¿Es posible construir un puente H con solo N-MOSFET (y estos otros componentes)?

Si tiene una fuente de alimentación de salida única y solo hay transistores NMOS y NPN disponibles, ciertamente podrá construir un puente "H", utilizando cualquiera de los dos (o ambos) pero no podrá saturarse los dispositivos del lado alto, por lo que, dependiendo de cómo se vea su carga, ellos (los transistores del lado alto) pueden calentarse demasiado para su comodidad y su carga probablemente no funcionará como usted quiere.

Sin embargo, con todas las cosas que tiene disponibles, puede construir fácilmente una bomba de carga y usarla genera un voltaje más alto que el voltaje de suministro.

Una vez que hiciste eso, serías capaz de conducir las puertas de los MOSFET del lado alto o las bases de los BJT del lado alto a una tensión superior a la de la fuente y lograr que el puente H funcione correctamente.

Sin siquiera considerar el concepto de arranque, es totalmente posible construir un puente H con MOSFET de canal N en las posiciones de interruptor superior e inferior. Esto se hace todo el tiempo en controladores de alta potencia debido a la selección mucho mayor de FET de canal N de alto rendimiento por encima de los FET de canal P.

El parámetro clave a tener en cuenta es que el voltaje de activación de la compuerta para los FET superiores debe manejarse por encima del nivel positivo de voltaje de salida en una buena cantidad para garantizar que los FET superiores se enciendan completamente. Una forma inicial de lograr esto es proporcionar un riel de suministro de mayor voltaje para los controladores de puerta que el que se usa para el riel de voltaje positivo de salida.

Una vez que haya aprendido y comprendido los conceptos de lo que se necesita para impulsar los FET de canal N superiores con suficiente voltaje de compuerta, puede comenzar a investigar cómo obtener ese voltaje más alto sin tener que proporcionar una fuente de alimentación de voltaje más alto. Una forma de hacerlo es construir un circuito de bomba de carga, con algunos de sus otros componentes, para "duplicar" el riel de voltaje positivo hasta casi el doble del voltaje. Para utilizar este voltaje más alto se requerirá un circuito que pueda oscilar la compuerta FET superior hasta este voltaje 2X y luego bajo. El Op-Amp sería un buen candidato para hacer eso por ti.

En la industria, existe una tendencia a que los ingenieros se encarguen de diseñar circuitos que cuesten menos pero que brinden el rendimiento y la función deseados. Existe una técnica llamada correa de arranque que utiliza la acción de conmutación del propio puente H para impulsar un condensador en una forma más simple que el circuito de la bomba de carga completamente separado. El capacitor de arranque puede alcanzar casi el doble del nivel de voltaje del riel de voltaje positivo y nuevamente proporciona la polarización de accionamiento de puerta necesaria para el FET de canal N superior. Sin embargo, nunca obtenemos nada gratis y, en este caso, el circuito de arranque más simple tiene el requisito de que el H-Bridge necesita cambiar continuamente todo el tiempo para proporcionar la acción de bombeo. Esto significa que un controlador de motor tendría que cambiarse de tipo PWM y nunca llegar al 100% del nivel de activación.

Dado que se trata de una tarea escolar, sospecho que se espera que la solución sea simple, no de grado industrial. El bootstrap más simple que funciona para los MOSFET de canal N de lado alto se parece a esto (se muestra la mitad del puente):

Estoesde un libro de texto de Grant y Gowar .

Ahora que no tiene PNP, no puede tener la unidad de par Q3 complementaria allí. En su lugar, tienes que usar un tótem de dos NPN en su lugar.

Parecequetehandadotodaslaspuertaslógicasquedeseas,porloqueparecequeestosatisfarátusrequisitosdeasignación.

Sehaencontradounpocomásdebúsqueda(en un artículo referenciado por Grant and Gowar) algo más económico a lo largo de líneas de las que estaba hablando:

Notengoniideadeporquéledan"Detector infrarrojo" y "Emisor infrarrojo", pero si por casualidad eso significa que le han dado optoacopladores, también puede hacer esto:

NoestádiciendoquétipodemotornecesitaestepuenteHparaconducir.LoscircuitosanterioressonadecuadosparaBLDComotoresenlosqueeltiempodeencendidodelosinterruptoresdelladoaltonopuedeserarbitrariamentelargoporqueelcondensadorsolopuederecargarsecuandoelladoaltoestáapagado(estácortocircuitadomientraselcontroladordelladoaltoestáactivado).Sinecesitauntiempodeencendidoarbitrariamentelargo,entoncessenecesitauncircuitounpocomáscomplejollamadobombadecargaparacompletarcontinuamenteelcondensadordeltanquedecarga.El circuito a nivel de libro de texto es (solo se muestra el controlador del lado alto):

Nuevamente, deberá sustituir el par complementario para cumplir con los requisitos de diseño de no-PNP permitidos. Este circuito también requiere una señal de reloj (generador de onda cuadrada) para accionar la bomba, que puede hacer de muchas maneras con lo que tiene, por ejemplo. amplificador operacional Si no sabe cómo hacerlo (y lo necesita), debe buscar en el sitio o hacer una pregunta por separado.