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Circuito Inversor Arduino Full-Bridge (H-Bridge)

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Um circuito inversor de ponte completa Arduino baseado em microprocessador simples e útil pode ser construído programando uma placa Arduino com SPWM e integrando alguns mosfets na topologia de ponte H, vamos aprender os detalhes abaixo:

Em um de nossos artigos anteriores, aprendemos de forma abrangente como construir um inversor de onda senoidal simples do Arduino, aqui veremos como o mesmo projeto do Arduino pode ser aplicado para construir uma ponte completa simples ou um circuito inversor de ponte H.

Usando Mosfets P-Channel e N-Channel

Para manter as coisas simples, usaremos os mosfets do canal P para os mosfets do lado alto e os mosfets do canal N para os mosfets do lado baixo, isso nos permitirá evitar o estágio de bootstrap complexo e permitir a integração direta do sinal do Arduino com os mosfets.

Normalmente, os mosfets de canal N são empregados ao projetar inversores baseados em ponte completa, o que garante a comutação de corrente mais ideal entre os mosfets e a carga e garante condições de trabalho muito mais seguras para os mosfets.

No entanto, quando uma combinação de mosfets de canal p e n é usada, o risco de um disparo e outros fatores semelhantes nos mosfets se tornam um problema sério.

Dito isto, se as fases de transição forem adequadamente protegidas com um pequeno tempo morto, a comutação pode ser feita da maneira mais segura possível e o sopro dos mosfets pode ser evitado.

Neste projeto, usei especificamente portas NAND de gatilho Schmidt usando IC 4093, o que garante que a comutação entre os dois canais seja nítida e não seja afetada por nenhum tipo de transiente espúrio ou baixa perturbação de sinal.

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Operação lógica dos portões N1-N4

Quando o pino 9 é lógico 1 e o pino 8 é lógico 0

  • A saída N1 é 0, o p-MOSFET superior esquerdo está ligado, a saída N2 é 1, o n-MOSFET inferior direito está ligado.
  • A saída N3 é 1, o p-MOSFET superior direito está desligado, a saída N4 é 0, o n-MOSFET inferior esquerdo está desligado.
  • Exatamente a mesma sequência acontece para os outros MOSFETs conectados diagonalmente, quando o pino 9 é lógico 0 e o pino 8 é lógico 1

Como funciona

Conforme mostrado na figura acima, o funcionamento deste inversor de onda senoidal de ponte completa baseado em Arduino pode ser entendido com a ajuda dos seguintes pontos:

O Arduino está programado para gerar saídas SPWM formatadas apropriadamente do pino#8 e do pino#9.

Enquanto um dos pinos está gerando os SPWMs, o pino complementar é mantido baixo.

As respectivas saídas das pinagens mencionadas acima são processadas através das portas NAND do gatilho Schmidt (N1—N4) do IC 4093. As portas são todas organizadas como inversores com uma resposta Schmidt e alimentadas aos mosfets relevantes do driver de ponte completa rede.

Enquanto o pino 9 gera os SPWMs, o N1 inverte os SPWMs e garante que os mosfets do lado alto relevantes respondam e conduzam as lógicas altas do SPWM, e o N2 garante que o mosfet do canal N do lado baixo faça o mesmo.

Durante este tempo, o pino 8 é mantido em zero lógico (inativo), que é adequadamente interpretado por N3 N4 para garantir que o outro par de mosfets complementar da ponte H permaneça completamente desligado.

Os critérios acima são repetidos de forma idêntica quando a geração SPWM transita para o pino 8 do pino 9 e as condições definidas são repetidas continuamente nas pinagens do Arduino e nos pares de mosfets da ponte completa.

Especificações da bateria

A especificação da bateria selecionada para o circuito inversor de onda senoidal de ponte completa do Arduino é 24V/100Ah, no entanto, qualquer outra especificação desejada pode ser selecionada para a bateria de acordo com a preferência do usuário.

As especificações de tensão primária do transformador devem ser ligeiramente inferiores à tensão da bateria para garantir que o SPWM RMS crie proporcionalmente cerca de 220V a 240V no secundário do transformador.

Todo o código do programa é fornecido no seguinte artigo:

Código SPWM de onda senoidal

4093 pinagens IC

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Detalhe da pinagem IRF540 (IRF9540 também terá a mesma configuração de pinagem)

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CIRCUITO INVERSOR ARDUINO FULL-BRIDGE (H-BRIDGE) 9

Uma alternativa mais fácil de ponte completa

A figura abaixo mostra um projeto alternativo de ponte H usando MOSFETs de canal P e N, que não depende de ICs, em vez disso, usa BJTs comuns como drivers para isolar os MOSFETs.

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CIRCUITO INVERSOR ARDUINO FULL-BRIDGE (H-BRIDGE) 10

Os sinais de clock alternativos são fornecidos pela placa Arduino, enquanto as saídas positiva e negativa do circuito acima são fornecidas à entrada DC do Arduino.

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FONTE


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