Neste post, 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 ávidos leitores deste site.
Por que o circuito inversor de ponte completa não é fácil
Sempre que pensamos em um circuito inversor de ponte completa ou 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 de topologia de ponte completa de mosfet de 4 canais N, que por sua vez exige a incorporação de um mecanismo de bootstrap para os mosfets de lado alto.
O que é Bootstrap
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 n são usados em uma rede de ponte completa, o bootstrap torna-se imperativo.
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 crescente pode ser tão alto quanto a tensão de dreno do mosfet do lado alto.
Então, basicamente, a menos que o potencial da porta/fonte deste mosfet seja capaz de exceder o valor máximo desse potencial crescente da fonte em pelo menos 12V, o mosfet não conduzirá de forma eficiente. (Se você está tendo dificuldade em entender, por favor, deixe-me saber através dos comentários.)
Em um dos meus posts anteriores, expliquei de forma abrangente como funciona o transistor seguidor de emissor, que também pode ser exatamente aplicável a um circuito seguidor de fonte mosfet.
Nesta configuração, aprendemos que a tensão de base para o transistor deve ser sempre 0,6 V mais alta que a tensão do emissor no lado do coletor do transistor, para permitir que o transistor conduza entre o coletor e o emissor.
Se interpretarmos o acima para um mosfet, descobrimos que a tensão de porta de um mosfet seguidor de fonte deve ser pelo menos 5V, ou idealmente 10V maior 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, descobrirá que os mosfets do lado alto são realmente organizados como seguidores de fonte e, portanto, exigem uma tensão de disparo do portão que precisa ser no mínimo 10V sobre os volts de alimentação do dreno.
Uma vez que isso seja feito, 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 aumentar a tensão do portão de um mosfet do lado alto para 10 V mais alto do que sua tensão de alimentação de dreno é chamado de bootstrapping, e o circuito para realizar isso é denominado como rede de bootstrapping.
O mosfet do lado baixo não requer essa configuração crítica simplesmente porque a fonte dos mosfets do lado baixo é aterrada diretamente. Portanto, eles podem operar usando a própria tensão de alimentação Vcc e sem nenhum aprimoramento.
Como fazer um circuito inversor de ponte completa SG3525
Agora, já que sabemos como implementar uma rede full bridge usando bootstrapping, vamos tentar entender como isso pode ser aplicado para obter um circuito inversor SG3525 full bridge, 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 um circuito inversor de ponte H ou ponte completa SG3525 altamente eficiente.
Diagrama de circuito
Referindo-se 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 desconhecidos.
Para ser preciso, o estágio BC547 está posicionado para reforçar a condição de bootstrap, e isso pode ser entendido com a ajuda da seguinte explicação:
Sabemos que em qualquer ponte H 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 em que o pino 14 do SG3525 esteja baixo, o que permite que os mosfets superior direito e inferior esquerdo conduzam.
Isso implica que o pino 11 do IC está alto durante esta instância, o que mantém o botão BC547 do lado esquerdo ligado. 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 baixo 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 no SG3525 é revertida com o ciclo oscilante subsequente, o pino 11 fica baixo, o que desliga instantaneamente o BC547 associado.
4) Com BC547 desligado, a tensão de alimentação no cátodo do 1N4148 agora atinge a porta do mosfet conectado, porém 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 permite uma tensão 2X aumentada na porta do mosfet relevante.
6) Esta condição instantaneamente aciona o mosfet em condução, que empurra a tensão através do mosfet do lado oposto correspondente.
7) Durante esta situação, o capacitor é forçado a descarregar rapidamente e o mosfet é capaz de conduzir apenas por tanto tempo que a carga armazenada desse 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 manter adequadamente a carga 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 funciona um bootstrapping em inversores de ponte completa e como esse recurso crucial pode ser implementado para criar 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 investigar como o mesmo pode ser implementado para outras opções comuns, como em circuitos inversores baseados em IC 4047 ou IC 555, …..pense sobre isso e deixe-nos saber!
ATUALIZAR: Se você achar o projeto da ponte H acima muito complexo para implementar, você pode tentar uma alternativa muito mais fácil
Circuito Inversor SG3525 que pode ser configurado com a rede Full Bridge discutida acima
A imagem a seguir mostra um exemplo de circuito inversor usando o IC SG3525, você pode observar que o estágio de saída do 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 nas seções indicadas da rede de ponte completa explicada acima para converter efetivamente esse projeto simples SG3525 em um circuito inversor de ponte completa SG3525 completo ou um circuito de ponte H mosfet de canal 4 N.
Feedback do Sr. Robin, (que é um dos ávidos leitores deste blog e um apaixonado entusiasta da eletrônica):
Olá Swagatum
Ok, apenas para verificar se tudo está funcionando, separei os dois pés laterais altos dos dois pés laterais baixos e usei o mesmo circuito que:
(https://www.homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html),
conectando o negativo da tampa à fonte do mosfet, em seguida, conectando essa junção a um resistor de 1k e um led ao terra em cada pé do lado alto. O pino 11 pulsava o pé do lado alto e o pino 14 o outro pé do lado alto.
Quando troquei o SG3525 em ambos os pés acenderam momentaneamente e os oscilaram normalmente depois. Acho que poderia ser um problema se eu ligasse essa situação ao trafo e aos pés laterais baixos?
Então testei os dois pés do lado baixo, conectando uma fonte de 12v a um (resistor de 1k e um led) ao dreno de cada pé do lado baixo e conectando a fonte ao terra. Os pinos 11 e 14 foram conectados a cada porta do lado baixo.
Quando troquei o SG3525 no lado baixo os pés não oscilaram até eu colocar um resistor de 1k entre o pino (11, 14) e o gate.(não sei porque isso acontece).
Diagrama de circuito anexado abaixo.
A minha resposta:
Obrigado Robson,
Agradeço seus esforços, no entanto, essa não parece ser a melhor maneira de verificar a resposta de saída do IC …
alternativamente, você pode tentar um método simples conectando LEDs individuais do pino 11 e pino 14 do IC ao terra, com cada LED tendo seu próprio resistor de 1K.
Isso permitirá que você entenda rapidamente a resposta de 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 conectar um zeners de 3V em série entre os pinos de saída do IC e as respectivas entradas de ponte completa…
Espero que isto ajude
Cumprimentos…
Swag
De Robin:
Você poderia explicar como { zeners de 3V em série entre os pinos de saída do IC e as respectivas entradas de ponte completa…
Saúde Robin
Mim:
Quando um diodo zener está em série, ele passará a tensão total uma vez que seu valor especificado seja excedido, portanto, um diodo zener de 3V não conduzirá apenas enquanto a marca de 3V não for ultrapassada, uma vez ultrapassada, permitirá todo o nível de tensão que foi aplicada através dele
Portanto, no nosso caso também, como a tensão do SG 3525 pode ser considerada no nível de alimentação e superior a 3V, nada seria bloqueado ou restrito e todo o nível de alimentação seria capaz de atingir o estágio de ponte completa.
Deixe-me saber como ele vai com o seu circuito.
Adicionando um “tempo morto” ao Low Side Mosfet
O diagrama a seguir mostra como um tempo morto pode ser introduzido no mosfet do lado baixo, de modo que sempre que o transistor BC547 comuta, fazendo com que o mosfet superior ligue, o mosfet do lado baixo relevante é ligado após um pequeno atraso (alguns ms), evitando assim qualquer tipo de disparo possível.
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução
Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
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