Se você está se perguntando se existe uma maneira fácil de implementar um circuito de driver de ponte H sem usar o complexo estágio de bootstrap, a ideia a seguir resolverá sua consulta com precisão.
Neste artigo, aprendemos como construir um circuito de driver MOSFET universal de ponte completa ou ponte H, usando MOSFETs de canal P e canal N, que podem ser usados para fazer circuitos de driver de alta eficiência para motores, inversores e muitas potências diferentes conversores.
A ideia exclui exclusivamente a topologia padrão do driver de ponte H de 4 canais N, que depende imperativamente da complexa rede de bootstrapping.
Vantagens e desvantagens do projeto de ponte completa de canal N padrão
Sabemos que os drivers MOSFET de ponte completa são mais bem alcançados incorporando MOSFETs de canal N para todos os 4 dispositivos no sistema. A principal vantagem é o alto grau de eficiência proporcionado por esses sistemas em termos de transferência de energia e dissipação de calor.
Isso se deve ao fato de que os MOSFETs de canal N são especificados com resistência RDson mínima em seus terminais de fonte de dreno, garantindo resistência mínima à corrente, permitindo menor dissipação de calor e dissipadores de calor menores nos dispositivos.
No entanto, a implementação do acima não é fácil, uma vez que todos os dispositivos de 4 canais não podem conduzir e operar a carga central sem ter uma rede de bootstrapping de diodo/capacitor anexada ao projeto.
A rede de inicialização requer alguns cálculos e a colocação complicada dos componentes para garantir que os sistemas funcionem corretamente. Esta parece ser a principal desvantagem de uma topologia de ponte H baseada em MOSFET de 4 canais, que os usuários comuns acham difícil configurar e implementar.
Uma abordagem alternativa
Uma abordagem alternativa para fazer um módulo de driver de ponte H fácil e universal que promete alta eficiência e ainda elimina o bootstrap complexo é eliminar os dois MOSFETs de canal N de lado alto e substituí-los contrapartes de canal P.
Pode-se perguntar, se é tão fácil e eficaz, por que não é um design padrão recomendado? A resposta é que, embora a abordagem pareça mais simples, existem algumas desvantagens que podem causar menor eficiência neste tipo de configuração de ponte completa usando o combo MOSFET de canal P e N.
Em primeiro lugar, os MOSFETs de canal P geralmente apresentam uma classificação de resistência RDson mais alta em comparação com os MOSFETs de canal N, o que pode resultar em dissipação de calor desigual nos dispositivos e resultados de saída imprevisíveis. O segundo perigo pode ser um fenômeno de disparo, que pode causar danos instantâneos aos dispositivos.
Dito isto, é muito mais fácil cuidar dos dois obstáculos acima do que projetar um circuito de bootstrapping arriscado.
Os dois problemas acima podem ser eliminados por:
- Seleção de MOSFETs de canais P com especificações RDOn mais baixas, que podem ser quase iguais à classificação RDOn dos dispositivos de canal N complementares. Por exemplo, em nosso projeto proposto, você pode encontrar o IRF4905 sendo usado para os MOSFETs de canal P, que são classificados com uma resistência RDson impressionantemente baixa de 0,02 Ohms.
- Contrariando o disparo adicionando estágios de buffer apropriados e usando o sinal do oscilador de uma fonte digital confiável.
Um driver MOSFET Easy Universal H-Bridge
A imagem a seguir mostra o circuito de driver MOSFET de ponte H universal baseado em canal P/canal N, que parece ser projetado para fornecer eficiência máxima com riscos mínimos.
Como funciona
O funcionamento do projeto da ponte H acima é bastante básico. A ideia é mais adequada para aplicações de inversores para converter com eficiência uma CC de baixa potência para CA de nível de rede.
A alimentação de 12V é adquirida de qualquer fonte de energia desejada, como uma bateria ou painel solar para uma aplicação de inversor.
A alimentação é condicionada apropriadamente usando o capacitor de filtro de 4700 uF e através do resistor limitador de corrente de 22 ohm e um zener de 12 V para estabilização adicional.
A CC estabilizada é utilizada para alimentar o circuito do oscilador, garantindo que seu funcionamento não seja afetado pelos transitórios de comutação do inversor.
A saída de clock alternativa do oscilador é alimentada para as bases dos BJTs Q1, Q2, que são transistores BC547 de sinal pequeno padrão posicionados como estágios de buffer/inversor para acionar o estágio MOSFET principal com precisão.
Por padrão, os transistores BC547 estão na condição de LIGADO, através de seus respectivos potenciais divisores resistivos de base.
Isso significa que na condição ociosa, sem os sinais do oscilador, os MOSFETs do canal P estão sempre ligados, enquanto os MOSFETs do canal N estão sempre desligados. Nesta situação, a carga no centro, que é um enrolamento primário do transformador, não recebe energia e permanece DESLIGADA.
Quando os sinais de clock são alimentados nos pontos indicados, os sinais negativos dos pulsos de clock realmente aterram a tensão de base dos transistores BC547 através do capacitor de 100 uF.
Isso acontece alternadamente, fazendo com que o MOSFET do canal N de um dos braços da ponte H ligue. Agora, como o MOSFET do canal P no outro braço da ponte já está ligado, permite que um MOSFET do canal P e um MOSFET do canal N nos lados diagonais sejam ligados simultaneamente, fazendo com que a tensão de alimentação flua através desses MOSFETs e o primário do transformador em uma direção.
Para o segundo sinal de clock alternativo, a mesma ação se repete, mas para o outro braço diagonal da ponte, fazendo com que a alimentação flua através do primário do transformador na outra direção.
O padrão de comutação é exatamente semelhante a qualquer ponte H padrão, conforme ilustrado na figura a seguir:
Essa comutação flip-flop dos MOSFETs dos canais P e N nos braços diagonais esquerdo/direito continua se repetindo em resposta às entradas de sinal de clock alternativas do estágio do oscilador.
Como resultado, o primário do transformador também é comutado no mesmo padrão, fazendo com que uma onda quadrada AC 12V flua através de seu primário, que é correspondentemente convertida em uma onda quadrada de 220 V ou 120 V AC através do secundário do transformador.
A frequência depende da frequência da entrada do sinal do oscilador, que pode ser de 50 Hz para saída de 220 V e 60 Hz para saída de 120 V CA,
Qual circuito oscilador pode ser usado
O sinal do oscilador pode ser de qualquer projeto digital baseado em IC, como do IC 4047, SG3525, TL494, IC 4017/555, IC 4013 etc.
Mesmo circuito astável transistorizado pode ser usado efetivamente para o circuito oscilador.
O exemplo de circuito oscilador a seguir pode ser idealmente usado com o módulo de ponte completa discutido acima. O oscilador tem uma saída fixa em 50 Hz, através de um transdutor de cristal.
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FONTE
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