SG3525 Obwód falownika z pełnym mostkiem

W tym poście spróbujemy zbadać, jak zaprojektować obwód falownika z pełnym mostkiem SG3525, stosując w projekcie zewnętrzny obwód rozruchowy. Pomysł został zgłoszony przez pana Abdula i wielu innych zapalonych czytelników tej witryny.

Dlaczego obwód falownika z pełnym mostkiem nie jest łatwy

Ilekroć myślimy o pełnym mostku lub obwodzie falownika z mostkiem H, jesteśmy w stanie zidentyfikować obwody ze specjalizowanymi układami scalonymi sterownika, co sprawia, że ​​zastanawiamy się, czy naprawdę nie jest możliwe zaprojektowanie falownik mostkowy używając zwykłych komponentów?

Chociaż może to wydawać się zniechęcające, odrobina zrozumienia tej koncepcji pomaga nam zrozumieć, że mimo wszystko proces może nie być tak złożony.

Kluczową przeszkodą w projektach pełnego mostka lub mostka H jest włączenie topologii pełnego mostka mosfet z 4 kanałami N, co z kolei wymaga włączenia mechanizmu bootstrap dla mosfetów po stronie górnej.

Co to jest bootstrap

Więc czym właściwie jest sieć bootstrapping i dlaczego stało się to tak istotne przy opracowywaniu obwodu falownika z pełnym mostkiem?

Kiedy identyczne urządzenia lub 4-kanałowe mosfety są używane w pełnej sieci mostkowej, ładowanie początkowe staje się konieczne.

Dzieje się tak dlatego, że początkowo obciążenie u źródła mosfetu po stronie wysokiej ma wysoką impedancję, co skutkuje napięciem montażowym u źródła mosfetu. Ten rosnący potencjał może być tak wysoki, jak napięcie odpływu mosfetu po stronie wysokiego napięcia.

Więc w zasadzie, jeśli potencjał bramki / źródła tego mosfetu nie jest w stanie przekroczyć maksymalnej wartości tego rosnącego potencjału źródła o co najmniej 12 V, mosfet nie będzie działał wydajnie. (Jeśli masz trudności ze zrozumieniem, daj mi znać w komentarzach).

W jednym z moich wcześniejszych postów obszernie wyjaśniłem jak działa tranzystor popychający emiter , co może mieć dokładne zastosowanie również do obwodu wtórnika źródła mosfet.

W tej konfiguracji dowiedzieliśmy się, że napięcie bazowe tranzystora musi być zawsze o 0,6 V wyższe niż napięcie emitera po stronie kolektora tranzystora, aby tranzystor mógł przewodzić przez kolektor do emitera.

Jeśli zinterpretujemy powyższe dla mosfetu, stwierdzimy, że napięcie bramki mosfetu wtórnika źródła musi być co najmniej 5 V, a najlepiej o 10 V wyższe niż napięcie zasilania podłączone po stronie drenu urządzenia.

Jeśli sprawdzisz mosfet po stronie wysokiego w sieci pełnego mostka, zauważysz, że mosfety po stronie wysokiego są w rzeczywistości ustawione jako wyzwalacze źródła, a zatem wymagają napięcia wyzwalającego bramę, które musi wynosić co najmniej 10 V powyżej napięcia zasilania drenu.

Gdy to zostanie osiągnięte, możemy spodziewać się optymalnego przewodzenia z mosfetów po stronie wysokiej przez mosfety po stronie niskiej, aby zakończyć cykl jednostronny częstotliwości push pull.

Zwykle jest to realizowane za pomocą diody szybkiego powrotu w połączeniu z kondensatorem wysokiego napięcia.

Ten kluczowy parametr, w którym kondensator jest używany do podnoszenia napięcia bramki mosfetu strony z wysokim napięciem do 10 V wyższego niż jego napięcie zasilania drenu, nazywa się ładowaniem ładującym, a obwód służący do tego jest określany jako sieć ładowania początkowego.

Mosfety po stronie niskiej nie wymagają tej krytycznej konfiguracji po prostu dlatego, że źródło mosfetów po stronie niskiej jest bezpośrednio uziemione. Dlatego są one w stanie działać przy użyciu samego napięcia zasilania Vcc i bez żadnych ulepszeń.

Jak wykonać obwód falownika SG3525 z pełnym mostkiem

Ponieważ wiemy, jak zaimplementować pełną sieć mostkową przy użyciu ładowania początkowego, spróbujmy zrozumieć, jak można to zastosować osiągnięcie pełnego mostu Obwód falownika SG3525, który jest zdecydowanie jednym z najpopularniejszych i najbardziej poszukiwanych układów scalonych do budowy falownika.

Poniższy projekt przedstawia standardowy moduł, który można zintegrować z dowolnym zwykłym falownikiem SG3525 poprzez wyprowadzenia wyjściowe układu scalonego w celu uzyskania wysoce wydajnego obwodu falownika z pełnym mostkiem SG3525 lub mostkiem H.

Schemat obwodu

Odnosząc się do powyższego schematu, możemy zidentyfikować cztery mosfety skonfigurowane jako mostek H lub sieć pełnego mostka, jednak dodatkowy tranzystor BC547 i związany z nim kondensator diodowy wyglądają trochę obco.

Dokładniej mówiąc, etap BC547 jest ustawiony do wymuszania warunku ładowania początkowego, co można zrozumieć za pomocą następującego wyjaśnienia:

Wiemy, że w każdym mostku typu H mosfety są skonfigurowane do przewodzenia po przekątnej w celu realizacji zamierzonego przewodzenia przeciwsobnego przez transformator lub podłączone obciążenie.

Dlatego przyjmijmy przypadek, w którym pin # 14 SG3525 jest niski, co umożliwia przewodzenie mosfetów górnym prawym i lewym dolnym.

Oznacza to, że pin # 11 układu scalonego jest w tym przypadku wysoki, co utrzymuje lewy przełącznik BC547 w pozycji ON. W tej sytuacji z lewostronnym stopniem BC547 dzieją się następujące rzeczy:

1) Kondensator 10uF ładuje się przez diodę 1N4148 i mosfet po stronie niskiej, połączony z jego ujemnym zaciskiem.

2) Ładunek ten jest tymczasowo przechowywany wewnątrz kondensatora i można przyjąć, że jest równy napięciu zasilania.

3) Teraz, gdy tylko logika na SG3525 powróci z kolejnym cyklem oscylacji, pin # 11 stanie się niski, co natychmiast wyłącza powiązany BC547.

4) Przy wyłączonym BC547 napięcie zasilania na katodzie 1N4148 dociera teraz do bramki podłączonego mosfetu, jednak napięcie to jest teraz wzmacniane napięciem zmagazynowanym wewnątrz kondensatora, które również jest prawie równe poziomowi zasilania.

5) Daje to efekt podwojenia i umożliwia dwukrotne podniesienie napięcia na bramce odpowiedniego mosfetu.

6) Ten stan natychmiast mocno wyzwala mosfet w przewodzenie, które popycha napięcie na odpowiedni mosfet przeciwnej strony dolnej.

7) W tej sytuacji kondensator jest zmuszony do szybkiego rozładowania i mosfet jest w stanie przewodzić tylko tak długo, jak jest w stanie utrzymać zgromadzony ładunek tego kondensatora.

Dlatego też staje się obowiązkowe zapewnienie, aby wartość kondensatora była dobrana w taki sposób, aby kondensator był w stanie odpowiednio utrzymać ładunek dla każdego okresu włączenia / wyłączenia oscylacji przeciwsobnych.

W przeciwnym razie mosfet przedwcześnie porzuci przewodzenie, powodując relatywnie niższą moc wyjściową RMS.

Cóż, powyższe wyjaśnienie wyczerpująco wyjaśnia, jak działa ładowanie początkowe w falownikach z pełnym mostkiem i jak można zaimplementować tę kluczową cechę do stworzenia wydajnego obwodu falownika z pełnym mostkiem SG3525.

Teraz, jeśli zrozumiałeś, w jaki sposób zwykły SG3525 można przekształcić w pełnoprawny falownik z mostkiem H, możesz również zbadać, jak to samo można zaimplementować w innych zwykłych opcjach, takich jak obwody falownika oparte na IC 4047 lub IC 555, … ..Przemyśl to i daj nam znać!

AKTUALIZACJA: Jeśli powyższy projekt mostka H okaże się zbyt skomplikowany do wdrożenia, możesz wypróbować plik znacznie łatwiejsza alternatywa

SG3525 Obwód falownika, który można skonfigurować za pomocą omówionej powyżej sieci pełnego mostu

Poniższy obraz przedstawia przykładowy obwód falownika wykorzystujący układ IC SG3525, można zauważyć, że na schemacie brakuje wyjściowego stopnia mosfet, a tylko otwarte styki wyjściowe można zobaczyć w postaci zakończeń pinu # 11 i pinu # 14.

Końce tych wyprowadzeń wyjściowych muszą być po prostu połączone we wskazanych sekcjach wyjaśnionej powyżej sieci pełnego mostu, aby skutecznie przekształcić tę prostą konstrukcję SG3525 w pełnoprawny obwód falownika z pełnym mostkiem SG3525 lub 4-kanałowy obwód mostka mosfet H.

Informacje zwrotne od pana Robina (który jest jednym z zagorzałych czytelników tego bloga i zapalonym entuzjastą elektroniki):

Cześć swagatum
Ok, aby sprawdzić, czy wszystko działa, oddzieliłem dwa tranzystory high side od dwóch low side fety i użyłem tych samych obwodów co:
( https://homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html ),
podłączenie czapki ujemnej do źródła mosfetu, a następnie podłączenie tego złącza do rezystora 1k i doprowadzenia do masy na każdym fetie strony z wyższą końcówką. Pin 11 pobudził jeden fet na stronie wyższej, a pin 14 na drugą stronę z wysoką.
Jak przełączyłem SG3525 na obydwa fety zapaliły się na chwilę a potem normalnie oscylowało. Myślę, że to mógłby być problem jak podłączyłem tą sytuację do trafo i fetów low side?
Następnie przetestowałem dwa fety po stronie niskiego, podłączając zasilanie 12 V do (rezystor 1k i diodę LED) do odpływu każdego płodu po stronie niskiej i podłączając źródło do masy. Pin 11 i 14 były podłączone do każdej bramki fetów po stronie niskiej.
Kiedy przełączyłem SG3525 na dolną stronę, fet nie oscylował, dopóki nie umieściłem rezystora 1k między pinem (11, 14) a bramką. (Nie wiem, dlaczego tak się dzieje).

Schemat obwodu załączony poniżej.

Moja odpowiedź:

Dzięki Robin,

Doceniam twoje wysiłki, jednak nie wydaje się to być najlepszym sposobem sprawdzenia odpowiedzi wyjściowej układu scalonego ...

alternatywnie możesz wypróbować prostą metodę, podłączając poszczególne diody LED ze styku nr 11 i styku nr 14 układu scalonego do masy, przy czym każda dioda LED ma własny rezystor 1K.

To szybko pozwoli ci zrozumieć reakcję wyjścia IC ... można to zrobić albo utrzymując stopień pełnego mostka odizolowany od dwóch wyjść IC lub bez jego izolowania.

Co więcej, możesz spróbować podłączyć szeregowo zenery 3V między pinami wyjściowymi IC a odpowiednimi wejściami pełnego mostka ... zapewni to, że w miarę możliwości unikniesz fałszywego wyzwalania przez mosfety ...

Mam nadzieję że to pomoże

Z poważaniem...
Łup

Od Robin:

Czy mógłbyś wyjaśnić, w jaki sposób {3 V zenery połączone szeregowo między pinami wyjściowymi IC a odpowiednimi wejściami pełnego mostka ... zapewni to, że w miarę możliwości unikniesz fałszywego wyzwalania przez mosfety ...

Pozdrawiam Robin

JA:

Gdy dioda Zenera jest połączona szeregowo, przejdzie pełne napięcie po przekroczeniu określonej wartości, dlatego dioda Zenera 3 V nie będzie przewodzić tylko tak długo, jak długo znak 3 V nie zostanie przekroczony, po przekroczeniu pozwoli na cały poziom napięcia, które zostało przyłożone do niego
Więc w naszym przypadku również, ponieważ można założyć, że napięcie z SG 3525 jest na poziomie zasilania i wyższe niż 3V, nic nie byłoby blokowane ani ograniczane, a cały poziom zasilania byłby w stanie osiągnąć pełny stopień mostka.

Daj mi znać, jak to wygląda z twoim obwodem.

Dodanie „czasu martwego” do układu Mosfet Low Side

Poniższy diagram pokazuje, w jaki sposób można wprowadzić czas martwy na mosfecie po stronie niskiej tak, że za każdym razem, gdy tranzystor BC547 przełącza się powodując włączenie górnego mosfetu, odpowiedni mosfet strony niskiej jest włączany po niewielkim opóźnieniu (kilka ms), w ten sposób zapobiegając jakiemukolwiek możliwemu strzelaniu.