Mô-đun điều khiển MOSFET H-Bridge dễ dàng cho Biến tần và Động cơ

Nếu bạn đang tự hỏi liệu có cách nào dễ dàng để triển khai mạch điều khiển cầu H mà không cần sử dụng phức tạp bootstrapping , ý tưởng sau đây sẽ giải quyết chính xác truy vấn của bạn.

Trong bài viết này, chúng ta tìm hiểu cách xây dựng mạch trình điều khiển MOSFET toàn cầu hoặc H-cầu đa năng, sử dụng MOSFET kênh P và kênh N, có thể được sử dụng để tạo mạch điều khiển hiệu quả cao cho động cơ , biến tần , và nhiều bộ chuyển đổi nguồn khác nhau.

Ý tưởng độc quyền loại bỏ cấu trúc liên kết trình điều khiển cầu H 4 kênh N tiêu chuẩn, vốn phụ thuộc chủ yếu vào mạng khởi động phức tạp.

Ưu điểm và nhược điểm của thiết kế toàn cầu kênh N tiêu chuẩn

Chúng tôi biết rằng trình điều khiển MOSFET toàn cầu đạt được tốt nhất bằng cách kết hợp MOSFET kênh N cho tất cả 4 thiết bị trong hệ thống. Ưu điểm chính là mức độ hiệu quả cao được cung cấp bởi các hệ thống này về truyền điện và tản nhiệt.

Điều này là do thực tế rằng MOSFET kênh N được chỉ định với điện trở RDSon tối thiểu trên các đầu nối nguồn thoát của chúng, đảm bảo khả năng chống dòng điện tối thiểu, cho phép tản nhiệt nhỏ hơn và tản nhiệt nhỏ hơn trên thiết bị.

Tuy nhiên, việc thực hiện các điều trên là không dễ dàng, vì tất cả các thiết bị 4 kênh không thể dẫn và vận hành tải trung tâm nếu không có mạng khởi động diode / tụ điện đi kèm theo thiết kế.

Mạng khởi động yêu cầu một số tính toán và vị trí phức tạp của các thành phần để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động chính xác. Đây dường như là nhược điểm chính của cấu trúc liên kết cầu H dựa trên MOSFET 4 kênh mà người dùng thông thường cảm thấy khó khăn trong việc cấu hình và triển khai.

Một cách tiếp cận thay thế

Một cách tiếp cận thay thế để tạo ra một mô-đun trình điều khiển cầu H dễ dàng và phổ biến, hứa hẹn hiệu quả cao nhưng vẫn loại bỏ cấu trúc khởi động phức tạp là loại bỏ hai MOSFET kênh N cạnh cao và thay thế chúng bằng các đối tác kênh P.

Người ta có thể tự hỏi, nếu nó dễ dàng và hiệu quả như vậy thì tại sao nó không phải là một thiết kế được đề xuất tiêu chuẩn? Câu trả lời là, mặc dù cách tiếp cận trông đơn giản hơn nhưng có một số nhược điểm có thể gây ra hiệu quả thấp hơn trong loại cấu hình cầu đầy đủ sử dụng combo MOSFET kênh P và N.

Thứ nhất, MOSFET kênh P thường kháng RDSon cao hơn so với MOSFET kênh N, có thể dẫn đến tản nhiệt không đồng đều trên thiết bị và kết quả đầu ra không thể đoán trước. Nguy hiểm thứ hai có thể là hiện tượng bắn xuyên qua, có thể gây hư hỏng thiết bị ngay lập tức.

Điều đó nói lên rằng, việc giải quyết hai rào cản trên sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc thiết kế một mạch khởi động xúc xắc.

Hai vấn đề trên có thể được loại bỏ bằng cách:

1. Chọn MOSFET kênh P có thông số kỹ thuật RDSon thấp nhất, có thể gần bằng định mức RDSon của các thiết bị kênh N bổ sung. Ví dụ: trong thiết kế được đề xuất của chúng tôi, bạn có thể thấy IRF4905 đang được sử dụng cho MOSFET kênh P, được đánh giá với điện trở RDSon thấp ấn tượng là 0,02 Ohms.
2. Chống lại sự bắn qua bằng cách thêm các giai đoạn đệm thích hợp và bằng cách sử dụng tín hiệu dao động từ nguồn kỹ thuật số đáng tin cậy.

Trình điều khiển MOSFET H-Bridge đa năng dễ dàng

Hình ảnh sau đây cho thấy mạch điều khiển MOSFET cầu H đa năng dựa trên kênh P / kênh N, dường như được thiết kế để mang lại hiệu quả tối đa với rủi ro tối thiểu.

Làm thế nào nó hoạt động

Hoạt động của thiết kế cầu H ở trên là khá cơ bản. Ý tưởng này phù hợp nhất cho các ứng dụng biến tần để chuyển đổi hiệu quả nguồn điện một chiều DC thành nguồn điện AC.

Nguồn cung cấp 12V được lấy từ bất kỳ nguồn điện mong muốn nào, chẳng hạn như từ pin hoặc bảng điều khiển năng lượng mặt trời cho ứng dụng biến tần.

Nguồn cung cấp được điều chỉnh thích hợp bằng cách sử dụng tụ lọc 4700 uF và thông qua điện trở giới hạn dòng 22 ohm và một zener 12V để ổn định thêm.

DC ổn định được sử dụng để cấp nguồn cho mạch dao động, đảm bảo rằng hoạt động của nó không bị ảnh hưởng bởi quá trình chuyển đổi từ biến tần.

Đầu ra xung nhịp thay thế từ bộ dao động được đưa đến các chân đế của Q1, Q2 BJT là bóng bán dẫn BC547 tín hiệu nhỏ tiêu chuẩn được định vị như các giai đoạn đệm / biến tần để điều khiển giai đoạn MOSFET chính với độ chính xác.

Theo mặc định, các bóng bán dẫn BC547 ở trong điều kiện BẬT được chuyển mạch, thông qua các điện thế bộ chia điện trở cơ bản tương ứng của chúng.

Điều này có nghĩa là trong điều kiện không hoạt động, không có tín hiệu dao động, MOSFET kênh P luôn được BẬT, trong khi MOSFET kênh N luôn TẮT. Trong tình huống này, tải ở tâm, là cuộn sơ cấp của máy biến áp không có điện và vẫn ở trạng thái TẮT.

Khi tín hiệu đồng hồ được đưa đến các điểm được chỉ định, các tín hiệu âm từ xung đồng hồ thực sự nối đất điện áp cơ bản của bóng bán dẫn BC547 thông qua tụ điện 100 uF.

Điều này xảy ra luân phiên, khiến MOSFET kênh N từ một trong các nhánh của cầu H BẬT. Bây giờ, vì MOSFET kênh P trên nhánh bên kia của cầu đã được BẬT, cho phép một MOSFET kênh P và một MOSFET kênh N trên các cạnh chéo được BẬT đồng thời, làm cho điện áp nguồn chạy qua các MOSFET và sơ cấp của máy biến áp theo một hướng.

Đối với tín hiệu xung nhịp thay thế thứ hai, hành động tương tự lặp lại, nhưng đối với nhánh chéo khác của cầu khiến nguồn cung cấp chảy qua sơ cấp máy biến áp theo hướng khác.

Mô hình chuyển mạch hoàn toàn giống với bất kỳ cầu H tiêu chuẩn nào, như được mô tả trong hình sau:

Việc chuyển đổi flip-flop này của MOSFET kênh P và N qua các nhánh chéo trái / phải tiếp tục lặp lại để đáp ứng với các đầu vào tín hiệu xung nhịp thay thế từ giai đoạn dao động.

Do đó, cuộn sơ cấp của máy biến áp cũng được chuyển đổi theo cùng một kiểu làm cho một sóng vuông AC 12V chạy qua cuộn sơ cấp của nó, sóng vuông này được chuyển đổi tương ứng thành sóng vuông AC 220 V hoặc 120 V trên cuộn thứ cấp của máy biến áp.

Tần số phụ thuộc vào tần số của đầu vào tín hiệu dao động, có thể là 50 Hz cho đầu ra 220 V và 60 Hz cho đầu ra 120 V AC,

Mạch dao động nào có thể được sử dụng

Tín hiệu dao động có thể từ bất kỳ thiết kế dựa trên vi mạch kỹ thuật số nào, chẳng hạn như từ IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013, v.v.

Cũng transistorized đáng kinh ngạc mạch có thể sử dụng hiệu quả cho mạch dao động.

Ví dụ về mạch dao động sau đây có thể được sử dụng lý tưởng với mô-đun cầu đầy đủ đã thảo luận ở trên. Bộ dao động có một đầu ra cố định ở tần số 50 Hz, thông qua một bộ chuyển đổi tinh thể.

Chân nối đất của IC2 bị nhầm không hiển thị trong sơ đồ. Vui lòng kết nối chân số 8 của IC2 với chân số 8,12 dòng của IC1, để đảm bảo rằng IC2 nhận được điện thế nối đất. Mặt đất này cũng phải được nối với đường đất của mô-đun cầu H.