Het volgende bericht beschrijft een H-brug gemodificeerd sinusomvormercircuit met behulp van vier n-kanaals mosfets. Laten we meer leren over het functioneren van het circuit.

Het H-Bridge-concept

We weten allemaal dat van de verschillende omvormertypologieën de H-brug de meest efficiënte is, aangezien het gebruik van middenaftakkingstransformatoren niet nodig is en het gebruik van transformatoren met twee draden mogelijk is. De resultaten worden nog beter als er vier N-kanaal mosfets bij betrokken zijn.

Met een tweedraadstransformator die is aangesloten op een H-brug, kan de bijbehorende wikkeling op een omgekeerde voorwaartse manier door de push-pull-oscillaties gaan. Dit zorgt voor een betere efficiëntie aangezien de bereikbare stroomversterking hier hoger wordt dan bij de gewone topologieën van het middenaftakkingtype.

Betere dingen zijn echter nooit gemakkelijk te krijgen of te implementeren. Wanneer mosfets van hetzelfde type betrokken zijn bij een H-bridge-netwerk, wordt het efficiënt besturen ervan een groot probleem. Het is voornamelijk te wijten aan de volgende feiten:

Zoals we weten, bevat een H-brug-topologie vier mosfets voor de gespecificeerde bewerkingen. Omdat ze alle vier N-kanaaltypen zijn, wordt het aansturen van de bovenste mosfets of de hoge zij-mosfets een probleem.

Dit komt omdat tijdens geleiding de bovenste mosfets bijna hetzelfde potentiaalniveau ervaren op hun source-aansluiting als de voedingsspanning, vanwege de aanwezigheid van de belastingsweerstand bij de source-aansluiting.

Dat betekent dat de bovenste mosfets tijdens het gebruik vergelijkbare spanningsniveaus tegenkomen bij hun gate en source.

Omdat volgens de specificaties de bronspanning dicht bij het aardpotentiaal moet liggen voor een efficiënte geleiding, verhindert de situatie onmiddellijk dat de betreffende mosfet geleidt en loopt het hele circuit vast.

Om de bovenste mosfets efficiënt te schakelen, moeten ze worden toegepast met een poortspanning die minimaal 6V hoger is dan de beschikbare voedingsspanning.

Dit betekent dat als de voedingsspanning 12V is, we minimaal 18-20V nodig hebben aan de poort van de high side mosfets.

Gebruik van 4 N-kanaals Mosfets voor de omvormer

Het voorgestelde H-brug-invertercircuit met 4 n-kanaals mosfets probeert dit probleem op te lossen door een bootstrapping-netwerk met hogere spanning te introduceren voor het bedienen van de high-side mosfets.

N1, N2, N3, N4 NOT-poorten van de IC 4049 zijn gerangschikt als een spanningsverdubbelingsschakeling, die ongeveer 20 volt genereert uit de beschikbare 12V-voeding.

Deze spanning wordt via een paar NPN-transistors op de high side mosfets aangelegd.

De mosfets aan de lage kant ontvangen de poortspanningen rechtstreeks van de respectieve bronnen.

De oscillerende (totempaal) frequentie is afgeleid van een standaard decadenteller-IC, de IC 4017.

We weten dat de IC 4017 opeenvolgende hoge outputs genereert over de gespecificeerde 10 outputpinnen. De sequencing-logica wordt subsquent afgesloten terwijl deze van de ene pin naar de andere springt.

Hier worden alle 10 uitgangen gebruikt zodat het IC nooit de kans krijgt om zijn uitgangspennen verkeerd te schakelen.

De groepen van drie uitgangen die naar de mosfets worden gevoerd, houden de pulsbreedte op redelijke afmetingen. De functie biedt de gebruiker ook de mogelijkheid om de pulsbreedte die naar de mosfets wordt gestuurd, aan te passen.

Door het aantal uitgangen naar de respectievelijke mosfets te verminderen, kan de pulsbreedte effectief worden verminderd en vice versa.

Dit betekent dat de RMS hier tot op zekere hoogte kan worden aangepast, en geeft het circuit een gemodificeerd sinusgolfcircuitvermogen.

De klokken naar de IC 4017 zijn afkomstig van het bootstrapping-oscillatornetwerk zelf.

De oscillatiefrequentie van het bootstrapping-circuit is opzettelijk vastgezet op 1 kHz, zodat het ook toepasbaar wordt voor het aansturen van de IC4017, die uiteindelijk ongeveer 50 Hz uitvoer levert aan het aangesloten 4 N-kanaal H-brugomvormercircuit.

Het voorgestelde ontwerp kan veel worden vereenvoudigd, zoals hier wordt weergegeven:

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

“hoe werken spanningsmeters? ”

De volgende simpele full bridge of half bridge gemodificeerde sinusomvormer is ook door mij ontwikkeld. Het idee omvat geen 2 P-kanaals en 2 n-kanaals mosfets voor de H-bridge-configuratie en implementeert effectief alle noodzakelijke functies feilloos.

IC 4049 pinouts

Hoe het omvormercircuit stapsgewijs is geconfigureerd

Het circuit kan in principe worden verdeeld in drie fasen, namelijk. De oscillatortrap, de drivertrap en de volledige brug mosfet-eindtrap.

Kijkend naar het getoonde schakelschema, kan het idee worden uitgelegd met de volgende punten:

IC1, de IC555, is bedraad in de standaard astabiele modus en is verantwoordelijk voor het genereren van de vereiste pulsen of de oscillaties.

De waarden van P1 en C1 bepalen de frequentie en de duty-cycle van de gegenereerde oscillaties.

IC2, een decenniumteller / verdeler IC4017, vervult twee functies: optimalisatie van de golfvorm en het bieden van een veilige triggering voor de volledige brugfase.

Het veilig triggeren van de mosfets is de belangrijkste functie die wordt uitgevoerd door IC2. Laten we leren hoe het is geïmplementeerd.

Hoe de IC 4017 is ontworpen om te werken

Zoals we allemaal weten, is de output van IC4017-reeksen in reactie op elke stijgende flankklok die wordt toegepast op zijn ingangspen # 14.

De pulsen van IC1 starten het sequentieproces zodanig dat de pulsen van de ene pin naar de andere springen in de volgende volgorde: 3-2-4-7-1. Dit betekent dat als reactie op de gevoede elke inputpuls de output van de IC4017 hoog zal worden van pin # 3 naar pin # 1 en de cyclus zal zich herhalen zolang de input op pin # 14 aanhoudt.

Zodra de output pin # 1 bereikt, wordt deze gereset via pin # 15, zodat de cyclus zich kan herhalen vanaf pin # 3.

Op het moment dat pin # 3 hoog is, geleidt er niets aan de uitgang.

Op het moment dat de bovenstaande puls naar pin # 2 springt, wordt deze hoog en schakelt T4 in (N-kanaal mosfet reageert op positief signaal), tegelijkertijd geleidt transistor T1 ook, zijn collector gaat laag en schakelt tegelijkertijd T5 in, wat een P-kanaal mosfet reageert op het lage signaal bij de collector van T1.

Met T4 en T5 AAN, gaat de stroom van de positieve aansluiting door de betrokken transformatorwikkeling TR1 naar de aardklem. Dit duwt de stroom door TR1 in één richting (van rechts naar links).

Op het volgende moment springt de puls van pin # 2 naar pin # 4, aangezien deze pinout leeg is, geleidt weer niets.

Wanneer de reeks echter van pin # 4 naar pin # 7 springt, geleidt en herhaalt T2 de functies van T1 maar in omgekeerde richting. Dat wil zeggen, deze keer geleiden T3 en T6 het schakelen van de stroom over TR1 in de tegenovergestelde richting (van links naar rechts). De cyclus voltooit de werking van de H-brug met succes.

Ten slotte springt de puls van de bovenstaande pin naar pin # 1, waar hij weer wordt gereset naar pin # 3 en de cyclus blijft zich herhalen.

De lege ruimte op pin # 4 is het meest cruciaal, omdat het de mosfets volledig beschermt tegen elke mogelijke 'doorschiet' en een 100% foutloze werking van de volledige brug garandeert, waardoor de noodzaak en betrokkenheid van gecompliceerde mosfet-stuurprogramma's wordt vermeden.

De lege pinout helpt ook om de vereiste typische, ruwe gemodificeerde sinusgolfvorm te implementeren, zoals weergegeven in het diagram.

De overdracht van de puls over de IC4017 van pin # 3 naar pin # 1 vormt één cyclus, die 50 of 60 keer moet worden herhaald om de vereiste cycli van 50 Hz of 60 Hz aan de uitgang van TR1 te genereren.

Daarom geeft het vermenigvuldigen van het aantal pinouts met 50 4 x 50 = 200 Hz. Dit is de frequentie die aan de ingang van IC2 of aan de uitgang van IC1 moet worden ingesteld.

De frequentie kan eenvoudig worden ingesteld met behulp van P1.

Het voorgestelde ontwerp van het circuit met gemodificeerde sinusgolfomvormers met volledige brug kan op verschillende manieren worden gewijzigd volgens individuele voorkeuren.

Heeft de mark-space ratio van IC1 enig effect op de pulse features? ... iets om over na te denken.