Comportamiento extraño en el controlador del transformador

Estoy tratando de hacer un circuito para impulsar un transformador a partir de una señal PWM producida por una MCU AVR. Aquí está el esquema:

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De hecho, la salida de MCU tiene 2 PWM complementarios que alimentan dos pares de transistores. Para este escenario, supongamos que puedo garantizar que ambas señales provenientes del AVR sean siempre complementarias y nunca estén encendidas al mismo tiempo.

El primer transistor de cada par es de baja potencia y está ahí para evitar la conexión directa entre el AVR y el transistor de mayor potencia TIP41.

Tomé algunas medidas y, al principio, todo parecía estar bien. Tenga en cuenta que todavía no agregué el transformador, está en los esquemas solo para mostrar dónde se supone que debe estar conectado, pero todas las medidas a continuación se realizaron sin él.

El primero muestra ambos emisores TIP41 (en amarillo y azul) y su diferencia, utilizando matemáticas de alcance (en rojo). Ambas tierras de la sonda están en la tierra del circuito. Esto es lo que esperaba: cada mitad del primario estaría impulsada por un TIP41 a la vez, con voltajes alternos, por lo que tengo la mitad por encima de cero y la mitad por debajo de cero:

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Tenga en cuenta que ambas señales no se invierten de inmediato, hay un retraso introducido por los transistores y no sé cómo solucionarlo. Al medir las señales directamente en el AVR, puedo ver que cambian de inmediato, no hay demora allí.

Ahora viene el problema: cuando mido de un emisor al otro emisor de los TIP41 (sonda a tierra en un emisor y punta en el otro), esto es lo que sucede:

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La misma señal alejada:

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¿Alguien tiene idea de lo que puede estar pasando? Esperaba ver algo más o menos similar a lo que vi en rojo en la imagen anterior.

Tal vez solo estoy usando el alcance incorrectamente, no lo sé. Repito: todo esto sucede sin transformador, los emisores de transistores están flotando, no hay carga.

Debe conectar a tierra los emisores y usar los colectores como salidas al transformador. La toma central luego se conecta al riel de +12 voltios. Necesita tapas de derivación en la fuente de alimentación. Las señales de la unidad PWM no deben superponerse, sino que deben tener un tiempo "muerto". NO pruebe sin el transformador conectado. Mucho trabajo por hacer.
¡Gracias por las sugerencias, @Sparky256! Parece que invertí todo... Hice los cambios que sugeriste, ¡y parece estar funcionando mucho mejor! Sin embargo, ¿podría explicar por qué necesito las tapas en la fuente de alimentación?
Los condensadores filtran los picos de ruido en los rieles de la fuente de alimentación. Creo que un capacitor de 470uF de 16v a 25vdc está conectado al emisor de Q2 y Q3 (terminal o cable), y el cable + está conectado a los +12 voltios donde está conectado el grifo del centro del transformador. Solo desea la corriente de accionamiento (pulso) en el transformador, no en sus líneas de alimentación de 12 voltios. Eso debería limpiar la forma de onda aún más.
@Sparky256, gracias nuevamente, de hecho, tuve picos enormes e iba a intentar agregar diodos para filtrarlos. Usaré condensadores en su lugar.
Los diodos no son necesarios siempre que Q1 y Q4 estén clasificados para 3 veces el voltaje de suministro, o alrededor de 50 voltios.
@Sparky256, gracias una vez más. Agregaré el condensador hoy, espero que esto haga que el controlador finalmente se pueda usar. Solo una última pregunta, por favor: ¿recomiendas usar transistor bipolar como lo hice yo, o mosfets?

Respuestas (1)

Sin el transformador conectado, la única carga es su sonda de alcance (probablemente alrededor de 10MΩ y 20pF). Cuando mide entre una salida y tierra, esta pequeña carga es suficiente para reducir el voltaje cuando el transistor está apagado.

Pero cuando mide entre un transistor de salida y el otro, no hay nada que baje el voltaje. De hecho, la sonda del alcance está (débilmente) tirando del emisor del transistor 'apagado' hasta que alcanza el voltaje de ruptura inversa del emisor base del transistor a aproximadamente 8V. Esta es la razón por la que ve picos cortos (debido al acoplamiento capacitivo) y una onda cuadrada de menor amplitud (debido a la ruptura inversa del emisor base).

Para obtener la forma de onda deseada, debe proporcionar resistencias de carga lo suficientemente bajas como para inundar los parásitos del transistor y la impedancia de la sonda de alcance. Una resistencia de 1k de cada emisor a tierra debería ser suficiente.

Sin embargo, incluso con resistencias de carga adecuadas, no obtendrá la misma forma de onda que cuando el transformador está conectado. El transformador refleja el voltaje de un lado de su primario al otro, pero con polaridad opuesta. Entonces, cuando un transistor se enciende y cambia +12V en un lado del primario del transformador, el otro lado pondrá (cerca de) 12V negativos en el emisor del otro transistor. Esto hará que el transistor de 'apagado' se encienda cuando no debería.

Para trabajar con un transformador, debe cambiar cada transistor de salida a un tipo PNP y conectar sus emisores a +12 V, o conectar la derivación central del transformador a +12 V y conectar los emisores (NPN) a tierra. En cualquier caso los Colectores deben ir al transformador. Entonces, el voltaje del colector-emisor no se invertirá cuando se apague cada transistor, sino que duplicará el voltaje de suministro.

¡Gracias por la explicación detallada, Bruce! Cuando creo que estoy entendiendo, noto que no sé nada. Ya hice los cambios que usted y Sparky256 sugirieron, ¡y las cosas mejoraron mucho! Ahora estoy tratando de manejar los picos inductivos con diodos rápidos.
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