Obvod invertora Arduino Full-Bridge (H-Bridge)

Jednoduchý, ale užitočný mikroprocesorový invertorový obvod Arduino s úplným mostom je možné vytvoriť programovaním dosky Arduino s SPWM a integráciou niekoľkých mosfetov s topológiou H-mosta, poďme sa dozvedieť podrobnosti nižšie:

V jednom z našich predchádzajúcich článkov sme sa komplexne naučili, ako postaviť jednoduchý invertor sínusových vĺn Arduino , tu uvidíme, ako by sa dal rovnaký projekt Arduino použiť pre stavbu a jednoduchý plný most alebo obvod invertora H-mosta.

Používanie mosfetov s P-kanálom a N-kanálom

Aby sme to zjednodušili, použijeme mosfety s P-kanálom pre vysokofrekvenčné a N-kanálové pre nízkofrekvenčné, čo nám umožní vyhnúť sa zložitému štádiu bootstrapu a umožniť priamu integráciu signálu Arduino s mosfetmi.

Pri navrhovaní sa zvyčajne používajú mosfety s N-kanálom invertory založené na celom moste , ktorý zaisťuje najideálnejšie prepínanie prúdu cez mosfety a záťaž a zaisťuje omnoho bezpečnejšie pracovné podmienky pre mosfety.

Keď však kombinácia a Používajú sa mosfety s kanálmi p a n , riziko prestrelenia a ďalších podobných faktorov v rámci mosfetov sa stáva vážnym problémom.

Vzhľadom na to, že ak sú prechodné fázy primerane zabezpečené s malou mŕtvou dobou, je možné prepínanie vykonať čo najbezpečnejšie a zabrániť fúkaniu mosfetov.

V tomto prevedení som špeciálne použil Schmidtovy spúšťacie NAND brány využívajúce IC 4093, ktoré zaisťujú, že prepínanie cez dva kanály je ostré a nie je ovplyvnené žiadnym druhom rušivých prechodov alebo nízkym rušením signálu.

Logická prevádzka brány N1-N4

Keď je Pin 9 logická 1 a pin 8 je logická 0

• Výstup N1 je 0, horný ľavý p-MOSFET je ZAPNUTÝ, výstup N2 je 1, pravý dolný n-MOSFET je ZAPNUTÝ.
• Výstup N3 je 1, horný pravý p-MOSFET je VYPNUTÝ, výstup N4 0, dolný ľavý dolný n-MOSFET je VYPNUTÝ.
• Presne rovnaká postupnosť sa stane pre ostatné diagonálne pripojené MOSFETy, keď pin 9 je logická 0 a pin 8 je logická 1

Ako to funguje

Ako je znázornené na vyššie uvedenom obrázku, fungovanie tohto sínusového vlnového invertora založeného na Arduine možno pochopiť pomocou nasledujúcich bodov:

Arduino je naprogramované na generovanie vhodne naformátovaných výstupov SPWM z pinov 8 a 9.

Zatiaľ čo jeden z kolíkov generuje SPWM, doplnkový kolík je držaný nízko.

Príslušné výstupy z vyššie spomenutých pinov sú spracované cez Schmidtove spúšťacie brány NAND (N1 --- N4) z IC 4093. Všetky brány sú usporiadané ako invertory so Schmidtovou odozvou a sú privádzané do príslušných mosfetov celého mostíka. sieť.

Zatiaľ čo pin # 9 generuje SPWM, N1 invertuje SPWM a zaisťuje, aby príslušné vysokofrekvenčné mosfety reagovali a aby viedli k vysokej logike SPWM, a N2 zaisťuje, že nízkofrekvenčný N-kanálový mosfet robí to isté.

Počas tejto doby je pin # 8 udržiavaný na logickej nule (neaktívny), čo je vhodne interpretované N3 N4, aby sa zabezpečilo, že ďalší pár komplementárnych mosfetov H-mostíka zostane úplne vypnutý.

Vyššie uvedené kritériá sa identicky opakujú, keď generácia SPWM prechádza na pin # 8 z pinu # 9 a nastavené podmienky sa nepretržite opakujú cez piny Arduino a plné páry mosfetov .

Špecifikácie batérie

Špecifikácia batérie vybraná pre daný obvod sínusového invertora s úplným premostením Arduino je 24 V / 100 Ah, je však možné zvoliť ľubovoľnú inú požadovanú špecifikáciu pre batériu podľa preferencií používateľa.

Špecifikácie primárneho napätia transformátora by mali byť o niečo nižšie ako napätie batérie, aby sa zabezpečilo, že SPWM RMS proporcionálne vytvorí okolo 220V až 240V na sekundárnom mieste transformátora.

Celý programový kód je uvedený v nasledujúcom článku:

Sinewave SPWM kód

4093 vývodov IC

Detail pinoutu IRF540 (IRF9540 bude mať tiež rovnakú konfiguráciu pinoutov)

Ľahšia alternatíva celého mosta

Na nasledujúcom obrázku je zobrazené alternatívny dizajn H-mosta použitie P a N kanálových MOSFETov, ktoré nezávisia od integrovaných obvodov, namiesto toho používa bežné BJT ako ovládače na izoláciu MOSFETov.

Alternatívne hodinové signály sú dodávané z Doska Arduino , zatiaľ čo kladné a záporné výstupy z vyššie uvedeného obvodu sú napájané na vstup Arduino DC.