Модуль драйвера Easy H-Bridge MOSFET для инверторов и двигателей

Если вам интересно, есть ли простой способ реализовать схему драйвера H-моста без использования сложных самонастройка Этап, следующая идея точно решит ваш запрос.

В этой статье мы узнаем, как построить универсальную схему драйвера полномостового или H-мостового МОП-транзистора, используя P-канальные и N-канальные МОП-транзисторы, которые можно использовать для создания схем высокоэффективных драйверов для моторы , инверторы , и множество различных преобразователей мощности.

Идея позволяет исключить использование стандартной 4-канальной топологии драйвера H-моста, которая в обязательном порядке зависит от сложной сети начальной загрузки.

Преимущества и недостатки стандартной N-канальной конструкции полного моста

Мы знаем, что полные мостовые драйверы MOSFET лучше всего достигаются путем включения N-канальных MOSFET для всех 4 устройств в системе. Основным преимуществом этих систем является высокий КПД с точки зрения передачи энергии и рассеивания тепла.

Это связано с тем, что N-канальные полевые МОП-транзисторы указаны с минимальным сопротивлением RDSon на их выводах истока стока, что обеспечивает минимальное сопротивление току, обеспечивает меньшее рассеивание тепла и меньшие радиаторы на устройствах.

Однако реализовать вышеизложенное непросто, поскольку все 4-канальные устройства не могут проводить и управлять центральной нагрузкой без подключения диодно-конденсаторной сети самонастройки к конструкции.

Начальная загрузка сети требует некоторых вычислений и сложного размещения компонентов для обеспечения правильной работы системы. Это, по-видимому, главный недостаток топологии H-моста на основе 4-канальных полевых МОП-транзисторов, которую обычным пользователям сложно настроить и реализовать.

Альтернативный подход

Альтернативный подход к созданию простого и универсального модуля драйвера H-моста, который обещает высокую эффективность и в то же время избавляется от сложной начальной загрузки, заключается в устранении двух N-канальных полевых МОП-транзисторов с высокой стороной и замене их аналогами с P-каналом.

Можно задаться вопросом, если это так просто и эффективно, то почему это не стандартный рекомендуемый дизайн? Ответ таков: хотя этот подход выглядит проще, есть несколько недостатков, которые могут привести к снижению эффективности в этом типе полной мостовой конфигурации с использованием комбинации P- и N-канальных MOSFET.

Во-первых, P-канальные MOSFET обычно имеют более высокое сопротивление RDSon по сравнению с N-канальными MOSFET, что может привести к неравномерному рассеиванию тепла на устройствах и непредсказуемым результатам на выходе. Второй опасностью может быть явление прострела, которое может вызвать мгновенное повреждение устройств.

Тем не менее, гораздо проще решить два вышеуказанных препятствия, чем разработать рискованную схему самонастройки.

Две вышеуказанные проблемы можно устранить следующими способами:

1. Выбор P-канальных MOSFET с самыми низкими характеристиками RDSon, которые могут быть почти равны рейтингу RDSon дополнительных N-канальных устройств. Например, в предлагаемой нами конструкции IRF4905 используется для полевых МОП-транзисторов с P-каналом, которые имеют впечатляюще низкое сопротивление RDSon 0,02 Ом.
2. Противодействие сквозному проникновению путем добавления соответствующих буферных каскадов и использования сигнала генератора от надежного цифрового источника.

Простой универсальный драйвер полевого МОП-транзистора с H-образным мостом

На следующем рисунке показана универсальная схема драйвера полевого МОП-транзистора на основе P-канала / N-канала, которая, по-видимому, разработана для обеспечения максимальной эффективности с минимальными рисками.

Как это устроено

Работа вышеупомянутой конструкции H-моста довольно проста. Идея лучше всего подходит для инверторных приложений для эффективного преобразования постоянного тока малой мощности в переменный ток сетевого уровня.

Источник питания 12 В поступает от любого источника питания, такого как аккумулятор или солнечная панель для инвертора.

Питание регулируется соответствующим образом с помощью конденсатора фильтра емкостью 4700 мкФ, ограничивающего ток резистора 22 Ом и стабилитрона 12 В для дополнительной стабилизации.

Стабилизированный постоянный ток используется для питания схемы генератора, гарантируя, что на ее работу не влияют переходные процессы переключения от инвертора.

Альтернативный тактовый выходной сигнал генератора подается на базы Q1, Q2 BJT, которые представляют собой стандартный малосигнальный транзистор BC547, расположенный в качестве буферных / инверторных каскадов для точного управления основным каскадом MOSFET.

По умолчанию транзисторы BC547 находятся во включенном состоянии через их соответствующие базовые потенциалы резистивного делителя.

Это означает, что в состоянии покоя, без сигналов генератора, полевые МОП-транзисторы с P-каналом всегда включены, а полевые МОП-транзисторы с N-каналами всегда выключены. В этой ситуации нагрузка в центре, которая представляет собой первичную обмотку трансформатора, не получает питания и остается выключенной.

Когда тактовые сигналы подаются в указанные точки, отрицательные сигналы тактовых импульсов фактически заземляют базовое напряжение транзисторов BC547 через конденсатор емкостью 100 мкФ.

Это происходит поочередно, в результате чего N-канальный MOSFET одного из плеч H-моста включается. Теперь, поскольку полевой МОП-транзистор с Р-каналом на другом плече моста уже включен, он позволяет одновременно включать МОП-транзистор с Р-каналом и один полевой МОП-транзистор с N-каналом на диагональных сторонах, заставляя напряжение питания течь через эти МОП-транзисторы и первичная обмотка трансформатора в одном направлении.

Для второго альтернативного синхросигнала то же действие повторяется, но для другого диагонального плеча моста, заставляя питание течь через первичную обмотку трансформатора в другом направлении.

Схема переключения точно такая же, как у любого стандартного H-моста, как показано на следующем рисунке:

Это триггерное переключение полевых МОП-транзисторов каналов P и N на левом / правом диагональных плечах продолжает повторяться в ответ на входные переменные тактовые сигналы от каскада генератора.

В результате первичная обмотка трансформатора также переключается по той же схеме, заставляя прямоугольную волну переменного тока 12 В проходить через ее первичную обмотку, которая соответственно преобразуется в прямоугольную волну 220 В или 120 В переменного тока через вторичную обмотку трансформатора.

Частота зависит от частоты входного сигнала генератора, которая может составлять 50 Гц для выхода 220 В и 60 Гц для выхода 120 В переменного тока.

Какую схему генератора можно использовать

Сигнал генератора может быть от любой цифровой схемы на основе ИС, например от IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 и т. Д.

Четное транзисторный нестабильный Схема может быть эффективно использована для схемы генератора.

Следующий пример схемы генератора может быть идеально использован с описанным выше полным мостовым модулем. Генератор имеет фиксированный выход на 50 Гц через кварцевый преобразователь.

Контакт заземления IC2 по ошибке не показан на схеме. Подключите контакт №8 микросхемы IC2 к контакту №8,12 линии IC1, чтобы убедиться, что IC2 получает потенциал земли. Это заземление также должно быть соединено с линией заземления модуля H-моста.