Mạch biến tần toàn cầu (H-Bridge) Arduino

Một mạch biến tần toàn cầu Arduino dựa trên Bộ vi xử lý đơn giản nhưng hữu ích có thể được xây dựng bằng cách lập trình bảng Arduino với SPWM và bằng cách tích hợp một vài mosfet với cấu trúc liên kết cầu H, hãy cùng tìm hiểu chi tiết bên dưới:

Trong một trong những bài viết trước đó của chúng tôi, chúng tôi đã học toàn diện cách xây dựng biến tần sóng sin Arduino đơn giản , ở đây chúng ta sẽ xem cách áp dụng cùng một dự án Arduino để xây dựng cầu đầy đủ đơn giản hoặc mạch nghịch lưu cầu H.

Sử dụng P-Channel và N-Channel Mosfets

Để đơn giản hóa mọi thứ, chúng tôi sẽ sử dụng các Mosfet kênh P cho các Mosfet cạnh cao và Mosfet kênh N cho các Mosfet bên thấp, điều này sẽ cho phép chúng tôi tránh giai đoạn khởi động phức tạp và cho phép tích hợp trực tiếp tín hiệu Arduino với các Mosfet.

Thông thường MOSFET kênh N được sử dụng trong khi thiết kế biến tần dựa trên cầu đầy đủ , đảm bảo chuyển đổi dòng điện lý tưởng nhất qua các mosfet và tải, đồng thời đảm bảo điều kiện làm việc an toàn hơn nhiều cho các mosfet.

Tuy nhiên khi kết hợp và MOSFET kênh p và n được sử dụng , nguy cơ bắn xuyên qua và các yếu tố tương tự khác trên các Mosfet trở thành một vấn đề nghiêm trọng.

Phải nói rằng, nếu các giai đoạn chuyển đổi được bảo vệ thích hợp với thời gian chết nhỏ, việc chuyển đổi có thể được thực hiện an toàn nhất có thể và có thể tránh được việc thổi các mosfet.

Trong thiết kế này, tôi đã đặc biệt sử dụng các cổng NAND kích hoạt Schmidt sử dụng IC 4093 để đảm bảo rằng việc chuyển đổi qua hai kênh được rõ ràng và nó không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ loại quá độ giả hoặc nhiễu tín hiệu thấp nào.

Hoạt động logic của cổng N1-N4

Khi chân 9 là mức logic 1 và chân 8 là mức logic 0

• Đầu ra N1 là 0, p-MOSFET phía trên bên trái là BẬT, đầu ra N2 là 1, n-MOSFET phía dưới bên phải là BẬT.
• Đầu ra N3 là 1, Trên cùng bên phải p-MOSFET là TẮT, đầu ra N4 là 0, Dưới bên trái n-MOSFET là TẮT.
• Trình tự giống hệt nhau xảy ra đối với các MOSFET được kết nối chéo khác, khi chân 9 là mức logic 0 và chân 8 là mức logic 1

Làm thế nào nó hoạt động

Như thể hiện trong hình trên, có thể hiểu hoạt động của biến tần sinewave cầu đầy đủ dựa trên Arduino này với sự trợ giúp của các điểm sau:

Arduino được lập trình để tạo ra các đầu ra SPWM được định dạng thích hợp từ chân số 8 và chân số 9.

Trong khi một trong các chân đang tạo SPWM, chân bổ sung được giữ ở mức thấp.

Các đầu ra tương ứng từ các sơ đồ chân được đề cập ở trên được xử lý thông qua các cổng NAND kích hoạt Schmidt (N1 --- N4) từ IC 4093. Tất cả các cổng được bố trí dưới dạng bộ nghịch lưu với phản hồi Schmidt và được cấp cho các mosfet liên quan của trình điều khiển cầu đầy đủ mạng lưới.

Trong khi chân số 9 tạo ra các SPWM, N1 đảo ngược các SPWM và đảm bảo các mosfet bên cao có liên quan đáp ứng và dẫn đến logic cao của SPWM và N2 đảm bảo mosfet kênh N phía thấp cũng làm như vậy.

Trong thời gian này, chân số 8 được giữ ở mức logic 0 (không hoạt động), được giải thích một cách thích hợp bởi N3 N4 để đảm bảo rằng cặp mosfet bổ sung khác của cầu H vẫn hoàn toàn TẮT.

Các tiêu chí trên được lặp lại giống hệt nhau khi thế hệ SPWM chuyển sang chân số 8 từ chân số 9 và các điều kiện đã thiết lập liên tục được lặp lại trên các sơ đồ chân của Arduino và cặp mosfet cầu đầy đủ .

Thông số kỹ thuật pin

Thông số kỹ thuật pin được chọn cho mạch biến tần sinewave cầu đầy đủ Arduino nhất định là 24V / 100Ah, tuy nhiên có thể chọn bất kỳ thông số kỹ thuật mong muốn nào khác cho pin theo sở thích của người dùng.

Thông số điện áp sơ cấp của transforer phải thấp hơn một chút so với điện áp của pin để đảm bảo rằng SPWM RMS tạo ra một cách tương ứng khoảng 220V đến 240V ở thứ cấp của máy biến áp.

Toàn bộ mã chương trình được cung cấp trong bài viết sau:

Mã SPWM Sinewave

4093 sơ đồ chân IC

Chi tiết sơ đồ chân IRF540 (IRF9540 cũng sẽ có cấu hình sơ đồ chân tương tự)

Một giải pháp thay thế toàn cầu dễ dàng hơn

Hình dưới đây cho thấy một thiết kế cầu chữ H thay thế sử dụng MOSFET kênh P và N, không phụ thuộc vào IC, thay vào đó sử dụng BJT thông thường làm trình điều khiển để cách ly các MOSFET.

Các tín hiệu đồng hồ thay thế được cung cấp từ Bảng Arduino , trong khi các đầu ra tích cực và tiêu cực từ mạch trên được cung cấp cho đầu vào DC của Arduino.