 Hz za 220 V izhod in 60 Hz za 120 V AC izhod,

Kateri oscilatorni krog lahko uporabite

Signal oscilatorja je lahko iz katere koli digitalne zasnove na osnovi IC, na primer iz IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 itd.

Celo tranzistoriziran nestabilen vezje se lahko učinkovito uporablja za oscilator.

Naslednji primer oscilatorjskega vezja je idealno uporabiti z zgoraj opisanim modulom celotnega mostu. Oscilator ima fiksni izhod 50 Hz skozi kristalni pretvornik.

Ozemljitveni zatič IC2 pomožno ni prikazan na diagramu. Prosimo, povežite zatič št. 8 IC2 z zatičem št. 8,12 v liniji IC1, da zagotovite, da IC2 dobi potencial tal. To ozemljitev je treba povezati tudi s tlemi modula H-most.