Circuito Inversor SG3525 Full Bridge

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Neste artigo, tentamos investigar como projetar um circuito inversor de ponte completa SG3525 aplicando um circuito de bootstrap externo no projeto. A ideia foi solicitada pelo Sr. Abdul e muitos outros leitores ávidos deste site.

Por que o circuito inversor de ponte completa não é fácil

Sempre que pensamos em uma ponte completa ou em um circuito inversor de ponte H, somos capazes de identificar circuitos com CIs de driver especializados, o que nos faz pensar, não é realmente possível projetar um inversor de ponte completa usando componentes comuns?



Embora isso possa parecer assustador, um pouco de compreensão do conceito nos ajuda a perceber que, afinal, o processo pode não ser tão complexo.

O obstáculo crucial em um projeto de ponte completa ou ponte H é a incorporação da topologia de ponte completa mosfet de 4 canais N, que por sua vez exige a incorporação de um mecanismo de bootstrap para os mosfets laterais altos.



O que é Bootstrapping

Então o que é exatamente uma rede de bootstrapping e como isso se torna tão crucial ao desenvolver um circuito inversor de ponte completa?

Quando dispositivos idênticos ou mosfets de 4 canais são usados ​​em uma rede de ponte completa, a inicialização torna-se imperativa.

É porque inicialmente a carga na fonte do mosfet do lado alto apresenta uma alta impedância, resultando em uma tensão de montagem na fonte do mosfet. Este potencial de aumento pode ser tão alto quanto a tensão de drenagem do mosfet do lado alto.

Então, basicamente, a menos que o potencial de porta / fonte deste mosfet seja capaz de exceder o valor máximo deste potencial de fonte crescente em pelo menos 12 V, o mosfet não conduzirá de forma eficiente. (Se você estiver tendo dificuldade para entender, me avise por meio de comentários.)

Em uma de minhas postagens anteriores, expliquei de forma abrangente como o transistor seguidor de emissor funciona , que pode ser exatamente aplicável a um circuito seguidor de fonte mosfet também.

Nesta configuração, aprendemos que a tensão de base do transistor deve ser sempre 0,6 V mais alta do que a tensão do emissor no lado do coletor do transistor, para permitir que o transistor conduza do coletor ao emissor.

Se interpretarmos o acima como um mosfet, descobriremos que a tensão do gate de um mosfet seguidor de fonte deve ser pelo menos 5 V, ou idealmente 10 V mais alta do que a tensão de alimentação conectada no lado do dreno do dispositivo.

Se você inspecionar o mosfet do lado alto em uma rede de ponte completa, você descobrirá que os mosfets do lado alto estão, na verdade, organizados como seguidores de origem e, portanto, exigem uma tensão de disparo de porta que precisa ser de no mínimo 10 V sobre os volts de alimentação do dreno.

Uma vez que isso seja realizado, podemos esperar uma condução ideal dos mosfets do lado alto através dos mosfets do lado baixo para completar o ciclo de um lado da frequência push pull.

Normalmente, isso é implementado usando um diodo de recuperação rápida em conjunto com um capacitor de alta tensão.

Este parâmetro crucial em que um capacitor é usado para elevar a tensão de porta de um mosfet do lado alto para 10 V acima de sua tensão de alimentação de dreno é chamado de bootstrapping, e o circuito para realizar isso é denominado rede de bootstrapping.

O mosfet do lado inferior não requer esta configuração crítica simplesmente porque a fonte dos mosets do lado inferior está diretamente aterrada. Portanto, eles são capazes de operar usando a própria tensão de alimentação Vcc e sem quaisquer melhorias.

Como fazer um circuito inversor de ponte completa SG3525

Agora, já que sabemos como implementar uma rede de ponte completa usando bootstrap, vamos tentar entender como isso pode ser aplicado para alcançando uma ponte completa Circuito inversor SG3525, que é de longe um dos CIs mais populares e procurados para fazer um inversor.

O projeto a seguir mostra o módulo padrão que pode ser integrado a qualquer inversor SG3525 comum através dos pinos de saída do IC para realizar uma ponte completa SG3525 ou circuito inversor H-bridge altamente eficiente.

Diagrama de circuito

rede de ponte completa de transistor usando bootstrap

Referindo-nos ao diagrama acima, podemos identificar os quatro mosfets manipulados como uma ponte H ou uma rede de ponte completa, no entanto, o transistor BC547 adicional e o capacitor de diodo associado parecem um pouco estranhos.

Para ser preciso, o estágio BC547 está posicionado para impor a condição de bootstrapping, e isso pode ser entendido com a ajuda da seguinte explicação:

Sabemos que em qualquer H-bridge os mosfets são configurados para conduzir diagonalmente para implementar a condução push pull pretendida através do transformador ou da carga conectada.

Portanto, vamos supor uma instância onde o pino # 14 do SG3525 é baixo, o que permite que os mosfets superior direito e inferior esquerdo conduzam.

Isso implica que o pino nº 11 do IC está alto durante esta instância, o que mantém a chave BC547 do lado esquerdo LIGADA. Nesta situação, as seguintes coisas acontecem dentro do estágio BC547 do lado esquerdo:

1) O capacitor de 10uF carrega através do diodo 1N4148 e o mosfet do lado inferior conectado com seu terminal negativo.

2) Esta carga é temporariamente armazenada dentro do capacitor e pode ser considerada igual à tensão de alimentação.

3) Agora, assim que a lógica através do SG3525 reverte com o ciclo de oscilação subsequente, o pino # 11 fica baixo, o que desliga instantaneamente o BC547 associado.

4) Com o BC547 desligado, a tensão de alimentação no cátodo do 1N4148 agora atinge a porta do mosfet conectado, no entanto, esta tensão agora é reforçada com a tensão armazenada dentro do capacitor que também é quase igual ao nível de alimentação.

5) Isso resulta em um efeito de duplicação e habilita uma tensão 2X elevada no gate do mosfet relevante.

6) Esta condição ativa instantaneamente o mosfet em condução, o que empurra a voltagem através do mosfet do lado inferior oposto correspondente.

7) Durante esta situação, o capacitor é forçado a descarregar rapidamente e o mosfet é capaz de conduzir apenas o tempo que a carga armazenada deste capacitor é capaz de sustentar.

Portanto, torna-se obrigatório garantir que o valor do capacitor seja selecionado de forma que o capacitor seja capaz de reter a carga adequadamente para cada período ON / OFF das oscilações push pull.

Caso contrário, o mosfet abandonará a condução prematuramente, causando uma saída RMS relativamente mais baixa.

Bem, a explicação acima explica de forma abrangente como um bootstrapping funciona em inversores de ponte completa e como esse recurso crucial pode ser implementado para fazer um circuito inversor de ponte completa SG3525 eficiente.

Agora, se você entendeu como um SG3525 comum pode ser transformado em um inversor de ponte H completo, você também pode querer investigar como o mesmo pode ser implementado para outras opções comuns, como em IC 4047 ou circuitos de inversor baseados em IC 555, … Pense sobre isso e nos informe!


ATUALIZAR: Se você achar que o projeto da ponte H acima é muito complexo para implementar, você pode tentar um alternativa muito mais fácil


Circuito do inversor SG3525 que pode ser configurado com a rede de ponte completa discutida acima

A imagem a seguir mostra um exemplo de circuito do inversor usando o IC SG3525, você pode observar que o estágio de saída mosfet está ausente no diagrama, e apenas as pinagens abertas de saída podem ser vistas na forma de terminações do pino 11 e 14.

As extremidades dessas pinagens de saída simplesmente precisam ser conectadas através das seções indicadas da rede de ponte completa explicada acima para converter efetivamente este projeto SG3525 simples em um circuito inversor de ponte completa SG3525 completo ou um circuito de ponte H mosfet de 4 N canal.

Feedback do Sr. Robin, (que é um dos leitores ávidos deste blog e um apaixonado entusiasta da eletrônica):

Oi swagatum
Ok, só para verificar se tudo está funcionando, separei os dois fets do lado alto dos dois fets do lado baixo e usei o mesmo circuito de:
( https://homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html ),
conectando a tampa negativa à fonte mosfet, em seguida, conectando essa junção a um resistor de 1k e um conduzido ao aterramento em cada fet do lado alto. O pino 11 pulsou um fet do lado alto e o pino 14, o outro fet do lado alto.
Quando troquei o SG3525 em ambos os fets acendeu momentaneamente e os oscilou normalmente depois disso. Eu acho que poderia ser um problema se eu conectasse esta situação ao trafo e os fets do lado baixo?
Em seguida, testei os dois fets do lado inferior, conectando uma fonte de 12v a um (resistor de 1k e um led) ao dreno de cada fet do lado baixo e conectando a fonte ao aterramento. Os pinos 11 e 14 foram conectados a cada porta dos fets do lado inferior.
Quando troquei o SG3525 no lado baixo, o fet's não oscilava até que eu colocasse um resistor de 1k entre o pino (11, 14) e o gate. (Não tenho certeza porque isso acontece).

Diagrama do circuito anexado abaixo.

A minha resposta:

Obrigado Robin,

Agradeço seus esforços, no entanto, essa não parece ser a melhor maneira de verificar a resposta de saída do IC ...

como alternativa, você pode tentar um método simples conectando LEDs individuais dos pinos 11 e 14 do IC ao aterramento, com cada LED tendo seu próprio resistor de 1K.

Isso permitirá que você compreenda rapidamente a resposta da saída do IC ... isso pode ser feito mantendo o estágio de ponte completo isolado das duas saídas do IC ou sem isolá-lo.

Além disso, você pode tentar anexar zeners de 3V em série entre os pinos de saída do IC e as respectivas entradas de ponte completa ... isso irá garantir que disparos falsos através dos mosfets sejam evitados tanto quanto possível ...

Espero que isto ajude

Cumprimentos...
Swag

De Robin:

Você poderia explicar como {3V zeners em série entre os pinos de saída do IC e as respectivas entradas de ponte completa ... isso garantirá que disparos falsos entre os mosfets sejam evitados na medida do possível ...

Cheers Robin

EU:

Quando um diodo zener está em série, ele passará da tensão total uma vez que seu valor especificado seja excedido, portanto, um diodo zener 3V não conduzirá apenas enquanto a marca de 3V não for cruzada, uma vez que esta seja excedida, ele permitirá o nível inteiro de voltagem que foi aplicada nele
Portanto, em nosso caso também, uma vez que a tensão do SG 3525 pode ser assumida como no nível de alimentação e superior a 3 V, nada seria bloqueado ou restringido e todo o nível de alimentação seria capaz de atingir o estágio de ponte completa.

Deixe-me saber como está o seu circuito.

Adicionando um 'Dead Time' ao Low Side Mosfet

O diagrama a seguir mostra como um tempo morto pode ser introduzido no mosfet do lado inferior de modo que sempre que o transistor BC547 alterna fazendo o mosfet superior LIGAR, o mosfet do lado inferior relevante é LIGADO após um ligeiro atraso (alguns ms), evitando assim qualquer tipo de possível tiro.

tempo morto para os mosfets low side


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