Si se pregunta si hay una manera fácil de implementar un circuito de controlador de puente H sin usar el complejo bootstrapping etapa, la siguiente idea resolverá con precisión su consulta.
En este artículo, aprendemos cómo construir un circuito controlador MOSFET universal de puente completo o puente H, utilizando MOSFET de canal P y canal N, que se pueden usar para hacer circuitos de controlador de alta eficiencia para motores , inversores y muchos convertidores de potencia diferentes.
La idea se deshace exclusivamente de la topología del controlador de puente H de 4 canales N estándar, que depende imperativamente de la compleja red de arranque.
Ventajas y desventajas del diseño estándar de puente completo de canal N
Sabemos que los controladores MOSFET de puente completo se logran mejor incorporando MOSFET de canal N para los 4 dispositivos del sistema. La principal ventaja es el alto grado de eficiencia que proporcionan estos sistemas en términos de transferencia de potencia y disipación de calor.
Esto se debe al hecho de que MOSFET de canal N se especifican con una resistencia RDSon mínima en sus terminales de fuente de drenaje, lo que garantiza una resistencia mínima a la corriente, lo que permite una disipación de calor más pequeña y disipadores de calor más pequeños en los dispositivos.
Sin embargo, implementar lo anterior no es fácil, ya que todos los dispositivos de 4 canales no pueden conducir y operar la carga central sin tener una red de arranque de diodo / capacitor conectada con el diseño.
La red de arranque requiere algunos cálculos y una ubicación complicada de los componentes para garantizar que los sistemas funcionen correctamente. Esta parece ser la principal desventaja de una topología de puente H basada en MOSFET de 4 canales, que los usuarios comunes encuentran difícil de configurar e implementar.
Un enfoque alternativo
Un enfoque alternativo para hacer un módulo controlador de puente en H fácil y universal que promete alta eficiencia y, sin embargo, se deshaga del complejo bootstrapping es eliminar los dos MOSFET de canal N del lado alto y reemplazarlos por sus homólogos de canal P.
Uno puede preguntarse, si es tan fácil y eficaz, ¿por qué no es un diseño estándar recomendado? La respuesta es que, aunque el enfoque parece más simple, hay algunas desventajas que pueden causar una menor eficiencia en este tipo de configuración de puente completo usando el combo MOSFET de canal P y N.
Primero, el Los MOSFET de canal P suelen ser más resistentes a RDSon clasificación en comparación con los MOSFET de canal N, lo que puede provocar una disipación de calor desigual en los dispositivos y resultados de salida impredecibles. El segundo peligro puede ser un fenómeno de disparos, que puede causar un daño instantáneo a los dispositivos.
Dicho esto, es mucho más fácil solucionar los dos obstáculos anteriores que diseñar un circuito de arranque arriesgado.
Los dos problemas anteriores se pueden eliminar mediante:
- Seleccionar MOSFET de canales P con las especificaciones RDSon más bajas, que pueden ser casi iguales a la clasificación RDSon de los dispositivos complementarios de canal N. Por ejemplo, en nuestro diseño propuesto, puede encontrar el IRF4905 que se utiliza para los MOSFET de canal P, que están clasificados con una resistencia RDSon impresionantemente baja de 0.02 ohmios.
- Contrarrestar el disparo mediante la adición de etapas de búfer adecuadas y el uso de la señal del oscilador de una fuente digital confiable.
Un controlador MOSFET Easy Universal H-Bridge
La siguiente imagen muestra el circuito controlador MOSFET de puente H universal basado en canal P / canal N, que parece estar diseñado para proporcionar la máxima eficiencia con riesgos mínimos.
Cómo funciona
El funcionamiento del diseño del puente en H anterior es bastante básico. La idea es más adecuada para aplicaciones de inversores para convertir de manera eficiente una CC de baja potencia en CA de nivel de red.
El suministro de 12V se adquiere de cualquier fuente de energía deseada, como una batería o un panel solar para una aplicación de inversor.
El suministro se acondiciona apropiadamente utilizando el condensador de filtro de 4700 uF y mediante la resistencia limitadora de corriente de 22 ohmios y un zener de 12 V para una mayor estabilización.
La CC estabilizada se utiliza para alimentar el circuito del oscilador, asegurando que su funcionamiento no se vea afectado por los transitorios de conmutación del inversor.
La salida de reloj alternativo del oscilador se alimenta a las bases de los BJT Q1, Q2, que son un transistor estándar BC547 de pequeña señal colocados como etapas de búfer / inversor para controlar la etapa principal del MOSFET con precisión.
Por defecto, los transistores BC547 están en la condición de ENCENDIDO, a través de sus respectivos potenciales divisores resistivos de base.
Esto significa que en la condición inactiva, sin las señales del oscilador, los MOSFET de canal P siempre están encendidos, mientras que los MOSFET de canal N siempre están apagados. En esta situación, la carga en el centro, que es un devanado primario del transformador, no recibe energía y permanece apagada.
Cuando las señales de reloj se envían a los puntos indicados, las señales negativas de los pulsos de reloj realmente conectan a tierra el voltaje base de los transistores BC547 a través del capacitor de 100 uF.
Esto sucede alternativamente, haciendo que el MOSFET de canal N de uno de los brazos del puente H se encienda. Ahora, dado que el MOSFET de canal P en el otro brazo del puente ya está encendido, permite que un MOSFET de canal P y un MOSFET de canal N en los lados diagonales se enciendan simultáneamente, lo que hace que el voltaje de suministro fluya a través de estos MOSFET y el primario del transformador en una dirección.
Para la segunda señal de reloj alternativo, se repite la misma acción, pero para el otro brazo diagonal del puente, lo que hace que el suministro fluya a través del primario del transformador en la otra dirección.
El patrón de conmutación es exactamente similar a cualquier puente en H estándar, como se muestra en la siguiente figura:
Esta conmutación flip-flop de los MOSFET de canal P y N a través de los brazos diagonales izquierdo / derecho se repite en respuesta a las entradas de señal de reloj alternativas de la etapa del oscilador.
Como resultado, el primario del transformador también se conmuta en el mismo patrón, lo que hace que una onda cuadrada de 12 V CA fluya a través de su primario, que se convierte correspondientemente en una onda cuadrada de 220 V o 120 V CA a través del secundario del transformador.
La frecuencia depende de la frecuencia de la entrada de señal del oscilador, que puede ser de 50 Hz para una salida de 220 V y 60 Hz para una salida de 120 V CA,
Qué circuito oscilador se puede utilizar
La señal del oscilador puede ser de cualquier diseño digital basado en IC, como por ejemplo, IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013, etc.
Incluso astable transistorizado El circuito se puede utilizar eficazmente para el circuito del oscilador.
El siguiente ejemplo de circuito oscilador se puede utilizar idealmente con el módulo de puente completo mencionado anteriormente. El oscilador tiene una salida fija a 50 Hz, a través de un transductor de cristal.
El pin de tierra de IC2 no se muestra por error en el diagrama. Conecte el pin # 8 del IC2 con el pin # 8,12 de la línea IC1, para asegurarse de que IC2 obtenga el potencial de tierra. Esta tierra también debe unirse con la línea de tierra del módulo de puente en H.
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