Circuito inversor de puente completo SG3525

En esta publicación intentamos investigar cómo diseñar un circuito inversor de puente completo SG3525 aplicando un circuito de arranque externo en el diseño. La idea fue solicitada por el Sr. Abdul y muchos otros ávidos lectores de este sitio web.

Por qué el circuito inversor de puente completo no es fácil

Siempre que pensamos en un puente completo o en un circuito inversor de puente H, podemos identificar circuitos que tienen circuitos integrados de controladores especializados, lo que nos hace preguntarnos, ¿no es realmente posible diseñar un inversor de puente completo utilizando componentes ordinarios?

Aunque esto puede parecer abrumador, un poco de comprensión del concepto nos ayuda a darnos cuenta de que, después de todo, el proceso puede no ser tan complejo.

El obstáculo crucial en un diseño de puente completo o puente en H es la incorporación de una topología de puente completo mosfet de 4 canales N, que a su vez exige la incorporación de un mecanismo de arranque para los mosfets laterales altos.

¿Qué es Bootstrapping?

Asi que qué es exactamente una red de Bootstrapping ¿Y cómo se vuelve esto tan crucial al desarrollar un circuito inversor de puente completo?

Cuando se utilizan dispositivos idénticos o mosfets de 4 canales en una red de puente completo, el bootstrapping se vuelve imperativo.

Es porque inicialmente la carga en la fuente del mosfet del lado alto presenta una alta impedancia, lo que resulta en un voltaje de montaje en la fuente del mosfet. Este potencial creciente podría ser tan alto como el voltaje de drenaje del mosfet del lado alto.

Entonces, básicamente, a menos que el potencial de puerta / fuente de este mosfet sea capaz de exceder el valor máximo de este potencial de fuente ascendente en al menos 12V, el mosfet no conducirá de manera eficiente. (Si tiene dificultades para comprender, hágamelo saber a través de los comentarios).

En una de mis publicaciones anteriores expliqué de manera integral cómo funciona el transistor seguidor del emisor , que también puede ser exactamente aplicable para un circuito seguidor de fuente mosfet.

En esta configuración, aprendimos que el voltaje base para el transistor debe ser siempre 0.6V más alto que el voltaje del emisor en el lado del colector del transistor, para permitir que el transistor conduzca a través del colector al emisor.

Si interpretamos lo anterior para un mosfet, encontramos que el voltaje de puerta de un mosfet seguidor de fuente debe ser al menos 5V, o idealmente 10V más alto que el voltaje de suministro conectado en el lado de drenaje del dispositivo.

Si inspecciona el mosfet del lado alto en una red de puente completa, encontrará que los mosfets del lado alto están realmente dispuestos como seguidores de la fuente y, por lo tanto, exigen un voltaje de activación de la puerta que debe ser un mínimo de 10 V sobre los voltios de suministro de drenaje.

Una vez que esto se logra, podemos esperar una conducción óptima de los mosfets del lado alto a través de los mosfets del lado bajo para completar el ciclo de un lado de la frecuencia push pull.

Normalmente, esto se implementa utilizando un diodo de recuperación rápida junto con un condensador de alto voltaje.

Este parámetro crucial en el que se usa un capacitor para elevar el voltaje de la puerta de un mosfet del lado alto a 10V más alto que su voltaje de suministro de drenaje se llama bootstrapping, y el circuito para lograr esto se denomina red de bootstrapping.

Los mosfet del lado bajo no requieren esta configuración crítica simplemente porque la fuente de los mosets del lado bajo está directamente conectada a tierra. Por lo tanto, estos pueden funcionar utilizando la tensión de alimentación Vcc en sí misma y sin ninguna mejora.

Cómo hacer un circuito inversor de puente completo SG3525

Ahora que sabemos cómo implementar una red de puente completa mediante bootstrapping, intentemos comprender cómo se podría aplicar esto logrando un puente completo Circuito inversor SG3525, que es, con mucho, uno de los circuitos integrados más populares y buscados para hacer un inversor.

El siguiente diseño muestra el módulo estándar que puede integrarse a cualquier inversor SG3525 ordinario a través de los pines de salida del IC para lograr un circuito inversor de puente completo SG3525 o puente H altamente eficiente.

Diagrama de circuito

Refiriéndonos al diagrama anterior, podemos identificar los cuatro mosfets montados como un puente H o una red de puente completo, sin embargo, el transistor BC547 adicional y el capacitor de diodo asociado parecen un poco desconocidos.

Para ser precisos, la etapa BC547 está posicionada para hacer cumplir la condición de arranque, y esto se puede entender con la ayuda de la siguiente explicación:

Sabemos que en cualquier puente en H, los mosfets están configurados para conducir en diagonal para implementar la conducción push-pull deseada a través del transformador o la carga conectada.

Por lo tanto, supongamos una instancia en la que el pin # 14 del SG3525 es bajo, lo que permite que los mosfets de arriba a la derecha y de abajo a la izquierda conduzcan.

Esto implica que el pin # 11 del IC está alto durante esta instancia, lo que mantiene el interruptor BC547 del lado izquierdo en ON. En esta situación, las siguientes cosas suceden dentro de la etapa BC547 del lado izquierdo:

1) El condensador de 10uF se carga a través del diodo 1N4148 y el mosfet del lado bajo conectado con su terminal negativo.

2) Esta carga se almacena temporalmente dentro del condensador y se puede suponer que es igual a la tensión de alimentación.

3) Ahora, tan pronto como la lógica a través del SG3525 se invierta con el ciclo de oscilación subsiguiente, el pin # 11 baja, lo que apaga instantáneamente el BC547 asociado.

4) Con BC547 apagado, el voltaje de suministro en el cátodo del 1N4148 ahora llega a la puerta del mosfet conectado, sin embargo, este voltaje ahora se refuerza con el voltaje almacenado dentro del condensador que también es casi igual al nivel de suministro.

5) Esto da como resultado un efecto de duplicación y permite un voltaje 2X elevado en la puerta del mosfet relevante.

6) Esta condición activa instantáneamente el mosfet en conducción, lo que empuja el voltaje a través del correspondiente mosfet del lado bajo opuesto.

7) Durante esta situación, el condensador se ve obligado a descargarse rápidamente y el mosfet sólo puede conducir durante el tiempo que la carga almacenada de este condensador pueda sostener.

Por lo tanto, es obligatorio asegurarse de que el valor del capacitor se seleccione de manera que el capacitor sea capaz de mantener la carga de manera adecuada para cada período de ENCENDIDO / APAGADO de las oscilaciones de vaivén.

De lo contrario, el mosfet abandonará la conducción prematuramente, lo que provocará una salida RMS relativamente más baja.

Bueno, la explicación anterior explica de manera exhaustiva cómo funciona un bootstrapping en inversores de puente completo y cómo se puede implementar esta característica crucial para hacer un circuito inversor de puente completo SG3525 eficiente.

Ahora, si ha entendido cómo un SG3525 ordinario podría transformarse en un inversor de puente H completo, es posible que también desee investigar cómo se puede implementar lo mismo para otras opciones ordinarias, como en IC 4047 o circuitos inversores basados ​​en IC 555, … ..¡Piénsalo y avísanos!

ACTUALIZAR: Si encuentra que el diseño de puente en H anterior es demasiado complejo para implementarlo, puede probar un alternativa mucho más fácil

Circuito inversor SG3525 que se puede configurar con la red de puente completo discutida anteriormente

La siguiente imagen muestra un ejemplo de circuito inversor usando el IC SG3525, puede observar que falta la etapa de salida mosfet en el diagrama, y ​​solo los pines abiertos de salida se pueden ver en forma de terminaciones de pin # 11 y pin # 14.

Los extremos de estos pines de salida simplemente deben conectarse a través de las secciones indicadas de la red de puente completo explicada anteriormente para convertir de manera efectiva este diseño simple SG3525 en un circuito inversor de puente completo SG3525 completo o un circuito de puente H mosfet de 4 canales N.

Comentarios del Sr. Robin (quien es uno de los ávidos lectores de este blog y un apasionado entusiasta de la electrónica):

Hola swagatum
Ok, solo para comprobar que todo funciona, separé los dos fets laterales altos de los dos fets laterales bajos y utilicé el mismo circuito que:
( https://homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html ),
conectando el negativo de la tapa a la fuente del mosfet y luego conectando esa unión a una resistencia de 1k y un led a tierra en cada fet del lado alto. El pin 11 pulsó un fet del lado alto y el pin 14 el otro fet del lado alto.
Cuando encendí el SG3525 en ambos fets, se encendieron momentáneamente y luego oscilaron normalmente. Creo que eso podría ser un problema si conecto esta situación al trafo y los fets laterales bajos.
Luego probé los dos fets del lado bajo, conectando un suministro de 12v a una (resistencia de 1k y un led) al drenaje de cada fet del lado bajo y conectando la fuente a tierra. Los pines 11 y 14 se conectaron a cada puerta del fets del lado bajo.
Cuando cambié el SG3525 en el lado bajo, los fetos no oscilaban hasta que ponía una resistencia de 1k entre el pin (11, 14) y la puerta (no estoy seguro de por qué sucede eso).

Diagrama de circuito adjunto a continuación.

Mi respuesta:

Gracias Robin,

Aprecio sus esfuerzos, sin embargo, esa no parece ser la mejor manera de verificar la respuesta de salida del IC ...

alternativamente, puede probar un método simple conectando LED individuales desde el pin n. ° 11 y el pin n. ° 14 del IC a tierra con cada LED que tenga su propia resistencia de 1K.

Esto le permitirá comprender rápidamente la respuesta de la salida de IC ... esto se puede hacer manteniendo la etapa de puente completa aislada de las dos salidas de IC o sin aislarla.

Además, puede intentar conectar un zener de 3V en serie entre los pines de salida IC y las respectivas entradas de puente completo ... esto garantizará que se eviten los disparos falsos a través de los mosfets en la medida de lo posible ...

Espero que esto ayude

Atentamente...
Estilo

De Robin:

¿Podría explicar cómo {zeners de 3V en serie entre los pines de salida IC y las respectivas entradas de puente completo ... esto garantizará que se eviten los disparos falsos a través de los mosfets en la medida de lo posible ...

Saludos Robin

Me:

Cuando un diodo Zener está en serie, pasará el voltaje completo una vez que se exceda su valor especificado, por lo tanto, un diodo Zener de 3V no conducirá solo mientras no se cruce la marca de 3V, una vez que se exceda, permitirá el nivel completo de voltaje que se ha aplicado a través de él
Entonces, en nuestro caso también, dado que se puede suponer que el voltaje del SG 3525 está en el nivel de suministro y es superior a 3 V, nada se bloquearía o restringiría y todo el nivel de suministro podría alcanzar la etapa de puente completo.

Déjame saber cómo te va con tu circuito.

Agregar un 'tiempo muerto' al Mosfet del lado bajo

El siguiente diagrama muestra cómo se podría introducir un tiempo muerto en el mosfet del lado bajo de modo que siempre que el transistor BC547 cambie y provoque que el mosfet superior se encienda, el mosfet del lado bajo relevante se encienda después de un ligero retraso (un par de ms), evitando así cualquier tipo de posible disparo a través.