複雑なものを使用せずにHブリッジドライバ回路を実装する簡単な方法があるかどうか疑問に思っている場合ブートストラップステージでは、次のアイデアがクエリを正確に解決します。

この記事では、PチャネルおよびNチャネルMOSFETを使用して、ユニバーサルフルブリッジまたはHブリッジMOSFETドライバ回路を構築する方法を学習します。これは、次の高効率ドライバ回路の作成に使用できます。モーター、インバーター、および多くの異なる電力変換器。

このアイデアは、複雑なブートストラップネットワークに必然的に依存する標準の4NチャネルHブリッジドライバートポロジを排他的に取り除きます。

標準のNチャネルフルブリッジ設計の長所と短所

フルブリッジMOSFETドライバは、システム内の4つのデバイスすべてにNチャネルMOSFETを組み込むことによって最もよく達成されることがわかっています。主な利点は、電力伝達と熱放散の観点から、これらのシステムによって提供される高度な効率です。

これは、 NチャネルMOSFET ドレインソース端子間の最小のRDSon抵抗で指定され、電流に対する最小の抵抗を保証し、デバイスの熱放散とヒートシンクを小さくします。

ただし、上記の実装は簡単ではありません。これは、4チャネルデバイスすべてが、設計にダイオード/コンデンサブートストラップネットワークが接続されていないと、中央負荷を伝導および操作できないためです。

ネットワークのブートストラップには、システムが正しく機能することを保証するために、いくつかの計算とコンポーネントのトリッキーな配置が必要です。これは、一般的なユーザーが構成と実装が難しいと感じる4チャネルMOSFETベースのHブリッジトポロジの主な欠点のようです。

代替アプローチ

高効率を約束し、複雑なブートストラップを排除する、簡単でユニバーサルなHブリッジドライバモジュールを作成するための代替アプローチは、2つのハイサイドNチャネルMOSFETを排除し、それらをPチャネルの対応物に置き換えることです。

それがとても簡単で効果的であるなら、なぜそれが標準的な推奨設計ではないのか疑問に思うかもしれません。答えは、アプローチは単純に見えますが、PチャネルとNチャネルのMOSFETコンボを使用するこのタイプのフルブリッジ構成では効率が低下する可能性があるいくつかの欠点があります。

まず、 PチャネルMOSFETは通常より高いRDSon抵抗 NチャネルMOSFETと比較した定格。これにより、デバイスの熱放散が不均一になり、出力結果が予測できない可能性があります。 2番目の危険は、デバイスに瞬時の損傷を引き起こす可能性のあるシュートスルー現象である可能性があります。

とは言うものの、危険なブートストラップ回路を設計するよりも、上記の2つのハードルに対処する方がはるかに簡単です。

上記の2つの問題は、次の方法で解決できます。

RDSon仕様が最も低いPチャネルMOSFETを選択します。これは、相補型NチャネルデバイスのRDSon定格とほぼ同じである可能性があります。たとえば、提案された設計では、0.02オームという非常に低いRDSon抵抗で定格が定められたPチャネルMOSFETにIRF4905が使用されていることがわかります。
適切なバッファステージを追加し、信頼性の高いデジタルソースからのオシレータ信号を使用することにより、シュートスルーに対抗します。

簡単なユニバーサルHブリッジMOSFETドライバー

次の画像は、Pチャネル/ NチャネルベースのユニバーサルHブリッジMOSFETドライバ回路を示しています。これは、最小のリスクで最大の効率を提供するように設計されているようです。

使い方

上記のHブリッジ設計の動作は、かなり基本的なものです。このアイデアは、低電力DCをメインレベルACに効率的に変換するインバータアプリケーションに最適です。

12V電源は、インバーターアプリケーション用のバッテリーやソーラーパネルなど、任意の電源から取得されます。

電源は、4700 uFのフィルターコンデンサを使用し、22オームの電流制限抵抗と12Vのツェナーを介して適切に調整され、安定性が向上します。

安定化されたDCは、発振回路に電力を供給するために使用され、その動作がインバータからのスイッチング過渡現象の影響を受けないようにします。

発振器からの代替クロック出力は、メインMOSFETステージを正確に駆動するためのバッファ/インバータステージとして配置された標準の小信号BC547トランジスタであるQ1、Q2BJTのベースに供給されます。

デフォルトでは、BC547トランジスタは、それぞれのベース抵抗分圧器電位を介して、スイッチオン状態になっています。

これは、発振器信号のないアイドル状態では、PチャネルMOSFETは常にオンに切り替えられ、NチャネルMOSFETは常にオフに切り替えられることを意味します。この場合、トランスの一次巻線である中央の負荷には電力が供給されず、オフのままになります。

クロック信号が示されたポイントに供給されると、クロックパルスからの負の信号は、実際には100uFのコンデンサを介してBC547トランジスタのベース電圧を接地します。

これは交互に発生し、Hブリッジのアームの1つからのNチャネルMOSFETがオンになります。ここで、ブリッジのもう一方のアームのPチャネルMOSFETがすでにオンになっているため、対角側の1つのPチャネルMOSFETと1つのNチャネルMOSFETを同時にオンにして、電源電圧をこれらの両端に流すことができます。 MOSFETと一方向のトランスの一次側。

2番目の代替クロック信号についても同じアクションが繰り返されますが、ブリッジのもう一方の対角アームに対して、電源がトランスの1次側を通って反対方向に流れます。

次の図に示すように、スイッチングパターンは標準のHブリッジとまったく同じです。