İnvertörler ve Motorlar için Kolay H-Bridge MOSFET Sürücü Modülü

Kompleksi kullanmadan bir H-köprü sürücü devresini uygulamanın kolay bir yolu olup olmadığını merak ediyorsanız önyükleme aşama, aşağıdaki fikir sorgunuzu tam olarak çözecektir.

Bu makalede, yüksek verimli sürücü devreleri yapmak için kullanılabilecek P-kanal ve N-kanal MOSFET'leri kullanarak evrensel bir tam köprü veya H-köprü MOSFET sürücü devresinin nasıl kurulacağını öğreniyoruz. motorlar , invertörler ve birçok farklı güç dönüştürücü.

Bu fikir, zorunlu olarak karmaşık önyükleme ağına bağlı olan standart 4 N-kanallı H-köprü sürücü topolojisinden kurtuluyor.

Standart N-Kanallı Tam Köprü Tasarımının Avantaj ve Dezavantajları

Tam köprü MOSFET sürücülerinin, sistemdeki 4 aygıtın tümü için N-kanallı MOSFET'leri dahil ederek en iyi şekilde elde edildiğini biliyoruz. Güç aktarımı ve ısı dağılımı açısından bu sistemlerin sağladığı yüksek verimliliğin ana avantajı.

Bu gerçeğinden kaynaklanmaktadır N-kanallı MOSFET'ler drenaj kaynağı terminalleri boyunca minimum RDSon direnci ile belirtilmiştir, akıma karşı minimum direnç sağlar, cihazlarda daha küçük ısı dağılımı ve daha küçük soğutucu sağlar.

Bununla birlikte, yukarıdakilerin uygulanması kolay değildir, çünkü 4 kanallı cihazların tümü, tasarıma bağlı bir diyot / kapasitör önyükleme ağına sahip olmadan merkezi yükü idare edemez ve çalıştıramaz.

Önyükleme ağı, sistemlerin doğru çalıştığından emin olmak için bazı hesaplamalar ve bileşenlerin zor yerleştirilmesini gerektirir. Bu, genel kullanıcıların yapılandırmayı ve uygulamayı zor bulduğu 4 kanallı MOSFET tabanlı bir H-köprü topolojisinin ana dezavantajı gibi görünmektedir.

Alternatif Bir Yaklaşım

Yüksek verimlilik vaat eden ve yine de karmaşık önyüklemeden kurtulan kolay ve evrensel bir H-köprü sürücü modülü oluşturmaya yönelik alternatif bir yaklaşım, iki yüksek taraf N-kanallı MOSFET'leri ortadan kaldırmak ve onları P-kanallı muadilleriyle değiştirmektir.

Merak edebiliriz, bu kadar kolay ve etkili ise, o zaman neden standart olarak önerilen bir tasarım değil? Cevap, yaklaşım daha basit görünse de, P ve N kanal MOSFET combo kullanan bu tip tam köprü konfigürasyonunda daha düşük verimliliğe neden olabilecek birkaç dezavantaj vardır.

İlk olarak, P-kanal MOSFET'ler genellikle daha yüksek RDSon direnci N-kanallı MOSFET'lere kıyasla derecelendirme, cihazlarda eşit olmayan ısı dağılımına ve öngörülemeyen çıktı sonuçlarına neden olabilir. İkinci tehlike, cihazlara anında zarar verebilecek bir ateş etme olayı olabilir.

Bununla birlikte, yukarıdaki iki engelin üstesinden gelmek, riskli bir önyükleme devresi tasarlamaktan çok daha kolaydır.

Yukarıdaki iki sorun şu yollarla giderilebilir:

1. En düşük RDSon spesifikasyonlarına sahip P-kanal MOSFET'lerinin seçilmesi; bu, tamamlayıcı N-kanallı cihazların RDSon derecesine neredeyse eşit olabilir. Örneğin, önerdiğimiz tasarımda, 0,02 Ohm'luk etkileyici derecede düşük RDSon direnci ile derecelendirilen P-kanallı MOSFET'ler için IRF4905'in kullanıldığını bulabilirsiniz.
2. Uygun tampon aşamaları ekleyerek ve güvenilir bir dijital kaynaktan gelen osilatör sinyalini kullanarak ateşlemeye karşı koyma.

Kolay Evrensel H-Bridge MOSFET Sürücüsü

Aşağıdaki görüntü, minimum riskle maksimum verimlilik sağlamak üzere tasarlanmış gibi görünen P-kanal / N-kanal tabanlı evrensel H-köprü MOSFET sürücü devresini göstermektedir.

Nasıl çalışır

Yukarıdaki H-köprü tasarımının çalışması oldukça basittir. Fikir, düşük güçlü bir DC'yi verimli bir şekilde şebeke seviyesi AC'ye dönüştürmek için inverter uygulamaları için en uygun olanıdır.

12V besleme, bir invertör uygulaması için bir batarya veya güneş paneli gibi istenen herhangi bir güç kaynağından elde edilir.

Besleme, 4700 uF filtre kondansatörü ve 22 ohm akım sınırlama direnci ve ilave stabilizasyon için 12V zener kullanılarak uygun şekilde koşullandırılır.

Stabilize edilmiş DC, osilatör devresine güç sağlamak için kullanılır ve çalışmasının, inverterden gelen anahtarlama geçişlerinden etkilenmemesini sağlar.

Osilatörden gelen alternatif saat çıkışı, ana MOSFET aşamasını hassas bir şekilde sürmek için tampon / invertör aşamaları olarak konumlandırılan standart küçük sinyal BC547 transistörü olan Q1, Q2 BJT'lerin tabanlarına beslenir.

Varsayılan olarak, BC547 transistörleri, ilgili temel direnç bölücü potansiyelleri aracılığıyla AÇIK durumdadır.

Bu, boşta durumda, osilatör sinyalleri olmadan, P-kanallı MOSFET'lerin her zaman AÇIK, N-kanallı MOSFET'lerin ise her zaman KAPALI olduğu anlamına gelir. Bu durumda, bir trafo primer sargısı olan merkezdeki yük güç almaz ve KAPALI kalır.

Saat sinyalleri belirtilen noktalara beslendiğinde, saat darbelerinden gelen negatif sinyaller aslında BC547 transistörlerinin temel voltajını 100 uF kapasitör aracılığıyla topraklar.

Bu, dönüşümlü olarak gerçekleşir ve H köprüsünün kollarından birindeki N-kanal MOSFET'in AÇIK konuma gelmesine neden olur. Şimdi, köprünün diğer kolundaki P-kanallı MOSFET zaten AÇIK konuma getirildiği için, bir P-kanallı MOSFET ve bir N-kanallı MOSFET'in aynı anda AÇIK hale getirilmesini sağlayarak besleme voltajının bunlar boyunca akmasına neden olur. MOSFET'ler ve transformatörün birincil yönü tek yönde.

İkinci alternatif saat sinyali için, aynı eylem tekrar eder, ancak köprünün diğer köşegen kolu için kaynağın diğer yönde birincil transformatör içinden akmasına neden olur.

Anahtarlama modeli, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, herhangi bir standart H köprüsüne tam olarak benzer:

Sol / sağ diyagonal kollar boyunca P ve N kanallı MOSFET'lerin bu flip-flop geçişi, osilatör aşamasından gelen alternatif saat sinyali girişlerine yanıt olarak tekrar etmeye devam eder.

Sonuç olarak, transformatör primeri de aynı modelde anahtarlanır ve bir kare dalga AC 12V'nin primerinden akmasına neden olur, bu da transformatörün sekonderinde karşılık olarak 220 V veya 120 V AC kare dalgaya dönüştürülür.

Frekans, 220 V çıkış için 50 Hz ve 120 V AC çıkış için 60 Hz olabilen osilatör sinyal girişinin frekansına bağlıdır,

Hangi Osilatör Devresi Kullanılabilir

Osilatör sinyali, IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 vb. Gibi herhangi bir dijital IC tabanlı tasarımdan olabilir.

Hatta transistörlü kararsız devre osilatör devresi için etkin bir şekilde kullanılabilir.

Aşağıdaki osilatör devresi örneği ideal olarak yukarıda tartışılan tam köprü modülü ile kullanılabilir. Osilatörün bir kristal dönüştürücü aracılığıyla 50 Hz çıkışta sabitlenmiş bir çıkışı vardır.

IC2'nin topraklama pimi yanlışlıkla diyagramda gösterilmemiştir. IC2'nin topraklama potansiyelini aldığından emin olmak için lütfen IC2'nin 8 numaralı pinini IC1'in 8,12 numaralı pinine bağlayın. Bu zemin ayrıca H-köprü modülünün toprak hattıyla birleştirilmelidir.