Circuito inversor H-Bridge con 4 Mosfets de canal N

Circuito inversor H-Bridge con 4 Mosfets de canal N

La siguiente publicación describe un circuito inversor de onda sinusoidal modificada con puente H que utiliza cuatro mosfets de canal n. Aprendamos más sobre el funcionamiento del circuito.

El concepto H-Bridge

Todos sabemos que entre las distintas tipologías de inversores, el puente en H es el más eficiente, ya que no requiere el uso de transformadores de derivación central, y permite el uso de transformadores de dos hilos. Los resultados se vuelven aún mejores cuando se involucran cuatro mosfets de canal N.



Con un transformador de dos hilos conectado a un puente en H significa que el devanado asociado puede pasar por las oscilaciones de empuje y tracción de manera inversa hacia adelante. Esto proporciona una mejor eficiencia ya que la ganancia de corriente alcanzable aquí se vuelve más alta que las topologías de tipo de derivación central ordinarias.



Sin embargo, las cosas mejores nunca son fáciles de conseguir o implementar. Cuando los mosfets de tipo idéntico están involucrados en una red de puente H, manejarlos de manera eficiente se convierte en un gran problema. Se debe principalmente a los siguientes hechos:

Como sabemos, una topología de puente H incorpora cuatro mosfets para las operaciones especificadas. Dado que los cuatro son tipos de canal N, conducir los mosfets superiores o los mosfets laterales altos se convierte en un problema.



Esto se debe a que durante la conducción los mosfets superiores experimentan casi el mismo nivel de potencial en su terminal fuente que el voltaje de suministro, debido a la presencia de la resistencia de carga en el terminal fuente.

Eso significa que los mosfets superiores se encuentran con niveles de voltaje similares en su puerta y fuente mientras funcionan.

Dado que, según las especificaciones, el voltaje de la fuente debe estar cerca del potencial de tierra para una conducción eficiente, la situación inhibe instantáneamente la conducción del mosfet particular y todo el circuito se detiene.



Para cambiar los mosfets superiores de manera eficiente, deben aplicarse con un voltaje de puerta al menos 6 V más alto que el voltaje de suministro disponible.

Lo que significa que si el voltaje de suministro es de 12V, necesitaríamos al menos 18-20V en la puerta de los mosfets del lado alto.

Uso de 4 MOSFET de canal N para el inversor

El circuito inversor de puente H propuesto que tiene mosfets de 4 n canales intenta superar este problema introduciendo una red de arranque de voltaje más alto para operar los mosfets del lado alto.

Las compuertas N1, N2, N3, N4 NOT del IC 4049 están dispuestas como un circuito duplicador de voltaje, que genera aproximadamente 20 voltios del suministro de 12V disponible.

Este voltaje se aplica a los mosfets del lado alto a través de un par de transistores NPN.

Los mosfets del lado bajo reciben los voltajes de la puerta directamente de las fuentes respectivas.

La frecuencia de oscilación (tótem) se deriva de un contador de décadas estándar IC, el IC 4017.

Sabemos que el IC 4017 genera secuencias de alta salida en sus 10 pines de salida especificados. La lógica de secuenciación se cierra posteriormente cuando salta de un pin al otro.

Aquí se utilizan las 10 salidas para que el IC nunca tenga la posibilidad de producir una conmutación incorrecta de sus pines de salida.

Los grupos de tres salidas alimentadas a los mosfets mantienen el ancho de pulso en dimensiones razonables. La función también proporciona al usuario la posibilidad de ajustar el ancho de pulso que se alimenta a los mosfets.

Al reducir el número de salidas a los respectivos mosfets, el ancho del pulso se puede reducir de manera efectiva y viceversa.

Esto significa que el RMS se puede modificar aquí hasta cierto punto y hace que el circuito tenga una capacidad de circuito de onda sinusoidal modificada.

Los relojes del IC 4017 se toman de la propia red de osciladores de arranque.

La frecuencia de oscilación del circuito de arranque se fija intencionalmente en 1 kHz, por lo que también es aplicable para impulsar el IC4017, que finalmente proporciona una salida de aproximadamente 50 Hz al circuito inversor de puente H de 4 canales N conectado.

El diseño propuesto se puede simplificar mucho como se indica aquí:

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

También desarrollé el siguiente inversor de onda sinusoidal modificada de puente completo o medio puente simple. La idea no incorpora 2 canales P ni mosfets de 2 canales n para la configuración de puente H e implementa de manera efectiva todas las funciones necesarias sin problemas.

Disposición de pines IC 4049

Cómo se configura el circuito del inversor por etapas

El circuito se puede dividir básicamente en tres etapas, a saber. La etapa del oscilador, la etapa del controlador y la etapa de salida del mosfet de puente completo.

Al observar el diagrama de circuito que se muestra, la idea se puede explicar con los siguientes puntos:

El IC1, que es el IC555, está cableado en su modo astable estándar y es responsable de generar los pulsos o las oscilaciones necesarios.

Los valores de P1 y C1 determinan la frecuencia y el ciclo de trabajo de las oscilaciones generadas.

IC2, que es un contador / divisor de décadas IC4017, realiza dos funciones: optimizar la forma de onda y proporcionar un disparo seguro para la etapa de puente completo.

Proporcionar una activación segura para los mosfets es la función más importante que realiza IC2. Aprendamos cómo se implementa.

Cómo está diseñado para funcionar el IC 4017

Como todos sabemos, la salida de las secuencias IC4017 en respuesta a cada reloj de borde ascendente aplicado en su pin de entrada # 14.

Los pulsos de IC1 inician el proceso de secuenciación de tal modo que los pulsos saltan de un pin al otro en el siguiente orden: 3-2-4-7-1. Es decir, en respuesta a la alimentación de cada pulso de entrada, la salida del IC4017 será alta desde el pin # 3 al pin # 1 y el ciclo se repetirá mientras persista la entrada en el Pin # 14.

Una vez que la salida llega al pin n. ° 1, se restablece a través del pin n. ° 15, de modo que el ciclo se puede repetir desde el pin n. ° 3.

En el instante en que el pin n. ° 3 está alto, nada conduce en la salida.

En el momento en que el pulso anterior salta al pin # 2, se vuelve alto, lo que enciende T4 (el mosfet del canal N responde a la señal positiva), simultáneamente el transistor T1 también conduce, su colector baja, lo que en el mismo instante enciende T5, que es un El mosfet de canal P responde a la señal baja en el colector de T1.

Con T4 y T5 ENCENDIDOS, la corriente pasa desde el terminal positivo a través del devanado del transformador involucrado TR1 hasta el terminal de tierra. Esto empuja la corriente a través de TR1 en una dirección (de derecha a izquierda).

En el siguiente instante, el pulso salta del pin n. ° 2 al pin n. ° 4, ya que este pinout está en blanco, una vez más nada conduce.

Sin embargo, cuando la secuencia salta del pin # 4 al pin # 7, T2 realiza y repite las funciones de T1 pero en la dirección inversa. Es decir, esta vez T3 y T6 conducen conmutando la corriente a través de TR1 en la dirección opuesta (de izquierda a derecha). El ciclo completa el funcionamiento del puente H con éxito.

Finalmente, el pulso salta del pin anterior al pin n. ° 1, donde se restablece al pin n. ° 3 y el ciclo sigue repitiéndose.

El espacio en blanco en el pin n. ° 4 es el más crucial, ya que mantiene a los mosfets completamente a salvo de cualquier posible 'disparo' y asegura un funcionamiento 100% impecable del puente completo evitando la necesidad y la participación de complicados controladores de mosfet.

El pinout en blanco también ayuda a implementar la forma de onda sinusoidal modificada cruda típica requerida, como se muestra en el diagrama.

La transferencia del pulso a través del IC4017 desde su pin # 3 al pin # 1 constituye un ciclo, que debe repetirse 50 o 60 veces para generar los ciclos requeridos de 50 Hz o 60 Hz en la salida de TR1.

Por lo tanto, multiplicar el número de pines por 50 da 4 x 50 = 200 Hz. Esta es la frecuencia que debe establecerse en la entrada de IC2 o en la salida de IC1.

La frecuencia se puede configurar fácilmente con la ayuda de P1.

El diseño del circuito inversor de onda sinusoidal modificada de puente completo propuesto puede modificarse de muchas formas diferentes según las preferencias individuales.

¿La relación de espacio de marca de IC1 tiene algún efecto en las características del pulso? .... algo sobre lo que reflexionar.

Diagrama de circuito

Circuito inversor de onda sinusoidal modificada simple de puente en H

Lista de partes

R2, R3, R4, R5 = 1K

R1, P1, C2 = debe calcularse a 50Hz usando esta calculadora 555 IC

C2 = 10 nF

T1, T2 = BC547

T3, T5 = IRF9540
T4, T6 = IRF540

IC1 = IC 555

IC2 = 4017

Forma de onda asumida




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