Il seguente post descrive un circuito inverter a onda sinusoidale modificato con ponte H utilizzando quattro mosfet a canale n. Impariamo di più sul funzionamento del circuito.

Il concetto H-Bridge

Sappiamo tutti che tra le diverse tipologie di inverter, l'H-bridge è quella più efficiente, in quanto non necessita dell'utilizzo di trasformatori di presa centrale, e consente l'utilizzo di trasformatori a due fili. I risultati diventano ancora migliori quando sono coinvolti quattro mosfet a canale N.

Con un trasformatore a due fili collegato a un ponte ad H, l'avvolgimento associato può attraversare le oscillazioni in opposizione in senso inverso. Ciò fornisce una migliore efficienza poiché il guadagno di corrente ottenibile qui diventa superiore alle normali topologie del tipo a presa centrale.

Tuttavia, le cose migliori non sono mai facili da ottenere o implementare. Quando mosfet di tipo identico sono coinvolti in una rete H-bridge, guidarli in modo efficiente diventa un grosso problema. È principalmente dovuto ai seguenti fatti:

Come sappiamo, una topologia H-bridge incorpora quattro mosfet per le operazioni specificate. Essendo tutti e quattro i tipi di canale N, guidare i mosfet superiori o quelli laterali alti diventa un problema.

Questo perché durante la conduzione i mosfet superiori sperimentano quasi lo stesso livello di potenziale al loro terminale di source come la tensione di alimentazione, a causa della presenza della resistenza di carico al terminale di source.

Ciò significa che i mosfet superiori incontrano livelli di tensione simili al gate e alla sorgente durante il funzionamento.

Poiché secondo le specifiche, la tensione della sorgente deve essere vicina al potenziale di terra per una conduzione efficiente, la situazione inibisce istantaneamente la conduzione del particolare mosfet e l'intero circuito va in stallo.

Per commutare in modo efficiente i mosfet superiori devono essere applicati con una tensione di gate di almeno 6V superiore alla tensione di alimentazione disponibile.

Significa che se la tensione di alimentazione è 12V, avremmo bisogno di almeno 18-20V al gate dei mosfet del lato alto.

Utilizzo di 4 Mosfet a canale N per l'inverter

Il circuito inverter H-bridge proposto con 4 mosfet a canale n cerca di superare questo problema introducendo una rete di bootstrapping a tensione più elevata per il funzionamento dei mosfet high side.

Le porte N1, N2, N3, N4 NOT dall'IC 4049 sono disposte come un circuito duplicatore di tensione, che genera circa 20 volt dall'alimentazione a 12V disponibile.

Questa tensione viene applicata ai mosfet del lato alto tramite un paio di transistor NPN.

I mosfet low side ricevono le tensioni di gate direttamente dalle rispettive sorgenti.

La frequenza di oscillazione (totem pole) deriva da un IC contatore a decadi standard, l'IC 4017.

Sappiamo che l'IC 4017 genera sequenze di output elevati sui suoi 10 pin di output specificati. La logica di sequenziamento si chiude in sequenza quando salta da un pin all'altro.

Qui vengono utilizzate tutte le 10 uscite in modo che l'IC non abbia mai la possibilità di produrre una commutazione errata dei suoi pin di uscita.

I gruppi di tre uscite alimentati ai mosfet mantengono l'ampiezza dell'impulso a dimensioni ragionevoli. La funzione fornisce inoltre all'utente la possibilità di modificare l'ampiezza dell'impulso che viene inviata ai mosfet.

Riducendo il numero di uscite ai rispettivi mosfet, l'ampiezza dell'impulso può essere ridotta efficacemente e viceversa.

Ciò significa che l'RMS è modificabile qui in una certa misura e rende il circuito un'abilità del circuito a onda sinusoidale modificata.

Gli orologi dell'IC 4017 sono presi dalla stessa rete dell'oscillatore bootstrap.

La frequenza di oscillazione del circuito di bootstrap è fissata intenzionalmente a 1 kHz, in modo che diventi applicabile anche per pilotare l'IC4017, che alla fine fornisce un'uscita di circa 50 Hz al circuito inverter a ponte H a 4 canali N collegato.

Il design proposto può essere molto semplificato come indicato qui:

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

“tabella di verità per non cancello ”

Il successivo semplice inverter a onda sinusoidale modificata a ponte intero o a mezzo ponte è stato sviluppato da me. L'idea non incorpora mosfet a 2 canali P e 2 canali n per la configurazione H-bridge e implementa efficacemente tutte le funzioni necessarie in modo impeccabile.

Piedinatura IC 4049

Come è configurato il circuito dell'inverter per stadio

Il circuito può essere sostanzialmente diviso in tre fasi, vale a dire. Lo stadio oscillatore, lo stadio driver e lo stadio di uscita mosfet full bridge.

Guardando lo schema elettrico mostrato, l'idea può essere spiegata con i seguenti punti:

IC1, che è l'IC555, è cablato nella sua modalità astabile standard ed è responsabile della generazione degli impulsi o delle oscillazioni richiesti.

I valori di P1 e C1 determinano la frequenza e il duty cycle delle oscillazioni generate.

IC2, che è un contatore / divisore decennale IC4017, svolge due funzioni: ottimizzazione della forma d'onda e fornitura di un trigger sicuro per lo stadio a ponte completo.

Fornire un trigger sicuro per i mosfet è la funzione più importante svolta da IC2. Impariamo come è implementato.

Come è progettato per funzionare l'IC 4017

Come tutti sappiamo, l'uscita delle sequenze IC4017 in risposta a ciascun clock del fronte di salita applicato al suo pin di ingresso # 14.

Gli impulsi da IC1 iniziano il processo di sequenziamento in modo che gli impulsi saltino da un pin out all'altro nel seguente ordine: 3-2-4-7-1. Ciò significa che in risposta a ciascun impulso di ingresso alimentato, l'uscita dell'IC4017 diventerà alta dal pin 3 al pin 1 e il ciclo si ripeterà fintanto che l'ingresso al pin 14 persiste.

Una volta che l'uscita raggiunge il pin # 1, viene ripristinata tramite il pin # 15, in modo che il ciclo possa essere ripetuto dal pin # 3.

Nell'istante in cui il pin # 3 è alto, nulla conduce all'uscita.

Nel momento in cui l'impulso sopra salta al pin # 2 diventa alto che accende T4 (il mosfet a canale N risponde al segnale positivo), contemporaneamente conduce anche il transistor T1, il suo collettore si abbassa che nello stesso istante accende T5, che essendo un Il mosfet del canale P risponde al segnale basso sul collettore di T1.

Con T4 e T5 ON, la corrente passa dal terminale positivo attraverso l'avvolgimento del trasformatore coinvolto TR1 fino al terminale di terra. Questo spinge la corrente attraverso TR1 in una direzione (da destra a sinistra).

Nell'istante successivo, l'impulso salta dal pin # 2 al pin # 4, poiché questo pinout è vuoto, ancora una volta nulla conduce.

Tuttavia, quando la sequenza salta dal pin # 4 al pin # 7, T2 conduce e ripete le funzioni di T1 ma nella direzione inversa. Cioè, questa volta T3 e T6 conducono commutando la corrente attraverso TR1 nella direzione opposta (da sinistra a destra). Il ciclo completa il funzionamento del ponte H con successo.

Infine, l'impulso salta dal pin sopra al pin n. 1 dove viene ripristinato al pin n. 3 e il ciclo continua a ripetersi.

Lo spazio vuoto al pin n. 4 è il più cruciale, in quanto mantiene i mosfet completamente al sicuro da ogni possibile 'sparatoria' e garantisce un funzionamento impeccabile al 100% dell'intero bridge evitando la necessità e il coinvolgimento di complicati driver mosfet.

Il pinout vuoto aiuta anche a implementare la forma d'onda sinusoidale modificata tipica richiesta, come mostrato nel diagramma.

Il trasferimento dell'impulso attraverso l'IC4017 dal suo pin # 3 al pin # 1 costituisce un ciclo, che deve ripetersi 50 o 60 volte per generare i cicli di 50 Hz o 60 Hz richiesti all'uscita di TR1.

Pertanto moltiplicando il numero di piedinature per 50 si ottiene 4 x 50 = 200 Hz. Questa è la frequenza che deve essere impostata all'ingresso di IC2 o all'uscita di IC1.

La frequenza può essere facilmente impostata con l'aiuto di P1.

Il progetto di circuito inverter a onda sinusoidale modificato a ponte completo proposto può essere modificato in numerosi modi diversi a seconda delle preferenze individuali.

Il rapporto spazio dei segni di IC1 ha qualche effetto sulle caratteristiche dell'impulso? ... cosa su cui riflettere.