Κύκλωμα μετατροπέα Arduino Full-Bridge (H-Bridge)

Ένα απλό αλλά χρήσιμο κύκλωμα μετατροπέα Arduino με πλήρη γέφυρα Arduino μπορεί να κατασκευαστεί προγραμματίζοντας μια πλακέτα Arduino με SPWM και ενσωματώνοντας μερικά mosfets με τοπολογία H-bridge, ας μάθουμε τις παρακάτω λεπτομέρειες:

Σε ένα από τα προηγούμενα άρθρα μας μάθαμε διεξοδικά πώς να χτίσουμε ένα απλός μετατροπέας Arduino sine wave , εδώ θα δούμε πώς θα μπορούσε να εφαρμοστεί το ίδιο έργο Arduino για την κατασκευή ενός απλή γεμάτη γέφυρα ή κύκλωμα μετατροπέα H-bridge.

Χρήση P-Channel και N-Channel Mosfets

Για να διατηρήσουμε τα πράγματα απλά, θα χρησιμοποιήσουμε τα mosfets καναλιού P για τα mosfets υψηλής πλευράς και τα mosfets καναλιών N για τα mosfets χαμηλής πλευράς, αυτό θα μας επιτρέψει να αποφύγουμε το σύνθετο στάδιο bootstrap και να επιτρέψουμε την άμεση ενσωμάτωση του σήματος Arduino με τα mosfets.

Συνήθως χρησιμοποιούνται N-channel mosfets κατά το σχεδιασμό μετατροπείς με πλήρη γέφυρα , που εξασφαλίζει την πιο ιδανική εναλλαγή ρεύματος μεταξύ των mosfets και του φορτίου, και εξασφαλίζει πολύ ασφαλέστερες συνθήκες εργασίας για τα mosfets.

Ωστόσο, όταν ένας συνδυασμός και Χρησιμοποιούνται mosfets καναλιών p και n , ο κίνδυνος πυροβολισμού και άλλων παρόμοιων παραγόντων στα mosfets γίνεται ένα σοβαρό ζήτημα.

Τούτου λεχθέντος, εάν οι φάσεις μετάβασης προστατεύονται καταλλήλως με ένα μικρό νεκρό χρόνο, η αλλαγή μπορεί να γίνει όσο το δυνατόν ασφαλέστερη και θα μπορούσε να αποφευχθεί η ανατίναξη των κουνουπιών.

Σε αυτό το σχέδιο έχω χρησιμοποιήσει ειδικά Schmidt trigger NAND gates χρησιμοποιώντας το IC 4093, το οποίο διασφαλίζει ότι η εναλλαγή μεταξύ των δύο καναλιών είναι τραγανή και δεν επηρεάζεται από κανένα είδος ψευδομεταβατών ή χαμηλής διαταραχής σήματος.

Λειτουργία λογικής Gates N1-N4

Όταν το Pin 9 είναι λογική 1 και το pin 8 είναι λογική 0

• Η έξοδος N1 είναι 0, το πάνω αριστερό p-MOSFET είναι ON, η έξοδος N2 είναι 1, η κάτω δεξιά n-MOSFET είναι ON.
• Η έξοδος N3 είναι 1, η επάνω δεξιά p-MOSFET είναι OFF, η έξοδος N4 0, η κάτω αριστερή n-MOSFET είναι OFF.
• Η ίδια ακριβώς ακολουθία συμβαίνει για τα άλλα διαγώνια συνδεδεμένα MOSFET, όταν ο πείρος 9 είναι λογική 0 και ο πείρος 8 είναι λογική 1

Πως δουλεύει

Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, η λειτουργία αυτού του μετατροπέα Sinewave με πλήρη γέφυρα Arduino μπορεί να γίνει κατανοητή με τη βοήθεια των ακόλουθων σημείων:

Το Arduino είναι προγραμματισμένο να genarte κατάλληλα μορφοποιημένες εξόδους SPWM από την καρφίτσα # 8 και την καρφίτσα # 9.

Ενώ ένας από τους πείρους δημιουργεί τα SPWM, ο συμπληρωματικός πείρος διατηρείται χαμηλός.

Οι αντίστοιχες έξοδοι από τα παραπάνω pinouts υποβάλλονται σε επεξεργασία μέσω του Schmidt trigger NAND gates (N1 --- N4) από το IC 4093. Οι πύλες είναι διατεταγμένες ως αντιστροφείς με απόκριση Schmidt και τροφοδοτούνται στα αντίστοιχα mosfets του προγράμματος οδήγησης πλήρους γέφυρας δίκτυο.

Ενώ ο ακροδέκτης # 9 δημιουργεί τα SPWM, το N1 αντιστρέφει τα SPWM και διασφαλίζει ότι τα σχετικά mosfets υψηλής πλευράς ανταποκρίνονται και συμπεριφέρονται στις υψηλές λογικές του SPWM και το N2 διασφαλίζει ότι το mosfet N-channel χαμηλής πλευράς κάνει το ίδιο.

Κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου ο πείρος # 8 διατηρείται στο λογικό μηδέν (ανενεργό), το οποίο ερμηνεύεται κατάλληλα από το Ν3Ν4 για να εξασφαλίσει ότι το άλλο συμπληρωματικό ζεύγος mosfet της γέφυρας Η παραμένει απενεργοποιημένο εντελώς.

Τα παραπάνω κριτήρια επαναλαμβάνονται ταυτόχρονα όταν η γενιά SPWM διέρχεται στον ακροδέκτη # 8 από τον ακροδέκτη # 9, και οι καθορισμένες συνθήκες επαναλαμβάνονται συνεχώς στα άκρα του Arduino και γεμάτα ζευγάρια mosfet .

Προδιαγραφές μπαταρίας

Η προδιαγραφή της μπαταρίας που επιλέχθηκε για το δεδομένο κύκλωμα μετατροπέα Arduino full bridge sinewave είναι 24V / 100Ah, ωστόσο οποιαδήποτε άλλη επιθυμητή προδιαγραφή θα μπορούσε να επιλεγεί για την μπαταρία σύμφωνα με τις προτιμήσεις του χρήστη.

Οι προδιαγραφές πρωτογενούς τάσης του transforer θα πρέπει να είναι ελαφρώς χαμηλότερες από την τάση της μπαταρίας για να διασφαλιστεί ότι το SPWM RMS δημιουργεί αναλογικά περίπου 220V έως 240V στο δευτερεύον του μετασχηματιστή.

Ολόκληρος ο κωδικός προγράμματος παρέχεται στο ακόλουθο άρθρο:

Κωδικός SPWM Sinewave

4093 καρφίτσες IC

Λεπτομέρεια pinout IRF540 (το IRF9540 θα έχει επίσης την ίδια διαμόρφωση pinout)

Μια ευκολότερη εναλλακτική λύση πλήρους γέφυρας

Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα εναλλακτική σχεδίαση H-Bridge χρησιμοποιώντας MOSFETs καναλιών P και N, που δεν εξαρτάται από IC, αλλά χρησιμοποιεί συνηθισμένους BJT ως προγράμματα οδήγησης για την απομόνωση των MOSFET.

Τα εναλλακτικά σήματα ρολογιού παρέχονται από το Πίνακας Arduino , ενώ η θετική και αρνητική έξοδος από το παραπάνω κύκλωμα παρέχεται στην είσοδο Arduino DC.