Лесен H-Bridge MOSFET драйвер модул за инвертори и двигатели

Ако се чудите дали има лесен начин да внедрите схема на драйвер за H-мост, без да използвате комплекса зареждане етап, следващата идея ще реши точно вашата заявка.

В тази статия научаваме как да изградим универсална MOSFET верига на пълен мост или H-мост, използвайки P-канални и N-канални MOSFET, които могат да се използват за създаване на високоефективни схеми на драйвери за двигатели , инвертори и много различни преобразуватели на мощност.

Идеята се отървава изключително от стандартната 4 N-канална топология на H-bridge драйвера, която задължително зависи от сложната мрежа за зареждане.

Предимства и недостатъци на стандартния N-Channel пълен мостов дизайн

Знаем, че MOSFET драйверите с пълен мост се постигат най-добре чрез включване на N-канални MOSFET за всичките 4 устройства в системата. Основното предимство е високата степен на ефективност, осигурена от тези системи по отношение на пренос на мощност и разсейване на топлината.

Това се дължи на факта, че N-канални MOSFET са определени с минимално RDSon съпротивление през изводите им за източване, осигуряващо минимално съпротивление срещу ток, позволяващо по-малко разсейване на топлината и по-малки радиатори на устройствата.

Прилагането на горното обаче не е лесно, тъй като всички 4-канални устройства не могат да провеждат и управляват централния товар, без да имат диодна / кондензаторна мрежа за зареждане, свързана с дизайна.

Мрежата за зареждане изисква някои изчисления и сложно разположение на компонентите, за да се гарантира, че системите работят правилно. Това изглежда е основният недостатък на 4-каналната MOSFET базирана топология на H-мост, която често срещаните потребители трудно конфигурират и прилагат.

Алтернативен подход

Алтернативен подход за създаване на лесен и универсален модул H-bridge драйвер, който обещава висока ефективност и въпреки това се отървава от сложното зареждане, е чрез елиминиране на двата високопоставени N-канални MOSFET и заместването им с P-канални аналози.

Човек може да се запита, ако е толкова лесен и ефективен, защо тогава не е стандартен препоръчан дизайн? Отговорът е, че макар подходът да изглежда по-опростен, има няколко недостатъка, които могат да доведат до по-ниска ефективност при този тип конфигурация на пълен мост, използвайки комбинация от P и N канал MOSFET.

Първо, P-каналните MOSFET обикновено имат по-висока RDSon устойчивост рейтинг в сравнение с N-каналните MOSFET, което може да доведе до неравномерно разсейване на топлината върху устройствата и непредсказуеми изходни резултати. Втората опасност може да бъде феномен, който може да причини незабавни повреди на устройствата.

Въпреки това е много по-лесно да се погрижите за горните две препятствия, отколкото да проектирате заблуждаваща верига за зареждане.

Двата въпроса по-горе могат да бъдат отстранени чрез:

1. Избор на P-канали MOSFET с най-ниски RDSon спецификации, които може да са почти равни на RDSon рейтинга на допълнителните N-канални устройства. Например в предложения от нас дизайн можете да намерите IRF4905, който се използва за P-каналните MOSFET-и, които са оценени с впечатляващо ниско RDSon съпротивление от 0,02 ома.
2. Противодействие на пробиването чрез добавяне на подходящи буферни етапи и чрез използване на осцилаторен сигнал от надежден цифров източник.

Лесен универсален H-Bridge MOSFET драйвер

Следващото изображение показва P-канал / N-канал базиран универсален H-bridge MOSFET драйвер, който изглежда проектиран да осигурява максимална ефективност с минимални рискове.

Как работи

Работата на горния дизайн на H-мост е почти основна. Идеята е най-подходяща за инверторни приложения за ефективно преобразуване на DC с ниска мощност в AC ниво на мрежата.

Захранването от 12V се получава от всеки желан източник на енергия, като например от батерия или слънчев панел за инверторно приложение.

Захранването се кондиционира подходящо с помощта на филтърния кондензатор 4700 uF и чрез резистора за ограничаване на тока 22 ома и 12V ценер за допълнителна стабилизация.

Стабилизираният постоянен ток се използва за захранване на осцилаторната верига, като гарантира, че работата му не се влияе от превключващите преходни процеси от инвертора.

Алтернативният изход на часовника от осцилатора се подава към основите на QJ, Q2 BJT, които са стандартни малки сигнални транзистори BC547, позиционирани като буферни / инверторни етапи за прецизно управление на основния MOSFET етап.

По подразбиране транзисторите BC547 са в състояние ВКЛ, чрез съответните им базови резистивни разделителни потенциали.

Това означава, че в състояние на празен ход, без осцилаторните сигнали, P-каналните MOSFET-та са винаги ВКЛЮЧЕНИ, докато N-каналните MOSFET-та са винаги изключени. В тази ситуация натоварването в центъра, което е трансформаторна първична намотка, не получава мощност и остава изключено.

Когато тактовите сигнали се подават към посочените точки, отрицателните сигнали от тактовите импулси всъщност заземяват базовото напрежение на транзисторите BC547 през кондензатора 100 uF.

Това се случва последователно, карайки N-каналния MOSFET от един от рамената на H-моста да се включи. Сега, тъй като P-каналният MOSFET на другия ръкав на моста вече е включен, дава възможност на един P-канален MOSFET и един N-канален MOSFET през диагоналните страни да се включат едновременно, причинявайки захранващото напрежение да тече през тях MOSFET и първичната част на трансформатора в една посока.

За втория алтернативен тактов сигнал същото действие се повтаря, но за другото диагонално рамо на моста, което кара захранването да тече през първичния трансформатор в другата посока.

Схемата на превключване е точно подобна на всеки стандартен H-мост, както е показано на следващата фигура:

Това превключване на Flip-flop на P и N канала MOSFETs през лявото / дясното диагонално рамо продължава да се повтаря в отговор на алтернативните входове на тактовия сигнал от осцилаторния етап.

В резултат на това основният трансформатор също се превключва по същия модел, което води до преминаване на квадратна вълна AC 12V през неговата първична част, която съответно се преобразува в квадратна вълна 220 V или 120 V AC през вторичната част на трансформатора.

Честотата зависи от честотата на входния сигнал на осцилатора, която може да бъде 50 Hz за 220 V изход и 60 Hz за 120 V AC изход,

Коя осцилаторна верига може да се използва

Сигналът на осцилатора може да бъде от всеки цифров дизайн, базиран на IC, като например от IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 и т.н.

Дори транзисторизиран нестабилен верига може да се използва ефективно за веригата на осцилатора.

Следният пример за схема на осцилатор може да бъде идеално използван с обсъдения по-горе пълен мостов модул. Осцилаторът има фиксиран изход от 50 Hz чрез кристален преобразувател.

Заземяващият щифт на IC2 погрешно не е показан на диаграмата. Моля, свържете щифт № 8 на IC2 с щифт № 8,12 линия на IC1, за да сте сигурни, че IC2 получава потенциала на земята. Тази земя трябва също да бъде свързана с наземната линия на модула H-мост.