SG3525 Vollbrücken-Wechselrichterschaltung

In diesem Beitrag versuchen wir zu untersuchen, wie eine SG3525-Vollbrücken-Wechselrichterschaltung durch Anwenden einer externen Bootstrap-Schaltung im Entwurf entworfen wird. Die Idee wurde von Herrn Abdul und vielen anderen begeisterten Lesern dieser Website angefordert.

Warum Vollbrücken-Wechselrichterschaltung nicht einfach ist

Wenn wir an eine Vollbrücken- oder H-Brücken-Wechselrichterschaltung denken, können wir Schaltungen mit speziellen Treiber-ICs identifizieren, was uns wundert, ob es nicht wirklich möglich ist, eine zu entwerfen Vollbrückenwechselrichter mit gewöhnlichen Komponenten?

Obwohl dies entmutigend aussehen mag, hilft uns ein wenig Verständnis des Konzepts zu erkennen, dass der Prozess möglicherweise nicht so komplex ist.

Die entscheidende Hürde bei einem Vollbrücken- oder H-Brückendesign ist die Integration einer 4-N-Kanal-Mosfet-Vollbrückentopologie, die wiederum die Integration eines Bootstrap-Mechanismus für die High-Side-Mosfets erfordert.

Was ist Bootstrapping?

So Was genau ist ein Bootstrapping-Netzwerk? und wie wird dies bei der Entwicklung einer Vollbrücken-Wechselrichterschaltung so wichtig?

Wenn identische Geräte oder 4-Kanal-Mosfets in einem Vollbrückennetzwerk verwendet werden, ist ein Bootstrapping unerlässlich.

Dies liegt daran, dass anfangs die Last an der Quelle des High-Side-Mosfets eine hohe Impedanz aufweist, was zu einer Montagespannung an der Quelle des Mosfets führt. Dieses ansteigende Potential könnte so hoch sein wie die Drain-Spannung des High-Side-Mosfets.

Wenn das Gate- / Source-Potential dieses Mosfets den Maximalwert dieses ansteigenden Source-Potentials nicht um mindestens 12 V überschreiten kann, leitet der Mosfet im Grunde genommen nicht effizient. (Wenn Sie Schwierigkeiten beim Verstehen haben, lassen Sie es mich bitte durch Kommentare wissen.)

In einem meiner früheren Beiträge habe ich ausführlich erklärt wie Emitterfolgertransistor funktioniert Dies kann auch für eine Mosfet-Source-Follower-Schaltung genau zutreffen.

In dieser Konfiguration haben wir gelernt, dass die Basisspannung für den Transistor immer 0,6 V höher sein muss als die Emitterspannung auf der Kollektorseite des Transistors, damit der Transistor über Kollektor zu Emitter leiten kann.

Wenn wir das Obige für einen Mosfet interpretieren, stellen wir fest, dass die Gate-Spannung eines Source-Follower-Mosfets mindestens 5 V oder idealerweise 10 V höher sein muss als die an der Drain-Seite des Geräts angeschlossene Versorgungsspannung.

Wenn Sie den High-Side-Mosfet in einem Vollbrückennetzwerk untersuchen, werden Sie feststellen, dass die High-Side-Mosfets tatsächlich als Source-Follower angeordnet sind und daher eine Gate-Triggerspannung erfordern, die mindestens 10 V über den Drain-Versorgungsspannungen betragen muss.

Sobald dies erreicht ist, können wir eine optimale Leitung von den High-Side-Mosfets über die Low-Side-Mosfets erwarten, um den einseitigen Zyklus der Push-Pull-Frequenz abzuschließen.

Normalerweise wird dies unter Verwendung einer schnellen Wiederherstellungsdiode in Verbindung mit einem Hochspannungskondensator implementiert.

Dieser entscheidende Parameter, bei dem ein Kondensator verwendet wird, um die Gate-Spannung eines High-Side-Mosfets auf 10 V höher als seine Drain-Versorgungsspannung zu erhöhen, wird als Bootstrapping bezeichnet, und die Schaltung, um dies zu erreichen, wird als Bootstrapping-Netzwerk bezeichnet.

Der Low-Side-Mosfet erfordert diese kritische Konfiguration nicht, nur weil die Quelle der Low-Side-Mosets direkt geerdet ist. Daher können diese mit der Vcc-Versorgungsspannung selbst und ohne Verbesserungen betrieben werden.

So erstellen Sie eine SG3525-Vollbrücken-Wechselrichterschaltung

Da wir nun wissen, wie ein vollständiges Brückennetzwerk mithilfe von Bootstrapping implementiert wird, versuchen wir zu verstehen, wie dies angewendet werden kann eine volle Brücke erreichen Wechselrichterschaltung SG3525, die bei weitem eine der beliebtesten und gefragtesten ICs für die Herstellung eines Wechselrichters ist.

Das folgende Design zeigt das Standardmodul, das in jeden gewöhnlichen SG3525-Wechselrichter über die Ausgangspins des IC integriert werden kann, um eine hocheffiziente SG3525-Vollbrücken- oder H-Brücken-Wechselrichterschaltung zu erzielen.

Schaltplan

Unter Bezugnahme auf das obige Diagramm können wir die vier Mosfets identifizieren, die als H-Brücke oder Vollbrückennetzwerk aufgebaut sind, jedoch sehen der zusätzliche BC547-Transistor und der zugehörige Diodenkondensator etwas ungewohnt aus.

Um genau zu sein, ist die BC547-Stufe zum Erzwingen der Bootstrapping-Bedingung positioniert, und dies kann mit Hilfe der folgenden Erklärung verstanden werden:

Wir wissen, dass in jeder H-Brücke die Mosfets so konfiguriert sind, dass sie diagonal leiten, um die beabsichtigte Push-Pull-Leitung über den Transformator oder die angeschlossene Last zu implementieren.

Nehmen wir daher einen Fall an, in dem der Pin Nr. 14 des SG3525 niedrig ist, wodurch die oberen rechten und die unteren linken Mosfets leiten können.

Dies impliziert, dass Pin Nr. 11 des IC während dieser Instanz hoch ist, wodurch der Schalter BC547 auf der linken Seite eingeschaltet bleibt. In dieser Situation passieren die folgenden Dinge auf der linken BC547-Stufe:

1) Der 10uF-Kondensator lädt sich über die 1N4148-Diode und den mit seinem Minuspol verbundenen Low-Side-Mosfet auf.

2) Diese Ladung wird vorübergehend im Kondensator gespeichert und kann als gleich der Versorgungsspannung angenommen werden.

3) Sobald die Logik über dem SG3525 mit dem nachfolgenden Oszillationszyklus zurückkehrt, geht der Pin # 11 auf Low, wodurch der zugehörige BC547 sofort ausgeschaltet wird.

4) Bei ausgeschaltetem BC547 erreicht die Versorgungsspannung an der Kathode des 1N4148 nun das Gate des angeschlossenen Mosfets. Diese Spannung wird jedoch jetzt mit der im Kondensator gespeicherten Spannung verstärkt, die ebenfalls nahezu dem Versorgungspegel entspricht.

5) Dies führt zu einem Verdopplungseffekt und ermöglicht eine erhöhte 2X-Spannung am Gate des betreffenden Mosfets.

6) Dieser Zustand löst sofort eine Leitung des Mosfets aus, wodurch die Spannung über den entsprechenden gegenüberliegenden Mosfet auf der unteren Seite gedrückt wird.

7) Während dieser Situation muss sich der Kondensator schnell entladen und der Mosfet kann nur so lange leiten, wie die gespeicherte Ladung dieses Kondensators aufrechterhalten werden kann.

Daher muss sichergestellt werden, dass der Wert des Kondensators so gewählt wird, dass der Kondensator die Ladung für jede EIN / AUS-Periode der Gegentaktschwingungen angemessen halten kann.

Andernfalls gibt der Mosfet die Leitung vorzeitig auf, was zu einer relativ geringeren RMS-Leistung führt.

Nun, die obige Erklärung erklärt umfassend, wie ein Bootstrapping in Vollbrückenwechselrichtern funktioniert und wie diese entscheidende Funktion implementiert werden kann, um eine effiziente SG3525-Vollbrückenwechselrichterschaltung herzustellen.

Wenn Sie nun verstanden haben, wie ein gewöhnlicher SG3525 in einen vollwertigen H-Brücken-Wechselrichter umgewandelt werden kann, möchten Sie möglicherweise auch untersuchen, wie derselbe für andere gewöhnliche Optionen implementiert werden kann, z. B. in Wechselrichterschaltungen auf IC 4047- oder IC 555-Basis. Denken Sie darüber nach und lassen Sie es uns wissen!

AKTUALISIEREN: Wenn Sie das obige H-Bridge-Design für die Implementierung zu komplex finden, können Sie a viel einfachere Alternative

Wechselrichterschaltung SG3525, die mit dem oben beschriebenen Vollbrückennetzwerk konfiguriert werden kann

Das folgende Bild zeigt eine beispielhafte Wechselrichterschaltung mit dem IC SG3525. Sie können feststellen, dass die Ausgangs-Mosfet-Stufe im Diagramm fehlt und nur die offenen Pinbelegungen des Ausgangs in Form der Anschlüsse Pin 11 und Pin 14 zu sehen sind.

Die Enden dieser Ausgangsbelegungen müssen lediglich über die angegebenen Abschnitte des oben erläuterten Vollbrückennetzwerks angeschlossen werden, um dieses einfache SG3525-Design effektiv in eine vollwertige SG3525-Vollbrücken-Wechselrichterschaltung oder eine 4-N-Kanal-Mosfet-H-Brückenschaltung umzuwandeln.

Feedback von Herrn Robin (der einer der begeisterten Leser dieses Blogs und leidenschaftlicher elektronischer Enthusiast ist):

Hallo Swagatum
Ok, nur um zu überprüfen, ob alles funktioniert, habe ich die beiden High-Side-Fets von den beiden Low-Side-Fets getrennt und die gleichen Schaltkreise verwendet wie:
( https://homemade-circuits.com/2017/03/sg3525-full-bridge-inverter-circuit.html ),
Verbinden des Kappennegativs mit der Mosfet-Quelle und Verbinden dieses Übergangs mit einem 1k-Widerstand und einer LED zur Masse an jedem High-Side-Fet. Pin 11 pulsierte den einen High-Side-Fet und Pin 14 den anderen High-Side-Fet.
Als ich den SG3525 einschaltete, leuchteten beide Fets kurz auf und schwangen danach normal. Ich denke, das könnte ein Problem sein, wenn ich diese Situation mit dem Verkehr und den Low-Side-Fets verbinde?
Dann testete ich die beiden Low-Side-Fets, indem ich eine 12-V-Versorgung an einen (1k-Widerstand und eine LED) an den Drain jedes Low-Side-Fets anschloss und die Source mit Masse verband. Pin 11 und 14 wurden an jedes Low-Side-Fets-Gate angeschlossen.
Wenn ich den SG3525 auf die niedrige Seite schaltete, schwangen die Fets nicht, bis ich einen 1k-Widerstand zwischen den Pin (11, 14) und das Gate legte (nicht sicher, warum das passiert).

Schaltplan unten.

Meine Antwort:

Danke Robin,

Ich schätze Ihre Bemühungen, aber dies scheint nicht der beste Weg zu sein, um die Ausgangsantwort des IC zu überprüfen ...

Alternativ können Sie eine einfache Methode ausprobieren, indem Sie einzelne LEDs von Pin 11 und Pin 14 des IC mit Masse verbinden, wobei jede LED über einen eigenen 1K-Widerstand verfügt.

Auf diese Weise können Sie die Reaktion des IC-Ausgangs schnell verstehen. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass die Vollbrückenstufe von den beiden IC-Ausgängen isoliert bleibt oder ohne sie zu isolieren.

Außerdem können Sie versuchen, 3-V-Zenere in Reihe zwischen den IC-Ausgangspins und den jeweiligen Vollbrückeneingängen zu schalten. Dadurch wird sichergestellt, dass Fehlauslösungen über die Mosfets so weit wie möglich vermieden werden.

Hoffe das hilft

Freundliche Grüße...
Beute

Von Robin:

Könnten Sie bitte erklären, wie {3V-Zenere in Reihe zwischen den IC-Ausgangspins und den jeweiligen Vollbrückeneingängen geschaltet werden? Dadurch wird sichergestellt, dass Fehlauslösungen über die Mosfets so weit wie möglich vermieden werden.

Prost Robin

ICH:

Wenn eine Zenerdiode in Reihe geschaltet ist, lässt sie die volle Spannung durch, sobald ihr spezifizierter Wert überschritten wird. Daher leitet eine 3-V-Zenerdiode nicht nur, solange die 3-V-Marke nicht überschritten wird. Sobald diese überschritten wird, wird der gesamte Pegel zugelassen der Spannung, die darüber angelegt wurde
Da auch in unserem Fall angenommen werden kann, dass die Spannung vom SG 3525 auf dem Versorgungsniveau und höher als 3 V liegt, würde nichts blockiert oder eingeschränkt und das gesamte Versorgungsniveau könnte die Vollbrückenstufe erreichen.

Lassen Sie mich wissen, wie es mit Ihrer Schaltung geht.

Hinzufügen einer 'Totzeit' zum Low Side Mosfet

Das folgende Diagramm zeigt, wie eine Totzeit am Low-Side-Mosfet eingeführt werden kann, sodass der relevante Low-Side-Mosfet nach einer geringfügigen Verzögerung (einige ms) eingeschaltet wird, wenn der BC547-Transistor schaltet, wodurch der obere Mosfet eingeschaltet wird. Dies verhindert jegliches mögliche Durchschießen.