inversor con mosfet

Revista Colombiana de Física, vol. 40, No. 1, Abril 2008

Diseño e Implementación de un Convertidor DC-AC Para Excitación
con Pulsos Rectangulares de un Piezoactuador de PZT
A. Carmona, M. Arroyave, J.M. Jaramillo
Universidad EAFIT, Departamento de Ciencias Básicas, Carrera 49 No. 7 Sur- 50
Recibido 22 de Oct. 2007; Aceptado 3 de Mar. 2008; Publicado en línea 15 de Abr. 2008

Resumen
Eneste trabajo se presenta el diseño y la implementación de un circuito convertidor de potencia (DC-AC) para excitar con
pulsos rectangulares un actuador piezoeléctrico de Titanato Circonato de Plomo (PZT). El actuador de PZT hace parte de
un sistema para ataque químico anisotrópico de silicio por vía húmeda, asistido por ultrasonido. Dado que la utilización de
ultrasonido en estos sistemas juegaun papel crucial en el aumento en la velocidad de ataque y la disminución de la rugosidad de la superficie final, se ha desarrollado un circuito de control con un microcontrolador que permite modificar la amplitud de vibración y la potencia; además de generar barridos en frecuencia para explotar las diferentes ramas de resonancia
del piezoactuador, inclusive la frecuencia principal. La etapa depotencia fue configurada en topología de puente H, con
transistores MOSFET. Las señales de control se acoplaron opticamente a los transistores, para evitar trastornos inducidos
por la potencia en la etapa de control, y para generar una referencia flotante en la parte alta del puente. Las ramas de resonancia se han identificado por medio de los cambios de amplitud y forma de la señal deexcitación del piezoactuador a medida que se realizan excursiones de frecuencia en la misma.
Palabras claves: PZT, piezoactuador, ultrasonido, puente H, ataque anisotropico.

Abstract
In this work the design and the implementation of DC/AC converter as power supply for a PZT actuator is presented. The
PZT actuator is used in a wet chemical etching system for silicon machining assisted with ultrasound.The ultrasound plays
a very important rol in the etching rate increase and low roughness final surfaces. For this reason the control circuit was developed with a microcontroller for easy changes in the parameters of the converter, such as amplitude, frequency, and power. The power stage was implemented in H-bridge topology with MOSFET transistors. The control signals were optically
coupled withthe transistors for protect the logical system and floating potential supply. The resonance conditions for the
PZT actuator were identified across the changes in amplitude and shape of the signal applied to PZT when the sweeping in
frequency were realized.
Key Words: PZT, piezoactuator, ultrasound, H-Bridge, anysotropic etching.
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1. Introducción

disminuir las pérdidas de potencia por conmutación. Otra de
las ventajas de la topología del puente H, es la posibilidad
de duplicar el voltaje de salida con relación al voltaje de
alimentación del puente. Para altas frecuencias se recomienda la utilización de transistores MOSFET de potencia
junto con manejadores de compuertas integradas y optoacopladas. La etapa decontrol se realiza típicamente empleando temporizadores de acuerdo a las exigencias del circuito,

Los actuadores piezoeléctricos de PZT son materiales cerámicos compuestos de Pb(ZrxTi1-x)O3. Estas son la base de
muchos de los transductores piezoeléctricos de actual uso,
debido a sus altos parámetros de polarización y alta linealidad. Los circuitos típicos de excitación para piezoeléctricos
dePZT son convertidores de potencia DC-AC tipo puente
H, operados en condición ZVS (zero voltaje switching) para
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2. Detalle Experimental
Los actuadores de PZT deben ser excitados con señales
alternas (AC) que induzcan un máximo desplazamiento en
torno a su posición basal, las señales de excitación deben
permitir estados de relajación en...