Desarrollo inversor dc-dc o dc-ac con SG3525

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Hola Ingenieros Electronicos, les traigo el tema sobre un inversor comprendible y facil de manipular, ya que les entregare una amplea experiencia y desarollo del mismo circuito, espero que aprovechen el tema y desarollen mejor technologia en el mismo ciruito, este circuito se puede implementar en diversos proyectos, tanto como en amplificadores para automoviles, fuentes smps o inversores de 12, 24v a 120ac o 220ac e infinidades de tipo de inversores.


PWM se utiliza en todo tipo de control de potencia y circuitos de convertidor. Algunos ejemplos comunes incluyen control de motor, convertidores DC-DC, inversores DC-AC y atenuadores de lámpara. Existen numerosos controladores PWM disponibles que hacen que el uso y la aplicación de PWM sean bastante sencillos. Uno de los controladores más populares es el versátil y ubicuo SG3525 producido por múltiples fabricantes: ST Microelectronics, Fairchild Semiconductors, On Semiconductors, por nombrar algunos.
El SG3525 se utiliza ampliamente en convertidores DC-DC, inversores CC-CA, sistemas UPS residenciales, inversores solares, fuentes de alimentación, cargadores de baterías y numerosas otras aplicaciones. Con la comprensión adecuada, pronto podrá comenzar a usar SG3525 usted mismo en tales aplicaciones o cualquier otra aplicación que realmente exija control PWM.
Antes de continuar con la descripción y la aplicación, primero echemos un vistazo al diagrama de bloques y al diseño de los pines de la primera figura que les puse por cecuencia.

2-
Los pines 1(inv-input) y 2(noninv-input) son las entradas al amplificador de error a bordo. Si se está preguntando qué es eso, puede pensarlo como un comparador que controla el aumento o disminución del ciclo de trabajo para los "comentarios" que asocia con la modulación de ancho de pulso (PWM).
Esto funciona para aumentar o disminuir el ciclo de trabajo dependiendo de los niveles de voltaje en las entradas Inv y No Invertir - pines 1 y 2 respectivamente.
  • Cuando el voltaje en la entrada de inversión (pin 1) es mayor que el voltaje en la entrada de no inversión (pin 2), el ciclo de trabajo se reduce.
  • Cuando el voltaje en la entrada no invertida (pin 2) es mayor que el voltaje en la entrada invertida (pin 1), el ciclo de trabajo aumenta.

La frecuencia de PWM depende de la capacitancia de temporización y de la resistencia de temporización. El condensador de temporización (CT) está conectado entre el pin 5 y la tierra. La resistencia de temporización (RT) está conectada entre el pin 6 y tierra. La resistencia entre los pines 5 y 7 (RD) determina el tiempo muerto (y también afecta levemente la frecuencia).
La frecuencia está relacionada con RT, CT y RD por la relación, en la siguiente imagen de la formula podemos observar lo siguiente. (ver imagen 2)
Con RT y RD en Ω y CT en F, f está en Hz.
Los valores típicos de RD están en el rango de 10 Ω a 47 Ω. El rango de valores utilizables (según lo especificado por los fabricantes de SG3525) es de 0Ω a 500Ω.
RT debe estar dentro del rango de 2kΩ a 150kΩ. CT debe estar dentro del rango 1nF (código 102) a 0.2μF (código 224). La frecuencia del oscilador debe estar dentro del rango de 100Hz a 400kHz. Hay un flip-flop antes de la etapa del controlador, debido a que sus señales de salida tendrán frecuencias de la mitad de la frecuencia del oscilador que se calcula utilizando la fórmula mencionada anteriormente. Por lo tanto, si está buscando usar esto para un inversor de 50Hz, necesita señales de activación de 50Hz. Entonces, la frecuencia del oscilador debe ser de 100Hz.
Una capacitancia conectada entre el pin 8 y tierra proporciona la funcionalidad de arranque suave. Cuanto mayor sea la capacidad, mayor será el tiempo de arranque suave. Esto significa que el tiempo necesario para pasar del ciclo de trabajo del 0% al ciclo de trabajo deseado o al ciclo de trabajo máximo es mayor. Entonces, el ciclo de trabajo aumenta más lentamente al principio. Tenga en cuenta que esto solo afecta la velocidad inicial de aumento del ciclo de trabajo, es decir, la tasa de aumento del ciclo de trabajo después del arranque del SG3525.
Los valores típicos de la capacitancia de arranque suave se encuentran dentro del rango de 1 μF a 22 μF dependiendo del tiempo de arranque suave deseado.
El pin 16 es la salida de la sección de referencia de voltaje. El SG3525 contiene un módulo interno de referencia de voltaje con una clasificación de +5,1 V que se recorta para proporcionar una precisión de ± 1%. Esta referencia se usa a menudo para proporcionar una tensión de referencia al amplificador de error para establecer la tensión de referencia de retroalimentación. Se puede conectar directamente a una de las entradas o se puede usar un divisor de voltaje para reducir aún más el voltaje.
El pin 15 es VCC: el voltaje de suministro al SG3525 que lo hace funcionar. VCC debe estar dentro del rango de 8V a 35V. El SG3525 tiene un circuito de bloqueo de baja tensión que impide el funcionamiento cuando el VCC está por debajo de 8 V, lo que evita el funcionamiento erróneo o el mal funcionamiento.
El pin 13 es VC: la tensión de alimentación del controlador SG3525. Está conectado a los colectores de los transistores NPN en la etapa de salida tótem-polo. De ahí el nombre VC. VC debe estar dentro del rango de 4.5V a 35V. El voltaje del variador de salida será una caída de voltaje del transistor por debajo de VC. Así que cuando se conduce MOSFET de potencia, VC debe estar dentro del rango de 9V a 18V (como la mayoría de los MOSFET de potencia requieren mínimo 8V que ser plenamente y tienen una tensión máxima de 20V desglose VGS). Para controlar los MOSFET de nivel lógico, se puede usar VC inferior. Se debe tener cuidado para garantizar que no se cruce el voltaje máximo de ruptura de VGS del MOSFET. De forma similar, cuando las salidas SG3525 se alimentan a otro controlador o IGBT, el VC debe seleccionarse en consecuencia, teniendo en cuenta la tensión requerida para el dispositivo que se alimenta o acciona. Es una práctica común vincular VC a VCC cuando VCC está por debajo de 20V.
El pin 12 es la conexión a tierra y debe conectarse a tierra del circuito. Debe compartir un terreno común con el dispositivo que maneja.
Los pines 11 y 14 son las salidas de las cuales se deben tomar las señales de accionamiento. Son las salidas de la etapa de controlador interno SG3525 y se pueden usar para controlar directamente MOSFET e IGBT. Tienen una clasificación de corriente continua de 100 mA y una clasificación de pico de 500 mA. Cuando se requiera una mayor corriente o una mejor transmisión, se debe utilizar una etapa adicional del controlador que utilice transistores discretos o una etapa de controlador dedicada. De manera similar, se debe usar una etapa de manejo cuando se maneja el dispositivo, causando una disipación de energía excesiva y calentando el SG3525. Cuando se manejan MOSFET en una configuración de puente, se deben usar los controladores de lado alto bajo o los transformadores de compuerta de compuerta ya que el SG3525 está diseñado solo para la impulsión de lado bajo.
El pin 10 está apagado. Cuando este pin es bajo, PWM está habilitado. Cuando este pin es alto, el pestillo PWM se establece inmediatamente. Esto proporciona la señal de apagado más rápida para las salidas. Al mismo tiempo, el condensador de arranque suave se descarga con una fuente de corriente de 150 μA . Un método alternativo de apagar el SG3525 es tirar del pin 8 o pin 9 al mínimo. Sin embargo, esto no es tan rápido como usar el pin de apagado. Por lo tanto, cuando se requiere un apagado rápido, se debe aplicar una señal alta al pin 10. Este pin no se debe dejar flotante ya que podría captar ruido y causar problemas. Por lo tanto, este pin generalmente se mantiene bajo con una resistencia desplegable.
El pin 9 es una compensación. Se puede usar junto con el pin 1 para proporcionar una compensación de retroalimentación.
Ahora que hemos visto la función de cada pin, diseñemos un circuito con el SG3525 y veamos cómo se usa prácticamente.
Hagamos que un circuito funcione a 50 kHz, impulsando MOSFET (en una configuración push-pull) que impulsa un núcleo de ferrita que luego intensifica la CA de alta frecuencia y luego se rectifica y filtra para proporcionar una salida regulada de 290V que se puede usar una o más CFL.
Para el cálculo de vueltas, consulte mi artículo "El transformador de ferrita convierte el cálculo para el inversor de alta frecuencia / SMPS": Tahmid's blog: Ferrite Transformer Turns Calculation for High-Frequency/SMPS Inverter

3- En la tercera imagen que les mostre por secuencia, podemos ver el circuito ya echo a medidas de lo explicado, esto para que vallan entendiendo un poco sobre el tema de como relacionar cada pin de entrada y salida del SG3525, porfavor echa un vistaso a la imagen del circuito y sigue con el tema, ya que si no llevas un orden con las indicaciones que se te esta dando no sabras en que vas y que te perdiste :)....


Analicémoslo y veamos lo que hice en el circuito de la imagen que les mostre.
En primer lugar, puede ver que se ha suministrado la tensión de alimentación y que se ha conectado a tierra. También observe que VC ha sido conectado a VCC. He agregado un volumen y un condensador de desacoplamiento a través de los pines de suministro. El condensador de desacoplamiento (0.1 μ F) debe colocarse tan cerca del SG3525 como sea posible. Siempre debes usar esto en todos tus diseños. No omita tampoco el condensador a granel, aunque puede usar un valor menor.
Veamos los pines 5, 6 y 7. He añadido una pequeña resistencia RD (entre los pines 5 y 7) que proporciona un poco de tiempo muerto. He conectado RT entre el pin 6 y tierra y CT entre el pin 5 y tierra. RD = 22 Ω , CT = 1nF (Código: 102) y RT = 15k Ω . Nos dirigimos a la siguiente imagen de la formula que hace referencia ala frecuencia que me dio.

Como la frecuencia del oscilador es 94.6kHz, la frecuencia de conmutación es 0.5 * 94.6kHz = 47.3kHz y esto es lo suficientemente cerca de nuestra frecuencia objetivo de 50kHz. Ahora bien, si hubiera necesitado una precisión de 50 kHz, la mejor manera habría sido usar una olla (resistencia variable) en serie con RT y ajustar la olla, o usar una olla (resistencia variable) como RT, aunque prefiero la primera como permite un ajuste fino de la frecuencia.
Miremos el pin 8 ahora. He conectado un condensador de 1 μF desde el pin 8 a tierra y esto proporciona un pequeño arranque suave. He evitado el uso de un arranque suave demasiado grande cuando el ciclo de trabajo lento aumenta (y por lo tanto, el lento aumento de voltaje) causa problemas cuando se usan CFL en la salida.
Miremos el pin 10 ahora. Inicialmente se detuvo a VREF con una resistencia pull-up. Entonces, PWM está desactivado y no se ejecuta. Sin embargo, cuando el interruptor está encendido, el pin 10 ahora está en la tierra y entonces PWM está habilitado. Por lo tanto, hemos utilizado la opción de apagado SG3525 (a través del pin 10). Por lo tanto, el interruptor actúa como un interruptor de encendido / apagado.
El pin 2 está conectado a VREF y, por lo tanto, tiene un potencial de +5,1 V ( ± 1%). La salida del convertidor está conectada al pin 1 a través de un divisor de voltaje con resistencias de 56kΩ y 1kΩ. La relación de voltaje es 57: 1. En el "equilibrio" de retroalimentación, la tensión en el pin 1 es 5.1V y este es el objetivo del amplificador de error - para ajustar el ciclo de trabajo para ajustar el voltaje en el pin 1 de modo que sea igual al del pin 2. Entonces, cuando el voltaje en el pin 1 es 5.1V, el voltaje en la salida es 5.1V * 57 = 290.7V y esto es lo suficientemente cerca de nuestro objetivo de 290V. Si se requiere una mayor precisión, una de las resistencias puede ser reemplazada con una olla o en serie con una olla y la olla puede ajustarse para dar la lectura requerida.
La combinación en paralelo de la resistencia y el condensador entre los pines 1 y 9 proporciona una compensación de retroalimentación. No voy a entrar en detalles en la compensación de retroalimentación, ya que es un gran tema en sí mismo.
Los pines 11 y 14 manejan los MOSFET. Hay resistencias en serie con la puerta para limitar la corriente de la puerta. Las resistencias de puerta a puerta garantizan que los MOSFET no se enciendan accidentalmente.
Entonces eso es todo. Puedes ver que este es un circuito bastante fácil de diseñar. Si ha entendido todo esto, ahora puede diseñar circuitos con el SG3525 usted mismo. Intente hacer algunos, por ejemplo, para una salida de 50 Hz y con realimentación aislada. Si no puedes, no te preocupes, pondré otro artículo con algunos circuitos más usando SG3525 para que te vuelvas completamente claro con él (si no lo has hecho ya).

Ahora ya para finalizar, este circuito solo soporta hasta 2 mosfet, ya que entrega una potencia de salida de almenos 200 mw, para mayores potencias o se podria decir, amperajes, ocupamos de un pre amplificación mediante transistores pnp y npn, esto nos amplifica la potencia para suministrarle no solo 4 sino hasta 15 o 20 o 30 mosfets en paralelo, si te a agradado el tema, muestra tu satisfacción y seguiremos con el tema en agregarle los transistores mencionados, saludos espero les guste.
 

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