Oi pessoal,
Os primeiros resultados reais do encontro na masmorra do Sir Jorge começam a aparecer. Durante o encontro, monsieur Alain me passou um monte de dicas de como melhorar a performance do chaveamento de transistores bipolares, como os famosos BCzinhos. No nosso driver são utilizados diversos BC548, BC558, BF422 e BF423, quase todos funcionando digitalmente, ou seja, saturados ou em corte (ligados e desligados).
Uma das dicas que mais fizeram diferença foi colocar um pequeno capacitor em paralelo com o resistor da base. Mestre Arnaldo ainda completou a teoria, dizendo que multiplicando o valor do resistor (em ohm) pelo capacitor (em Farad) teremos a duração (em segundos) do pico de tensão na base, positivo ou negativo.
Quando um transistor está em corte (não passa corrente pelo coletor-emissor) e surge uma tensão na base, há uma demora para que ele passe a conduzir plenamente. Por outro lado, se ele estiver saturado (conduzindo o máximo de corrente) e a tensão da base cessa, também existe uma demora para que ele deixe a condição de saturação e a corrente de coletor cesse. Ambos os efeitos são causados pela capacitância nas junções PN do transistor e, de longe, demora muito mais para entrar em corte.
Corrigindo e detalhando mais um pouco o que acabei de dizer acima, não é preciso tensão (ou a falta dela) para o transistor saturar (ou cortar). É preciso CORRENTE (ou a ausência dela), pois um transistor bipolar é um amplificador de corrente, e não de tensão. Cada transistor possui uma característica chamada ganho de corrente, ou B (beta) ou hFE. Se um transistor tiver um ganho de corrente de 100, a corrente de coletor é 100 vezes maior do que a corrente de base. Outra correção se refere a esta “capacitância” nos bipolares. Apesar deste efeito parecer muito com um capacitor, o que ocorre na realidade é o acúmulo de portadores de carga na junção, dificultando a chegada no corte e na saturação. Estou citando a capacitância para facilitar o entendimento.
O que ocorre na transição de corte para saturação, ou vice-versa, é que temos que carregar (ou descarregar) a capacitância da junção PN antes que a corrente de coletor comece a se alterar em função da corrente de base. Como só queremos que o transistor trabalhe saturado ou em corte, este tempo deverá ser o menor possível para que não haja aquecimento do deste transistor nem dos componentes após ele ou para permitir maiores freqüências de chaveamento.
Voltando ao capacitor em paralelo com o resistor de base, seu efeito é carregar ou descarregar rapidamente a capacitância da junção PN, fazendo com que o transistor sature ou entre em corte muito mais rapidamente do que se não houvesse este capacitor.
No fim de semana passado e neste foram colocados capacitores em paralelo nos resistores de base dos transistores do pré-driver dos fets e nos da fonte interna, analisando os resultados desta introdução.
No pré-driver existia um atraso de 1,0us na subida e 1,7us na descida no sinal que vai para o gate do fet após a mudança na entrada do pré-driver. Mestre Fabio Cicuto inclusive estranhou estes tempos, muito demorados a seu ver. Com o capacitores este atraso passou a 0,5us e 1,0us na subida e descida, respectivamente. O atraso na descida é maior por terem 2 transistores para entrar em corte, enquanto que na subida há somente 1. Além da diminuição do atraso, houve uma melhora significativa no tempo de transição, passando de 300ns para 120ns.
Já na fonte interna o efeito foi mais visível, pois se a fonte do motor é de 12V, anteriormente a fonte interna só conseguia gerar uns 9V acima destes 12V. Agora consegue gerar 15V, mais do que suficiente para a polarização correta dos fets do circuito do diodo.
Acho que o ganho foi além do esperado, já que foi conseguido com somente componentes baratos (capacitores). Aumentou-se a eficiência da fonte interna, tendo como conseqüência gerar uma tensão maior e, de quebra, fazendo com que o BF422 não esquentasse tanto. Já perdi diversos tentando achar a melhor combinação possível entre componentes e firmware, antes de descobrir como fazê-lo. O pré-driver também se tornou mais eficiente, sendo que o atraso diminuiu (permitindo um maior controle da corrente) e o tempo de transição do sinal do gate caiu à metade, fazendo com que os fets não esquentem. Como conseqüência, poderíamos diminuir ou até evitar o dissipador dos fets em baixas e médias correntes do motor, permitindo mais corrente sem ter que colocar um segundo fet em paralelo, ou até permitindo uma corrente muito maior com 2 fets em paralelo. Só para lembrar, meses atrás este driver já conseguiu fornecer 12A com 2 fets em paralelo. Na época esta corrente só não foi maior por eu ter ficado com receio de queimar a fonte de alimentação.
E todo este resultado com alguns componentes baratos e, principalmente, conhecimentos vindo de profissionais com larga experiência no ramo. Valeu, Sir Jorge, mestre Arnaldo, monsieur Alain, mestres Fabios Gilii e Cicuto e tantos outros que tornam este projeto viável!
Abraços,
Rudolf
