وحدة تشغيل Easy H-Bridge MOSFET للمحركات والمحركات

جرب أداة القضاء على المشاكل





إذا كنت تتساءل عما إذا كانت هناك طريقة سهلة لتنفيذ دائرة سائق H-bridge دون استخدام المجمع التمهيد المرحلة ، ستحل الفكرة التالية استفسارك بدقة.

في هذه المقالة نتعلم كيفية بناء دائرة سائق MOSFET ذات جسر كامل أو H-bridge ، وذلك باستخدام وحدات MOSFET ذات القناة P و N ، والتي يمكن استخدامها لصنع دوائر تشغيل عالية الكفاءة من أجل المحركات ، محولات والعديد من محولات الطاقة المختلفة.



تتخلص الفكرة حصريًا من طوبولوجيا برنامج تشغيل الجسر H ذي 4 قنوات N القياسية ، والتي تعتمد بشكل حتمي على شبكة التمهيد المعقدة.

مزايا وعيوب تصميم الجسر الكامل القياسي N-Channel

نحن نعلم أن برامج تشغيل MOSFET ذات الجسر الكامل يتم تحقيقها على أفضل وجه من خلال دمج N-channel MOSFETs لجميع الأجهزة الأربعة في النظام. الميزة الرئيسية هي الدرجة العالية من الكفاءة التي توفرها هذه الأنظمة من حيث نقل الطاقة وتبديد الحرارة.



هذا بسبب الحقيقة بأن N- قناة MOSFETs مع الحد الأدنى من مقاومة RDSon عبر محطات مصدر التصريف الخاصة بهم ، مما يضمن الحد الأدنى من المقاومة للتيار ، مما يسمح بتبديد أقل للحرارة ومبددات حرارة أصغر على الأجهزة.

ومع ذلك ، فإن تنفيذ ما سبق ليس بالأمر السهل ، نظرًا لأن جميع الأجهزة ذات القنوات الأربعة لا يمكنها توصيل وتشغيل الحمل المركزي دون وجود شبكة تمهيدية ثنائية / مكثف متصلة بالتصميم.

تتطلب شبكة Bootstrapping بعض العمليات الحسابية ، ووضعًا صعبًا للمكونات لضمان عمل الأنظمة بشكل صحيح. يبدو أن هذا هو العيب الرئيسي لطوبولوجيا الجسر H القائمة على MOSFET ذات 4 قنوات ، والتي يجد المستخدمون العاديون صعوبة في تكوينها وتنفيذها.

نهج بديل

هناك طريقة بديلة لصنع وحدة تشغيل سهلة وعالمية على شكل جسر H والتي تعد بكفاءة عالية ومع ذلك تتخلص من التمهيد المعقد من خلال التخلص من اثنين من MOSFETs ذات القناة العالية الجانب واستبدالها بنظيراتها من القناة P.

قد يتساءل المرء ، إذا كان الأمر سهلًا وفعالًا ، فلماذا لا يكون التصميم القياسي الموصى به؟ الإجابة هي ، على الرغم من أن الطريقة تبدو أبسط ، إلا أن هناك بعض الجوانب السلبية التي قد تؤدي إلى انخفاض الكفاءة في هذا النوع من تكوين الجسر الكامل باستخدام مجموعة P و N MOSFET للقناة.

أولا ، MOSFETs ذات القناة P عادة ما تكون مقاومة RDSon أعلى التصنيف مقارنةً بـ N-channel MOSFETs ، مما قد يؤدي إلى تبديد غير متساوٍ للحرارة على الأجهزة ونتائج إخراج غير متوقعة. قد يكون الخطر الثاني هو ظاهرة إطلاق النار ، والتي يمكن أن تسبب ضررًا فوريًا للأجهزة.

ومع ذلك ، من الأسهل بكثير الاهتمام بالعقبتين المذكورتين أعلاه من تصميم دائرة تمهيدية مشكوك فيها.

يمكن التخلص من المسألتين المذكورتين أعلاه من خلال:

  1. اختيار P-channel MOSFETs بأقل مواصفات RDSon ، والتي قد تكون مساوية تقريبًا لتصنيف RDSon لأجهزة N-channel التكميلية. على سبيل المثال ، في تصميمنا المقترح ، يمكنك العثور على IRF4905 قيد الاستخدام لوحدات MOSFET ذات القناة P ، والتي تم تصنيفها بمقاومة RDSon منخفضة بشكل مثير للإعجاب تبلغ 0.02 أوم.
  2. مواجهة إطلاق النار عن طريق إضافة مراحل المخزن المؤقت المناسبة ، وباستخدام إشارة مذبذب من مصدر رقمي موثوق.

برنامج تشغيل Easy Universal H-Bridge MOSFET

تُظهر الصورة التالية دائرة تشغيل MOSFET MOSFET العالمية القائمة على القناة P / N ، والتي يبدو أنها مصممة لتوفير أقصى قدر من الكفاءة مع الحد الأدنى من المخاطر.

كيف تعمل

إن عمل تصميم الجسر H أعلاه أساسي إلى حد كبير. الفكرة هي الأنسب لتطبيقات العاكس لتحويل تيار مستمر منخفض الطاقة إلى تيار متردد بمستوى التيار المتردد بكفاءة.

يتم الحصول على مصدر الطاقة 12 فولت من أي مصدر طاقة مرغوب فيه ، مثل البطارية أو الألواح الشمسية لتطبيق العاكس.

يتم تكييف الإمداد بشكل مناسب باستخدام مكثف مرشح 4700 فائق التوهج ومن خلال المقاوم الحد الحالي 22 أوم وزينر 12 فولت لمزيد من الاستقرار.

يتم استخدام DC المستقر لتشغيل دائرة المذبذب ، مما يضمن عدم تأثر عملها بعبارات التبديل من العاكس.

يتم تغذية خرج الساعة البديل من المذبذب إلى قواعد Q1 و Q2 BJTs وهي إشارة صغيرة قياسية BC547 ترانزستور موضوعة كمراحل عازلة / عاكس لقيادة مرحلة MOSFET الرئيسية بدقة.

بشكل افتراضي ، تكون الترانزستورات BC547 في حالة التبديل ON ، من خلال إمكانات فاصل المقاومة القاعدية الخاصة بها.

هذا يعني أنه في حالة الخمول ، بدون إشارات المذبذب ، يتم دائمًا تشغيل وحدات MOSFET للقناة P ، بينما يتم إيقاف تشغيل MOSFETs N-channel دائمًا. في هذه الحالة ، لا يحصل الحمل في المركز ، وهو عبارة عن ملف أولي للمحول ، على طاقة ويظل مغلقًا.

عندما يتم تغذية إشارات الساعة إلى النقاط المشار إليها ، فإن الإشارات السالبة من نبضات الساعة تعمل فعليًا على تأريض الجهد الأساسي للترانزستورات BC547 عبر مكثف 100 فائق التوهج.

يحدث هذا بالتناوب ، مما يتسبب في تشغيل N-channel MOSFET من أحد أذرع جسر H. الآن ، نظرًا لأن P-channel MOSFET على الذراع الآخر من الجسر قد تم تشغيله بالفعل ، فإنه يمكّن MOSFET واحد P-channel و N-channel MOSFET عبر الجوانب القطرية من التبديل في وقت واحد ، مما يتسبب في تدفق جهد الإمداد عبر هذه MOSFETs والأولية للمحول في اتجاه واحد.

بالنسبة لإشارة الساعة البديلة الثانية ، يتكرر نفس الإجراء ، ولكن بالنسبة للذراع القطري الآخر للجسر ، مما يتسبب في تدفق الإمداد عبر المحول الأساسي في الاتجاه الآخر.

يشبه نمط التحويل تمامًا أي جسر H قياسي ، كما هو موضح في الشكل التالي:

يستمر هذا التبديل المتقلب لقناة P و N عبر الأذرع القطرية اليسرى / اليمنى في التكرار استجابةً لمدخلات إشارة الساعة البديلة من مرحلة المذبذب.

نتيجة لذلك ، يتم أيضًا تبديل المحول الأساسي في نفس النمط مما يتسبب في تدفق موجة مربعة من التيار المتردد 12 فولت عبر الموجة الأولية ، والتي يتم تحويلها بالمقابل إلى موجة مربعة 220 فولت أو 120 فولت تيار متردد عبر ثانوية المحول.

يعتمد التردد على تردد إدخال إشارة المذبذب والذي يمكن أن يكون 50 هرتز لإخراج 220 فولت و 60 هرتز لإخراج 120 فولت تيار متردد ،

أي دائرة مذبذب يمكن استخدامها

يمكن أن تكون إشارة المذبذب من أي تصميم رقمي قائم على IC ، مثل IC 4047 ، SG3525 ، TL494 ، IC 4017/555 ، IC 4013 إلخ.

حتى مستقرة الترانزستور يمكن استخدام الدائرة بشكل فعال لدائرة المذبذب.

يمكن استخدام مثال دائرة المذبذب التالي بشكل مثالي مع وحدة الجسر الكامل التي تمت مناقشتها أعلاه. المذبذب له خرج ثابت عند 50 هرتز ، من خلال محول بلوري.

لم يظهر الدبوس الأرضي لـ IC2 عن طريق الخطأ في الرسم التخطيطي. يرجى توصيل دبوس رقم 8 من IC2 بخط رقم دبوس 8،12 من IC1 ، لضمان حصول IC2 على إمكانات الأرض. يجب أيضًا ربط هذه الأرض بالخط الأرضي لوحدة H-bridge.




السابق: ما هو IGBT: العمل ، تبديل الخصائص ، SOA ، بوابة المقاومة ، الصيغ التالي: تحويل اشتعال الشرارة المهدرة إلى شرارة متسلسلة ، من أجل احتراق عالي الكفاءة