Der folgende Beitrag beschreibt eine H-Brücken-modifizierte Sinus-Wechselrichterschaltung unter Verwendung von vier n-Kanal-Mosfets. Erfahren Sie mehr über die Funktionsweise der Schaltung.

Das H-Brücken-Konzept

Wir alle wissen, dass unter den verschiedenen Wechselrichtertypologien die H-Brücke die effizienteste ist, da keine Mittelabgriffstransformatoren erforderlich sind und Transformatoren mit zwei Drähten verwendet werden können. Die Ergebnisse werden noch besser, wenn vier N-Kanal-Mosfets beteiligt sind.

Mit einem an eine H-Brücke angeschlossenen Zweidrahttransformator kann die zugehörige Wicklung die Push-Pull-Schwingungen in umgekehrter Vorwärtsrichtung durchlaufen. Dies bietet eine bessere Effizienz, da die erreichbare Stromverstärkung hier höher wird als die gewöhnlichen Topologien vom Typ mit Mittelabgriff.

Bessere Dinge sind jedoch nie leicht zu bekommen oder umzusetzen. Wenn Mosfets vom identischen Typ an einem H-Brückennetz beteiligt sind, wird das effiziente Ansteuern zu einem großen Problem. Dies ist hauptsächlich auf folgende Tatsachen zurückzuführen:

Wie wir wissen, enthält eine H-Brückentopologie vier Mosfets für die angegebenen Operationen. Da alle vier N-Kanal-Typen sind, wird das Ansteuern der oberen Mosfets oder der oberen Mosfets zu einem Problem.

Dies liegt daran, dass die oberen Mosfets während der Leitung an ihrem Quellenanschluss aufgrund des vorhandenen Lastwiderstands am Quellenanschluss fast das gleiche Potential wie die Versorgungsspannung erfahren.

Das bedeutet, dass die oberen Mosfets während des Betriebs an ihrem Gate und ihrer Quelle auf ähnliche Spannungspegel stoßen.

Da gemäß den Spezifikationen die Quellenspannung für eine effiziente Leitung nahe am Erdpotential liegen muss, verhindert die Situation sofort, dass der jeweilige Mosfet leitet, und die gesamte Schaltung blockiert.

Um die oberen Mosfets effizient zu schalten, müssen sie mit einer Gate-Spannung angelegt werden, die mindestens 6 V über der verfügbaren Versorgungsspannung liegt.

Das heißt, wenn die Versorgungsspannung 12 V beträgt, würden wir mindestens 18-20 V am Gate der High-Side-Mosfets benötigen.

Verwendung von 4 N-Kanal-Mosfets für den Wechselrichter

Die vorgeschlagene H-Brücken-Wechselrichterschaltung mit 4-n-Kanal-Mosfets versucht, dieses Problem zu überwinden, indem ein Bootstrapping-Netzwerk mit höherer Spannung zum Betrieb der High-Side-Mosfets eingeführt wird.

N1-, N2-, N3-, N4-NICHT-Gatter vom IC 4049 sind als Spannungsverdopplerschaltung angeordnet, die aus der verfügbaren 12-V-Versorgung etwa 20 Volt erzeugt.

Diese Spannung wird über ein paar NPN-Transistoren an die High-Side-Mosfets angelegt.

Die Low-Side-Mosfets empfangen die Gate-Spannungen direkt von den jeweiligen Quellen.

Die oszillierende Frequenz (Totempfahl) wird von einem Standard-Dekadenzähler-IC, dem IC 4017, abgeleitet.

Wir wissen, dass der IC 4017 über seine angegebenen 10 Ausgangspins sequenzierende hohe Ausgänge erzeugt. Die Sequenzierungslogik wird nacheinander geschlossen, wenn sie von einem Pin zum anderen springt.

Hier werden alle 10 Ausgänge verwendet, damit der IC niemals die Möglichkeit bekommt, seine Ausgangspins falsch zu schalten.

Die Gruppen von drei Ausgängen, die den Mosfets zugeführt werden, halten die Impulsbreite auf vernünftigen Abmessungen. Die Funktion bietet dem Benutzer auch die Möglichkeit, die Impulsbreite zu optimieren, die den Mosfets zugeführt wird.

Durch Reduzieren der Anzahl der Ausgänge zu den jeweiligen Mosfets kann die Impulsbreite effektiv reduziert werden und umgekehrt.

Dies bedeutet, dass der Effektivwert hier bis zu einem gewissen Grad optimiert werden kann, und macht die Schaltung zu einer modifizierten Sinuswellenschaltungsfähigkeit.

Die Takte zum IC 4017 werden aus dem Bootstrapping-Oszillatornetzwerk selbst entnommen.

Die Oszillationsfrequenz der Bootstrapping-Schaltung ist absichtlich auf 1 kHz festgelegt, so dass sie auch für die Ansteuerung des IC4017 anwendbar ist, der letztendlich eine Ausgabe von etwa 50 Hz an die angeschlossene 4 N-Kanal-H-Brücken-Wechselrichterschaltung liefert.

Das vorgeschlagene Design kann wie hier angegeben stark vereinfacht werden:

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

“Analog-Digital-Wandlerbilder ”

Der nächste einfache Vollbrücken- oder Halbbrücken-modifizierte Sinus-Wechselrichter wurde ebenfalls von mir entwickelt. Die Idee beinhaltet keine 2 P-Kanal- und 2 n-Kanal-Mosfets für die H-Brückenkonfiguration und implementiert effektiv alle erforderlichen Funktionen fehlerfrei.

Pinbelegung des IC 4049

Wie die Wechselrichterschaltung stufenweise konfiguriert wird

Die Schaltung kann grundsätzlich in drei Stufen unterteilt sein, nämlich. Die Oszillatorstufe, die Treiberstufe und die Vollbrücken-Mosfet-Ausgangsstufe.

Anhand des gezeigten Schaltplans kann die Idee mit folgenden Punkten erklärt werden:

IC1, der IC555, ist in seinem Standard-Astable-Modus verdrahtet und für die Erzeugung der erforderlichen Impulse oder Schwingungen verantwortlich.

Die Werte von P1 und C1 bestimmen die Frequenz und das Tastverhältnis der erzeugten Schwingungen.

IC2, ein Dekadenzähler / Teiler IC4017, führt zwei Funktionen aus: Optimierung der Wellenform und Bereitstellung einer sicheren Triggerung für die Vollbrückenstufe.

Die Bereitstellung einer sicheren Auslösung für die Mosfets ist die wichtigste Funktion, die IC2 ausführt. Lassen Sie uns lernen, wie es implementiert wird.

Funktionsweise des IC 4017

Wie wir alle wissen, wird der Ausgang von IC4017-Sequenzen als Reaktion auf jeden an seinem Eingangspin # 14 angelegten Takt mit ansteigender Flanke ausgeführt.

Die Impulse von IC1 initiieren den Sequenzierungsprozess so, dass die Impulse in der folgenden Reihenfolge von einem Pin zum anderen springen: 3-2-4-7-1. Das heißt, als Reaktion auf die Eingabe jedes Eingangsimpulses wird der Ausgang des IC4017 von Pin 3 auf Pin 1 hoch und der Zyklus wird wiederholt, solange der Eingang an Pin 14 bestehen bleibt.

Sobald der Ausgang Pin 1 erreicht, wird er über Pin 15 zurückgesetzt, so dass sich der Zyklus von Pin 3 wiederholen kann.

In dem Moment, in dem Pin 3 hoch ist, leitet nichts am Ausgang.

In dem Moment, in dem der obige Impuls zu Pin # 2 springt, wird er hoch, was T4 einschaltet (N-Kanal-Mosfet reagiert auf positives Signal), gleichzeitig leitet auch der Transistor T1, sein Kollektor geht auf Low, der gleichzeitig ON T5 schaltet, was a ist Der P-Kanal-Mosfet reagiert auf das niedrige Signal am T1-Kollektor.

Bei eingeschaltetem T4 und T5 fließt Strom vom Pluspol über die betroffene Transformatorwicklung TR1 zum Erdungsanschluss. Dies drückt den Strom durch TR1 in eine Richtung (von rechts nach links).

Im nächsten Moment springt der Impuls von Pin 2 zu Pin 4, da diese Pinbelegung leer ist und wieder nichts leitet.

Wenn jedoch die Sequenz von Pin 4 zu Pin 7 springt, leitet T2 die Funktionen von T1 und wiederholt sie, jedoch in umgekehrter Richtung. Das heißt, diesmal leiten T3 und T6 das Umschalten des Stroms über TR1 in die entgegengesetzte Richtung (von links nach rechts). Der Zyklus schließt die H-Brücke erfolgreich ab.

Schließlich springt der Impuls vom obigen Pin zu Pin 1, wo er auf Pin 3 zurückgesetzt wird und sich der Zyklus wiederholt.

Die Leerstelle an Pin 4 ist die wichtigste, da sie die Mosfets vollständig vor möglichen Durchschüssen schützt und eine 100% einwandfreie Funktion der Vollbrücke gewährleistet, ohne dass komplizierte Mosfet-Treiber erforderlich und involviert sind.

Die leere Pinbelegung hilft auch bei der Implementierung der erforderlichen typischen, grob modifizierten Sinuswellenform, wie in der Abbildung gezeigt.

Die Übertragung des Impulses über den IC4017 von Pin 3 zu Pin 1 stellt einen Zyklus dar, der 50 oder 60 Mal wiederholt werden muss, um die erforderlichen 50 Hz- oder 60 Hz-Zyklen am Ausgang von TR1 zu erzeugen.

Daher ergibt das Multiplizieren der Anzahl der Pinbelegung mit 50 4 x 50 = 200 Hz. Dies ist die Frequenz, die am Eingang von IC2 oder am Ausgang von IC1 eingestellt werden muss.

Die Frequenz kann einfach mit Hilfe von P1 eingestellt werden.

Das vorgeschlagene vollbrückenmodifizierte Sinus-Wechselrichter-Schaltungsdesign kann auf zahlreiche verschiedene Arten gemäß den individuellen Präferenzen modifiziert werden.

Hat das Markierungsraumverhältnis von IC1 einen Einfluss auf die Impulsmerkmale?