Il più semplice circuito inverter a ponte intero

Tra le diverse topologie di inverter esistenti, la topologia di inverter full bridge o H-bridge è considerata la più efficiente ed efficace. La configurazione di una topologia full bridge potrebbe comportare troppe criticità, tuttavia con l'avvento dei circuiti integrati full bridge driver questi sono diventati uno dei inverter più semplici si può costruire.

Che cos'è una topologia a ponte completo

Un inverter a ponte intero chiamato anche inverter a ponte H, è la topologia di inverter più efficiente che funziona con trasformatori a due fili per fornire la corrente oscillante push-pull richiesta nel primario. Ciò evita l'uso di un trasformatore con presa centrale a 3 fili che non è molto efficiente a causa della quantità doppia di avvolgimento primario rispetto a un trasformatore a 2 fili

Questa caratteristica consente l'uso di trasformatori più piccoli e ottenere più uscite di potenza allo stesso tempo.Oggi grazie alla facile disponibilità di circuiti integrati con driver full bridge le cose sono diventate assolutamente semplici e realizzare un circuito inverter full bridge a casa è diventato un gioco da ragazzi.

Qui discutiamo un circuito inverter a ponte intero che utilizza il driver a ponte completo IC IRS2453 (1) D di International Rectifiers.

Il chip citato è un eccezionale circuito integrato driver full bridge in quanto si occupa da solo di tutte le principali criticità legate alle topologie H-bridge attraverso i suoi circuiti integrati avanzati.

L'assemblatore deve semplicemente collegare una manciata di componenti esternamente per ottenere un inverter H-bridge funzionante a tutti gli effetti.

La semplicità del design è evidente dallo schema mostrato di seguito:

Funzionamento del circuito

Pin14 e pin10 sono i pinout della tensione di alimentazione flottante lato alto dell'IC. I condensatori da 1uF mantengono efficacemente queste piedinature cruciali di un'ombra superiore alle tensioni di drain dei mosfet corrispondenti assicurando che il potenziale della sorgente del mosfet rimanga inferiore al potenziale di gate per la conduzione richiesta dei mosfet.

Le resistenze di gate sopprimono la possibilità di sovratensioni di drain / source impedendo la conduzione improvvisa dei mosfet.

I diodi ai capi delle resistenze di gate vengono introdotti per la scarica rapida dei condensatori di gate / drain interni durante i loro periodi di non conduzione per garantire una risposta ottimale dai dispositivi.

L'IC IRS2453 (1) D è inoltre dotato di un oscillatore integrato, il che significa che con questo chip non sarebbe necessario uno stadio oscillatore esterno.

Solo un paio di componenti passivi esterni si prendono cura della frequenza di pilotaggio dell'inverter.

Rt e Ct possono essere calcolati per ottenere le uscite di frequenza previste di 50 Hz o 60 Hz sui mosfet.

Calcolo dei componenti per la determinazione della frequenza

La seguente formula può essere utilizzata per calcolare i valori di Rt / Ct:

f = 1 / 1,453 x Rt x Ct

dove Rt è in Ohms e Ct in Farads.

Caratteristica ad alta tensione

Un'altra caratteristica interessante di questo CI è la sua capacità di gestire tensioni molto elevate fino a 600 V, rendendolo perfettamente applicabile per inverter senza trasformatore o circuiti di inverter in ferrite compatti.

Come si può vedere nello schema fornito, se un 330 V CC accessibile esternamente viene applicato attraverso le 'linee rettificate +/- CA', la configurazione diventa istantaneamente un inverter senza trasformatore in cui qualsiasi carico previsto può essere collegato direttamente attraverso i punti contrassegnati come 'carico '.

In alternativa se un normale file trasformatore step-down viene utilizzato, l'avvolgimento primario può essere collegato attraverso i punti contrassegnati come 'carico'. In questo caso la 'linea + AC raddrizzata' può essere unita al pin # 1 dell'IC e terminata comunemente alla batteria (+) dell'inverter.

Se viene utilizzata una batteria superiore a 15 V, la 'linea + AC raddrizzata' deve essere collegata direttamente al positivo della batteria mentre il pin n. 1 deve essere applicato con un 12V regolato abbassato dalla sorgente della batteria utilizzando IC 7812.

Sebbene il design mostrato di seguito sembri troppo facile da costruire, il layout richiede alcune linee guida rigorose da seguire, puoi fare riferimento al post per assicurarti corrette misure di protezione per circuito inverter a ponte intero semplice proposto.

NOTA:Unire il pin SD dell'IC con la linea di terra, se non viene utilizzato per l'operazione di spegnimento.

Schema elettrico

Inverter H-Bridge semplice o Full Bridge che utilizza due IC Half-Bridge IR2110

Il diagramma sopra mostra come implementare un efficace progetto di inverter a onda quadra full bridge utilizzando un paio di circuiti integrati half bridge IR2110.

I circuiti integrati sono driver a mezzo ponte a tutti gli effetti dotati della rete di condensatori di bootstrap richiesta per pilotare i mosfet del lato alto e una funzione di tempo morto per garantire la sicurezza al 100% per la conduzione del mosfet.

I circuiti integrati funzionano alternando alternativamente i mosfet Q1 / Q2 e Q3 / Q4 in tandem, in modo tale che in qualsiasi occasione quando Q1 è ON, Q2 e Q3 sono completamente disattivati ​​e viceversa.

L'IC è in grado di creare la commutazione precisa di cui sopra in risposta ai segnali temporizzati sui loro ingressi HIN e LIN.

Questi quattro ingressi devono essere attivati ​​per garantire che in qualsiasi istante HIN1 e LIN2 vengano accesi simultaneamente mentre HIN2 e LIN1 siano spenti e viceversa. Questa operazione viene eseguita al doppio della frequenza della frequenza di uscita dell'inverter. Ciò significa che se l'uscita dell'inverter deve essere di 50 Hz, gli ingressi HIN / LIN devono essere oscillati a una frequenza di 100 Hz e così via.

Circuito dell'oscillatore

Questo è un circuito oscillatore ottimizzato per l'attivazione degli ingressi HIN / LIN del circuito inverter a ponte intero spiegato sopra.

Un singolo IC 4049 viene utilizzato per generare la frequenza richiesta e anche per isolare le alimentazioni di ingresso alternate per gli IC dell'inverter.

C1 e R1 determinano la frequenza richiesta per l'oscillazione dei dispositivi a semiponte e possono essere calcolati utilizzando la seguente formula:

f = 1 /1.2RC

In alternativa, i valori potrebbero essere ottenuti attraverso alcuni tentativi ed errori.

Inverter discreto a ponte intero che utilizza transistor

Finora abbiamo studiato topologie di inverter full bridge utilizzando circuiti integrati specializzati, tuttavia lo stesso potrebbe essere costruito utilizzando parti discrete come transistor e condensatori, e senza dipendere da circuiti integrati.

Di seguito è possibile vedere un semplice diagramma: