SG3525 Omvormercircuit met volledige brug

In deze post proberen we te onderzoeken hoe je een SG3525 full bridge inverter circuit kunt ontwerpen door een extern bootstrap circuit toe te passen in het ontwerp. Het idee werd aangevraagd door de heer Mr. Abdul en vele andere enthousiaste lezers van deze website.

Waarom een ​​full-bridge invertercircuit niet eenvoudig is

Wanneer we denken aan een volledige brug of een H-brug-invertercircuit, zijn we in staat circuits te identificeren met gespecialiseerde driver-IC's, waardoor we ons afvragen: is het niet echt mogelijk om een volledige brugomvormer met gewone componenten?

Hoewel dit er misschien ontmoedigend uitziet, helpt een beetje begrip van het concept ons te beseffen dat het proces misschien niet zo ingewikkeld is.

De cruciale hindernis in een volledige brug of een H-brug-ontwerp is de integratie van 4 N-kanaals mosfet volledige brugtopologie, die op zijn beurt de opname vereist van een bootstrap-mechanisme voor de high-side mosfets.

Wat is Bootstrapping

Zo wat is precies een bootstrapping-netwerk en hoe wordt dit zo cruciaal bij het ontwikkelen van een volledig brug-invertercircuit?

Wanneer identieke apparaten of 4 nchannel mosfets worden gebruikt in een volledig bridge-netwerk, wordt bootstrapping noodzakelijk.

De reden hiervoor is dat de belasting aan de bron van de mosfet aan de hoge kant in eerste instantie een hoge impedantie heeft, wat resulteert in een montagespanning aan de bron van de mosfet. Dit stijgende potentieel kan zo hoog zijn als de afvoerspanning van de high side mosfet.

Dus eigenlijk, tenzij het gate / source-potentieel van deze mosfet in staat is om de maximale waarde van dit stijgende source-potentieel met minstens 12V te overschrijden, zal de mosfet niet efficiënt geleiden. (Als u het niet begrijpt, laat het me dan weten via opmerkingen.)

In een van mijn eerdere posts heb ik het uitgebreid uitgelegd hoe de emittervolger-transistor werkt , wat ook precies van toepassing kan zijn op een mosfet source follower circuit.

In deze configuratie hebben we geleerd dat de basisspanning voor de transistor altijd 0,6V hoger moet zijn dan de emitterspanning aan de collectorzijde van de transistor, zodat de transistor over collector naar emitter kan geleiden.

Als we het bovenstaande interpreteren voor een mosfet, vinden we dat de gate-spanning van een source-follower mosfet minimaal 5V moet zijn, of idealiter 10V hoger dan de voedingsspanning die is aangesloten aan de afvoerzijde van het apparaat.

Als je de mosfet aan de hoge kant in een volledig brugnetwerk inspecteert, zul je zien dat de mosfets aan de hoge kant eigenlijk zijn gerangschikt als bronvolgers en daarom een ​​poorttriggerspanning vereisen die minimaal 10V moet zijn over de voedingsspanning van de afvoer.

Zodra dit is bereikt, kunnen we een optimale geleiding verwachten van de high side mosfets via de low side mosfets om de eenzijdige cyclus van de push pull frequentie te voltooien.

Normaal gesproken wordt dit geïmplementeerd met behulp van een diode voor snel herstel in combinatie met een hoogspanningscondensator.

Deze cruciale parameter waarin een condensator wordt gebruikt om de poortspanning van een high-side mosfet te verhogen tot 10V hoger dan de afvoervoedingsspanning, wordt bootstrapping genoemd, en het circuit om dit te bereiken wordt bootstrapping-netwerk genoemd.

De low side mosfet heeft deze kritische configuratie niet nodig simpelweg omdat de bron van de low side mosets direct geaard is. Daarom kunnen deze werken met de Vcc-voedingsspanning zelf en zonder enige verbeteringen.

Hoe maak je een SG3525 omvormercircuit met volledige brug

Nu we weten hoe we een volledig bridge-netwerk kunnen implementeren met behulp van bootstrapping, gaan we proberen te begrijpen hoe dit kan worden aangevraagd het bereiken van een volledige brug SG3525 inverter circuit, dat verreweg een van de meest populaire en meest gewilde IC's is voor het maken van een inverter.

Het volgende ontwerp toont de standaardmodule die kan worden geïntegreerd in elke gewone SG3525-omvormer over de uitgangspennen van de IC om een ​​zeer efficiënt SG3525-omvormercircuit met volledige brug of H-brug te realiseren.

Schakelschema

Verwijzend naar het bovenstaande diagram, kunnen we de vier mosfets identificeren die zijn opgetuigd als een H-brug of een volledig brugnetwerk, maar de extra BC547-transistor en de bijbehorende diodecondensator zien er een beetje onbekend uit.

Om precies te zijn is de BC547-trap gepositioneerd om de bootstrapping-voorwaarde af te dwingen, en dit kan worden begrepen met behulp van de volgende uitleg:

We weten dat in elke H-brug de mosfets zijn geconfigureerd om diagonaal te geleiden voor het implementeren van de beoogde push-pull-geleiding over de transformator of de aangesloten belasting.

Laten we daarom eens aannemen dat pin # 14 van de SG3525 laag is, waardoor de mosfets rechtsboven en linksboven kunnen geleiden.

Dit houdt in dat pin # 11 van de IC in dit geval hoog is, waardoor de linker BC547-schakelaar AAN blijft. In deze situatie gebeuren de volgende dingen in de linker BC547-trap:

1) De condensator van 10uF laadt op via de 1N4148-diode en de mosfet aan de lage kant die is verbonden met de negatieve pool.

2) Deze lading wordt tijdelijk opgeslagen in de condensator en kan worden verondersteld gelijk te zijn aan de voedingsspanning.

3) Zodra de logica over de SG3525 terugkeert met de daaropvolgende oscillerende cyclus, wordt pin # 11 laag, waardoor de bijbehorende BC547 onmiddellijk wordt uitgeschakeld.

4) Met BC547 UIT geschakeld bereikt de voedingsspanning aan de kathode van de 1N4148 nu de gate van de aangesloten mosfet, maar deze spanning wordt nu versterkt met de opgeslagen spanning in de condensator die ook bijna gelijk is aan het voedingsniveau.

5) Dit resulteert in een verdubbelingseffect en maakt een verhoogde 2x spanning mogelijk aan de gate van de betreffende mosfet.

6) Deze toestand brengt de mosfet onmiddellijk in geleiding, waardoor de spanning over de corresponderende tegenoverliggende lage zijde mosfet wordt gedrukt.

7) Tijdens deze situatie wordt de condensator gedwongen om snel te ontladen en kan de mosfet slechts zo lang geleiden dat de opgeslagen lading van deze condensator kan worden vastgehouden.

Daarom wordt het verplicht om ervoor te zorgen dat de waarde van de condensator zodanig wordt gekozen dat de condensator in staat is om de lading voor elke AAN / UIT-periode van de push-pull-oscillaties adequaat vast te houden.

Anders zal de mosfet de geleiding voortijdig verlaten, wat een relatief lagere RMS-output veroorzaakt.

Welnu, de bovenstaande uitleg legt uitvoerig uit hoe een bootstrapping functioneert in volledige brugomvormers en hoe deze cruciale functie kan worden geïmplementeerd voor het maken van een efficiënt SG3525-omvormercircuit met volledige brug.

Als je nu hebt begrepen hoe een gewone SG3525 kan worden omgevormd tot een volwaardige H-bridge-omvormer, wil je misschien ook onderzoeken hoe hetzelfde kan worden geïmplementeerd voor andere gewone opties zoals in IC 4047 of IC 555-gebaseerde invertercircuits, … .. denk erover na en laat het ons weten!

BIJWERKEN: Als u het bovenstaande H-bridge-ontwerp te complex vindt om te implementeren, kunt u een veel gemakkelijker alternatief

SG3525 invertercircuit dat kan worden geconfigureerd met het hierboven besproken volledige brugnetwerk

De volgende afbeelding toont een voorbeeld van een invertercircuit met behulp van de IC SG3525, u kunt zien dat de output mosfet-trap ontbreekt in het diagram en alleen de open pinouts van de output zijn te zien in de vorm van pin # 11 en pin # 14 afsluitingen.

De uiteinden van deze output-pinouts moeten eenvoudig worden aangesloten op de aangegeven secties van het hierboven toegelichte volledige brugnetwerk om dit eenvoudige SG3525-ontwerp effectief om te zetten in een volwaardig SG3525-omvormercircuit met volledige brug of een 4 N-kanaals mosfet H-brugcircuit.

Feedback van de heer Robin, (een van de fervente lezers van deze blog en een gepassioneerde elektronische liefhebber):

Hallo swagatum
Ok, om te controleren of alles werkt, heb ik de twee high side fets gescheiden van de twee low side fets en hetzelfde circuit gebruikt als:
​ https://homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html ​
het aansluiten van de negatieve dop op de mosfet-bron en vervolgens die junctie verbinden met een 1k-weerstand en een led naar aarde op elke fet aan de hoge kant. Pin 11 pulseerde de ene fet aan de hoge kant en pin 14 de andere fet aan de hoge kant.
Toen ik de SG3525 opschakelde, lichtten beide fets even op en de oscillerende normaal daarna. Ik denk dat dit een probleem zou kunnen zijn als ik deze situatie zou aansluiten op de trafo en de low side fets?
Vervolgens testte ik de twee low-side fets, waarbij ik een 12v-voeding verbond met een (1k-weerstand en een led) op de afvoer van elke low-side-fet en de source's met aarde verbond. Pin 11 en 14 waren verbonden met elke low-side fets-poort.
Toen ik de SG3525 op de lage kant schakelde, oscilleerden de fets niet totdat ik een 1k-weerstand tussen de pin (11, 14) en de gate had geplaatst. (Niet zeker waarom dat gebeurt).

Schakelschema hieronder bijgevoegd.

Mijn antwoord:

Bedankt Robin,

Ik waardeer uw inspanningen, maar dat lijkt niet de beste manier om de outputrespons van de IC te controleren ...

als alternatief kunt u een eenvoudige methode proberen door individuele LED's van pin # 11 en pin # 14 van het IC aan te sluiten op aarde, waarbij elke LED zijn eigen 1K-weerstand heeft.

Hierdoor krijgt u snel inzicht in de IC-uitgangsrespons ... dit kan worden gedaan door de volledige brugfase geïsoleerd te houden van de twee IC-uitgangen of zonder deze te isoleren.

Verder zou je kunnen proberen om een ​​3V zener in serie aan te sluiten tussen de IC output pinnen en de respectievelijke full bridge inputs ... dit zal ervoor zorgen dat valse triggering over de mosfets zoveel mogelijk wordt vermeden ...

Ik hoop dat dit helpt

Beste wensen...
Swag

Van Robin:

Kunt u alstublieft uitleggen hoe {3V zeners in serie tussen de IC output pinnen en de respectievelijke full bridge inputs ... dit zal ervoor zorgen dat valse triggering over de mosfets zoveel mogelijk wordt vermeden ...

Proost Robin

IK:

Wanneer een zenerdiode in serie is, zal deze de volledige spanning doorgeven zodra de gespecificeerde waarde wordt overschreden, daarom zal een zenerdiode van 3 V niet alleen geleiden zolang de markering van 3 V niet wordt overschreden, zodra dit wordt overschreden, zal het het hele niveau toestaan van de spanning die erover is aangelegd
Dus ook in ons geval, aangezien kan worden aangenomen dat de spanning van de SG 3525 op het voedingsniveau en hoger is dan 3V, zou niets worden geblokkeerd of beperkt en zou het hele voedingsniveau de volledige overbruggingsfase kunnen bereiken.

Laat me weten hoe het met je circuit gaat.

Een 'dode tijd' toevoegen aan de Low Side Mosfet

Het volgende diagram laat zien hoe een dode tijd kan worden geïntroduceerd aan de lage kant mosfet, zodat wanneer de BC547 transistor schakelt waardoor de bovenste mosfet AAN gaat, de relevante lage kant mosfet wordt ingeschakeld na een kleine vertraging (een paar ms), waardoor elke mogelijke doorslag wordt voorkomen.