מודול נהג קל H-Bridge MOSFET לממירים ומנועים

אם אתה תוהה אם יש דרך קלה ליישם מעגל נהג H-bridge מבלי להשתמש במתחם bootstrapping בשלב, הרעיון הבא יפתור במדויק את השאילתה שלך.

במאמר זה אנו לומדים כיצד לבנות מעגל נהג MOSFET מגשר מלא או גשר אוניברסלי, באמצעות MOSFET ערוצי P וערוץ N, אשר יכולים לשמש לייצור מעגלי נהג בעלי יעילות גבוהה עבור מנועים , ממירים , וממירי כוח רבים ושונים.

הרעיון נפטר אך ורק מהטופולוגיה הרגילה של נהג גשר ה- N בעל 4 ערוצים N, שתלוי באופן הכרחי ברשת האתחול המורכבת.

יתרונות וחסרונות של עיצוב גשר מלא סטנדרטי של ערוץ N

אנו יודעים כי מנהלי ההתקנים המלאים של MOSFET מושגים בצורה הטובה ביותר על ידי שילוב MOSFET של ערוץ N עבור כל 4 המכשירים במערכת. היתרון העיקרי הוא מידת היעילות הגבוהה שמספקות מערכות אלו מבחינת העברת כוח ופיזור חום.

זאת בשל העובדה ש MOSFET של ערוץ N מוגדרים עם התנגדות RDSon מינימלית על פני מסופי מקור הניקוז שלהם, מה שמבטיח עמידות מינימלית לזרם, ומאפשר פיזור חום קטן יותר וכאבי קירור קטנים יותר בהתקנים.

עם זאת, יישום האמור לעיל אינו קל, מכיוון שכל התקני 4 הערוצים אינם יכולים לנהל ולהפעיל את העומס המרכזי מבלי שתצטרף רשת עיצוב דיודה / קבלים.

רשת Bootstrapping דורשת כמה חישובים, ומיקום מסובך של הרכיבים כדי להבטיח שהמערכות פועלות כראוי. נראה שזה החיסרון העיקרי של טופולוגיית H-bridge מבוססת MOSFET בת 4 ערוצים, שמשתמשים נפוצים מתקשים להגדיר וליישם.

גישה אלטרנטיבית

גישה חלופית לייצור מודול נהג קל של גשר H, המבטיח יעילות גבוהה ובכל זאת נפטרת ממגף האתחול המורכב, היא על ידי ביטול שני ה- MOSFET בערוץ N בצד הגבוה, והחלפתם של עמיתיהם בערוץ P.

אפשר לתהות, אם זה כל כך קל ויעיל, אז למה זה לא עיצוב מומלץ סטנדרטי? התשובה היא, אם כי הגישה נראית פשוטה יותר ישנם כמה חסרונות שעלולים לגרום ליעילות נמוכה יותר בסוג זה של תצורת גשר מלאה באמצעות משולבת MOSFET של ערוץ P ו- N.

ראשית, ה MOSFET בערוץ P בדרך כלל גבוה יותר בהתנגדות RDSon דירוג בהשוואה ל- MOSFET של ערוץ N, מה שעלול לגרום לפיזור חום לא אחיד במכשירים ולתוצאות תפוקה בלתי צפויות. סכנה שנייה עשויה להיות תופעת צילום, שעלולה לגרום נזק מיידי למכשירים.

עם זאת, זה הרבה יותר קל לטפל בשתי המכשולים שלעיל מאשר לעצב מעגל אתחול.

ניתן לבטל את שתי הסוגיות לעיל על ידי:

1. בחירת MOSFET של ערוצי P עם מפרט RDSon הנמוך ביותר, שעשויים להיות שווים כמעט לדירוג ה- RDSon של מכשירי ה- N-Channel המשלימים. לדוגמא בתכנון המוצע שלנו, אתה יכול למצוא את IRF4905 המשמש עבור MOSFET של ערוץ P, אשר מדורגים עם עמידות RDSon נמוכה באופן מרשים של 0.02 אוהם.
2. התמודדות עם הצילום באמצעות הוספת שלבי חיץ מתאימים ובאמצעות אות מתנד ממקור דיגיטלי אמין.

מנהל התקן MOSFET אוניברסלי קל של H-Bridge

התמונה הבאה מציגה את מעגל הנהג MOSFET אוניברסלי מבוסס ערוץ P / ערוץ N, שנראה כי הוא מתוכנן לספק יעילות מקסימאלית במינימום סיכונים.

איך זה עובד

העבודה בתכנון גשר H לעיל היא די בסיסית. הרעיון הוא המתאים ביותר ליישומי מהפך להמרה יעילה של זרם זרם כוח זרם זרם זרם זרם חשמל.

אספקת 12 וולט נרכשת מכל מקור כוח רצוי, למשל מסוללה או פאנל סולארי ליישום מהפך.

האספקה ​​מותנית כראוי באמצעות קבל המסנן 4700 uF ובאמצעות הנגד להגבלת זרם 22 אוהם וזנר 12 וולט לייצוב נוסף.

זרם ה- DC המיוצב משמש להפעלת מעגל המתנד, ומבטיח שעבודתו אינה מושפעת ממעברי המיתוג מהמהפך.

תפוקת השעון החלופית מהמתנד מוזנת לבסיסי ה- Q1, Q2 BJT שהם טרנזיסטור אות רגיל BC547 הממוקם כשלבי חיץ / מהפך להנעת שלב MOSFET הראשי בדיוק.

כברירת מחדל, הטרנזיסטורים BC547 נמצאים במצב מופעל, באמצעות פוטנציאלים מחלקים התנגדות בסיסיים שלהם.

המשמעות היא שבמצב סרק, ללא אותות המתנד, ה- MOSFET של ערוץ P תמיד מופעל, ואילו ה- MOSFET של ערוץ ה- N תמיד כבוי. במצב זה, העומס במרכז, שהוא סלילה ראשונית של שנאי, אינו מקבל כוח ונשאר כבוי.

כאשר אותות השעון מוזנים לנקודות המצוינות, האותות השליליים מפולסי השעון מקרקעים למעשה את מתח הבסיס של הטרנזיסטורים BC547 באמצעות הקבל 100 uF.

זה קורה לסירוגין, מה שגורם ל- MOSFET של ערוץ N מאחת מזרועות גשר H להדליק. כעת, מכיוון ש- MOSFET של ערוץ P בזרוע השנייה של הגשר כבר מופעל, מאפשר MOSFET אחד של ערוץ P ו- MOSFET אחד של ערוץ N על פני הצדדים האלכסוניים להידלק בו זמנית, מה שגורם למתח האספקה ​​לזרום על פני אלה. MOSFETs והראשוני של השנאי בכיוון אחד.

עבור אות השעון החלופי השני, אותה פעולה חוזרת על עצמה, אך עבור הזרוע האלכסונית השנייה של הגשר שגורמת לאספקה ​​לזרום דרך השנאי העיקרי בכיוון השני.

דפוס המיתוג דומה לחלוטין לכל גשר H סטנדרטי, כפי שמתואר באיור הבא:

מיתוג כפכף זה של MOSFET של ערוץ P ו- N על פני זרועות האלכסון השמאליות / ימניות ממשיך לחזור בתגובה לכניסות אות השעון החלופיות משלב המתנד.

כתוצאה מכך, השנאי הראשי מועבר גם הוא באותו דפוס וגורם לזרם גל מרובע AC 12V על פני הראשוני שלו, אשר מומר בהתאמה לגלול ריבועי 220 וולט או 120 וולט על פני המשני של השנאי.

התדר תלוי בתדר של קלט אות המתנד שיכול להיות 50 הרץ עבור פלט 220 וולט ו 60 הרץ עבור פלט 120 וולט AC,

באיזה מעגל מתנד ניתן להשתמש

אות המתנד יכול להיות מכל עיצוב מבוסס IC דיגיטלי, כגון IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 וכו '.

אֲפִילוּ טרנזיסטור אסטאלי ניתן להשתמש ביעילות במעגל המתנד.

ניתן להשתמש באופן אידיאלי בדוגמת מעגל המתנד הבאה עם מודול הגשר המלא שנדון לעיל. למתנד יש פלט קבוע ב 50 הרץ, דרך מתמר קריסטל.

סיכת הקרקע של IC2 אינה מוצגת בטעות בתרשים. אנא חבר את סיכה מס '8 של IC2 לקו מס' 8,12 של IC1, כדי להבטיח ש- IC2 יקבל את פוטנציאל הקרקע. יש לחבר לקרקע זו גם קו הקרקע של מודול גשר ה- H.