Entre as diferentes topologias de inversores existentes, a topologia de inversor em ponte completa ou ponte H é considerada a mais eficiente e eficaz. A configuração de uma topologia de ponte completa pode envolver muita criticidade, no entanto, com o advento dos CIs de driver de ponte completa, eles se tornaram um dos inversores mais simples que se pode construir.
O que é uma topologia de ponte completa
Um inversor de ponte completa também chamado de inversor de ponte H, é a topologia de inversor mais eficiente que trabalha com transformadores de dois fios para fornecer a corrente oscilante push-pull necessária para o primário. Isso evita o uso de um transformador com derivação central de 3 fios que não é muito eficiente devido à sua quantidade de enrolamento primário duas vezes maior do que um transformador de 2 fios
Este recurso permite o uso de transformadores menores e obter mais saídas de energia ao mesmo tempo. Hoje, devido à fácil disponibilidade de CIs de driver de ponte completa, as coisas se tornaram totalmente simples e fazer um circuito inversor de ponte completa em casa tornou-se uma brincadeira de crianças.
Aqui discutimos um circuito inversor de ponte completa usando o driver de ponte completa IC IRS2453(1)D da International Rectifiers.
O chip mencionado é um excelente IC de driver de ponte completa, pois sozinho cuida de toda a criticidade principal envolvida com topologias de ponte H por meio de seus avançados circuitos embutidos.
O montador simplesmente precisa conectar alguns componentes externamente para obter um inversor de ponte H completo e funcional.
A simplicidade do design é evidente no diagrama mostrado abaixo:
Operação do Circuito
Pin14 e pin10 são as pinagens de tensão de alimentação flutuante do lado alto do IC. Os capacitores de 1uF efetivamente mantêm essas pinagens cruciais um tom mais alto do que as tensões de dreno dos mosfets correspondentes, garantindo que o potencial da fonte do mosfet permaneça menor que o potencial da porta para a condução necessária dos mosfets.
Os resistores de porta suprimem a possibilidade de pico de dreno/fonte, evitando a condução repentina dos mosfets.
Os diodos nos resistores de porta são introduzidos para descarga rápida dos capacitores internos de porta/drenagem durante seus períodos de não condução para garantir a resposta ideal dos dispositivos.
O IC IRS2453(1)D também é apresentado com um oscilador embutido, o que significa que nenhum estágio de oscilador externo seria necessário com este chip.
Apenas alguns componentes passivos externos cuidam da frequência para acionar o inversor.
Rt e Ct podem ser calculados para obter as saídas de frequência de 50Hz ou 60Hz pretendidas nos mosfets.
Calculando Componentes Determinantes de Frequência
A seguinte fórmula pode ser usada para calcular os valores de Rt/Ct:
f = 1/1,453 x Rt x Ct
onde Rt está em Ohms e Ct em Farads.
Recurso de alta tensão
Outra característica interessante deste IC é sua capacidade de lidar com tensões muito altas de até 600V, tornando-o perfeitamente aplicável para inversores sem transformador ou circuitos compactos de inversores de ferrite.
Como pode ser visto no diagrama fornecido, se um 330V DC acessível externamente for aplicado através das “linhas retificadas +/- AC”, a configuração instantaneamente se torna um inversor sem transformador em que qualquer carga pretendida pode ser conectada diretamente nos pontos marcados como “carga “.
Alternativamente, se um transformador redutor comum for usado, o enrolamento primário pode ser conectado nos pontos marcados como “carga”. Neste caso, a “linha retificada + AC” pode ser unida com o pino 1 do IC e terminada comumente na bateria (+) do inversor.
Se for usada uma bateria superior a 15V, a “linha retificada + CA” deve ser conectada diretamente com o positivo da bateria, enquanto o pino 1 deve ser aplicado com um 12V regulado para baixo da fonte da bateria usando o IC 7812.
Embora o design mostrado abaixo pareça muito fácil de construir, o layout requer algumas diretrizes rígidas a serem seguidas, você pode consultar o post para garantir as medidas de proteção corretas para o circuito inversor de ponte completa simples proposto.
NOTA: Por favor, junte o pino SD do IC com a linha de terra, se não for usado para a operação de desligamento.
Diagrama de circuito
Simples H-Bridge ou Inversor Full Bridge usando dois Half-Bridge IC IR2110
O diagrama acima mostra como implementar um projeto de inversor de onda quadrada de ponte completa eficaz usando um par de ICs de meia ponte IR2110.
Os ICs são drivers de meia ponte completos equipados com a rede de capacitores de inicialização necessária para acionar os mosfets laterais altos e um recurso de tempo morto para garantir 100% de segurança para a condução do mosfet.
Os CIs funcionam alternando alternadamente os mosfets Q1/Q2 e Q3/Q4 em conjunto, de modo que em qualquer ocasião quando Q1 está ligado, Q2 e Q3 são completamente desligados e vice-versa.
O IC é capaz de criar a comutação precisa acima em resposta aos sinais temporizados em suas entradas HIN e LIN.
Essas quatro entradas precisam ser acionadas para garantir que a qualquer instante HIN1 e LIN2 sejam ligados simultaneamente enquanto HIN2 e LIN1 sejam desligados e vice-versa. Isso é feito com o dobro da taxa de frequência de saída do inversor. Ou seja, se a saída do inversor deve ser de 50Hz, as entradas HIN/LIN devem oscilar na taxa de 100Hz e assim por diante.
Circuito oscilador
Este é um circuito oscilador otimizado para acionar as entradas HIN/LIN do circuito inversor de ponte completa explicado acima.
Um único IC 4049 é usado para gerar a frequência necessária e também para isolar as alimentações de entrada alternadas para os ICs do inversor.
C1 e R1 determinam a frequência necessária para oscilar os dispositivos de meia ponte e podem ser calculadas usando a seguinte fórmula:
f = 1 /1,2RC
Alternativamente, os valores podem ser alcançados através de alguma tentativa e erro.
Inversor de ponte completa discreto usando transistor
Até agora estudamos topologias de inversores em ponte completa usando CIs especializados, porém o mesmo pode ser construído usando peças discretas como transistores e capacitores, e sem depender de CIs.
Um diagrama simples pode ser visto abaixo:
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FONTE
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