SG3525 Celý můstkový invertorový obvod

V tomto příspěvku se pokusíme prozkoumat, jak navrhnout plný můstkový obvod měniče SG3525 použitím externího bootstrapového obvodu v návrhu. Nápad požadoval pan Abdul a mnoho dalších vášnivých čtenářů tohoto webu.

Proč není obvod měniče Full-Bridge snadný

Kdykoli uvažujeme o úplném můstku nebo invertorovém obvodu H-můstku, jsme schopni identifikovat obvody se specializovanými integrovanými ovladači, což nás nutí se divit, není opravdu možné navrhnout plný mostový měnič používáte běžné komponenty?

I když to může vypadat skličujícím dojmem, malé pochopení konceptu nám pomůže uvědomit si, že tento proces nakonec nemusí být tak složitý.

Zásadní překážkou v konstrukci úplného můstku nebo H-můstku je začlenění 4 topologie M-kanálu MOSFET s plným můstkem, což vyžaduje začlenění zaváděcího mechanismu pro vysokofrekvenční mosfety.

Co je bootstrapping

Tak co přesně je Bootstrapping Network a jak se to stane tak zásadním při vývoji obvodu invertoru s plným mostem?

Pokud se v síti s plným mostem používají identická zařízení nebo 4 nkanálové mosfety, stává se imperativní bootstrapping.

Je to proto, že zátěž na zdroji vysokofrekvenčního mosfetu zpočátku představuje vysokou impedanci, což vede k montážnímu napětí na zdroji mosfetu. Tento rostoucí potenciál může být stejně vysoký jako odtokové napětí vysokofrekvenčního mosfetu.

Takže v zásadě, pokud potenciál brány / zdroje tohoto mosfetu není schopen překročit maximální hodnotu tohoto potenciálu rostoucího zdroje alespoň o 12V, nebude mosfet fungovat efektivně. (Pokud máte potíže s porozuměním, dejte mi prosím vědět prostřednictvím komentářů.)

V jednom ze svých dřívějších příspěvků jsem komplexně vysvětlil jak funguje emitorový sledovací tranzistor , což může být přesně použitelné i pro obvod sledovače zdroje MOSFET.

V této konfiguraci jsme se naučili, že základní napětí pro tranzistor musí být vždy o 0,6 V vyšší než napětí emitoru na straně kolektoru tranzistoru, aby tranzistor mohl vést přes kolektor k emitoru.

Pokud interpretujeme výše uvedené pro mosfet, zjistíme, že hradlové napětí mosfetu sledovače zdroje musí být alespoň o 5 V, nebo ideálně o 10 V vyšší než napájecí napětí připojené k odtokové straně zařízení.

Pokud zkontrolujete vysokofrekvenční MOSFET v síti s plným mostem, zjistíte, že MOSFETy na vysoké straně jsou ve skutečnosti uspořádány jako sledovatelé zdrojů, a proto vyžadují hradlo spouštěcí napětí, které musí být minimálně 10 V přes napájecí napětí odtoku.

Jakmile je toho dosaženo, můžeme očekávat optimální vedení z vysokofrekvenčních MOSFETů přes MOSFETy na nízké straně k dokončení jednostranného cyklu frekvence push-pull.

Normálně se to realizuje pomocí diody s rychlou obnovou ve spojení s vysokonapěťovým kondenzátorem.

Tento klíčový parametr, ve kterém se kondenzátor používá ke zvýšení hradlového napětí vysokofrekvenčního mosfetu na 10 V vyšší, než je jeho napájecí napětí, se nazývá bootstrapping a obvod pro dosažení tohoto cíle se nazývá bootstrappingová síť.

Nízkofrekvenční mosfety nevyžadují tuto kritickou konfiguraci jednoduše proto, že zdroj nízkofrekvenčních mosetů je přímo uzemněn. Proto jsou schopni pracovat s napájecím napětím Vcc samotným a bez jakýchkoli vylepšení.

Jak vytvořit obvod můstku střídače SG3525

Nyní, když víme, jak implementovat úplnou síť mostů pomocí bootstrappingu, zkusme pochopit, jak by to bylo možné použít dosažení úplného mostu Obvod střídače SG3525, který je zdaleka jedním z nejpopulárnějších a nejvyhledávanějších integrovaných obvodů pro výrobu střídače.

Následující design ukazuje standardní modul, který může být integrován do jakéhokoli běžného měniče SG3525 přes výstupní piny IC pro dosažení vysoce účinného obvodu měniče s plným můstkem nebo H-můstkem SG3525.

Kruhový diagram

S odkazem na výše uvedený diagram můžeme identifikovat čtyři mosfety zmanipulované jako H-můstek nebo síť s plným můstkem, avšak další tranzistor BC547 a přidružený diodový kondenzátor vypadají trochu neznámě.

Přesněji řečeno, fáze BC547 je umístěna pro vynucení podmínky bootstrappingu, což lze pochopit pomocí následujícího vysvětlení:

Víme, že v jakémkoli H-můstku jsou mosfety nakonfigurovány tak, aby prováděly diagonálně pro realizaci zamýšleného push-pull vedení přes transformátor nebo připojenou zátěž.

Předpokládejme tedy případ, kdy je kolík č. 14 SG3525 nízký, což umožňuje vedení vpravo nahoře a dole vlevo mosfety.

To znamená, že pin # 11 IC je během této instance vysoký, což udržuje přepínač BC547 na levé straně zapnutý. V této situaci se v levé fázi BC547 stávají následující věci:

1) Kondenzátor 10uF se nabíjí přes diodu 1N4148 a nízkofrekvenční mosfet připojený k jeho záporné svorce.

2) Tento náboj je dočasně uložen uvnitř kondenzátoru a lze předpokládat, že se rovná napájecímu napětí.

3) Jakmile se logika na SG3525 vrátí s následným oscilačním cyklem, pin # 11 poklesne, což okamžitě vypne příslušný BC547.

4) Když je BC547 vypnutý, napájecí napětí na katodě 1N4148 nyní dosáhne brány připojeného mosfetu, ale toto napětí je nyní posíleno uloženým napětím uvnitř kondenzátoru, které je také téměř stejné jako úroveň napájení.

5) To má za následek zdvojnásobení efektu a umožňuje zvýšené 2násobné napětí na bráně příslušného mosfetu.

6) Tato podmínka okamžitě aktivuje mosfet do vedení, které tlačí napětí přes odpovídající opačný nízký boční mosfet.

7) Během této situace je kondenzátor nucen rychle se vybít a mosfet je schopen vést pouze tak dlouho, dokud je uložený náboj tohoto kondenzátoru schopen vydržet.

Proto se stává povinným zajistit, aby byla hodnota kondenzátoru zvolena tak, aby byl kondenzátor schopen adekvátně držet náboj pro každou dobu zapnutí / vypnutí oscilací push-pull.

V opačném případě mosfet předčasně opustí vedení, což způsobí relativně nižší výkon RMS.

Výše uvedené vysvětlení komplexně vysvětluje, jak bootstrapping funguje v měničích s plným můstkem a jak může být tato zásadní vlastnost implementována pro vytvoření účinného obvodu můstku s plným můstkem SG3525.

Nyní, pokud jste pochopili, jak by se obyčejný SG3525 mohl přeměnit na plnohodnotný invertor H-můstku, možná budete také chtít prozkoumat, jak to lze implementovat pro další běžné možnosti, například v obvodech invertorů založených na IC 4047 nebo IC 555, … .. přemýšlejte o tom a dejte nám vědět!

AKTUALIZACE: Pokud se vám zdá, že je výše uvedený návrh H-mostu příliš složitý na implementaci, můžete zkusit a mnohem jednodušší alternativa

Obvod střídače SG3525, který lze konfigurovat pomocí výše uvedené sítě diskutovaných sítí

Následující obrázek ukazuje příklad invertorového obvodu používajícího IC SG3525, můžete si všimnout, že v diagramu chybí fáze výstupního mosfetu a lze vidět pouze otevřené otevřené pinouty ve formě zakončení pin # 11 a pin # 14.

Konce těchto výstupních vývodů jednoduše musí být připojeny přes uvedené úseky výše vysvětlené plné mostní sítě, aby bylo možné efektivně převést tento jednoduchý design SG3525 na plnohodnotný invertorový obvod SG3525 s plným můstkem nebo na 4N kanálový mosfetový H-mostový obvod.

Zpětná vazba od pana Robina (který je jedním z vášnivých čtenářů tohoto blogu a vášnivého elektronického nadšence):

Ahoj swagatum
Dobře, jen abych zkontroloval, zda vše funguje, oddělil jsem dva fety na vysoké straně od dvou fets na nízké straně a použil jsem stejné obvody jako:
( https://homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html ),
připojení záporného víčka ke zdroji MOSFETu a poté připojení tohoto spojení k 1k rezistoru a vedení k zemi na každém vysokém bočním plotu. Pin 11 pulzoval jeden vysoký boční plod a kolík 14 druhý vysoký boční plod.
Když jsem přepnul SG3525 na oba fety, na okamžik se rozsvítily a poté normálně oscilovaly. Myslím, že by to mohl být problém, kdybych tuto situaci spojil s trafy a nízkými postranními fety?
Pak jsem otestoval dva nízké boky, připojení 12v napájení k (1k rezistor a led) k odtoku každého spodního blatníku a připojení zdroje k zemi. Kolíky 11 a 14 byly připojeny ke každé bráně nízkých stran.
Když jsem přepnul SG3525 na spodní straně, fet by se neosciloval, dokud nevložím 1k rezistor mezi pin (11, 14) a bránu. (Nejsem si jistý, proč se to stane).

Níže je uvedeno schéma zapojení.

Moje odpověď:

Díky Robin,

Oceňuji vaši snahu, ale zdá se, že to není nejlepší způsob kontroly výstupní odezvy IC ...

Alternativně můžete vyzkoušet jednoduchou metodu připojením jednotlivých LED z kolíku # 11 a kolíku # 14 IC na zem, přičemž každá LED má svůj vlastní 1K rezistor.

To vám rychle umožní pochopit odezvu výstupu IC .... to lze provést buď tak, že budete udržovat fázi celého můstku izolovanou od dvou výstupů IC, nebo ji izolovat.

Dále můžete zkusit připojit 3V zenery do série mezi výstupními piny IC a příslušnými plnými můstkovými vstupy ... to zajistí, že se pokud možno vyhnete falešnému spouštění přes mosfety ...

Snad to pomůže

S pozdravem...
Lup

Od Robina:

Mohl byste prosím vysvětlit, jak {3V zenery v sérii mezi výstupními piny IC a příslušnými plnými můstkovými vstupy ... to zajistí, že se pokud možno vyhnete falešnému spouštění přes mosfety ...

Na zdraví Robin

Já:

Pokud je zenerova dioda zapojena do série, projde plné napětí, jakmile je překročena zadaná hodnota, proto 3V zenerova dioda nebude fungovat, dokud nebude překročena značka 3 V, pokud je překročena, povolí celou úroveň napětí, které bylo na něj aplikováno
Takže i v našem případě, protože lze předpokládat, že napětí z SG 3525 je na úrovni napájení a vyšší než 3 V, nebylo by nic blokováno nebo omezeno a celá úroveň napájení by byla schopna dosáhnout úplného můstkového stupně.

Dejte mi vědět, jak to chodí s vaším okruhem.

Přidání „mrtvého času“ do nízkofrekvenčního Mosfetu

Následující diagram ukazuje, jak lze zavést mrtvý čas u nízkofrekvenčního MOSFETu tak, že kdykoli se přepne tranzistor BC547, což způsobí zapnutí horního MOSFETu, příslušný MOSFET se zapne po malém zpoždění (pár ms), čímž se zabrání jakémukoli možnému průstřelu.