Controle dos MOSFETs com TL494

[GuilhermeGB]

1 hora atrás, Sérgio Lembo disse:

Quando vemos um circuito associamos a presença de tensão no gate ou base de um transistor ao chaveamento dele. Da mesma forma vemos a abertura do transistor quando a tensão da base/gate é suprimida. Ocorre que não existe instantâniedade em eletrônica, tudo leva um tempo para acontecer mesmo que seja de apenas alguns nano segundos. É nesses nano segundos que atua o dead time. Na sua última postagem a primeira imagem apresenta 2 transistores em série entre o VCC e o GND que irão chavear de forma alternada. Ao mesmo tempo que se desliga o superior se liga o  inferior (é o chaveamento que se espera nesse tipo de circuito). Caso o transistor inferior seja mais rápido em ligar que o inferior em desligar temos um curto momentâneo entre VCC e GNG. O dead time (tempo morto) é a inserção de um tempo entre o desligamento de um transistor e o ligamento do outro para garantir que não haja condução simultânea entre eles. Consultando o datasheet de um mosfet verá na tabela de características 4 valores de tempo:

O primeiro representa o retardo para que se inicie a comutação

O segundo o tempo em que fica na região linear durante a comutação

O terceiro o retardo para desligar.

O quarto o tempo em que fica na região linear durante o desligamento.

 

O funcionamento do dead-time em relação aos MOSFETs eu até já entendia, eu tenho dúvida em no quanto isso afetaria a energia na saída, acredito que um tempo morto muito grande diminuiria a potência de saída. E também o quanto isso ajudaria a "aliviar o estresse" do transformador, que é algo importante a se considerar.

adicionado 12 minutos depois

E o funcionamento dele que não tinha entendido era dentro do CI, mas parece que funciona por meio de uma diferença de potencial entre a carga do capacitor e a tensão no pino 4, quando a tensão do capacitor atinge a tensão do pino 4, o tempo motor começa até o capacitor carregar e ultrapassar essa tensão novamente.

[Sérgio Lembo]

33 minutos atrás, GuilhermeGB disse:

O funcionamento do dead-time em relação aos MOSFETs eu até já entendia, eu tenho dúvida em no quanto isso afetaria a energia na saída, acredito que um tempo morto muito grande diminuiria a potência de saída.

É tudo uma questão de relatividade. Vamos considerar uma frequência bem alta para esse tipo de circuito: 50kHz (acho que exagerei). Supondo onda quadrada (que é o típico dessa aplicação) temos então 10us por semi-ciclo = 10000ns. um dead time de 200ns vai representar 2% de inatividade máxima (ou 98% de atividade mínima). Dá para se viver bem com isso.

[MOR_AL]

@Sérgio Lembo

Imagine que o CI forneça o PWM perfeitamente simétricos.

As chaves, principalmente os transistores possuem diferentes tempos de comutação. A onda quadrada nos coletores vai gerar correntes positivas e negativas no trafo. Imagine que os ciclos positivos (ou negativos) possuem tempos levemente diferentes entre si, ou também que possuem tensões levemente diferentes entre os dois primários. Então o valor médio da corrente no trafo não vai ser nulo. Aí é que é gerada a componente de tensão cc e de corrente cc.

Como o Albert postou, o pessoal costuma a não colocar o tal capacitor. Os trafos tem que ser enrolados muito bem, imagino que com os dois primários ao mesmo tempo, para não haver diferença entre eles.

Quanto mais enrolamentos, maior será a indutância e menor será a corrente de magnetização. Esta é que causa o problema. Nos projetos em livros, há uma percentagem ótima, que fornece um compromisso custo benefício. Tal percentagem é tal, que aceita-se um determinado pico de corrente de magnetização e aceita-se uma redução de cobre. 

Quanto ao tal capacitor em série com o primário do trafo, que é comutado com 12V e para uma corrente de 50A. Calculei o valor deste capacitor, considerando cerca de 5% da tensão de 12V sobre ele, em 25kHz. É o caso da carga ser alimentada pela bateria de 12V, quando não há energia elétrica na rede. O valor deu uns 53uF. Considerando-se que não se sabe qual terminal seria o positivo e qual seria o negativo, tal capacitor deveria ser constituído por dois eletrolíticos de uns 100uF em série, back-to-back. Para reduzir a Resistência Série Equivalente (RSE), os capacitores de 100uF deveriam ser constituídos pela associação paralela de alguns capacitores. 

3 horas atrás, albert_emule disse:

Parece que os transformadores de ferrite costumam ter uma pequena indutância não acoplada que faz uma limitação natural de potência e se fizessem apenas um núcleo, mesmo que este único núcleo tivesse condições de prover altas potências, as altas correntes em baixas tensões fariam dar umas quedas de tensão nas indutâncias parasitas, fazendo limitar potência. 

Essas indutâncias parasitas é que vão produzir a corrente de magnetização. O circuito equivalente (simples) de um trafo é um trafo ideal com uma indutância em série (ou o equivalente em paralelo). O trafo ideal possui um valor puramente resistivo Rcarga * (Np/Ns)^2.

Os trafos de ferrite podem possuir um acoplamento entre os seus enrolamentos próximo de 1, ou 100%, o que reduz bastante a corrente de magnetização. Mas tem uma contrapartida. Se a partida não for do tipo suave, a corrente de inicial pode levar o trafo à saturação. Uma técnica antiga era colocar um pequeníssimo gap entre os dois ferrites. Algo como 25um, ou 1/4 da espessura de uma folha de papel para impressora. Com isso a corrente de partida ficava reduzida.

MOR_AL

[Sérgio Lembo]

1 hora atrás, MOR disse:

Se a partida não for do tipo suave, a corrente de inicial pode levar o trafo à saturação.

Isso me faz lembrar que em muitos integrados SMPS há realmente essa partida suave realizada na malha de compensação. Só agora descobri a razão. Atirei no que vi e descobri o que não vi! Hoje foi um bom dia.

[Matthwus]

Em 17/02/2020 às 16:49, albert_emule disse:

 

 

O CI é o SG3525

Divirta-se. 

Aproveitando o embalo, posso utilizar esse esquema abaixo seguindo essa ideia do DB ai em cima para conseguir colocar mosfets de potencia em paralelo no IR2153 ?

 

Tentei simplesmente coloca-los em paralelo, e não deu muito certo não kkkkk

 

Se funcionar vai dar para extrair uma ótima potencia de um circuito bem simples, que ficará muito bom para alimentar amplificadores de potencia.

[Sérgio Lembo]

Colocar mosfet em paralelo nem sempre é fácil, principalmente os de potência, em especial os modelos mais antigos. Uma forma simples de se fazer o paralelismo é isolar os mosfets. As dificuldades que encontrou se deve a capacitâncias no gate  e quando se faz paralelismo as interações podem provocar o desastre que assistiu.

Quando falei em isolar é impedir que um gate enxergue o outro.Note que entre o integrado e o mosfet tem um circuito de 2 transistores. Faça um circuito desses para cada mosfet que venha colocar em paralelo. Terás o paralelismo com os gates completamente isolados.

Boa sorte.

[Matthwus]

agora, Sérgio Lembo disse:

Colocar mosfet em paralelo nem sempre é fácil, principalmente os de potência, em especial os modelos mais antigos. Uma forma simples de se fazer o paralelismo é isolar os mosfets. As dificuldades que encontrou se deve a capacitâncias no gate  e quando se faz paralelismo as interações podem provocar o desastre que assistiu.

Quando falei em isolar é impedir que um gate enxergue o outro.Note que entre o integrado e o mosfet tem um circuito de 2 transistores. Faça um circuito desses para cada mosfet que venha colocar em paralelo. Terás o paralelismo com os gates completamente isolados.

Boa sorte.

No caso então utilizar um BD139/140 para cada mosfet de potencia ?

[Sérgio Lembo]

2 minutos atrás, Matthwus disse:

No caso então utilizar um BD139/140 para cada mosfet de potencia ?

Isso mesmo.

[Matthwus]

agora, Sérgio Lembo disse:

Isso mesmo.

Vou testar ver se sai fogo kkkk

[Sérgio Lembo]

Há também a opção de se utilizar beads na entrada dos mosfets. Esses beads blo0queiam as interações de alta frequência (foi o quie entendi) Reduz o custo mas achar isso  não sei onde. Calcular o correto também não sei.

[albert_emule]

18 horas atrás, Matthwus disse:

Aproveitando o embalo, posso utilizar esse esquema abaixo seguindo essa ideia do DB ai em cima para conseguir colocar mosfets de potencia em paralelo no IR2153 ?

 

Tentei simplesmente coloca-los em paralelo, e não deu muito certo não kkkkk

 

Se funcionar vai dar para extrair uma ótima potencia de um circuito bem simples, que ficará muito bom para alimentar amplificadores de potencia.

Pode

[Matthwus]

6 horas atrás, albert_emule disse:

Pode

Maravilha, pois acho que esse circuito pode funcionar muito bem para alimentar amplificadores de grande potencia:

 

R3 e C8 determina a frequência de operação ?

 

Deve ser calculada com base nessa formula ?

F = 1 / (1,4 * (R + 75) * C)

 

**Não se atente aos valores dos capacitores na entrada, pois esqueci de alterar, e também chutei os valores para a frequência ainda vou calcular.

[GuilhermeGB]

Em 18/02/2020 às 18:23, MOR disse:

Calculei o valor deste capacitor, considerando cerca de 5% da tensão de 12V sobre ele, em 25kHz. É o caso da carga ser alimentada pela bateria de 12V, quando não há energia elétrica na rede. O valor deu uns 53uF. Considerando-se que não se sabe qual terminal seria o positivo e qual seria o negativo, tal capacitor deveria ser constituído por dois eletrolíticos de uns 100uF em série, back-to-back. Para reduzir a Resistência Série Equivalente (RSE), os capacitores de 100uF deveriam ser constituídos pela associação paralela de alguns capacitores. 

 

Você postou uma imagem de como ficaria com capacitor em um transformador sem center tap, como eu faria a ligação com center tap? Ligaria os capacitores entre o dreno de cada MOSFET e sua respectiva entrada do transformador?

 

Eu terminei a montagem do CI TL494 para realizar o primeiro teste amanhã, ainda vou revisar o esquema, a ligação que eu pretendo usar no primeiro teste é essa:

 

 

Do outro lado do transformador vou fazer uma ponte de diodos, eu pedi da internet alguns MUR460 pro "projeto final", mas ainda não chegaram, então vou ter que improvisar com alguns que encontrei em sucata, vou usar dois RU4AM (2A) e dois RU3AM (1.5A) e ligar uns capacitores para medir a tensão neles.

adicionado 7 minutos depois

Gostaria de saber qual seria corrente média que esse circuito iria exigir em vazio? Saberiam dizer?

[MOR_AL]

9 horas atrás, GuilhermeGB disse:

.....como eu faria a ligação com center tap? Ligaria os capacitores entre o dreno de cada MOSFET e sua respectiva entrada do transformador?

 

1 - Não conheço circuito com capacitor em trafo com center tape (Push-Pull).

2 - O @albert_emule tem razão, só vi o circuito com capacitor e trafo com apenas um primário, em circuitos com tensões retificadas da rede. Valores altos de tensão retificada. 

MOR_AL

[GuilhermeGB]

Pessoal, fui tentar fazer o teste e estou tendo algum curto circuito na parte de chaveamento, o curto só acontece quando alimento o transformador conectado aos MOSFETs. Ou o CI não está oscilando ou os MOSFETs não estão sendo afetados pela oscilação do CI. Eu não tenho frequencimetro para testar as saídas do CI. Os MOSFETs parecem estar funcionando, fiz o teste com o multímetro na escala para testar diodo, eles abrem e fecham. A ligação é essa da última imagem que postei. Teriam alguma dica? Ou seria melhor tentar montar do zero com outro CI? Comprei dois TL494 novos que chegaram junto com alguns outros componentes. Tenho receio de ser algum erro no circuito e acabar queimando algum componente repetindo a mesma ligação.

[Sérgio Lembo]

Na falta de um osciloscópio dá para improvisar com um RC. No circuito abaixo fiz uma simulação do seu circuito com 1 saída. Ali temos um oscilador, o transistor interno de saída e o circuito externo que vai ao gate. Foi adicionado um RC para leitura de tensão com um multimetro simples. Como a onda é quadrada com 50% de duty então espera-se ter 50% da tensão de pico no ponto de leitura.

circuito de teste

[GuilhermeGB]

1 hora atrás, Sérgio Lembo disse:

Na falta de um osciloscópio dá para improvisar com um RC. No circuito abaixo fiz uma simulação do seu circuito com 1 saída. Ali temos um oscilador, o transistor interno de saída e o circuito externo que vai ao gate. Foi adicionado um RC para leitura de tensão com um multimetro simples. Como a onda é quadrada com 50% de duty então espera-se ter 50% da tensão de pico no ponto de leitura.

circuito de teste

Fiz esse circuito aí, está dando 9 V. Talvez seja a ligação das portas dos comparadores de erro que estão interferindo no duty cycle. Para mantê-los inativos, eu deveria aterrar as entradas não-inversoras para que ele não interfira no circuito, eu acabei descobrindo isso agora. Vou tentar alterar o circuito atual e ver o que dá.

[GuilhermeGB]

Pessoal, estava fazendo a simulação do novo esquema que montei, verifiquei um grande problema na configuração emissor comum. O dead time, que pode ser controlado através do pino 4, só funciona de maneira correta no modo coletor comum, vejam:

 

 

 

Logo depois que percebi isso, simulei aquele esquema que eu postei anteriormente, e usando o osciloscópio dessa vez, pude ver que a forma da onda também estavam com o dead time "invertido", isso porque só aterrei o pino 4 com um resistor de 1k, nem fiz divisão de tensão para alterar o dead time.

 

 

Isso também explica porque no teste sugerido pelo colega ali minha tensão deu 9 V e não 5.7 V, o duty cycle estava muito alto.

 

Eu até já montei o circuito como na primeira imagem, mas ainda não liguei os MOSFETs para testar, provavelmente o resultado não seria muito bom, aconteceria como no primeiro esquema montado, desconfio até que eu tenha queimado os MOSFETs que eu usei para os testes. Enfim, parece que a melhor maneira de ligar um inversor com TL494 é controlando os MOSFETs pelo emissor, como praticamente a grande maioria dos circuitos encontrados na internet fazem. O que me dizem?

[Sérgio Lembo]

Com um dead time elevado o duty acaba sendo muito abaixo dos 50% mas se ambas saidas tiverem o mesmo valor no RC então temos o equilíbrio. Só não pode passar de 50% (cruzamento e curto consequente). Está muito elevado o dead time mas nessa etapa do desenvolvimento talvez seja conveniente. Não há a necessidade de ser tão elevado, é um transistor, não uma válvula eletromecânica.

 

Está interessante acompanhar o desenvolvimento. Obrigado por postar os resultados.

[GuilhermeGB]

44 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

Com um dead time elevado o duty acaba sendo muito abaixo dos 50% mas se ambas saidas tiverem o mesmo valor no RC então temos o equilíbrio. Só não pode passar de 50% (cruzamento e curto consequente). Está muito elevado o dead time mas nessa etapa do desenvolvimento talvez seja conveniente. Não há a necessidade de ser tão elevado, é um transistor, não uma válvula eletromecânica.

 

Está interessante acompanhar o desenvolvimento. Obrigado por postar os resultados.

Você acha que eu deveria diminuir um pouco o dead time? Eu poderia ligar um trimpot para controlar o dead time no pino 4, mas sem osciloscópio fica meio "inútil".

 

Outra maneira de contornar aquele problema que eu postei ali, em vez de usar o MOSFET ligado direto no CI, é usando transistores para "inverter" o sinal. Eu simulei o circuito que já tenho montado aqui com algumas pequenas alterações, adicionei mais uma etapa com os transistores NPN e alterei o resistor de 4.7k para 7.5k na configuração do dead time, e deu uma reduzida. Já que vou ter que alterar o circuito, vou aproveitar e mudar aquele capacitor de 1uF de poliéster por um eletrolítico de 2.2uF que é bem menor, e vai melhorar o soft start. E do jeito que está eu terei um duty cycle de 40% mais ou menos (ou poderia colocar 10k para ter mais de 45% de duty cycle).

 

 

Se eu encontrar alguns bons transistores nas sucatas irei usar dessa forma, se não terei que alimentar os MOSFETs direto pelo emissor. A simulação mostrou que a tensão de pico ligada pelo emissor também é por volta dos 10-11V, então pelo jeito os transistores internos são de fato alimentados com 12V na base em vez de 5V que eu achei inicialmente. Configurando da primeira forma provavelmente evitaria o problema de temporizar a descarga do MOSFET com um dead time pequeno, como já explicado por um dos colegas, mas com tempo "enorme" de dead time que o circuito acima está configurado é muito improvável que isso ocorra (acredito que a capacitância interna dos MOSFETs não chegue na casa dos nF).

[albert_emule]

1 hora atrás, GuilhermeGB disse:

 

 (acredito que a capacitância interna dos MOSFETs não chegue na casa dos nF).

 

Dá 6nF fácil por mosfet. 

Se usar um driver bom tal como TC4420 que tem uns 6 amperes de capacidade e é ultra veloz, dependendo do resistor que esteja no gate, a corrente no gate chega a uns 2 amperes pico durante a carga da capacitância.

 

Mas geralmente comutar o mosfet com ultra velocidade não é muito necessário.

Geralmente resistores de 10R no gate já são suficientes.   

 

 

[GuilhermeGB]

57 minutos atrás, albert_emule disse:

 

Dá 6nF fácil por mosfet. 

Se usar um driver bom tal como TC4420 que tem uns 6 amperes de capacidade e é ultra veloz, dependendo do resistor que esteja no gate, a corrente no gate chega a uns 2 amperes pico durante a carga da capacitância.

 

Mas geralmente comutar o mosfet com ultra velocidade não é muito necessário.

Geralmente resistores de 10R no gate já são suficientes.   

 

 

Bom, a única placa que eu tinha aqui com MOSFETs era uma placa de um no-break antigo no qual achei dois IRF2807, acho que não tem nenhum driver pra eu retirar lá.

 

Em relação aos transistores para usar na configuração da imagem que postei por último, achei transistores C1815 em diversos modelos de placas, olhando o datasheet achei as especificações dele bem parecida com a série BC54x, que é bastante usada nesses inversores. No dataseheet dele diz que é usado para amplificação de áudio e osciladores de alta frequência. O que me dizem? Poderia usar esse transistor?

 

Esse é o resultado da simulação com o BC547 (não tem o C1815 no programa), tensão no dreno dos MOSFETs em amarelo e azul, tensão no coletor dos transistores em rosa e verde.

 

 

[GuilhermeGB]

Status do progresso:

 

Tentei usar dois C1815, mas um deles aparentemente estava com defeito. Usei um diodo RU4AM em série com um capacitor 1uF 400 V para medir a tensão máxima da nas saídas que iriam para os MOSFETs, ligando em um deles a tensão no capacitor dava por volta de 9.8 V. O outro me deu uma tensão bem baixa, não lembro o valor, mas era abaixo de 3 V. A tensão na base dos C1815 estava normal, com pico entre 11 e 12 V. Então decidi testar a ligação um polarização no emissor do CI, primeiramente usei um resistor de 10R, mas depois lembrei que a corrente máxima fornecida pelo CI é de apenas 200 mA, a tensão em cima do resistor de 10R estava muito baixa, mais uma vez, usando o diodo em série com o capacitor, verifiquei uma tensão de 1.4-1.5 V, valor que coincide com o esperado no cálculo, 10 Ohm * 200 mA = 2 V, o diodo tem uma queda de tensão por volta de 500 a 600 mV. Mudei o resistor para 100R, que seria mais que suficiente para polarizar os teóricos 12 V. Como os MOSFETs que eu estava usando antes apresentaram curto entre dreno e source, para não arriscar danificar um dos MOSFETs novos, decidi continuar usando sucatas e substituí por dois transistores de potência MJE13007 encontrado em sucatas de fontes. Pela primeira vez consegui um resultado concreto, já fiquei feliz quando o transformador começou a emitir um ruído, infelizmente a bateria que eu estava usando já estava um pouco descarregada e provavelmente já não está funcionando bem, a tensão caiu bastante, abaixo de 6 V, inclusive a tensão é inadequada para alimentar o CI, que precisa estar acima de 7 V para funcionar corretamente, mas consegui carregar os capacitores da saída com 28 V, levou alguns segundos para atingir 28 V, mas foi a tensão máxima.

[Sérgio Lembo]

Tenha mais carinho com a sua bateria, trazê-la para menos de 10V não faz bem a longevidade dela.

[GuilhermeGB]

Em 25/02/2020 às 12:53, albert_emule disse:

Mas geralmente comutar o mosfet com ultra velocidade não é muito necessário.

Geralmente resistores de 10R no gate já são suficientes.   

Bom, capacitância e indutância na prática me deixam um pouco confuso, mas com base na teoria, o tempo de carga do MOSFET na minha aplicação ficaria limitada pela constante RC, correto? Onde R seria o resistor usado entre o gate, a fonte de 12 V e o coletor do transistor NPN externo, e C a capacitância do MOSFET. Eu verifiquei o datasheet do IRFZ44N e vi alguns valores, como capacitância de entrada e carga total no gate, fiquei meio confuso em qual eu deveria considerar. Vi um cálculo onde usa o carga do gate dividida pelo tempo de subida do MOSFET, essa seria a corrente de pico exigida por ele.