Module de pilote MOSFET Easy H-Bridge pour onduleurs et moteurs

Si vous vous demandez s'il existe un moyen simple d'implémenter un circuit pilote de pont en H sans utiliser le complexe amorçage étape, l'idée suivante résoudra précisément votre requête.

Dans cet article, nous apprenons à construire un circuit de pilote MOSFET universel à pont complet ou à pont en H, à l'aide de MOSFET à canal P et à canal N, qui peuvent être utilisés pour créer des circuits de commande à haut rendement pour moteurs , onduleurs , et de nombreux convertisseurs de puissance différents.

L'idée se débarrasse exclusivement de la topologie standard de pilote de pont en H à 4 canaux N, qui dépend impérativement du réseau d'amorçage complexe.

Avantages et inconvénients de la conception standard de pont complet à canal N

Nous savons que les pilotes MOSFET en pont complet sont mieux obtenus en incorporant des MOSFET à canal N pour les 4 périphériques du système. Le principal avantage étant le haut degré d'efficacité procuré par ces systèmes en termes de transfert de puissance et de dissipation thermique.

Cela est dû au fait que MOSFET à canal N sont spécifiés avec une résistance RDSon minimale sur leurs bornes de source de drain, garantissant une résistance minimale au courant, permettant une dissipation thermique plus petite et des dissipateurs thermiques plus petits sur les appareils.

Cependant, la mise en œuvre de ce qui précède n'est pas facile, car tous les dispositifs à 4 canaux ne peuvent pas conduire et faire fonctionner la charge centrale sans avoir un réseau d'amorçage à diode / condensateur attaché à la conception.

L'amorçage du réseau nécessite des calculs et un placement délicat des composants pour s'assurer que les systèmes fonctionnent correctement. Cela semble être le principal inconvénient d'une topologie de pont en H à base de MOSFET à 4 canaux, que les utilisateurs communs trouvent difficile à configurer et à implémenter.

Une approche alternative

Une approche alternative pour créer un module de pilote de pont en H simple et universel qui promet une efficacité élevée tout en éliminant le bootstrap complexe consiste à éliminer les deux MOSFET à canal N côté haut et à les remplacer par leurs homologues à canal P.

On peut se demander, si c'est si simple et efficace, pourquoi n'est-ce pas une conception standard recommandée? La réponse est, bien que l'approche semble plus simple, il existe quelques inconvénients qui peuvent entraîner une efficacité moindre dans ce type de configuration de pont complet utilisant un combo MOSFET à canaux P et N.

Premièrement, le MOSFET à canal P, résistance RDSon généralement plus élevée par rapport aux MOSFET à canal N, ce qui peut entraîner une dissipation thermique inégale sur les appareils et des résultats de sortie imprévisibles. Le deuxième danger peut être un phénomène de tir, qui peut endommager instantanément les appareils.

Cela dit, il est beaucoup plus facile de résoudre les deux obstacles ci-dessus que de concevoir un circuit de démarrage risqué.

Les deux problèmes ci-dessus peuvent être éliminés en:

1. Sélection de MOSFET à canaux P avec les spécifications RDSon les plus basses, qui peuvent être presque égales à la classification RDSon des dispositifs à canal N complémentaires. Par exemple, dans notre conception proposée, vous pouvez trouver l'IRF4905 utilisé pour les MOSFET à canal P, qui sont évalués avec une résistance RDSon incroyablement faible de 0,02 Ohms.
2. Contrer le tir en ajoutant des étages de tampon appropriés et en utilisant le signal de l'oscillateur provenant d'une source numérique fiable.

Pilote MOSFET Easy Universal H-Bridge

L'image suivante montre le circuit d'attaque universel MOSFET à pont en H basé sur le canal P / canal N, qui semble être conçu pour fournir une efficacité maximale avec un minimum de risques.

Comment ça fonctionne

Le fonctionnement de la conception du pont en H ci-dessus est assez basique. L'idée est la mieux adaptée aux applications d'onduleur pour convertir efficacement un courant continu de faible puissance en courant alternatif de niveau secteur.

L'alimentation 12V est acquise à partir de toute source d'alimentation souhaitée, telle qu'une batterie ou un panneau solaire pour une application d'onduleur.

L'alimentation est conditionnée de manière appropriée à l'aide du condensateur de filtre de 4700 uF et à travers la résistance de limitation de courant de 22 ohms et un zener de 12 V pour une stabilisation supplémentaire.

Le CC stabilisé est utilisé pour alimenter le circuit de l'oscillateur, garantissant que son fonctionnement n'est pas affecté par les transitoires de commutation de l'onduleur.

La sortie d'horloge alternative de l'oscillateur est appliquée aux bases des BJT Q1, Q2 qui sont des transistors à petit signal BC547 standard positionnés en tant qu'étages tampon / inverseur pour commander l'étage MOSFET principal avec précision.

Par défaut, les transistors BC547 sont à l'état ON, via leurs potentiels de diviseur résistif de base respectifs.

Cela signifie que dans l'état de repos, sans les signaux d'oscillateur, les MOSFET à canal P sont toujours activés, tandis que les MOSFET à canal N sont toujours désactivés. Dans cette situation, la charge au centre, qui est un enroulement primaire du transformateur, n'est pas alimentée et reste désactivée.

Lorsque les signaux d'horloge sont envoyés aux points indiqués, les signaux négatifs des impulsions d'horloge mettent en fait à la masse la tension de base des transistors BC547 via le condensateur de 100 uF.

Cela se produit alternativement, provoquant l'activation du MOSFET à canal N de l'un des bras du pont en H. Maintenant, comme le MOSFET à canal P sur l'autre bras du pont est déjà allumé, permet à un MOSFET à canal P et à un MOSFET à canal N sur les côtés diagonaux d'être allumés simultanément, provoquant le passage de la tension d'alimentation à travers ces derniers. MOSFET et le primaire du transformateur dans une direction.

Pour le deuxième signal d'horloge alternatif, la même action se répète, mais pour l'autre bras diagonal du pont faisant passer l'alimentation à travers le primaire du transformateur dans l'autre sens.

Le schéma de commutation est exactement similaire à n'importe quel pont en H standard, comme illustré dans la figure suivante:

Cette commutation à bascule des MOSFET à canal P et N à travers les bras diagonaux gauche / droit continue de se répéter en réponse aux entrées de signal d'horloge alternées de l'étage d'oscillateur.

En conséquence, le primaire du transformateur est également commuté dans le même modèle, provoquant le passage d'une onde carrée de 12 V CA à travers son primaire, qui est en conséquence convertie en une onde carrée de 220 V ou 120 V CA à travers le secondaire du transformateur.

La fréquence dépend de la fréquence de l'entrée du signal de l'oscillateur qui peut être de 50 Hz pour une sortie 220 V et de 60 Hz pour une sortie 120 V CA,

Quel circuit oscillateur peut être utilisé

Le signal de l'oscillateur peut provenir de n'importe quelle conception basée sur un circuit intégré numérique, comme par exemple l'IC 4047, le SG3525, le TL494, l'IC 4017/555, l'IC 4013, etc.

Même transistorisé astable Le circuit peut être utilisé efficacement pour le circuit de l'oscillateur.

L'exemple de circuit oscillateur suivant peut être idéalement utilisé avec le module de pont complet décrit ci-dessus. L'oscillateur a une sortie fixe à 50 Hz, à travers un transducteur à cristal.

La broche de masse de IC2 n'est pas représentée par erreur dans le diagramme. Veuillez connecter la broche # 8 de IC2 avec la ligne de la broche # 8,12 de IC1, pour vous assurer que IC2 obtient le potentiel de masse. Cette masse doit également être reliée à la ligne de masse du module pont en H.