SG3525 Full Bridge Inverter Circuit

Σε αυτήν την ανάρτηση προσπαθούμε να διερευνήσουμε πώς να σχεδιάσουμε ένα κύκλωμα μετατροπέα γεφυρών SG3525 με εφαρμογή ενός εξωτερικού κυκλώματος εκκίνησης στη σχεδίαση. Η ιδέα ζητήθηκε από τον κ. Abdul, και από πολλούς άλλους άπληστους αναγνώστες αυτής της ιστοσελίδας.

Γιατί το κύκλωμα μετατροπέα Full-Bridge δεν είναι εύκολο

Κάθε φορά που σκεφτόμαστε μια πλήρη γέφυρα ή ένα κύκλωμα μετατροπέα H-bridge, είμαστε σε θέση να εντοπίσουμε κυκλώματα με εξειδικευμένα IC οδηγού που μας κάνουν να αναρωτιόμαστε, δεν είναι πραγματικά δυνατό να σχεδιάσουμε ένα πλήρης μετατροπέας γεφυρών χρησιμοποιώντας συνηθισμένα εξαρτήματα;

Αν και αυτό μπορεί να φαίνεται τρομακτικό, λίγη κατανόηση της έννοιας μας βοηθά να συνειδητοποιήσουμε ότι τελικά η διαδικασία μπορεί να μην είναι τόσο περίπλοκη.

Το κρίσιμο εμπόδιο σε μια σχεδίαση γεφυρών ή H-Bridge είναι η ενσωμάτωση της τοπολογίας πλήρους γέφυρας 4 καναλιών Ν-καναλιού, η οποία με τη σειρά της απαιτεί την ενσωμάτωση ενός μηχανισμού εκκίνησης για τα mosfets υψηλών πλευρών.

Τι είναι το Bootstrapping

Έτσι τι είναι ακριβώς ένα δίκτυο Bootstrapping και πώς αυτό γίνεται τόσο σημαντικό κατά την ανάπτυξη ενός κυκλώματος μετατροπέα Full Bridge;

Όταν χρησιμοποιούνται πανομοιότυπες συσκευές ή mosfets 4 καναλιών σε ένα δίκτυο γεφυρών, το bootstrap γίνεται επιτακτικό.

Επειδή αρχικά το φορτίο στην πηγή του mosfet υψηλής πλευράς παρουσιάζει υψηλή σύνθετη αντίσταση, με αποτέλεσμα την τάση συναρμολόγησης στην πηγή του mosfet. Αυτό το αυξανόμενο δυναμικό θα μπορούσε να είναι τόσο υψηλό όσο η τάση αποστράγγισης του mosfet υψηλής πλευράς.

Επομένως βασικά, εκτός εάν το δυναμικό πύλης / πηγής αυτού του mosfet είναι σε θέση να υπερβεί τη μέγιστη τιμή αυτού του δυναμικού πηγής αύξησης κατά τουλάχιστον 12V, το mosfet δεν θα λειτουργεί αποτελεσματικά. (Εάν δυσκολεύεστε να καταλάβετε, ενημερώστε με μέσω σχολίων.)

Σε μια από τις προηγούμενες δημοσιεύσεις μου εξήγησα περιεκτικά πώς λειτουργεί το τρανζίστορ του emitter follower , το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί ακριβώς και σε ένα κύκλωμα παρακολούθησης πηγής mosfet.

Σε αυτήν τη διαμόρφωση μάθαμε ότι η βασική τάση για το τρανζίστορ πρέπει να είναι πάντα 0,6V υψηλότερη από την τάση εκπομπού στην πλευρά συλλέκτη του τρανζίστορ, προκειμένου να μπορέσει το τρανζίστορ να μεταφέρει πέρα ​​από τον συλλέκτη στον εκπομπό.

Εάν ερμηνεύσουμε τα παραπάνω για ένα mosfet, διαπιστώνουμε ότι η τάση πύλης ενός πηγαίου πηγαίου mosfet πρέπει να είναι τουλάχιστον 5V, ή ιδανικά 10V υψηλότερη από την τάση τροφοδοσίας που είναι συνδεδεμένη στην πλευρά αποστράγγισης της συσκευής.

Εάν επιθεωρήσετε το mosfet υψηλής πλευράς σε ένα δίκτυο γεφυρών γεμάτο, θα διαπιστώσετε ότι τα mosfets υψηλής πλευράς είναι πραγματικά διατεταγμένα ως ακόλουθοι πηγής και επομένως απαιτείτε τάση ενεργοποίησης πύλης που πρέπει να είναι τουλάχιστον 10V πάνω από τα βολτ τροφοδοσίας αποστράγγισης.

Μόλις επιτευχθεί αυτό, μπορούμε να περιμένουμε μια βέλτιστη αγωγή από τα mosfets υψηλών πλευρών μέσω των mosfets χαμηλής πλευράς για να ολοκληρώσουμε τον έναν πλευρικό κύκλο της συχνότητας έλξης ώθησης.

Κανονικά, αυτό υλοποιείται χρησιμοποιώντας μια δίοδο ταχείας ανάκτησης σε συνδυασμό με έναν πυκνωτή υψηλής τάσης.

Αυτή η κρίσιμη παράμετρος όπου ένας πυκνωτής χρησιμοποιείται για την αύξηση της τάσης πύλης ενός mosfet υψηλής πλευράς σε 10V υψηλότερη από την τάση τροφοδοσίας αποστράγγισης ονομάζεται bootstrapping και το κύκλωμα για την επίτευξη αυτού ονομάζεται δίκτυο bootstrapping.

Το mosfet χαμηλής πλευράς δεν απαιτεί αυτήν την κρίσιμη διαμόρφωση μόνο και μόνο επειδή η πηγή των moset χαμηλής πλευράς είναι άμεσα γειωμένη. Επομένως, μπορούν να λειτουργήσουν χρησιμοποιώντας την ίδια την τάση τροφοδοσίας Vcc και χωρίς βελτιώσεις.

Πώς να φτιάξετε ένα κύκλωμα μετατροπέα γεφυρών SG3525

Τώρα, καθώς γνωρίζουμε πώς να εφαρμόσουμε ένα δίκτυο γεφυρών με χρήση bootstrapping, ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε πώς θα μπορούσε να εφαρμοστεί αυτό επιτυγχάνοντας μια πλήρη γέφυρα SG3525 κύκλωμα μετατροπέα, το οποίο είναι μακράν ένα από τα πιο δημοφιλή και τα πιο περιζήτητα IC για την κατασκευή ενός μετατροπέα.

Ο ακόλουθος σχεδιασμός δείχνει την τυπική μονάδα που μπορεί να ενσωματωθεί σε οποιονδήποτε συνηθισμένο μετατροπέα SG3525 σε όλες τις ακίδες εξόδου του IC για την επίτευξη ενός πολύ αποδοτικού κυκλώματος γερανού SG3525 ή κυκλώματος μετατροπέα H-Bridge.

Διάγραμμα κυκλώματος

Αναφερόμενος στο παραπάνω διάγραμμα, μπορούμε να αναγνωρίσουμε τα τέσσερα mosfets που είναι στερεωμένα ως H-γέφυρα ή δίκτυο γεφυρών, ωστόσο το πρόσθετο τρανζίστορ BC547 και ο σχετικός πυκνωτής διόδων φαίνονται λίγο άγνωστοι.

Για να είμαστε ακριβείς, το στάδιο BC547 είναι τοποθετημένο για την επιβολή της κατάστασης εκκίνησης και αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό με τη βοήθεια της ακόλουθης εξήγησης:

Γνωρίζουμε ότι σε οποιαδήποτε γέφυρα H τα mosfets είναι διαμορφωμένα ώστε να συμπεριφέρονται διαγώνια για την υλοποίηση της προβλεπόμενης αγωγιμότητας ώθησης στον μετασχηματιστή ή στο συνδεδεμένο φορτίο.

Ας υποθέσουμε, λοιπόν, μια περίπτωση όπου ο πείρος # 14 του SG3525 είναι χαμηλός, κάτι που επιτρέπει στην επάνω δεξιά και τα χαμηλά αριστερά mosfets να συμπεριφέρονται.

Αυτό σημαίνει ότι ο πείρος # 11 του IC είναι υψηλός κατά τη διάρκεια αυτής της παρουσίας, ο οποίος διατηρεί την αριστερή πλευρά του διακόπτη BC547. Σε αυτήν την περίπτωση τα ακόλουθα πράγματα συμβαίνουν με το αριστερό στάδιο BC547:

1) Ο πυκνωτής 10uF φορτίζει μέσω της διόδου 1N4148 και το mosfet χαμηλής πλευράς που συνδέεται με τον αρνητικό τερματικό του.

2) Αυτή η φόρτιση αποθηκεύεται προσωρινά μέσα στον πυκνωτή και μπορεί να θεωρηθεί ότι ισούται με την τάση τροφοδοσίας.

3) Τώρα μόλις η λογική απέναντι από το SG3525 επανέλθει με τον επόμενο κύκλο ταλάντωσης, ο πείρος # 11 πηγαίνει χαμηλά, ο οποίος απενεργοποιεί αμέσως το σχετικό BC547.

4) Με το BC547 απενεργοποιημένο, η τάση τροφοδοσίας στην κάθοδο του 1N4148 φτάνει τώρα στην πύλη του συνδεδεμένου mosfet, ωστόσο αυτή η τάση ενισχύεται πλέον με την αποθηκευμένη τάση στο εσωτερικό του πυκνωτή που είναι επίσης σχεδόν ίση με το επίπεδο τροφοδοσίας.

5) Αυτό έχει ως αποτέλεσμα διπλασιασμό και επιτρέπει αυξημένη τάση 2Χ στην πύλη του σχετικού mosfet.

6) Αυτή η κατάσταση ενεργοποιεί αμέσως το mosfet σε αγωγιμότητα, η οποία ωθεί την τάση στο αντίστοιχο αντίθετο χαμηλό πλευρικό mosfet.

7) Κατά τη διάρκεια αυτής της κατάστασης ο πυκνωτής αναγκάζεται να αποφορτιστεί γρήγορα και το mosfet είναι σε θέση να μεταφέρει μόνο για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα η αποθηκευμένη φόρτιση αυτού του πυκνωτή είναι σε θέση να διατηρήσει.

Επομένως καθίσταται υποχρεωτικό να διασφαλιστεί ότι η τιμή του πυκνωτή επιλέγεται έτσι ώστε ο πυκνωτής να μπορεί να συγκρατεί επαρκώς το φορτίο για κάθε περίοδο ON / OFF των ταλαντώσεων ώθησης.

Διαφορετικά, το mosfet θα εγκαταλείψει την αγωγή πρόωρα προκαλώντας μια σχετικά χαμηλότερη έξοδο RMS.

Λοιπόν, η παραπάνω εξήγηση εξηγεί διεξοδικά πώς λειτουργεί ένα σύστημα εκκίνησης σε μετατροπείς γεφυρών γεφυρών και πώς μπορεί να εφαρμοστεί αυτό το κρίσιμο χαρακτηριστικό για την κατασκευή ενός αποτελεσματικού κυκλώματος μετατροπέα γεφυρών γεφυρών SG3525.

Τώρα αν έχετε καταλάβει πώς ένα συνηθισμένο SG3525 θα μπορούσε να μετατραπεί σε έναν πλήρη μετατροπέα H-bridge, ίσως θελήσετε επίσης να διερευνήσετε πώς μπορεί να εφαρμοστεί το ίδιο για άλλες συνηθισμένες επιλογές, όπως στα κυκλώματα μετατροπέα IC 4047 ή IC 555, … ..Σκεφτείτε το και ενημερώστε μας!

ΕΚΣΥΓΧΡΟΝΙΖΩ: Εάν θεωρείτε ότι η παραπάνω σχεδίαση H-bridge είναι πολύ περίπλοκη για εφαρμογή, μπορείτε να δοκιμάσετε ένα πολύ πιο εύκολη εναλλακτική λύση

SG3525 Inverter Circuit το οποίο μπορεί να διαμορφωθεί με το παραπάνω δίκτυο συνομιλίας Full Bridge

Η ακόλουθη εικόνα δείχνει ένα παράδειγμα κυκλώματος μετατροπέα που χρησιμοποιεί το IC SG3525, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι το στάδιο mosfet εξόδου λείπει στο διάγραμμα και μόνο τα ανοιχτά pinouts εξόδου μπορούν να φανούν με τη μορφή τερματισμού pin # 11 και pin # 14.

Τα άκρα αυτών των pinout εξόδου πρέπει απλώς να συνδεθούν στα ενδεικτικά τμήματα του παραπάνω εξηγημένου δικτύου γεφυρών για να μετατρέψουν αποτελεσματικά αυτόν τον απλό σχεδιασμό SG3525 σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα μετατροπέα γεφυρών SG3525 πλήρους ή ένα κύκλωμα mosfet H-Bridge 4 καναλιών.

Σχόλια από τον κ. Robin, (που είναι ένας από τους άπληστους αναγνώστες αυτού του ιστολογίου και παθιασμένος ηλεκτρονικός ενθουσιώδης):

Γεια σουγκάταμ
Εντάξει, απλώς για να ελέγξω ότι όλα λειτουργούν, χώρισα τις δύο πλευρικές πλευρές από τις δύο χαμηλές πλευρές και χρησιμοποίησα το ίδιο κύκλωμα με:
( https://homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html ),
συνδέοντας το καπάκι αρνητικό με την πηγή mosfet και έπειτα συνδέοντας αυτήν τη σύνδεση σε μια αντίσταση 1k και οδήγησε στη γείωση σε κάθε υψηλό πλευρικό φρεάτιο. Ο πείρος 11 παλμούσε το ένα υψηλό πλευρικό fet και καρφώστε το 14 το άλλο υψηλό πλευρικό fet.
Όταν άλλαξα το SG3525 και στα δύο πόδια ανάβουν στιγμιαία και ταλαντεύονται κανονικά μετά. Νομίζω ότι θα μπορούσε να είναι ένα πρόβλημα αν συνδέσω αυτήν την κατάσταση με τα trafo και τα χαμηλά πλευρικά fets;
Στη συνέχεια, δοκίμασα τις δύο χαμηλές πλευρικές κινήσεις, συνδέοντας μια τροφοδοσία 12v σε μια (1k αντίσταση και ένα led) στην αποστράγγιση κάθε χαμηλής πλευράς και συνδέοντας την πηγή με τη γείωση. Οι ακροδέκτες 11 και 14 συνδέθηκαν σε κάθε πύλη των χαμηλών πλευρών.
Όταν άλλαξα το SG3525 στις χαμηλές πλευρές, τα φτερά δεν θα ταλαντευόταν μέχρι να βάλω μια αντίσταση 1k μεταξύ του πείρου (11, 14) και της πύλης. (Δεν είμαι σίγουρος γιατί συμβαίνει αυτό).

Το διάγραμμα κυκλώματος φαίνεται παρακάτω.

Η απάντησή μου:

Ευχαριστώ Robin,

Εκτιμώ τις προσπάθειές σας, ωστόσο αυτός δεν φαίνεται να είναι ο καλύτερος τρόπος για να ελέγξετε την απόκριση εξόδου του IC ...

Εναλλακτικά μπορείτε να δοκιμάσετε μια απλή μέθοδο συνδέοντας μεμονωμένα LED από τον πείρο # 11 και τον πείρο # 14 του IC στη γείωση με κάθε LED να έχει τη δική του αντίσταση 1Κ.

Αυτό θα σας επιτρέψει να καταλάβετε γρήγορα την απόκριση εξόδου IC .... αυτό θα μπορούσε να γίνει είτε διατηρώντας το στάδιο γεφυρώματος απομονωμένο από τις δύο εξόδους IC είτε χωρίς να το απομονώσετε.

Επιπλέον, θα μπορούσατε να δοκιμάσετε να συνδέσετε ένα ζενέρ 3V σε σειρά μεταξύ των ακίδων εξόδου IC και των αντίστοιχων εισόδων πλήρους γέφυρας ... αυτό θα διασφαλίσει ότι οι ψευδείς ενεργοποιήσεις στα mosfets αποφεύγονται όσο το δυνατόν περισσότερο ...

Ελπίζω να σας βοηθήσει

Τις καλύτερες ευχές...
Κλοπιμαία

Από τον Robin:

Θα μπορούσατε να εξηγήσετε πώς {3V zeners σε σειρά μεταξύ των ακίδων εξόδου IC και των αντίστοιχων εισόδων πλήρους γέφυρας ... αυτό θα διασφαλίσει ότι οι ψευδείς ενεργοποιήσεις στα mosfets αποφεύγονται όσο το δυνατόν περισσότερο ...

Γεια σου Ρόμπιν

ΕΓΩ:

Όταν μια δίοδος zener είναι σε σειρά, θα περάσει την πλήρη τάση όταν ξεπεραστεί η καθορισμένη τιμή της, επομένως μια δίοδος zener 3V δεν θα διεξαχθεί μόνο εφόσον δεν έχει διασταυρωθεί το σήμα 3V, όταν ξεπεραστεί, θα επιτρέψει ολόκληρο το επίπεδο τάσης που έχει εφαρμοστεί σε όλη της
Έτσι, στην περίπτωσή μας επίσης, δεδομένου ότι η τάση από το SG 3525 μπορεί να υποτεθεί ότι είναι στο επίπεδο τροφοδοσίας και υψηλότερη από 3V, τίποτα δεν θα μπλοκαριστεί ή θα περιοριστεί και ολόκληρο το επίπεδο τροφοδοσίας θα μπορούσε να φτάσει στο στάδιο της πλήρους γέφυρας.

Επιτρέψτε μου να ξέρω πώς συμβαίνει με το κύκλωμα σας.

Προσθήκη 'Dead Time' στο Low Side Mosfet

Το ακόλουθο διάγραμμα δείχνει πώς θα μπορούσε να εισαχθεί νεκρός χρόνος στο mosfet χαμηλής πλευράς, έτσι ώστε κάθε φορά που το τρανζίστορ BC547 αλλάζει προκαλώντας την ενεργοποίηση του άνω mosfet, το σχετικό mosfet χαμηλής πλευράς ενεργοποιείται μετά από μια μικρή καθυστέρηση (μερικά ms), αποτρέποντας έτσι κάθε είδους πιθανό πυροβολισμό.