基于微處理器的Arduino全橋逆變器電路圖講解

一個(gè)簡(jiǎn)單而有用的基于微處理器的Arduino全橋逆變器電路可以通過使用SPWM對(duì)Arduino板進(jìn)行編程，并通過在H橋拓?fù)渲屑梢恍?a href="http://www.ttokpm.com/tags/mosfet/" target="_blank">MOSFET來構(gòu)建。

在我們之前的一篇文章中，我們?nèi)鎸W(xué)習(xí)了如何構(gòu)建簡(jiǎn)單的Arduino正弦波逆變器，在這里我們將看到如何將相同的Arduino項(xiàng)目應(yīng)用于構(gòu)建簡(jiǎn)單的全橋或H橋逆變器電路。

使用 P 溝道和 N 溝道 MOSFET

為了簡(jiǎn)單起見，我們將使用 P 溝道 MOSFET 用于高端 MOSFET，將 N 溝道 MOSFET 用于低側(cè)
mosfet，這將使我們能夠避免復(fù)雜的自舉級(jí)，并實(shí)現(xiàn) Arduino 信號(hào)與 mosfet 的直接集成。

在設(shè)計(jì)基于全橋的逆變器時(shí)，通常采用N溝道MOSFET，這確保了MOSFET和負(fù)載之間最理想的電流切換，并確保MOSFET更安全的工作條件。

然而，當(dāng)使用 p 和 n 溝道 MOSFET 的組合時(shí)，MOSFET 上的擊穿風(fēng)險(xiǎn)和其他類似因素成為一個(gè)嚴(yán)重的問題。

話雖如此，如果過渡階段得到適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，死區(qū)時(shí)間很短，則可以使開關(guān)盡可能安全，并且可以避免MOSFET的吹掃。

在此設(shè)計(jì)中，我專門使用了使用IC 4093的施密特觸發(fā)NAND門，以確保兩個(gè)通道之間的開關(guān)清晰，并且不受任何類型的雜散瞬變或低信號(hào)干擾的影響。

柵極 N1-N4 邏輯操作

當(dāng)引腳 9 是邏輯 1，引腳 8 是邏輯 0 時(shí)

N1 輸出為 0，左上角 p-MOSFET 導(dǎo)通，N2 輸出為 1，右下角 n-MOSFET 導(dǎo)通。

N3 輸出為 1，右上方 p-MOSFET 關(guān)閉，N4 輸出為 0，左下角 n-MOSFET 關(guān)閉。

其他對(duì)角線連接的MOSFET發(fā)生完全相同的順序，當(dāng)引腳9為邏輯0，引腳8為邏輯1時(shí)

工作原理

如上圖所示，借助以下幾點(diǎn)可以理解這款基于Arduino的全橋正弦波逆變器的工作情況：

Arduino 被編程為從引腳 #8 和引腳 #9 生成適當(dāng)格式的 SPWM 輸出。

當(dāng)其中一個(gè)引腳生成 SPWM 時(shí)，互補(bǔ)引腳保持低電平。

上述引腳排列的相應(yīng)輸出通過IC
1的施密特觸發(fā)NAND柵極（N4---N4093）進(jìn)行處理。柵極全部布置為具有施密特響應(yīng)的逆變器，并饋送到全橋驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)MOSFET。

當(dāng)引腳#9產(chǎn)生SPWM時(shí)，N1反相SPWM，并確保相關(guān)的高端MOSFET響應(yīng)并傳導(dǎo)SPWM的高邏輯，N2確保低側(cè)N溝道MOSFET也這樣做。

在此期間，引腳#8保持在邏輯零（非活動(dòng)），由N3 N4適當(dāng)解釋，以確保H橋的另一對(duì)互補(bǔ)MOSFET保持完全關(guān)斷。

當(dāng)SPWM生成從引腳#8過渡到引腳#9時(shí)，上述標(biāo)準(zhǔn)相同重復(fù)，并且設(shè)置的條件在Arduino引腳排列和全橋MOSFET對(duì)上連續(xù)重復(fù)。

電池規(guī)格

為給定的Arduino全橋正弦波逆變器電路選擇的電池規(guī)格為24V / 100Ah，但是可以根據(jù)用戶偏好為電池選擇任何其他所需的規(guī)格。

轉(zhuǎn)換器初級(jí)電壓規(guī)格應(yīng)略低于電池電壓，以確保SPWM RMS在變壓器的次級(jí)按比例產(chǎn)生約220V至240V。

4093 IC 引腳排列

IRF540 引腳排列詳細(xì)信息（IRF9540 也將具有相同的引腳排列配置）

更簡(jiǎn)單的全橋替代方案

下圖顯示了使用 P 和 N 溝道 MOSFET 的替代 H 橋設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)不依賴于 IC，而是使用普通 BJT 作為隔離 MOSFET
的驅(qū)動(dòng)器。

交替時(shí)鐘信號(hào)由 Arduino 板提供，而上述電路的正輸出和負(fù)輸出則提供給 Arduino DC 輸入。