A bejegyzés elmagyarázza azokat az alapvető tippeket és elméleteket, amelyek hasznosak lehetnek az újonnan érkezők számára az inverter alapvető koncepcióinak megtervezése vagy kezelése során. Tudjunk meg többet.
Mi az inverter
Ez egy olyan eszköz, amely alacsony feszültségű, nagy egyenáramú potenciált alacsony alacsony áramú, váltakozó feszültséggé alakít vagy alakít át, például egy 12 V-os gépjármű akkumulátor-forrásból 220 V-os váltakozó feszültségre.
A fenti átalakítás mögött álló alapelv
A kisfeszültségű egyenáram nagyfeszültségű váltakozásává alakításának alapelve az, hogy a tárolt nagy áramot egy egyenáramú forrás (általában akkumulátor) belsejében kell felhasználni, és fokozni kell egy nagyfeszültségű váltakozó áramra.
Ez alapvetően egy induktor használatával érhető el, amely elsősorban egy transzformátor, amelynek két tekercskészlete van, nevezetesen elsődleges (bemenet) és szekunder (kimenet).
Az elsődleges tekercs az egyenáramú nagyáramú bemenet vételére szolgál, míg a másodlagos ennek a bemenetnek a megfelelő nagyfeszültségű kisáramú váltakozó kimenetbe történő inverziójára szolgál.
Mi a váltakozó feszültség vagy áram
Váltakozó feszültség alatt azt a feszültséget értjük, amely polaritását pozitívról negatívra és fordítva váltja másodpercenként, a transzformátor bemenetén beállított frekvenciától függően.
Általában ez a frekvencia 50 Hz vagy 60 Hz, az adott ország használati specifikációitól függően.
Mesterségesen előállított frekvenciát használnak a fenti sebességgel a kimeneti fokozatok táplálására, amelyek állhatnak teljesítménytranzisztorokból vagy mosfetekből vagy a teljesítménytranszformátorba integrált GBT-kből.
Az áramellátó készülékek reagálnak a táplált impulzusokra, és a csatlakoztatott transzformátor tekercselését a megfelelő frekvenciával hajtják végre az adott akkumulátor áramán és feszültségén.
A fenti művelet ekvivalens magas feszültséget indukál a transzformátor szekunder tekercsén, amely végül kimeneti a szükséges 220V vagy 120V AC feszültséget.
Egyszerű kézi szimuláció
Az alábbi kézi szimuláció bemutatja a középső csapváltó transzformátor alapú tolóhúzó inverter áramkörének alapvető működési elvét.
Amikor az elsődleges tekercset váltogatják az akkumulátor árammal, ekvivalens mennyiségű feszültség és áram indukálódik a szekunder tekercsen keresztül visszarepül mód, amely megvilágítja a csatlakoztatott izzót.
Egy áramkörrel működtetett inverterekben ugyanazt a műveletet hajtják végre, de tápegységeken és oszcillátor áramkörön keresztül, amelyek sokkal gyorsabb ütemben kapcsolják a tekercset, általában 50Hz vagy 60Hz sebességgel.
Tehát egy inverterben ugyanaz a művelet a gyors kapcsolás miatt a terhelés mindig BE helyzetbe kerül, bár a valóságban a terhelést 50Hz vagy 60Hz sebességgel kapcsolnák be / ki.
Hogyan alakítja a transzformátor egy adott bemenetet
Amint fentebb tárgyaltuk, a transzformátor általában két tekercselés lesz, az egyik elsődleges, a másik másodlagos.
A két tekercs úgy reagál, hogy a kapcsolóáram alkalmazása esetén a primer tekercsen a szekunder tekercsen elektromágneses indukció révén arányosan releváns teljesítmény kerül átvitelre.
Ezért tegyük fel, hogy ha az elsődleges érték 12 V, a másodlagos 220 V, akkor az elsődleges oldalra lengő vagy pulzáló 12 V DC bemenet 220 V AC-ot indukál és generál a szekunder kapcsokon.
Az elsődleges bemenet azonban nem lehet egyenáramú, vagyis bár a forrás egyenáram lehet, impulzusszerűen vagy szakaszosan kell alkalmazni az elsődleges tartományban, vagy a megadott szintű frekvencia formájában. ezt az előző szakaszban tárgyaltuk.
Erre azért van szükség, hogy megvalósulhasson az induktor belső tulajdonságai, amelyek szerint az induktor korlátozza az ingadozó áramot, és megpróbálja kiegyenlíteni azzal, hogy ekvivalens áramot dob a rendszerbe a bemeneti impulzus hiánya alatt, más néven flyback jelenség .
Ezért amikor az egyenáramot alkalmazzák, az elsődleges tárolja ezt az áramot, és amikor az egyenáramot leválasztják a tekercsről, lehetővé teszi, hogy a tekercs visszavissza a tárolt áramot a kapcsain keresztül.
Mivel azonban a terminálok nincsenek csatlakoztatva, ez a hátsó emf bekapcsolódik a szekunder tekercsbe, amely a szükséges váltakozó áramot képezi a szekunder kimeneti kapcsokon.
A fenti magyarázat tehát azt mutatja, hogy egy pulzáló áramkör, vagy egyszerűbben fogalmazva, az oszcillátor áramkör elengedhetetlenné válik az inverter megtervezése közben.
Az inverter alapvető áramköri szakaszai
Megfelelő teljesítményű alapvető funkcionális inverter felépítéséhez a következő alapelemekre lesz szükség:
- Transzformátor
- Tápegységek, például N-csatornás MOSFET-ek vagy NPN kétpólusú tranzisztorok
- Ólom-sav akkumulátor
Blokk diagramm
Itt található a blokkdiagram, amely bemutatja, hogy a fenti elemeket hogyan lehet egyszerű konfigurációval megvalósítani (középső csap-push-pull).
Hogyan tervezzünk oszcillátor áramkört egy inverterhez
Az oszcillátor áramkör a döntő áramkör minden inverterben, mivel ez a szakasz felelős a DC egyenirányítójának a transzformátor primer tekercsébe történő bekapcsolásáért.
Az oszcillátor fokozat talán az inverter áramkör legegyszerűbb része. Alapvetően egy lenyűgöző multivibrátor konfiguráció, amelyet sokféle módon lehet elkészíteni.
Használhat NAND kapukat, NOR kapukat, beépített oszcillátorral rendelkező eszközöket, mint például az IC 4060, IC LM567 vagy csak egy teljesen 555 IC-t. Egy másik lehetőség a tranzisztorok és kondenzátorok használata normál, Astable módban.
A következő képek bemutatják azokat a különböző oszcillátor-konfigurációkat, amelyek hatékonyan alkalmazhatók bármely javasolt inverter-terv alapszintű oszcillációinak elérésére.
A következő ábrákon néhány népszerű oszcillátor áramkörtervet láthatunk, a kimenetek négyzetes hullámok, amelyek valójában pozitív impulzusok, a magas négyzet alakú blokkok pozitív potenciálokat jeleznek, a négyzet alakú blokkok magassága a feszültség szintjét jelzi, amely általában megegyezik az alkalmazott feszültséggel tápfeszültség az IC-hez, és a négyzet alakú blokkok szélessége jelzi azt az időtartamot, amely alatt ez a feszültség életben marad.
Oszcillátor szerepe egy inverter áramkörben
Amint azt az előző szakaszban kifejtettük, oszcillátor fokozatra van szükség az alapfeszültség-impulzusok előállításához a következő teljesítményfokozatok táplálásához.
Az ezekből a fokozatokból származó impulzusok azonban túl kicsiek lehetnek áramkimeneteikkel, és ezért nem táplálhatók közvetlenül a transzformátorba vagy a kimeneti szakaszban lévő teljesítménytranzisztorokra.
Annak érdekében, hogy az oszcillációs áramot a kívánt szintre lehessen tolni, általában egy közbenső meghajtó fokozatot alkalmaznak, amely állhat néhány nagy nyereségű közepes teljesítményű tranzisztorból vagy akár valami bonyolultabbból.
Ma azonban a kifinomult mosfetek megjelenésével a sofőr szakasz teljesen megszűnik.
A mosfetek ugyanis feszültségfüggő eszközök, és működésük során nem támaszkodnak az áram nagyságára.
5 V feletti potenciál jelenlétével a kapukon és a forrásukon a legtöbb mosfet telítődik és teljes mértékben vezet a csatornán és a forráson, még akkor is, ha az áram olyan alacsony, mint 1mA
Ez rendkívüli alkalmassá teszi a körülményeket, és könnyen alkalmazható inverteres alkalmazásokhoz.
Láthatjuk, hogy a fenti oszcillátor áramkörökben a kimenet egyetlen forrás, azonban minden inverter topológiában két vagy két, egymástól ellentétesen vagy ellentétesen polarizált pulzáló kimenetet igényelünk. Ezt egyszerűen úgy lehet elérni, hogy inverter kapu fokozatot adunk hozzá (a feszültség invertálásához) az oszcillátorok meglévő kimenetéhez, lásd az alábbi ábrákat.
Az oszcillátor szakaszának beállítása kis inverter áramkörök tervezéséhez
Most próbáljuk megérteni azokat az egyszerű módszereket, amelyek segítségével a fentiekben ismertetett oszcillátor fokozatokkal erősítési fokozattal csatlakoztathatók a hatékony invertertervek gyors létrehozásához.
Inverteres áramkör megtervezése NOT kapu oszcillátor használatával
A következő ábra bemutatja, hogyan konfigurálható egy kis inverter egy NOT kapu oszcillátor segítségével, például az IC 4049-ből.
Itt alapvetően N1 / N2 képezi az oszcillátor fokozatot, amely létrehozza az inverter működéséhez szükséges 50Hz vagy 60Hz órajeleket vagy oszcillációkat. Az N3-at ezeknek az óráknak az invertálására használják, mert ellentétesen polarizált órákat kell alkalmaznunk a teljesítménytranszformátor szakaszában.
Láthatunk azonban N4, N5 N6 kapukat is, amelyek az N3 bemeneti és kimeneti vonalán vannak konfigurálva.
Valójában az N4, N5, N6 egyszerűen benne van az IC 4049-ben rendelkezésre álló 3 extra kapu elhelyezésében, különben csak az első N1, N2, N3 használható egyedül a műveletekhez, minden probléma nélkül.
A 3 extra a kapuk pufferként működnek és ügyeljen arra is, hogy ezek a kapuk ne maradjanak összekapcsolva, ami egyébként hosszú távon káros hatással lehet az IC-re.
Az N4 és N5 / N6 kimenetein át ellentétesen polarizált órákat a TIP142 teljesítményű BJT-k segítségével a BJT fokozat alapjaira alkalmazzuk, amelyek képesek jó 10 amperes áram kezelésére. A transzformátor konfigurálva látható a BJT-k kollektorain keresztül.
Megállapítja, hogy a fenti kivitelben nem használnak köztes erősítőt vagy meghajtó fokozatot, mert a TIP142 magában foglal egy belső BJT Darlington fokozatot a szükséges beépített erősítéshez, és ezért képesek kényelmesen felerősíteni az alacsony áramú órákat a NOT kaputól a magasig áramlengések a csatlakoztatott transzformátor tekercsén.
Az alábbiakban további IC 4049 inverter minták találhatók:
Házi 2000 VA hálózati inverter áramkör
A legegyszerűbb szünetmentes tápegység (UPS) áramköre
Inverteres áramkör megtervezése a Schmidt Trigger NAND kapu oszcillátor segítségével
A következő ábra bemutatja, hogyan lehet az IC 4093-at használó oszcillátor áramkört integrálni egy hasonló BJT teljesítményfokozatba egy hasznos inverter kialakítás .
Az ábra egy kis inverter kialakítását szemlélteti, az IC 4093 Schmidt trigger NAND kapukat használva. Egészen pontosan itt is elkerülhető lett volna az N4, és a BJT bázisok közvetlenül összekapcsolódhattak az N3 bemenetek és kimenetek között. De ismét N4 van benne, hogy befogadja az egyetlen extra kaput az IC 4093 belsejében, és biztosítsa, hogy a bemeneti tűje ne maradjon csatlakoztatatlanul.
További hasonló IC 4093 inverterek az alábbi linkekről hivatkozhatnak:
Legjobb módosított inverter áramkörök
Hogyan készítsünk napelemes áramkört
Hogyan építsünk 400 wattos nagy teljesítményű inverter áramkört beépített töltővel
UPS-áramkör megtervezése - oktatóanyag
Kihúzási diagramok az IC 4093 és IC 4049 szabványokhoz
MEGJEGYZÉS: Az IC Vcc és Vss tápcsapjai nincsenek feltüntetve az inverter diagramjain, ezeket a 12 V-os invertereknél megfelelően össze kell kötni a 12V-os akkumulátorellátással. Nagyobb feszültségű invertereknél ezt a tápfeszültséget megfelelően le kell állítani 12 V-ra az IC tápcsapjai számára.
Mini inverter áramkör megtervezése IC 555 oszcillátor segítségével
A fenti példákból teljesen nyilvánvalóvá válik, hogy az inverterek legalapvetőbb formái úgy alakíthatók ki, hogy egyszerűen összekapcsolnak egy BJT + transzformátor teljesítményfokozatot egy oszcillátor fokozattal.
Ugyanezt az elvet követve egy IC 555 oszcillátor is használható egy kis inverter tervezéséhez, az alábbiak szerint:
A fenti áramkör magától értetődik, és valószínűleg nem igényel további magyarázatot.
További ilyen IC 555 inverter áramkör található alább:
Egyszerű IC 555 inverter áramkör
Az inverter topológiák megismerése (a kimeneti szakasz konfigurálása)
A fenti szakaszokban megtudtuk az oszcillátor fokozatait, és azt a tényt is, hogy az oszcillátor impulzusfeszültsége egyenesen az előző kimeneti fokozatba kerül.
Elsősorban háromféle módon lehet megtervezni az inverter kimeneti fokozatát.
A:
- A Pull Stage (középső csaptranszformátorral) tolása a fenti példákban leírtak szerint
- Tolja a félhíd szakaszát
- Húzza a Full-Bridge vagy a H-Bridge Stage-t
A középső csapos transzformátorral történő tolóhúzási szakasz a legnépszerűbb kivitel, mivel egyszerűbb megvalósítással jár és garantált eredményt hoz.
Ehhez azonban nagyobb méretű transzformátorokra van szükség, és a teljesítmény alacsonyabb.
Néhány inverter kialakítás látható az alábbiakban, amelyek középső csapot transzformátort alkalmaznak:
Ebben a konfigurációban alapvetően egy középcsapos transzformátort használnak, amelynek külső csapjai a kimeneti eszközök (tranzisztorok vagy mosfetek) forró végeihez vannak csatlakoztatva, míg a középső csap az akkumulátor negatívjához vagy az akkumulátor negatívjához megy. a használt eszközök típusától (N vagy P típus).
Félhíd topológia
A félhíd fokozat nem használja a középső csapos transzformátort.
NAK NEK fél híd A konfiguráció a tömörség és a hatékonyság szempontjából jobb, mint a középső csapvezetésű áramkör típusa, azonban a fenti funkciók megvalósításához nagy értékű kondenzátorokra van szükség.
NAK NEK teljes híd vagy H-híd inverter hasonló a félhíd hálózathoz, mivel egy szokásos kétcsapos transzformátort is tartalmaz, és nem igényel középső csapos transzformátort.
Az egyetlen különbség a kondenzátorok kiküszöbölése és további két tápegység beépítése.
Teljes híd topológia
A teljes híd inverter áramköre négy tranzisztorból vagy mosfetből áll, amelyek elrendezése „H” betűre hasonlít.
Mind a négy eszköz lehet N csatornás vagy két N és két P csatornás, a használt külső meghajtó oszcillátor fokozattól függően.
Csakúgy, mint egy félhíd, a teljes hídhoz külön, elszigetelt, váltakozóan rezgő kimenetekre is szükség van az eszközök működéséhez.
Az eredmény ugyanaz, a csatlakoztatott transzformátor elsődleges helyzetét az akkumulátor áramának rajta keresztüli előrefelé történő kapcsolásának vetik alá. Ez generálja a szükséges indukált fokozott feszültséget a transzformátor kimeneti szekunder tekercsén. A hatékonyság ennél a konstrukciónál a legmagasabb.
H-Bridge tranzisztor logikai részletek
Az alábbi ábra egy tipikus H-híd konfigurációt mutat be, a kapcsolás az alábbiak szerint történik:
- HIGH, D HIGH - előre tolás
- B HIGH, C HIGH - hátramenet
- A HIGH, B HIGH - veszélyes (tilos)
- C HIGH, D HIGH - veszélyes (tilos)
A fenti magyarázat az inverter megtervezésével kapcsolatos alapvető információkat tartalmazza, és csak egy szokásos inverter áramkörök, jellemzően a négyzet alakú hullámok tervezéséhez használható.
Számos további fogalom társulhat az invertertervekhez, mint például a szinusz hullámú inverter, a PWM alapú inverter, a kimenet által vezérelt inverter gyártása. Ezek csak további szakaszok, amelyek hozzáadhatók a fent ismertetett alapvető tervekhez az említett funkciók megvalósításához.
Máskor megbeszéljük őket, vagy értékes kommentjein keresztül történhet.
Korábbi: Hogyan lehet átalakítani a 12 V DC-t 220 V AC-ra Következő: 3 érdekes DRL (nappali menetfény) áramkör autójához
