Hvordan lage en inverter - teori og veiledning

Innlegget forklarer de grunnleggende tipsene og teoriene som kan være nyttige for nykommerne mens de designer eller håndterer grunnleggende omformerkonsepter. La oss lære mer.

Hva er en inverter?

Det er en enhet som konverterer eller inverterer et lavspent, høyt DC-potensial til en lavstrøm med høy vekselspenning, for eksempel fra en 12V bilbatterikilde til 220V vekselstrøm.

Grunnleggende prinsipp bak ovennevnte konvertering

Det grunnleggende prinsippet bak å konvertere en lavspent DC til en høyspennings AC er å bruke den lagrede høye strømmen inne i en DC-kilde (vanligvis et batteri) og trappe den opp til en høyspennings AC.

Dette oppnås i utgangspunktet ved å bruke en induktor, som primært er en transformator som har to sett med vikling, nemlig primær (inngang) og sekundær (utgang).

Den primære viklingen er ment for å motta direkte høystrøminngang, mens den sekundære er for å invertere denne inngangen til den tilsvarende høyspennings lavstrøm alternerende utgang.

Hva er vekselspenning eller strøm

Med vekselspenning mener vi en spenning som bytter polaritet fra positiv til negativ og omvendt mange ganger i sekundet, avhengig av den innstilte frekvensen ved inngangen til transformatoren.

Vanligvis er denne frekvensen 50Hz eller 60Hz, avhengig av spesifikke landspesifikasjoner.

En kunstig generert frekvens brukes ved de ovennevnte hastighetene for å mate utgangstrinnene som kan bestå av krafttransistorer eller mosfeter eller GBTer integrert med krafttransformatoren.

Kraftenhetene reagerer på de matede pulser og driver den tilkoblede transformatorviklingen med den tilsvarende frekvensen ved gitt batteristrøm og spenning.

Ovennevnte handling induserer en ekvivalent høyspenning over transformatorens sekundærvikling som til slutt gir ut den nødvendige 220V eller 120V AC.

En enkel manuell simulering

Følgende manuelle simulering viser det grunnleggende driftsprinsippet for en senterkranstransformatorbasert push-pull-inverterkrets.

Når primærviklingen veksles vekselvis med en batteristrøm, blir en tilsvarende mengde spenning og strøm indusert over sekundærviklingen. fly tilbake modus, som lyser opp den tilkoblede pæren.

I en kretsdrevne omformere blir den samme operasjonen implementert, men gjennom kraftenheter og en oscillatorkrets som bytter viklingen i et mye raskere tempo, vanligvis med en hastighet på 50Hz eller 60Hz.

I en omformer vil således den samme handlingen på grunn av rask kobling føre til at belastningen alltid vises PÅ, selv om belastningen i realiteten vil bli slått PÅ / AV ved 50Hz eller 60Hz hastighet.

Hvordan transformatoren konverterer en gitt inngang

Som diskutert ovenfor, transformator vil vanligvis ha to viklinger, en primær og den andre sekundær.

De to viklingene reagerer på en slik måte at når en bryterstrøm påføres ved primærviklingen, vil det føre til at en forholdsmessig relevant kraft overføres over sekundærviklingen gjennom elektromagnetisk induksjon.

Anta derfor at hvis primæren er vurdert til 12V og den sekundære ved 220V, vil en oscillerende eller pulserende 12V DC-inngang til primærsiden indusere og generere en 220V AC over de sekundære terminalene.

Inngangen til primæren kan imidlertid ikke være en likestrøm, noe som betyr at selv om kilden kan være en likestrøm, må den brukes i en pulserende form eller periodisk over den primære, eller i form av en frekvens på det angitte nivået, vi har diskutert dette i forrige avsnitt.

Dette er påkrevd slik at induktorens iboende attributter kan implementeres, ifølge hvilke en induktor begrenser en svingende strøm og prøver å balansere den ved å kaste en ekvivalent strøm i systemet under fravær av inngangspulsen, også kjent som flyback-fenomen. .

Derfor når DC påføres, lagrer primæren denne strømmen, og når DC kobles fra viklingen, lar viklingen sparke den lagrede strømmen tilbake over terminalene.

Imidlertid, siden terminalene er frakoblet, blir denne tilbake-emf-indusert i sekundærviklingen, og utgjør den nødvendige vekselstrømmen over de sekundære utgangsterminalene.

Ovennevnte forklaring viser således at en pulserkrets eller enklere sagt en oscillatorkrets blir viktig når du designer en inverter.

Grunnleggende kretsfaser av en omformer

For å bygge en grunnleggende funksjonell inverter med rimelig god ytelse, trenger du følgende grunnleggende elementer:

• Transformator
• Power Devices, for eksempel N-kanal MOSFET eller NPN Biploar Power Transistors
• Blybatteri

Blokkdiagram

Her er blokkdiagrammet som illustrerer hvordan du implementerer de ovennevnte elementene med en enkel konfigurasjon (midtknapp push-pull).

Hvordan lage en oscillatorkrets for en inverter

En oscillatorkrets er det avgjørende kretstrinnet i en hvilken som helst inverter, da dette trinnet blir ansvarlig for å bytte DC til transformatorens primærvikling.

Et oscillatortrinn er kanskje den enkleste delen i en inverterkrets. Det er i utgangspunktet en fantastisk multivibratorkonfigurasjon som kan lages på mange forskjellige måter.

Du kan bruke NAND-porter, NOR-porter, enheter med innebygde oscillatorer som IC 4060, IC LM567 eller bare en 555 IC. Et annet alternativ er bruk av transistorer og kondensatorer i standard astabel modus.

Følgende bilder viser de forskjellige oscillatorkonfigurasjonene som effektivt kan brukes til å oppnå de grunnleggende svingninger for enhver foreslått inverterkonstruksjon.

I de følgende diagrammene ser vi noen populære oscillatorkretsdesign, utgangene er firkantbølger som faktisk er positive pulser, de høye firkantblokkene indikerer positive potensialer, høyden på firkantblokkene indikerer spenningsnivået, som normalt er lik den påførte forsyningsspenning til IC, og bredden på firkantblokkene indikerer tidsperioden som denne spenningen holder seg i live.

Rollen til en oscillator i en inverterkrets

Som diskutert i forrige avsnitt kreves et oscillatortrinn for å generere grunnleggende spenningspulser for å mate de påfølgende kraftstrinnene.

Imidlertid kan pulser fra disse trinnene være for lave med deres nåværende utganger, og derfor kan den ikke mates direkte til transformatoren eller til krafttransistorene i utgangstrinnet.

For å skyve oscillasjonsstrømmen til de nødvendige nivåene, brukes normalt et mellomliggende drivertrinn, som kan bestå av et par kraftige transistorer med høy forsterkning eller til og med noe mer komplekst.

I dag med fremkomsten av sofistikerte mosfeter, kan et førerstadium imidlertid bli fullstendig eliminert.

Dette er fordi mosfeter er spenningsavhengige enheter og ikke er avhengige av nåværende størrelser for drift.

Med tilstedeværelsen av et potensial over 5V over porten og kilden, ville de fleste mosfeter mette og lede seg fullstendig over avløpet og kilden, selv om strømmen er så lav som 1mA

Dette gjør forholdene svært egnede og enkle å bruke for inverterapplikasjoner.

Vi kan se at i oscillatorkretsene ovenfor er utgangen en enkelt kilde, men i alle invertertopologier krever vi en vekselvis eller motsatt polarisert pulserende utgang fra to kilder. Dette kan enkelt oppnås ved å legge til et inverterport-trinn (for å invertere spenningen) til den eksisterende utgangen fra oscillatorene, se figurene nedenfor.

Konfigurere oscillatorfasen for å designe små inverterkretser

La oss nå prøve å forstå de enkle metodene som de ovennevnte forklart med oscillatortrinn kan festes med et kraftstadium for raskt å lage effektive inverterdesigner.

Designe en inverterkrets ved å bruke NOT Gate Oscillator

Følgende figur viser hvordan en liten inverter kan konfigureres ved hjelp av en IKKE portoscillator som fra IC 4049.

Her danner i utgangspunktet N1 / N2 oscillatortrinnet som skaper de nødvendige 50Hz eller 60Hz klokker eller svingninger som kreves for omformeren. N3 brukes til å invertere disse klokkene fordi vi trenger å bruke motsatt polariserte klokker for strømtransformatorstadiet.

Imidlertid kan vi også se N4, N5 N6-porter, som er konfigurert over inngangslinjen og utgangslinjen til N3.

Egentlig er N4, N5, N6 ganske enkelt inkludert for å huse de 3 ekstra portene som er tilgjengelige inne i IC 4049, ellers kan bare den første N1, N2, N3 brukes alene til operasjonene, uten problemer.

De 3 ekstra porter fungerer som buffere og sørg også for at disse portene ikke blir frakoblet, noe som ellers kan gi negativ innvirkning på IC i det lange løp.

De motsatt polariserte klokkene over utgangene til N4 og N5 / N6 påføres basene til kraft BJT-trinnet ved hjelp av TIP142 kraft-BJT, som er i stand til å håndtere en god 10 amp strøm. Transformatoren kan sees konfigurert på tvers av samlerne til BJT-ene.

Du vil oppdage at ingen mellomforsterker- eller drivertrinn brukes i den ovennevnte designen, fordi selve TIP142 har et internt BJT Darlington-trinn for den nødvendige innebygde forsterkningen, og derfor er i stand til komfortabelt å forsterke lavstrømsklockene fra IKKE portene til høye gjeldende svingninger over den tilkoblede transformatorviklingen.

Flere IC 4049-inverterdesign finner du nedenfor:

Hjemmelaget 2000 VA Power Inverter Circuit

Enkleste UPS-krets uten avbrudd

Designe en inverterkrets ved bruk av Schmidt Trigger NAND gate oscillator

Følgende figur viser hvordan en oscillatorkrets ved bruk av IC 4093 kan integreres med et lignende BJT-effekttrinn for å skape en nyttig inverterdesign .

Figuren viser en liten inverterdesign ved hjelp av IC 4093 Schmidt trigger NAND-porter. Helt identisk også her kunne N4 vært unngått, og BJT-basene kunne vært koblet direkte på tvers av inngangene og utgangene N3. Men igjen er N4 inkludert for å imøtekomme den ene ekstra porten inne i IC 4093 og for å sikre at inngangspinnen ikke blir koblet fra.

Flere lignende IC 4093 inverterdesign kan henvises fra følgende lenker:

Beste modifiserte omformerkretser

Hvordan lage en Solar Inverter Circuit

Hvordan bygge en 400 Watt inverterkrets med høy effekt med innebygd lader

Hvordan lage en UPS-krets - veiledning

Pinout-diagrammer for IC 4093 og IC 4049

MERKNAD: Vcc- og Vss-forsyningspinnene til IC-en vises ikke i omformerdiagrammene, disse må være riktig koblet til 12V-batteriforsyningen, for 12V-omformere. For høyspenningsomformere må denne forsyningen trappes riktig ned til 12V for IC-forsyningspinnene.

Designe en Mini Inverter Circuit ved hjelp av IC 555 Oscillator

Fra eksemplene ovenfor blir det ganske tydelig at de mest grunnleggende formene for omformere kan utformes ved ganske enkelt å koble et BJT + transformatoreffektstrinn med et oscillatorstrinn.

Etter samme prinsipp kan en IC 555-oscillator også brukes til å designe en liten inverter som vist nedenfor:

Ovennevnte krets er selvforklarende, og krever kanskje ikke ytterligere forklaring.

Flere slike IC 555-omformerkretser finner du nedenfor:

Enkel IC 555 inverterkrets

Forstå omformertopologier (Slik konfigurerer du utgangstrinnet)

I de ovennevnte seksjonene lærte vi om oscillatortrinnene, og også det faktum at den pulsede spenningen fra oscillatoren går rett til forrige effektutgangstrinn.

Det er primært tre måter et utgangstrinn til en inverter kan utformes på.

Ved å bruke en:

1. Push Pull Stage (med Center Tap Transformer) som forklart i eksemplene ovenfor
2. Push Pull Half-Bridge Stage
3. Trykk Pull Full Bridge eller H-Bridge Stage

Push pull-trinnet ved hjelp av en senterkranstransformator er den mest populære designen fordi den innebærer enklere implementeringer og gir garanterte resultater.

Imidlertid krever det større transformatorer, og ytelsen har lavere effektivitet.

Et par inverterkonstruksjoner kan sees nedenfor som benytter en senterkranstransformator:

I denne konfigurasjonen brukes i utgangspunktet en senterkranstransformator med sine ytre kraner koblet til de varme endene på utgangsenhetene (transistorer eller mygg), mens midtkranen enten går til det negative av batteriet eller til det positive av batteriet, avhengig av av typen enheter som brukes (N-type eller P-type).

Half-Bridge Topology

Et halvbroscene bruker ikke en senterkranstransformator.

TIL halv bro konfigurasjonen er bedre enn en krets for trykk på trekk i midten når det gjelder kompaktitet og effektivitet, men det krever kondensatorer med stor verdi for å implementere de ovennevnte funksjonene.

TIL full bro eller en H-bro inverter ligner et halvbronettverk, siden det også inneholder en vanlig to-tapp-transformator og ikke krever en senter-tappetransformator.

Den eneste forskjellen er eliminering av kondensatorene og inkludering av ytterligere to kraftenheter.

Fullbro Topologi

En full broinverterkrets består av fire transistorer eller mosfeter arrangert i en konfigurasjon som ligner bokstaven 'H'.

Alle de fire enhetene kan være av typen N eller med to N-kanaler og to P-kanaler, avhengig av det eksterne driveroscillatortrinnet som brukes.

Akkurat som en halvbro krever en hel bro også separate, isolerte vekselvis utganger for å utløse enhetene.

Resultatet er det samme, den tilkoblede transformatoren primær blir utsatt for en reverser fremover slags bytte av batteristrømmen gjennom den. Dette genererer den nødvendige induserte forsterkede spenningen over utgangssekundærviklingen av transformatoren. Effektiviteten er høyest med dette designet.

H-Bridge transistorlogikkdetaljer

Følgende diagram viser en typisk H-brokonfigurasjon, byttingen gjøres som under:

1. A HØY, D HØY - fremover skyve
2. B HØY, C HØY - omvendt trekk
3. A HIGH, B HIGH - farlig (forbudt)
4. C HØY, D HØY - farlig (forbudt)

Ovennevnte forklaring gir grunnleggende informasjon om hvordan man designer en inverter, og kan bare innlemmes for utforming av vanlige inverterkretser, typisk firkantbølgetyper.

Imidlertid er det mange ytterligere begreper som kan være forbundet med inverterdesign som å lage en sinusbølgeomformer, PWM-basert inverter, utgangsstyrt inverter, dette er bare flere trinn som kan legges til i de ovenfor forklarte grunnleggende designene for implementering av de nevnte funksjonene.

Vi vil diskutere dem en annen gang, eller kan være gjennom dine verdifulle kommentarer.