Nemt H-Bridge MOSFET Driver-modul til invertere og motorer

Hvis du spekulerer på, om der er en nem måde at implementere et H-bridge driver kredsløb uden at bruge komplekset bootstrapping fase, vil den følgende idé præcist løse din forespørgsel.

I denne artikel lærer vi, hvordan man bygger et universelt MOSFET-driverkredsløb med fuld bro eller H-bro ved hjælp af P-kanal og N-kanal MOSFET'er, som kan bruges til at fremstille højeffektive driverkredsløb til motorer , invertere og mange forskellige strømomformere.

Ideen slipper udelukkende med standard 4 N-kanal H-bridge-driver-topologi, som absolut er afhængig af det komplekse bootstrapping-netværk.

Fordele og ulemper ved standard N-Channel Full Bridge Design

Vi ved, at MOSFET-drivere med fuld bro opnås bedst ved at inkorporere N-kanal MOSFET'er til alle de 4 enheder i systemet. Den største fordel er den høje effektivitetsgrad, som disse systemer giver med hensyn til kraftoverførsel og varmeafledning.

Dette skyldes, at N-kanal MOSFET'er er specificeret med minimal RDSon-modstand på tværs af deres afløbskildeterminaler, hvilket sikrer minimal modstandsdygtighed over for strøm, hvilket muliggør mindre varmeafledning og mindre kølelegemer på enhederne.

Implementering af ovenstående er imidlertid ikke let, da alle 4-kanalsenhederne ikke kan lede og betjene den centrale belastning uden at have et diode / kondensator bootstrapping-netværk knyttet til designet.

Bootstrapping-netværk kræver nogle beregninger og vanskelig placering af komponenterne for at sikre, at systemerne fungerer korrekt. Dette ser ud til at være den største ulempe ved en 4-kanals MOSFET-baseret H-bridge-topologi, som almindelige brugere har svært ved at konfigurere og implementere.

En alternativ tilgang

En alternativ tilgang til at fremstille et let og universelt H-bridge-drivermodul, der lover høj effektivitet og alligevel slipper af med den komplekse bootstrapping, er at fjerne de to N-kanals MOSFET'er på høj side og erstatte dem P-kanalmodstykker.

Man kan undre sig, hvis det er så nemt og effektivt, hvorfor er det ikke et standardanbefalet design? Svaret er, at selv om fremgangsmåden ser enklere ud, er der et par ulemper, der kan medføre lavere effektivitet i denne type fuldbrokonfiguration ved hjælp af P- og N-kanal MOSFET combo.

For det første P-kanal MOSFET'er har normalt højere RDSon-modstand vurdering sammenlignet med N-kanal MOSFET'er, hvilket kan resultere i ujævn varmeafledning på enhederne og uforudsigelige outputresultater. Anden fare kan være et skydefænomen, der kan forårsage øjeblikkelig skade på enhederne.

Når det er sagt, er det meget nemmere at tage sig af de to ovennævnte forhindringer end at designe et uhyggeligt bootstrapping-kredsløb.

De to ovennævnte spørgsmål kan elimineres ved:

1. Valg af P-kanaler MOSFET'er med de laveste RDSon-specifikationer, som næsten kan svare til RDSon-klassificeringen for de supplerende N-kanal-enheder. For eksempel i vores foreslåede design kan du finde IRF4905, der bruges til P-kanal MOSFET'er, som er klassificeret med en imponerende lav RDSon-modstand på 0,02 ohm.
2. At modvirke shoot-through ved at tilføje passende buffertrin og ved hjælp af oscillatorsignal fra en pålidelig digital kilde.

En nem Universal H-Bridge MOSFET Driver

Det følgende billede viser det P-kanal / N-kanalbaserede universelle H-bridge MOSFET-driverkredsløb, som synes at være designet til at give maksimal effektivitet med minimale risici.

Hvordan det virker

Arbejdet med ovenstående H-bridge-design er stort set grundlæggende. Ideen er bedst egnet til inverterapplikationer til effektiv konvertering af en jævnstrøm med lav effekt til lysnettet.

12V-forsyningen anskaffes fra en hvilken som helst ønsket strømkilde, f.eks. Fra et batteri eller solcellepanel til en inverterapplikation.

Forsyningen er konditioneret korrekt ved hjælp af 4700 uF filterkondensator og gennem den 22 ohm strømbegrænsende modstand og en 12V zener for ekstra stabilisering.

Den stabiliserede jævnstrøm bruges til at drive oscillatorkredsløbet, hvilket sikrer, at dets arbejde ikke påvirkes af omskiftertransienterne fra inverteren.

Det alternative urudgang fra oscillatoren føres til baserne i Q1, Q2 BJT'erne, som er standard-småsignal-BC547-transistor, der er placeret som buffer / invertertrin til at køre hoved MOSFET-trinnet med præcision.

Som standard er BC547-transistorer i tændt tilstand gennem deres respektive basismodstandsdelende potentialer.

Dette betyder, at i inaktiv tilstand, uden oscillatorsignaler, er P-kanal MOSFET altid tændt, mens N-kanal MOSFET altid er slået fra. I denne situation får belastningen i midten, som er en transformator primærvikling, ingen strøm og forbliver slukket.

Når ursignaler føres til de angivne punkter, jorder de negative signaler fra urimpulser faktisk grundspændingen på BC547-transistorer via 100 uF kondensatoren.

Dette sker skiftevis, hvilket får N-kanal MOSFET fra en af ​​armene på H-broen til at tænde. Da P-kanal MOSFET på den anden arm af broen allerede er slået TIL, muliggør en P-kanal MOSFET og en N-kanal MOSFET over diagonale sider at blive tændt samtidigt, hvilket får forsyningsspændingen til at strømme over disse MOSFET'er og transformatorens primære i en retning.

For det andet alternative ursignal gentages den samme handling, men for den anden diagonale arm på broen, der får forsyningen til at strømme gennem transformatoren primært i den anden retning.

Skiftemønsteret ligner nøjagtigt enhver standard H-bro som vist i følgende figur:

Denne flip-flop-omskiftning af P- og N-kanal-MOSFET'erne over de venstre / højre diagonale arme gentager sig som reaktion på de alternative ursignalindgange fra oscillatortrinet.

Som et resultat omskiftes transformatorens primære også i det samme mønster, der får en firkantbølge AC 12V til at strømme over dens primære, som tilsvarende konverteres til 220 V eller 120 V AC firkantbølge over transformatorens sekundær.

Frekvensen er afhængig af frekvensen af ​​oscillatorsignalindgangen, som kan være 50 Hz for 220 V udgang og 60 Hz for 120 V AC udgang,

Hvilket oscillatorkredsløb kan bruges

Oscillatorsignalet kan være fra ethvert digitalt IC-baseret design, såsom fra IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 osv.

Også selvom transistoriseret astabel kredsløb kan bruges effektivt til oscillatorkredsløbet.

Følgende oscillatorkredseeksempel kan ideelt bruges med det ovennævnte diskuterede fuldbromodul. Oscillatoren har en fast udgang på 50 Hz gennem en krystaltransducer.

Jordstiften på IC2 er fejlagtigt ikke vist i diagrammet. Forbind pin nr. 8 på IC2 med pin nr. 8,12 linjen i IC1 for at sikre, at IC2 får jordpotentialet. Denne jord skal også forbindes med H-bromodulets jordlinje.