SG3525 Circuito inverter a ponte intero

In questo post proviamo a studiare come progettare un circuito inverter full bridge SG3525 applicando un circuito bootstrap esterno nel progetto. L'idea è stata richiesta dal signor Abdul e da molti altri accaniti lettori di questo sito.

Perché il circuito inverter a ponte intero non è facile

Ogni volta che pensiamo a un circuito inverter full bridge o H-bridge, siamo in grado di identificare circuiti con circuiti integrati di pilotaggio specializzati che ci fanno domandare se non sia davvero possibile progettare un inverter full bridge utilizzando componenti ordinari?

Anche se questo può sembrare scoraggiante, una piccola comprensione del concetto ci aiuta a renderci conto che dopo tutto il processo potrebbe non essere così complesso.

L'ostacolo cruciale in un progetto full bridge o H-bridge è l'incorporazione della topologia full bridge mosfet a 4 canali N, che a sua volta richiede l'incorporazione di un meccanismo di bootstrap per i mosfet high side.

Cos'è il bootstrap

Così che cos'è esattamente una rete di bootstrap e in che modo questo diventa così cruciale durante lo sviluppo di un circuito inverter a ponte intero?

Quando dispositivi identici o 4 mosfet nchannel vengono utilizzati in una rete full bridge, il bootstrap diventa imperativo.

È perché inizialmente il carico alla sorgente del mosfet lato alto presenta un'alta impedenza, con conseguente tensione di montaggio alla sorgente del mosfet. Questo potenziale in aumento potrebbe essere alto quanto la tensione di drain del mosfet high side.

Quindi, in pratica, a meno che il potenziale gate / source di questo mosfet non sia in grado di superare il valore massimo di questo potenziale sorgente in aumento di almeno 12V, il mosfet non condurrà in modo efficiente. (Se hai difficoltà a capire, fammelo sapere attraverso i commenti.)

In uno dei miei post precedenti ho spiegato in modo esauriente come funziona il transistor inseguitore di emettitore , che può essere esattamente applicabile anche a un circuito follower sorgente mosfet.

In questa configurazione abbiamo appreso che la tensione di base per il transistor deve essere sempre 0,6 V superiore alla tensione dell'emettitore sul lato del collettore del transistor, al fine di consentire al transistor di condurre dal collettore all'emettitore.

Se interpretiamo quanto sopra per un mosfet, troviamo che la tensione di gate di un mosfet follower sorgente deve essere di almeno 5 V, o idealmente 10 V superiore alla tensione di alimentazione collegata sul lato di drain del dispositivo.

Se si ispeziona il mosfet del lato alto in una rete a ponte completo, si scoprirà che i mosfet del lato alto sono effettivamente disposti come follower della sorgente e quindi richiedono una tensione di attivazione del gate che deve essere di almeno 10 V sui volt di alimentazione del drain.

Una volta ottenuto ciò, possiamo aspettarci una conduzione ottimale dai mosfet del lato alto attraverso i mosfet del lato basso per completare il ciclo unilaterale della frequenza push pull.

Normalmente questo viene implementato utilizzando un diodo a recupero rapido in combinazione con un condensatore ad alta tensione.

Questo parametro cruciale in cui un condensatore viene utilizzato per aumentare la tensione di gate di un mosfet high-side a 10 V superiore alla sua tensione di alimentazione di drain è chiamato bootstrap, e il circuito per ottenere ciò è definito come rete di bootstrap.

Il mosfet lato basso non richiede questa configurazione critica semplicemente perché la sorgente dei moset lato basso è direttamente collegata a terra. Questi sono quindi in grado di funzionare utilizzando la stessa tensione di alimentazione Vcc e senza alcun potenziamento.

Come realizzare un circuito inverter full bridge SG3525

Ora poiché sappiamo come implementare una rete bridge completa utilizzando il bootstrap, proviamo a capire come questo potrebbe essere applicato realizzare un ponte completo Circuito inverter SG3525, che è di gran lunga uno dei circuiti integrati più popolari e ricercati per realizzare un inverter.

Il disegno seguente mostra il modulo standard che può essere integrato a qualsiasi normale inverter SG3525 attraverso i pin di uscita dell'IC per realizzare un circuito inverter SG3525 full bridge o H-bridge altamente efficiente.

Schema elettrico

Facendo riferimento al diagramma sopra, possiamo identificare i quattro mosfet truccati come un ponte H o una rete a ponte completo, tuttavia il transistor BC547 aggiuntivo e il condensatore a diodi associato sembrano un po 'poco familiari.

Per essere precisi, lo stadio BC547 è posizionato per imporre la condizione di bootstrap, e questo può essere compreso con l'aiuto della seguente spiegazione:

Sappiamo che in qualsiasi ponte ad H i mosfet sono configurati per condurre diagonalmente per implementare la conduzione push pull prevista attraverso il trasformatore o il carico collegato.

Quindi supponiamo un'istanza in cui il pin # 14 dell'SG3525 è basso, il che consente la conduzione dei mosfet in alto a destra e in basso a sinistra.

Ciò implica che il pin # 11 dell'IC è alto durante questa istanza, il che mantiene l'interruttore BC547 sul lato sinistro su ON. In questa situazione accadono le seguenti cose all'interno dello stadio BC547 del lato sinistro:

1) Il condensatore da 10uF si carica tramite il diodo 1N4148 e il mosfet lato basso collegato con il suo terminale negativo.

2) Questa carica viene temporaneamente immagazzinata all'interno del condensatore e si può presumere che sia uguale alla tensione di alimentazione.

3) Ora non appena la logica attraverso l'SG3525 ritorna con il successivo ciclo di oscillazione, il pin # 11 diventa basso, il che spegne istantaneamente il BC547 associato.

4) Con BC547 spento, la tensione di alimentazione al catodo dell'1N4148 ora raggiunge il gate del mosfet collegato, tuttavia questa tensione è ora rinforzata con la tensione immagazzinata all'interno del condensatore che è anch'essa quasi uguale al livello di alimentazione.

5) Ciò si traduce in un effetto di raddoppio e consente un aumento della tensione 2X al gate del relativo mosfet.

6) Questa condizione attiva istantaneamente il mosfet in conduzione, che spinge la tensione attraverso il corrispondente mosfet lato basso opposto.

7) In questa situazione il condensatore è costretto a scaricarsi velocemente e il mosfet è in grado di condurre solo per il tempo che la carica immagazzinata di questo condensatore è in grado di sostenere.

Diventa quindi obbligatorio assicurarsi che il valore del condensatore sia selezionato in modo tale che il condensatore sia in grado di trattenere adeguatamente la carica per ogni periodo ON / OFF delle oscillazioni push pull.

Altrimenti il ​​mosfet abbandonerà prematuramente la conduzione causando un'uscita RMS relativamente inferiore.

Ebbene, la spiegazione di cui sopra spiega in modo completo come funziona un bootstrap negli inverter full bridge e come questa caratteristica cruciale può essere implementata per realizzare un efficiente circuito inverter full bridge SG3525.

Ora, se hai capito come un normale SG3525 potrebbe essere trasformato in un vero e proprio inverter H-bridge, potresti anche voler indagare su come lo stesso può essere implementato per altre opzioni ordinarie come in IC 4047 o circuiti inverter basati su IC 555, … .. pensaci e facci sapere!

AGGIORNARE: Se ritieni che il progetto H-bridge di cui sopra sia troppo complesso da implementare, puoi provare un file alternativa molto più semplice

Circuito inverter SG3525 che può essere configurato con la rete Full Bridge sopra discussa

L'immagine seguente mostra un circuito inverter di esempio che utilizza l'IC SG3525, è possibile osservare che lo stadio mosfet di uscita non è presente nel diagramma e solo i piedini di uscita aperti possono essere visti sotto forma di terminazioni pin # 11 e pin # 14.

Le estremità di queste piedinature di uscita devono semplicemente essere collegate attraverso le sezioni indicate della rete full bridge sopra spiegata per convertire efficacemente questo semplice progetto SG3525 in un circuito inverter full bridge SG3525 completo o un circuito mosfet H-bridge a 4 canali N.

Feedback da Mr. Robin, (che è uno degli avidi lettori di questo blog e un appassionato appassionato di elettronica):

Ciao Swagatum
Ok, solo per verificare che tutto funzioni ho separato i due fets del lato alto dai due fets del lato basso e ho usato lo stesso circuito di:
( https://homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html ),
collegando il cappuccio negativo alla sorgente del mosfet, quindi collegando quella giunzione a un resistore da 1k e un led a massa su ciascun lato alto fet. Il pin 11 pulsava su un lato alto fet e il pin 14 sull'altro lato alto fet.
Quando ho acceso l'SG3525 su entrambi i fets si sono accesi momentaneamente e successivamente hanno oscillato normalmente, penso che potrebbe essere un problema se collegassi questa situazione al trafo e ai fets low side?
Quindi ho testato i due fets low side, collegando un'alimentazione 12v a un (resistore da 1k e un led) allo scarico di ciascun fets low side e collegando la sorgente a terra.Pin 11 e 14 era collegato a ciascun gate fets low side.
Quando ho acceso l'SG3525 sul lato basso, il feto non oscillava fino a quando non ho inserito una resistenza da 1k tra il pin (11, 14) e il gate (non sono sicuro del motivo per cui ciò accade).

Schema del circuito allegato di seguito.

La mia risposta:

Grazie Robin,

Apprezzo i tuoi sforzi, tuttavia questo non sembra essere il modo migliore per controllare la risposta in uscita dell'IC ...

in alternativa puoi provare un metodo semplice collegando i singoli LED dal pin # 11 e dal pin # 14 dell'IC a massa con ogni LED che ha il proprio resistore da 1K.

Ciò consentirà rapidamente di comprendere la risposta dell'uscita IC ... ciò può essere fatto mantenendo lo stadio a ponte completo isolato dalle due uscite IC o senza isolarlo.

Inoltre potresti provare a collegare uno zener da 3V in serie tra i pin di uscita dell'IC e i rispettivi ingressi full bridge ... questo assicurerà che il falso trigger sui mosfet sia evitato il più possibile ...

Spero che sia di aiuto

I migliori saluti...
Malloppo, festone

Da Robin:

Potresti per favore spiegare come {3V zeners in serie tra i pin di uscita IC e i rispettivi ingressi full bridge ... questo assicurerà che il falso trigger sui mosfet sia evitato il più possibile ...

Saluti Robin

IO:

Quando un diodo zener è in serie, passerà la piena tensione una volta superato il valore specificato, quindi un diodo zener da 3V non condurrà solo finché il segno 3V non è attraversato, una volta superato, consentirà l'intero livello di tensione che è stata applicata attraverso di essa
Quindi anche nel nostro caso, poiché si può presumere che la tensione dall'SG 3525 sia a livello di alimentazione e superiore a 3V, nulla verrebbe bloccato o limitato e l'intero livello di alimentazione sarebbe in grado di raggiungere lo stadio di ponte completo.

Fammi sapere come va con il tuo circuito.

Aggiunta di un 'tempo morto' al Mosfet Low Side

Il diagramma seguente mostra come potrebbe essere introdotto un tempo morto al mosfet lato basso in modo tale che ogni volta che il transistor BC547 commuta provocando l'attivazione del mosfet superiore, il mosfet lato basso relativo viene attivato dopo un leggero ritardo (un paio di ms), impedendo così ogni tipo di possibile sparatoria.