A postagem a seguir descreve um circuito inversor de onda senoidal modificado com ponte H usando quatro mosfets de canal n. Vamos aprender mais sobre o funcionamento do circuito.
O Conceito da Ponte H
Todos sabemos que entre as diferentes tipologias de inversores, a ponte H é a mais eficiente, pois dispensa o uso de transformadores de derivação central e permite o uso de transformadores com dois fios. Os resultados se tornam ainda melhores quando quatro mosfets de canal N estão envolvidos.
Com um transformador de dois fios conectado a uma ponte H significa que o enrolamento associado pode passar pelas oscilações push pull de maneira reversa para frente. Isso proporciona melhor eficiência, pois o ganho de corrente atingível aqui se torna maior do que as topologias do tipo de derivação central comum.
No entanto, as coisas melhores nunca são fáceis de obter ou implementar. Quando mosfets de tipo idêntico estão envolvidos em uma rede de ponte H, conduzi-los com eficiência se torna um grande problema. Isso se deve principalmente aos seguintes fatos:
Como sabemos, uma topologia de ponte H incorpora quatro mosfets para as operações especificadas. Com todos os quatro tipos de canal N, acionar os mosfets superiores ou os mosfets laterais altos se torna um problema.
Isso ocorre porque durante a condução os mosfets superiores experimentam quase o mesmo nível de potencial em seu terminal de fonte que a tensão de alimentação, devido à presença da resistência de carga no terminal de fonte.
Isso significa que os mosfets superiores encontram níveis de tensão semelhantes em seu portão e fonte durante a operação.
Como de acordo com as especificações, a tensão da fonte deve estar próxima do potencial de terra para uma condução eficiente, a situação inibe instantaneamente a condução de um determinado mosfet e todo o circuito pára.
A fim de comutar os mosfets superiores de forma eficiente, eles devem ser aplicados com uma tensão de porta pelo menos 6V maior que a tensão de alimentação disponível.
Ou seja, se a tensão de alimentação for 12V, precisaríamos de pelo menos 18-20V no portão dos mosfets do lado alto.
Usando 4 Mosfets N-Channel para o Inversor
O circuito inversor de ponte H proposto com mosfets de 4 n canais tenta superar este problema introduzindo uma rede de bootstrapping de tensão mais alta para operar os mosfets de lado alto.
As portas N1, N2, N3, N4 NOT do IC 4049 são dispostas como um circuito dobrador de tensão, que gera cerca de 20 volts da fonte de 12V disponível.
Esta tensão é aplicada aos mosfets do lado alto através de alguns transistores NPN.
Os mosfets do lado baixo recebem as tensões da porta diretamente das respectivas fontes.
A frequência oscilante (totem pole) é derivada de um contador de década padrão IC, o IC 4017.
Sabemos que o IC 4017 gera saídas altas de sequenciamento em seus 10 pinos de saída especificados. A lógica de sequenciamento é encerrada subsquentemente à medida que salta de um pino para o outro.
Aqui todas as 10 saídas são usadas para que o IC nunca tenha a chance de produzir uma comutação incorreta de seus pinos de saída.
Os grupos de três saídas alimentadas aos mosfets mantêm a largura de pulso em dimensões razoáveis. O recurso também fornece ao usuário a facilidade de ajustar a largura de pulso que está sendo alimentada aos mosfets.
Ao reduzir o número de saídas para os respectivos mosfets, a largura de pulso pode ser efetivamente reduzida e vice-versa.
Isso significa que o RMS é ajustável aqui até certo ponto e torna o circuito uma capacidade de circuito de onda senoidal modificada.
Os relógios para o IC 4017 são retirados da própria rede do oscilador de bootstrapping.
A frequência oscilante do circuito de bootstrapping é intencionalmente fixada em 1kHz, de modo que se torna aplicável para acionar o IC4017 também, o que, em última análise, fornece cerca de 50 Hz de saída para o circuito inversor de ponte H de 4 canais N conectado.
O design proposto pode ser muito simplificado, conforme indicado aqui:
https://www.homemade-circuits.com/2013/05/full-bridge-1-kva-inverter-circuit.html
O próximo inversor de onda senoidal modificado em ponte completa ou meia ponte também foi desenvolvido por mim. A ideia não incorpora 2 canais P e mosfets de 2 canais n para a configuração da ponte H e implementa efetivamente todas as funções necessárias sem falhas.
pinagem IC 4049
Como o circuito do inversor é configurado no estágio
O circuito pode ser basicamente dividido em três etapas, viz. O estágio do oscilador, o estágio do driver e o estágio de saída do mosfet da ponte completa.
Olhando para o diagrama de circuito mostrado, a ideia pode ser explicada com os seguintes pontos:
O IC1 que é o IC555 é conectado em seu modo astável padrão e é responsável por gerar os pulsos ou oscilações necessários.
Os valores de P1 e C1 determinam a frequência e o ciclo de trabalho das oscilações geradas.
O IC2, que é um contador/divisor de décadas IC4017, executa duas funções: otimização da forma de onda e fornecimento de um disparo seguro para o estágio completo da ponte.
Fornecer um disparo seguro para os mosfets é a função mais importante executada pelo IC2. Vamos aprender como ele é implementado.
Como o IC 4017 foi projetado para funcionar
Como todos sabemos, a saída das sequências do IC4017 em resposta a cada clock de borda de subida aplicado em seu pino de entrada # 14.
Os pulsos do IC1 iniciam o processo de sequenciamento de forma que os pulsos saltem de um pino para o outro na seguinte ordem: 3-2-4-7-1. Ou seja, em resposta a cada pulso de entrada alimentado, a saída do IC4017 se tornará alta do pino 3 para o pino 1 e o ciclo se repetirá enquanto a entrada no pino 14 persistir.
Uma vez que a saída atinge o pino 1, ela é redefinida pelo pino 15, para que o ciclo possa se repetir a partir do pino 3.
No instante em que o pino 3 está alto, nada conduz na saída.
No momento em que o pulso acima salta para o pino 2, ele se torna alto, o que liga T4 (o mosfet de canal N responde ao sinal positivo), simultaneamente o transistor T1 também conduz, seu coletor fica baixo, o que no mesmo instante liga T5, que sendo um O mosfet do canal P responde ao sinal baixo no coletor de T1.
Com T4 e T5 LIGADOS, a corrente passa do terminal positivo através do enrolamento do transformador envolvido TR1 até o terminal de aterramento. Isso empurra a corrente através de TR1 em uma direção (da direita para a esquerda).
No instante seguinte, o pulso salta do pino#2 para o pino#4, pois esta pinagem está em branco, mais uma vez nada conduz.
No entanto, quando a sequência salta do pino 4 para o pino 7, T2 conduz e repete as funções de T1, mas no sentido inverso. Ou seja, desta vez T3 e T6 conduzem a comutação da corrente através de TR1 na direção oposta (da esquerda para a direita). O ciclo completa o funcionamento da ponte H com sucesso.
Finalmente, o pulso salta do pino acima para o pino 1, onde é redefinido para o pino 3 e o ciclo continua se repetindo.
O espaço em branco no pino 4 é o mais crucial, pois mantém os mosfets totalmente protegidos de qualquer possível “disparo” e garante um funcionamento 100% impecável da ponte completa, evitando a necessidade e o envolvimento de drivers de mosfet complicados.
A pinagem em branco também ajuda a implementar a forma de onda senoidal modificada típica e bruta necessária, conforme mostrado no diagrama.
A transferência do pulso através do IC4017 de seu pino 3 para o pino 1 constitui um ciclo, que deve se repetir 50 ou 60 vezes para gerar os ciclos de 50 Hz ou 60 Hz necessários na saída de TR1.
Portanto, multiplicando o número de pinagens por 50 dá 4 x 50 = 200 Hz. Esta é a frequência que deve ser ajustada na entrada do IC2 ou na saída do IC1.
A frequência pode ser facilmente ajustada com a ajuda de P1.
O projeto de circuito inversor de onda senoidal modificado de ponte completa proposto pode ser modificado de várias maneiras diferentes, de acordo com as preferências individuais.
A relação de espaço de marca de IC1 tem algum efeito sobre os recursos de pulso?….coisa a se ponderar.
Diagrama de circuito
Lista de peças
R2, R3, R4, R5 = 1K
R1, P1, C2 = precisa ser calculado em 50Hz usando esta calculadora 555 IC
C2 = 10nF
T1, T2 = BC547
T3, T5 = IRF9540
T4, T6 = IRF540
IC1 = IC 555
IC2 = 4017
Forma de onda assumida
Hashtags: #Circuito #inversor #ponte #usando #mosfets #canais
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.
Status (Ok Até agora)
Se tiver algum erro coloque nos comentários