Circuit d'inverseur de pont en H utilisant 4 mosfets à canal N

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Le post suivant décrit un circuit onduleur à onde sinusoïdale modifiée à pont en H utilisant quatre mosfets à canal n. Apprenons-en plus sur le fonctionnement du circuit.

Le concept H-Bridge

Nous savons tous que parmi les différentes typologies d'onduleurs, le pont en H est le plus efficace, car il ne nécessite pas l'utilisation de transformateurs à prise centrale et permet l'utilisation de transformateurs à deux fils. Les résultats sont encore meilleurs lorsque quatre mosfets à canal N sont impliqués.



Avec un transformateur à deux fils connecté à un pont en H, l'enroulement associé est autorisé à passer par les oscillations push-pull d'une manière inverse vers l'avant. Cela offre une meilleure efficacité car le gain de courant pouvant être atteint ici devient plus élevé que les topologies de type prise centrale ordinaire.

Cependant, de meilleures choses ne sont jamais faciles à obtenir ou à mettre en œuvre. Lorsque des mosfets de type identique sont impliqués dans un réseau de ponts en H, les piloter efficacement devient un gros problème. Cela est principalement dû aux faits suivants:



Comme nous le savons, une topologie de pont en H incorpore quatre mosfets pour les opérations spécifiées. Les quatre étant des types à canal N, la conduite des mosfets supérieurs ou des mosfets du côté haut devient un problème.

En effet, pendant la conduction, les mosfets supérieurs subissent presque le même niveau de potentiel à leur borne source que la tension d'alimentation, en raison de la présence de la résistance de charge à la borne source.

Cela signifie que les mosfets supérieurs rencontrent des niveaux de tension similaires à leur porte et à leur source lorsqu'ils fonctionnent.

Étant donné que, selon les spécifications, la tension de la source doit être proche du potentiel de la terre pour une conduction efficace, la situation empêche instantanément le mosfet particulier de conduire et l'ensemble du circuit se bloque.

Afin de commuter efficacement les mosfets supérieurs, ils doivent être appliqués avec une tension de grille d'au moins 6 V supérieure à la tension d'alimentation disponible.

Cela signifie que si la tension d'alimentation est de 12V, nous aurions besoin d'au moins 18-20V à la porte des mosfets du côté haut.

Utilisation de 4 Mosfets N-Channel pour l'onduleur

Le circuit inverseur à pont en H proposé ayant des mosfets à 4 canaux n tente de surmonter ce problème en introduisant un réseau d'amorçage à tension plus élevée pour faire fonctionner les mosfets côté haut.

Les portes N1, N2, N3, N4 NOT de l'IC 4049 sont agencées comme un circuit doubleur de tension, qui génère environ 20 volts à partir de l'alimentation 12V disponible.

Cette tension est appliquée aux mosfets côté haut via un couple de transistors NPN.

Les mosfets côté bas reçoivent les tensions de grille directement des sources respectives.

La fréquence oscillante (mât totémique) est dérivée d'un IC à compteur à décades standard, l'IC 4017.

Nous savons que l'IC 4017 génère des sorties élevées de séquençage sur ses 10 broches de sortie spécifiées. La logique de séquencement s'arrête ensuite lorsqu'elle passe d'une broche à l'autre.

Ici, toutes les 10 sorties sont utilisées afin que l'IC n'ait jamais le risque de produire une commutation incorrecte de ses broches de sortie.

Les groupes de trois sorties alimentés aux mosfets maintiennent la largeur d'impulsion à des dimensions raisonnables. La fonctionnalité offre également à l'utilisateur la possibilité de modifier la largeur d'impulsion qui est transmise aux mosfets.

En réduisant le nombre de sorties vers les mosfets respectifs, la largeur d'impulsion peut être efficacement réduite et vice versa.

Cela signifie que le RMS est modifiable ici dans une certaine mesure, et rend le circuit une capacité de circuit sinusoïdale modifiée.

Les horloges de l'IC 4017 proviennent du réseau d'oscillateurs d'amorçage lui-même.

La fréquence d'oscillation du circuit d'amorçage est intentionnellement fixée à 1 kHz, de sorte qu'elle devient également applicable pour commander l'IC4017, qui fournit finalement une sortie d'environ 50 Hz au circuit inverseur à pont H à 4 canaux N connecté.

La conception proposée peut être beaucoup simplifiée comme indiqué ici:

https://homemade-circuits.com/2013/05/full-bridge-1-kva-inverter-circuit.html

Le prochain onduleur à onde sinusoïdale modifiée simple pont complet ou demi-pont a également été développé par moi. L'idée n'incorpore pas les mosfets 2 canaux P et 2 n canaux pour la configuration du pont en H et implémente efficacement toutes les fonctions nécessaires sans problème.

Brochage IC 4049

Comment le circuit de l'onduleur est configuré par étapes

Le circuit peut être essentiellement divisé en trois étapes, à savoir. L'étage oscillateur, l'étage pilote et l'étage de sortie mosfet en pont complet.

En regardant le schéma de circuit illustré, l'idée peut être expliquée avec les points suivants:

IC1 qui est l'IC555 est câblé dans son mode astable standard, et est responsable de la génération des impulsions ou des oscillations requises.

Les valeurs de P1 et C1 déterminent la fréquence et le rapport cyclique des oscillations générées.

IC2, qui est un compteur / diviseur de décades IC4017, remplit deux fonctions: l'optimisation de la forme d'onde et la fourniture d'un déclenchement sûr pour l'étage de pont complet.

Fournir un déclenchement sûr pour les mosfets est la fonction la plus importante qui est effectuée par IC2. Apprenons comment il est mis en œuvre.

Comment l'IC 4017 est conçu pour fonctionner

Comme nous le savons tous, la sortie des séquences IC4017 en réponse à chaque horloge de front montant appliqué à sa broche d'entrée # 14.

Les impulsions de IC1 initient le processus de séquençage de telle sorte que les impulsions sautent d'une broche à l'autre dans l'ordre suivant: 3-2-4-7-1. Cela signifie qu'en réponse à chaque impulsion d'entrée alimentée, la sortie de l'IC4017 deviendra élevée de la broche n ° 3 à la broche n ° 1 et le cycle se répétera tant que l'entrée sur la broche n ° 14 persiste.

Une fois que la sortie atteint la broche n ° 1, elle est réinitialisée via la broche n ° 15, de sorte que le cycle puisse se répéter à partir de la broche n ° 3.

Au moment où la broche n ° 3 est haute, rien ne conduit à la sortie.

Au moment où l'impulsion ci-dessus saute à la broche n ° 2, elle devient haute, ce qui active T4 (le mosfet à canal N répond au signal positif), simultanément le transistor T1 conduit également, son collecteur passe à l'état bas qui au même instant allume T5, qui est un Le mosfet à canal P répond au signal bas au collecteur de T1.

Avec T4 et T5 ON, le courant passe de la borne positive à travers l'enroulement TR1 du transformateur concerné vers la borne de terre. Cela pousse le courant à travers TR1 dans une direction (de droite à gauche).

À l'instant suivant, l'impulsion passe de la broche n ° 2 à la broche n ° 4, puisque ce brochage est vide, une fois de plus rien ne conduit.

Cependant, lorsque la séquence saute de la broche # 4 à la broche # 7, T2 conduit et répète les fonctions de T1 mais dans le sens inverse. C'est-à-dire que cette fois T3 et T6 conduisent la commutation du courant à travers TR1 dans la direction opposée (de gauche à droite). Le cycle termine le fonctionnement du pont en H avec succès.

Enfin, l'impulsion saute de la broche ci-dessus à la broche n ° 1 où elle est réinitialisée à la broche n ° 3 et le cycle se répète.

L'espace vide à la broche n ° 4 est le plus crucial, car il protège les mosfets de tout `` tir à travers '' possible et assure un fonctionnement 100% impeccable du pont complet en évitant le besoin et l'implication de pilotes de mosfet compliqués.

Le brochage vide permet également de mettre en œuvre la forme d'onde sinusoïdale brute modifiée typique requise, comme indiqué dans le diagramme.

Le transfert de l'impulsion à travers l'IC4017 de sa broche n ° 3 à la broche n ° 1 constitue un cycle, qui doit se répéter 50 ou 60 fois afin de générer les cycles nécessaires de 50 Hz ou 60 Hz à la sortie de TR1.

Par conséquent, multiplier le nombre de broches par 50 donne 4 x 50 = 200 Hz. Il s'agit de la fréquence qui doit être réglée à l'entrée de IC2 ou à la sortie de IC1.

La fréquence peut être facilement réglée à l'aide de P1.

La conception de circuit inverseur à onde sinusoïdale modifiée à pont complet proposé peut être modifiée de nombreuses manières différentes selon les préférences individuelles.

Le rapport d'espace de marque de IC1 a-t-il un effet sur les caractéristiques d'impulsion? ... chose à méditer.

Schéma

Circuit inverseur à onde sinusoïdale modifiée simple pont en H

Liste des pièces

R2, R3, R4, R5 = 1K

R1, P1, C2 = doit être calculé à 50Hz en utilisant cette calculatrice IC 555

C2 = 10 nF

T1, T2 = BC547

T3, T5 = IRF9540
T4, T6 = IRF540

IC1 = IC 555

IC2 = 4017

Forme d'onde supposée




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