Circuito Bootstrap em um driver de Inversor de Frequência

Introdução

                    Um inversor de freqüência consiste basicamente no disparo controlado de 6 IGBT’s (Isolated Gate Bipolar Transistor), sendo 3 destes responsáveis pelo controle do semiciclo positivo e 3 pelo controle do semiciclo negativo da onda a ser modulada. A sequência do disparo e a modulação da largura de pulso PWM (Pulse Width Modulation) faz com que a forma de onda de saída simule uma forma de onda senoidal que pode ser controlada, modificando a frequência e também a amplitude da onda.

                    Na grande maioria dos projetos de construção de um inversor de frequência, utilizam-se transformadores para isolar a fonte de alimentação que dispara os 3 IGBT’s da parte superior e uma outra fonte também isolada para alimentar os 3 IGBT’s inferiores, porém a grande desvantagem da utilização do transformador é seu tamanho e também implica maior custo ao projeto, visto que o mesmo precisa projetado especificamente para cada aplicação.

Figura 1. Configuração típica de um Circuito de disparo de um inversor de freqüência com fonte isolada.

Fonte: AVAGO TECHNOLOGIES. Disponivel em: HTTP://www.avagotech.com/docs/AV02-2718EN

                    O circuito de Bootstrap elimina a utilização de transformadores e conversores DC/DC no projeto, reduzindo custo e espaço em uma placa PCB (Printed Circuit Board). Os componentes utilizados no circuito são o capacitor de Bootstrap (CBS), o Diodo (DBS) e o resistor limitador (RBS).

                    O circuito funciona da seguinte forma: Quando o IGBT Q2 é ligado, o IGBT Q1 é desligado e a fonte de alimentação carrega o capacitor Bootstrap como mostra na Figura 1, a corrente flui de VCC passa pelo resistor limitador e o diodo DBS que evita que a corrente retorne a fonte (geralmente utiliza-se um diodo Schottky que possui menor queda de tensão) e carrega o capacitor CBS com a tensão da fonte.

Figura 1. Carregamento Circuito Bootstrap.

Fonte: AVAGO TECHNOLOGIES. Disponivel em: HTTP://www.avagotech.com/docs/AV02-2718EN

                    Quando Q1 é ligado, Q2 é desligado e a carga do capacitor CBS alimenta o circuito de driver do IGBT Q1 que é mantido ligado até que cesse o pulso de disparo ou a carga do capacitor CBS, o que ocorrer primeiro, porém o objetivo é manter a carga do capacitor para evitar oscilações no disparo do IGBT e para isso é realizado um cálculo prévio para o correto funcionamento do circuito bootstrap. A seguir segue a fórmula para o cálculo do valor mínimo do capacitor CBS:

Onde,

m = Periodo de tempo em que o IGBT Q1 fica ligado durante a modulação da largura de pulso (PWM)

ICC = Corrente de alimentação do circuito de driver

Qg = Carga do IGBT Q1

ICBS(LEAK) = Corrente de pico no carregamento do capacitor CBS

VRIPPLE = Ripple máximo permitido na tensão de alimentação da fonte.

f = Freqüência de modulação de pulso.

Calcular um valor mais apropriado para a aplicação no projeto é importante, pois sobredimensionar o valor da capacitância de CBS não irá interferir no funcionamento do circuito, porém irá sobredimensionar também o tamanho do capacitor de CBS e o principal objetivo do circuito de bootstrap é reduzir custos e espaços, itens muito relevantes no meio industrial.

Eng. Paulo Henrique.

TAGS: Circuito Bootstrap, Inversor de Freqüência, Eletrônica Industrial, Driver IGBT.

Fontes: AVAGO TECHNOLOGIES – http://www.avagotech.com/

INVERFLEX ELETRÔNICA INDUSTRIAL http://www.inverflex.com.br/