Arduino Full-Bridge (H-Bridge) omvormercircuit

Een eenvoudig maar nuttig op een microprocessor gebaseerd Arduino full-bridge invertercircuit kan worden gebouwd door een Arduino-bord te programmeren met SPWM en door een paar mosfets te integreren met in H-bridge-topologie, laten we de onderstaande details leren:

In een van onze eerdere artikelen hebben we uitgebreid geleerd hoe we een eenvoudige Arduino sinusomvormer , hier zullen we zien hoe hetzelfde Arduino-project kan worden toegepast voor het bouwen van een eenvoudige volledige brug of een H-brug-invertercircuit.

Met behulp van P-Channel en N-Channel Mosfets

Om het simpel te houden zullen we de P-channel mosfets gebruiken voor de high side mosfets en N-channel mosfets voor de low side mosfets, hierdoor kunnen we de complexe bootstrap stage vermijden en directe integratie van het Arduino-signaal met de mosfets mogelijk maken.

Meestal worden N-kanaal mosfets gebruikt tijdens het ontwerpen omvormers met volledige brug , wat zorgt voor de meest ideale stroomomschakeling over de mosfets en de belasting, en zorgt voor een veel veiligere werkomstandigheden voor de mosfets.

Wanneer echter een combinatie van en p en n kanaal mosfets worden gebruikt wordt het risico van een shoot through en andere soortgelijke factoren over de mosfets een serieus probleem.

Dat gezegd hebbende, als de overgangsfasen op de juiste manier worden beveiligd met een kleine dode tijd, kan het schakelen misschien zo veilig mogelijk worden gemaakt en kan het opblazen van de mosfets worden voorkomen.

In dit ontwerp heb ik specifiek Schmidt-trigger NAND-poorten gebruikt met IC 4093 die ervoor zorgt dat het schakelen tussen de twee kanalen helder is en niet wordt beïnvloed door enige vorm van valse transiënten of lage signaalstoringen.

Gates N1-N4 Logische werking

Als pin 9 logisch 1 is en pin 8 logisch 0

• N1-uitvoer is 0, p-MOSFET linksboven is AAN, N2-uitvoer is 1, de n-MOSFET rechtsonder is AAN.
• N3-uitvoer is 1, p-MOSFET rechtsboven is UIT, N4-uitvoer 0, n-MOSFET linksonder is UIT.
• Dezelfde reeks gebeurt voor de andere diagonaal verbonden MOSFET's, wanneer pin 9 logisch 0 is en pin 8 logisch 1

Hoe het werkt

Zoals te zien is in de bovenstaande afbeelding, kan de werking van deze op Arduino gebaseerde sinusomvormer met volledige brug worden begrepen met behulp van de volgende punten:

De Arduino is geprogrammeerd om correct geformatteerde SPWM-uitgangen te genereren van pin # 8 en pin # 9.

Terwijl een van de pinnen de SPWM's genereert, wordt de complementaire pin laag gehouden.

De respectieve uitgangen van de bovengenoemde pinouts worden verwerkt via Schmidt trigger NAND-poorten (N1 --- N4) van de IC 4093. De poorten zijn allemaal gerangschikt als inverters met een Schmidt-respons en worden toegevoerd aan de relevante mosfets van de volledige bridge-driver netwerk.

Terwijl pin # 9 de SPWM's genereert, keert N1 de SPWM's om en zorgt ervoor dat de relevante high side mosfets reageren en geleiden op de hoge logica van de SPWM, en N2 zorgt ervoor dat de low side N-channel mosfet hetzelfde doet.

Gedurende deze tijd wordt pin # 8 op logisch nul (inactief) gehouden, wat op de juiste manier wordt geïnterpreteerd door N3 N4 om ervoor te zorgen dat het andere complementaire mosfet-paar van de H-brug volledig uitgeschakeld blijft.

Het bovenstaande criterium wordt identiek herhaald wanneer de SPWM-generatie overgaat naar pin # 8 vanaf pin # 9, en de ingestelde voorwaarden worden continu herhaald over de Arduino pinouts en de volledige brug mosfet-paren ​

Batterij specificaties

De batterijspecificatie die is geselecteerd voor het gegeven Arduino sinusomvormercircuit met volledige brug is 24 V / 100 Ah, maar elke andere gewenste specificatie kan worden geselecteerd voor de batterij volgens de gebruikersvoorkeur.

De specificaties van de primaire spanning van de transforer moeten iets lager zijn dan de batterijspanning om ervoor te zorgen dat de SPWM RMS proportioneel ongeveer 220V tot 240V creëert aan de secundaire zijde van de transformator.

De volledige programmacode wordt verstrekt in het volgende artikel:

Sinewave SPWM-code

4093 IC-pinouts

IRF540 pinout-detail (IRF9540 heeft ook dezelfde pinout-configuratie)

Een eenvoudiger alternatief voor een volledige brug

De onderstaande afbeelding toont een alternatief H-brugontwerp het gebruik van P- en N-kanaal MOSFET's, die niet afhankelijk zijn van IC's, gebruikt in plaats daarvan gewone BJT's als stuurprogramma's voor het isoleren van de MOSFET's.

De alternatieve kloksignalen worden geleverd door de Arduino-bord , terwijl de positieve en negatieve uitgangen van het bovenstaande circuit worden geleverd aan de Arduino DC-ingang.