Inversor de Frequência / MOSFET esquentando

diegoarth · 13 de agosto de 2013

Saudações amigos,

Estou tentando montar um tipo de inversor de frequência baseado em um esquema que encontrei em uma apostila sobre o assunto. Não havia detalhes em um nível de esquema elétrico com código de componentes, etc., porém mostrava a figura a seguir, que é bem simples de se compreender.

A “Lógica de Controle” aciona apenas os transistors T1 e T4 ou os transistores T2 e T3, e desta forma pode gerar ondas quadráticas em uma frequência que pode variar conforme a programação. Pretendo que o meu circuito gere ondas com amplitudes de ~+/-120V e alimente uma carga de 100W.

Já montei a parte de retificação e consigo uma tensão de 120V contínua, o problema está no dimensionamento do transistor. Optei por um mosfet código IRF840 e tenho feito alguns testes mais simples como o a seguir:

Na simulação no Protheus funcionou sem problemas, porém, na prática, o transistor esquenta muito, ele bate os 100°C em ~20s.

Pelo que li no datasheet o mosfet deveria suportar correntes de até 8A e tensões de 500V, bem acima dos 120V de tensão e 830mA de corrente que passa pelo circuito.

Tenho muito pouca experiência com eletrônica de potência e acredito que este transistor não deva ser montado desta forma, alguém pode me ajudar a entender o que está ocorrendo? Ou sugerir alguma alternativa para o meu objetivo?

Grato,

Diego

albert_emule · 13 de agosto de 2013

Saudações amigos,
Estou tentando montar um tipo de inversor de frequência baseado em um esquema que encontrei em uma apostila sobre o assunto. Não havia detalhes em um nível de esquema elétrico com código de componentes, etc., porém mostrava a figura a seguir, que é bem simples de se compreender.

A “Lógica de Controle” aciona apenas os transistors T1 e T4 ou os transistores T2 e T3, e desta forma pode gerar ondas quadráticas em uma frequência que pode variar conforme a programação. Pretendo que o meu circuito gere ondas com amplitudes de ~+/-120V e alimente uma carga de 100W.

Já montei a parte de retificação e consigo uma tensão de 120V contínua, o problema está no dimensionamento do transistor. Optei por um mosfet código IRF840 e tenho feito alguns testes mais simples como o a seguir:

Na simulação no Protheus funcionou sem problemas, porém, na prática, o transistor esquenta muito, ele bate os 100°C em ~20s.

Pelo que li no datasheet o mosfet deveria suportar correntes de até 8A e tensões de 500V, bem acima dos 120V de tensão e 830mA de corrente que passa pelo circuito.

Tenho muito pouca experiência com eletrônica de potência e acredito que este transistor não deva ser montado desta forma, alguém pode me ajudar a entender o que está ocorrendo? Ou sugerir alguma alternativa para o meu objetivo?

Grato,

Diego

Além de você estar carregando o gate do mosfet sem um limitador de corrente, está descarregando por meio de um resistor que não é eficiente neste trabalho.

E está usando de 10K.

Certamente o mosfet está trabalhando em sona linear, dissipando calor como num resistor por não estar saturando corretamente, ou mesmo dessaturando.

A palavra é "Dual MOSFET Driver with Bootstrapping" pesquise sobre o assunto.

Use um IR2110 ou um TLP250 ou mesmo um IR2117... Tem muitos outros e você é que deverá escolher o melhor para seu circuito.

Estes drivers fazem a carga correta do gate dos mosfets e também a descarga.

Não s esqueça de usar resistores de 10 Ohms no gate dos mosfets para limitar a corrente de carga.

MOR_AL · 13 de agosto de 2013

Obtenha o manual do mosfet e pesquise qual é a máxima tensão entre gate e source (VGS máx).

Você deve estar ultrapassando, em muito, este valor que nem deveria ser alcançado.

Em tempo: No seu primeiro circuito, aquele que tem o motor, são necessários 4 diodos reversamente polarizados.

MOR_AL

diegoarth · 13 de agosto de 2013

Valeu pela dica Albert! Irei pesquisar sobre o assunto e volto a postar assim que tiver um novo resultado.

Valeu Mor!

Pelo datasheet este VGS fala em +/-20V. Irei medir hoje quando retornar da facu e torno a postar o resultado. Contudo já de cara, pela montagem, vejo que a sua observação procede... Como você resolveria isto?

Em relação ao primeiro circuito, utilizei uma ponte retificadora já pronta...

MOR_AL · 14 de agosto de 2013

Valeu pela dica Albert! Irei pesquisar sobre o assunto e volto a postar assim que tiver um novo resultado.
Valeu Mor!

Pelo datasheet este VGS fala em +/-20V. Irei medir hoje quando retornar da facu e torno a postar o resultado. Contudo já de cara, pela montagem, vejo que a sua observação procede... Como você resolveria isto?

Seu diagrama já mostra um bloco "Lógica de Controle".

Bom.

Você deve possuir um circuito com tensão de alimentação de, digamos Vcc.

Este valor é dependente da corrente máxima que vai passar pelo dreno do mosfet.

Se esse valor for até uns 10A, então serão necessários, pelo menos, 6V de tensão VGS para o mosfet conduzir e deixar passar essa corrente. Use um Vcc entre 8V e 12V, que já está bom e garante que o mosfet não vai queimar por excesso de tensão VGS. Aliás, se você testou o circuito que tem a chave, é quase certo que seu mosfet foi para a cucuia.

Esse circuito de controle, se for apenas para testar, ou seja sem aplicar uma frequência alta, pode ser o mesmo que você postou. Aquele com a chave. Apenas que a chave deve estar conectada a este Vcc que mencionei. Por garantia, coloque um resistor de 10 Ohms em série com a chave.

Quando for usar o motor, o problema aumenta. Ele tem carga resistiva e indutiva. Quando for cortar a alimentação do motor ou inverter a rotação, vai aparecer uma tensão reversa nos mosfets que precisa ser limitada. Os mosfets já possuem um diodo reverso, mas já queimei alguns confiando na capacidade deles, portanto é bom colocar os tais diodos.

Se você pretende acionar o motor com PWM, então a coisa fica um pouco mais complicada. O circuito de controle deve possuir algumas características para funcionar direito.

Apesar da resistência de gate ser muito alta, o que exige corrente nula de gate, existe uma capacitância entre os terminais gate-source. Isso faz com que um pulso, tanto para ligar como desligar o mosfet, tenha que possuir baixa resistência de saída. Ou seja o seu circuito de controle, o drive, tem que possuir uma boa capacidade de corrente. Pelo menos durante as transições. Tem circuitos na net que explicam isso. Até tem CIs próprios para isso.

Em relação ao primeiro circuito, utilizei uma ponte retificadora já pronta...

Haã~, ... Tá.

Tem um AN (Application Note) da International Rectifier, que explica tudinho. Está em inglês, mas deve ter alguma coisa em português na net.

MOR_AL

diegoarth · 14 de agosto de 2013

Valeu pela Aula MOR_AL!

Apliquei os 9V que você sugeriu e funcionou perfeitamente! Muito obrigado! Contudo, você também já acertou em cheio, meu objetivo final é acionar um motor via PWM, sendo assim, já sei que vou ter trabalho... A lógica de controle será feita por um PIC16F876A que segundo o data-sheet manda no máximo 300mA que eu acredito não ser suficiente; Irei procurar por este AN, e torno a postar assim que tiver mais resultados.

MOR_AL · 14 de agosto de 2013

Valeu pela Aula MOR_AL!
Apliquei os 9V que você sugeriu e funcionou perfeitamente! Muito obrigado! Contudo, você também já acertou em cheio, meu objetivo final é acionar um motor via PWM, sendo assim, já sei que vou ter trabalho... A lógica de controle será feita por um PIC16F876A que segundo o data-sheet manda no máximo 300mA que eu acredito não ser suficiente; Irei procurar por este AN, e torno a postar assim que tiver mais resultados.

Ok!

Verifique se estes 300mA não corresponde ao TOTAL da soma das correntes nos pinos. Individualmente deve ser muito menos.

Entre o pic e o mosfet, tem um circuito drive.

MOR_AL

leandroalvespire · 17 de agosto de 2013

Valeu pela Aula MOR_AL!
Apliquei os 9V que você sugeriu e funcionou perfeitamente! Muito obrigado! Contudo, você também já acertou em cheio, meu objetivo final é acionar um motor via PWM, sendo assim, já sei que vou ter trabalho... A lógica de controle será feita por um PIC16F876A que segundo o data-sheet manda no máximo 300mA que eu acredito não ser suficiente; Irei procurar por este AN, e torno a postar assim que tiver mais resultados.

Bom dia

diegoarth, estou no mesmo barco que você, estou tentando fazer um inversor de frequência trifasico, vou utilizar um motor de 0,37kw trifasico, estou tendo dificuldades em dimensionar o Mosfet, eu também estou utilizando o IRF840, cara tenho um exemplo de de Inversor monofásico controlado por PIC, segue meu circuito que estou tentando desenvolver, ainda falta muitas correções.

albert_emule · 17 de agosto de 2013

Não que vocês não possam fazer os gate-drivers com resistores, mas vocês terão muito mais sucesso com CI gate-driver.

Certamente por se tratar de um inversor para motores, é modulado em PWM senoidal de no mínimo 10Khz por cada semi-ciclo.

É mais conveniente drivers de mosfets dedicados, com a topologia Bootstrapped.

Pesquise por "Dual Bootstrapped, 12 V MOSFET Driver"

Estes costumam ter uma saída em push pull que leva o gate do mosfet a VCC (12V) para liga-lo e leva para GND para desliga-lo.

É bootstrapped pois possui um capacitor que é carregado quando o chaveador que está com source ligado diretamente a GND conduz.

Este capacitor de Bootstrapped, juntamente com diodo de Bootstrapped Produzem um GND flutuante que permite o acionamento dos mosfets superiores (queles que possuem seus Drenos diretamente ligados ao positivo).

É preciso também pôr um resistor de 1 Ohms a 10 Ohms no gate dos mosfets para limitar a corrente de carga e descarga do mesmo.

Segue o esquema:

http://img99.imageshack.us/img99/312...erinversor.png

Não postei um esquema com os outros pares de chaveadores pois os outro são exatamente iguais. O que muda é só a desafazem do sinal que entra nos foto-drivers.

Bootstrapping é um termo de origem inglesa que se originou na década de 1880 como um acessório para ajudar a calçar botas, e gradualmente adquiriu uma coleção de significados metafóricos adicionais. O tema comum a todos esses significados é a realização de um processo sem ajuda externa, mas com etapas de facilitação interna.

Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Bootstrapping

Digamos que o diodo e capacitor de Bootstrapping facilitam o acionamento do mosfet superior sem a necessidade de uma fonte externa isolada extra.

diegoarth · 17 de agosto de 2013

Bom dia
diegoarth, estou no mesmo barco que você, estou tentando fazer um inversor de frequência trifasico, vou utilizar um motor de 0,37kw trifasico, estou tendo dificuldades em dimensionar o Mosfet, eu também estou utilizando o IRF840, cara tenho um exemplo de de Inversor monofásico controlado por PIC, segue meu circuito que estou tentando desenvolver, ainda falta muitas correções.

Olá leandroalvespire,

Vamos sim! Tá anotado o e-mail... Você já fez algum teste real?

Aparentemente o Mosfet que escolhemos serve com folga para a nossa aplicação o que está faltando no meu caso é aplicar o "driver" citado tanto pelo Albert quanto pelo MOR...

Pelo grande número de referências na net acabei, adquirindo o IR2110 e neste momento estou lendo a Aplication Note 978 para liga-lo corretamente.

Segue o circuito completo do que estou querendo montar...

A parte mais a esquerda do circuito mostra a minha fonte alternada de 127V AC. Ela é retificada com uma ponte de diodos e estabilizada com capacitor, o que me dá 180V com ripple aceitável para a aplicação no motor.

O trafo diminui a tensão para que mais uma ponte de diodos, capacitor e desta vez um zener alimente o microcontrolador e o gate dos mosfet's.

O sinal PWM será enviado pelas portas 12 e 13 do microcontrolador para os optoaclopadores, que por sua vez acionarão os "Drivers" (que é o que estou trabalhando no momento) e em seguida os gates do mosfet como uma Ponte H.

albert_emule · 17 de agosto de 2013

Eu também estou com um projeto de inversor, mas ele não é microcontrolado:

https://fbcdn-sphotos-b-a.akamaihd.net/hphotos-ak-prn2/1044802_358536180941028_1429827296_n.jpg

MOR_AL · 18 de agosto de 2013

Segue um estudo preliminar que fiz já há muito tempo.

Como a carga tem componente indutiva, as correntes seguem as indicações. Ao final da página há maiores detalhes.

O livreto que estudei foi a versão anterior a esta.

http://www.ebay.co.uk/itm/HEXFET-DATABOOK-International-Rectifier-/170767219115?pt=FR_GW_Livres_BD_Revues_Livres&hash=item27c284f9ab

A parte das Application Notes é muito bem explicada. Vale a pena ler.

MOR_AL

leandroalvespire · 24 de agosto de 2013

Saudações amigos,
Estou tentando montar um tipo de inversor de frequência baseado em um esquema que encontrei em uma apostila sobre o assunto. Não havia detalhes ...

Diego

Cara to apanhando do IRF840, acho que não estou entendo o Datasheet, pois no transistor normal, eu tenho o valor da corrente que passa pela base, assim eu consigo dimencionar o resistor da base corretamente, mas não estou sabenco como fazer isso para o IRF840....

albert_emule · 24 de agosto de 2013

Cara to apanhando do IRF840, acho que não estou entendo o Datasheet, pois no transistor normal, eu tenho o valor da corrente que passa pela base, assim eu consigo dimencionar o resistor da base corretamente, mas não estou sabenco como fazer isso para o IRF840....

O gate reage semelhante a um capacitor e o resistor de gate é calculado com base na carga máxima de gate que é descrita como nC (nanocoulombs).

Na prática você pode usar tranquilamente um resistor de 1 a 10 Ohms.

Esta nota de aplicação deverá lhe ajudar:

http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-944.pdf

leandroalvespire · 25 de agosto de 2013

O gate reage semelhante a um capacitor e o resistor de gate é calculado com base na carga máxima de gate que é descrita como nC (nanocoulombs).
Na prática você pode usar tranquilamente um resistor de 1 a 10 Ohms.

Esta nota de aplicação deverá lhe ajudar:

http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-944.pdf

Certo, independente da tensão? Pois em me circuito vou pegar a tensão do meu barramento. DC de 311v.

albert_emule · 25 de agosto de 2013

Certo, independente da tensão? Pois em me circuito vou pegar a tensão do meu barramento. DC de 311v.

Sim. A tensão de gate tem um limite 20V, confirme isso.

Contudo, por segurança a tensão de acionamento deve se limitar a uns 15V.

Eu mesmo já montei um projeto onde o driver de mosfet acionava o gate com resistor de 4,7 Ohms na freqüência de 60Khz . Ainda tinha um diodo que ajudava a descarregar mais rápido veja:

http://320volt.com/wp-content/uploads/2012/08/60khz-smps-sg3525-smps-ir2110-smps-800w-42v-power-supply.png

Funcionava muito bem.

O gate é apenas um capacitor.

No seu caso que a tensão é elevada, será mais adequado se você usar IGBT, pois estes são mais eficientes em tensões elevadas. Também suportam correntes bem maiores. O acionamento é o mesmo que no mosfet.

Se for apenas um inversor de tensão com freqüência fixa em 60Hz, PWM com 10Khz em cada semi-ciclo será suficiente. Depois que os semiciclos se juntam forma 20Khz. É o ideal para este tipo de inversor de tensão, pois além de estar numa frequência não audível, vai dar a menor perda de potência em comudação por ser uma freqüência baixa.

leandroalvespire · 30 de agosto de 2013

Olá leandroalvespire,
Vamos sim! Tá anotado o e-mail... Você já fez algum teste real?....

Diegoarth,

Fiz estes testes no Proteus, já é um caminho....rss

albert_emule · 30 de agosto de 2013

Diegoarth,
Fiz estes testes no Proteus, já é um caminho....rss

[ATTACH]94793[/ATTACH]

[ATTACH]94794[/ATTACH]

Para acionar os mosfets superiores eles precisarão estar com seus source ligados a um GND flutuante.

É justamente isso que um IR2110 faz

cytron · 28 de julho de 2015

Ok! DOIS anos depois e este tópico AINDA é um dos melhores no assunto. Não que o tópico descreva com riquezas de detalhes científicos, eletrônica de nível alienígena e tal..., o tópico é bom, sim! Mas a internet no geral (do lado de fora do CDH), está com o conteúdo didático em decadência. É triste demais você entrar em um forum (não este aqui), visitar um tópico onde o autor PEDE informações sobre um assunto anunciando que está querendo iniciar um projeto X e ao invés de surgirem postagens dizendo o caminho das pedras, simplesmente surge uma multidão de PEDINTES dando o e-mail para que o autor (também pedinte) possa lhes enviar informações didaticas sobre o projeto.

Antes de chegar aqui neste tópico, visitei vários outros forums e só encontrei gente pedindo ao invés de "compartilhando". Entendo que não tem como compartilhar quando não sabemos, devemos pedir mesmo. Porém, meu protesto é contra aqueles que sabem e não compartilham. Um tópico com mais de 50 postagens de gente só pedindo, não tem UM se quer, exclarecendo algo, nem mesmo indicando um link.

Estou fazendo um inversor de frequência e saí internet a fora em busca de material didático que pudesse me ajudar, foi quando cheguei neste tópico aqui, não estou aqui como PEDINTE. Estou aqui para dizer que: "Mesmo sendo de 2 anos atrás", depois de ler todos os posts, já sanei minhas dúvidas e ganhei muitos passos a frente na minha caminhada.

Como sempre, o Clube do Hardware está de PARABÉNS!!! Na verdade, CDH é apenas um site, quem gerou os Parabéns e minha gratidão é a galera que mantém viva e afiada a qualidade dos tópicos. Vocês!

Mas voltando ao assunto, depois de eu acompanhar todos os comentários, estou muito curioso para saber o final do filme, suplico por favor ao autor do tópico que possa me dizer como ficou o projeto.

Aqui na minha bancada estou fazendo um inversor para substituir um modelo "comercial fundo de quintal" que vive com mal funcionamento e queimando. Agora descobrir porque é ruim, falta um IR2110. Sem falar que o "criador" usa transistor smd soldados diretamente nos terminais do CI 4017. Dá pra acreditar que o cara vende isso em grande quantidade? kkkkkk

O inversor que estou fazendo tem uma pequena diferença, estou usando IRFZ44N hehe. Ainda estou em dúvida se controlo via arduino ou uso 4017. Arduino poupa trabalho, mas acho bem exagerado para pouca função.

Se ainda tiver em mãos, coloca um print do esquema e uma foto da placa pronta, sou apaixonado por eletrônica!

xyko-2020 · 28 de julho de 2015

...estou usando IRFZ44N hehe. Ainda estou em dúvida se controlo via arduino ou uso 4017. Arduino poupa trabalho, mas acho bem exagerado para pouca função.

Quer esquentar menos ainda? Use IRLZxxx ou IRLxxx.

Feitos para serem controlados pelo GATE por sinais digitais do ARDUINO ou 4017 até 5VCC.

Douglas bdd · 16 de abril de 2018

Em 17/08/2013 às 18:55, albert_emule disse:

Eu também estou com um projeto de inversor, mas ele não é microcontrolado:

https://fbcdn-sphotos-b-a.akamaihd.net/hphotos-ak-prn2/1044802_358536180941028_1429827296_n.jpg

como você fez sem um microcontrolador? Já havia pensado nisso, mas nunca consegui fazer!

albert_emule · 16 de abril de 2018

31 minutos atrás, Douglas bdd disse:

como você fez sem um microcontrolador? Já havia pensado nisso, mas nunca consegui fazer!

https://youtu.be/SIVeqqcBIew

Douglas bdd · 17 de abril de 2018

Em 16/04/2018 às 02:34, albert_emule disse:

https://youtu.be/SIVeqqcBIew

Muito bacana, Parabéns! você poderia me explicar como é feito aquele bloco "logica de Controle"?
Obrigado,
Abraço!!

albert_emule · 17 de abril de 2018

7 horas atrás, Douglas bdd disse:

Muito bacana, Parabéns! você poderia me explicar como é feito aquele bloco "logica de Controle"?
Obrigado,
Abraço!!

Isso é o micro controlador de antigamente.

São circuitos digitais.

Portas lógicas, comparadores multiplexadores e amplificadores operacionais.

Antes do micro controlador, se fazia muita coisa com estes componentes.

É tipo a automação de antigamente.

A aula que ensina é eletrônica digital.