- Pretvornik Half Bridge
- Pretvornik s polnim mostom
- Simulacija polmostnega pretvornika v MATLAB-u
- Vrata impulzni generator
- Izhodna valovna oblika za pretvornik s pol mostom
- Simulacija polno mostnega pretvornika v MATLAB-u
- Oblika izhodnega vala za pretvornik Full Bridge
Izmenični tok (AC) napajanje se uporablja za skoraj vse stanovanjskih, poslovnih in industrijskih potreb. Toda največja težava AC je, da ga ni mogoče shraniti za prihodnjo uporabo. Tako se AC pretvori v enosmerni tok, nato pa se enosmerni tok shrani v baterije in ultra-kondenzatorje. In zdaj, kadar je potreben AC, se DC spet pretvori v AC za delovanje naprav, ki temeljijo na AC. Tako se naprava, ki pretvarja enosmerni tok v izmenični tok, imenuje pretvornik.
Za enofazne aplikacije se uporablja enofazni pretvornik. Obstajata predvsem dve vrsti enofaznih pretvornikov: pol mostni inverter. Tu bomo preučili, kako je mogoče te pretvornike izdelati, in simulirali vezja v MATLAB-u.
Pretvornik Half Bridge
Za to vrsto pretvornika sta potrebna dva stikala močnostne elektronike (MOSFET). MOSFET ali IGBT se uporablja za preklop. Shema vezja pretvornika s pol mostom je prikazana na spodnji sliki.
Kot je prikazano na vezju, je vhodna enosmerna napetost Vdc = 100 V. Ta vir je razdeljen na dva enaka dela. Zdaj so impulzi vrat podani v MOSFET, kot je prikazano na spodnji sliki.
Glede na izhodno frekvenco se določi čas vklopa in čas izklopa MOSFET-a in generirajo impulzi vrat. Potrebujemo 50 Hz izmenične moči, zato je časovno obdobje enega cikla (0 <t <2π) 20 ms. Kot je prikazano na diagramu, se MOSFET-1 sproži v prvem polovičnem ciklu (0 <t <π) in v tem časovnem obdobju se MOSFET-2 ne sproži. V tem časovnem obdobju bo tok tekel v smeri puščice, kot je prikazano na spodnji sliki in pol cikla AC izhoda je končan. Tok obremenitve je od desne proti levi, napetost bremena pa je enaka + Vdc / 2.
V drugem polovičnem ciklu (π <t <2π) se sproži MOSFET-2 in vir nižje napetosti je povezan z obremenitvijo. Tok iz bremena je levo v desno, napetost bremena pa je enaka -Vdc / 2. V tem časovnem obdobju bo tok tekel, kot je prikazano na sliki, in drugi polovični cikel AC izhoda je končan.
Pretvornik s polnim mostom
Pri tej vrsti pretvornika se uporabljajo štiri stikala. Glavna razlika med pol mostom in polno mostnim pretvornikom je največja vrednost izhodne napetosti. V pretvorniku s polovičnim mostom je največja napetost polovica enosmerne napajalne napetosti. V polnem mostnem pretvorniku je največja napetost enaka enosmerni napajalni napetosti. Shema vezja polnega mostnega pretvornika je prikazana na spodnji sliki.
Impulz vrat za MOSFET 1 in 2 sta enaka. Obe stikali delujeta hkrati. Podobno imata MOSFET 3 in 4 enake impulze vrat in delujeta hkrati. Toda MOSFET 1 in 4 (navpična roka) nikoli ne delujeta istočasno. Če se to zgodi, bo vir enosmerne napetosti kratek.
Za zgornji polovični cikel (0 <t <π) se sprožijo MOSFET 1 in 2 in tok bo tekel, kot je prikazano na spodnji sliki. V tem časovnem obdobju tok teče od leve proti desni smeri.
Za spodnji polovični cikel (π <t <2π) se sprožijo MOSFET 3 in 4 in tok bo tekel, kot je prikazano na sliki. V tem časovnem obdobju tok teče od desne proti levi smeri. Največja napetost obremenitve je v obeh primerih enaka napetosti enosmernega napajanja Vdc.
Simulacija polmostnega pretvornika v MATLAB-u
Za simulacijo dodajte elemente v datoteko modela iz knjižnice Simulink.
1) 2 enosmerna vira - po 50V
2) 2 MOSFET
3) Uporna obremenitev
4) Impulzni generator
5) NE vrata
6) Powergui
7) Merjenje napetosti
8) GOTO in OD
Priključite vse komponente v skladu z vezjem. Posnetek zaslona datoteke modela Half Bridge Inverter je prikazan na spodnji sliki.
Impulz vrat 1 in impulz vrat 2 sta impulza vrat za MOSFET1 in MOSFET2, ki se generirata iz vezja generatorja vrat. Impulz vrat generira PULSE GENERATOR. V tem primeru MOSFET1 in MOSFET2 ni mogoče sprožiti hkrati. Če se to zgodi, bo vir napetosti kratek stik. Ko je MOSFET1 zaprt, bo takrat odprt MOSFET2, ko pa je MOSFET2 zaprt, je takrat odprt MOSFET1. Torej, če ustvarimo impulz vrat za kateri koli MOSFET, lahko ta impulz preklopimo in uporabimo za drugi MOSFET.
Vrata impulzni generator
Zgornja slika prikazuje parameter za blok generatorja impulzov v MATLAB-u. Obdobje je 2e-3 sredstvo 20 msec. Če potrebujete frekvenčno frekvenco 60Hz, bo obdobje 16,67 ms. Pulzno širino v smislu odstotka obdobja. To pomeni, da se impulz vrat generira samo za to območje. V tem primeru to nastavimo na 50%, kar pomeni, da se generira 50-odstotni impulz za vrata in 50-odstotni impulz za vrata. Zamuda faza je nastavljen na 0 sekund, pomeni, da se ne daje nobene zamude do vrat impulz. Če pride do kakršne koli fazne zakasnitve, pomeni, da se po tem času ustvari impulz vrat. Na primer, če je fazna zakasnitev 1e-3, se impulz vrat ustvari po 10 ms.
Na ta način lahko ustvarimo impulz vrat za MOSFET1, zdaj pa bomo preklopili ta impulz vrat in ga uporabili za MOSFET2. Pri simulaciji bomo uporabili logična NOT gate. Vrata NOT, inverzna na izhod, pomenijo, da bodo pretvorila 1 v 0 in 0 v 1. Tako lahko natančno dobimo nasprotni impulz vrat, tako da vir enosmernega toka ne bo nikoli kratek.
V praksi ne moremo uporabiti 50% širine impulza. MOSFET ali katero koli električno stikalo traja le malo časa, da se izklopi. Da bi se izognili kratkemu stiku vira, je širina impulza nastavljena na približno 45%, da se omogoči čas za izklop MOSFET-jev. To časovno obdobje je znano kot Dead Time. Toda za simulacijo lahko uporabimo 50% širine impulza.
Izhodna valovna oblika za pretvornik s pol mostom
Ta posnetek zaslona je namenjen izhodni napetosti na obremenitvi. Na tej sliki lahko vidimo, da je najvišja vrednost napetosti obremenitve 50V, kar je polovica napajanja z enosmernim tokom, frekvenca pa 50Hz. Za celoten en cikel je potreben čas 20 ms.
Simulacija polno mostnega pretvornika v MATLAB-u
Če dobite izhod pol mostnega pretvornika, je enostavno vgraditi polni mostni pretvornik, ker večina stvari ostane enaka. Tudi pri polno mostnem pretvorniku potrebujemo samo dva impulza vrat, kar je enako kot pretvornik s pol mostom. En impulz vrat je za MOSFET 1 in 2, inverzni impulz vrat pa je za MOSFET 3 in 4.
Potrebni elementi
1) 4 - MOSFET
2) 1 enosmerni vir
3) Uporna obremenitev
4) Merjenje napetosti
5) Impulzni generator
6) GOTO in OD
7) powergui
Povežite vse komponente, kot je prikazano na spodnjem posnetku zaslona.
Oblika izhodnega vala za pretvornik Full Bridge
Ta posnetek zaslona je namenjen izhodni napetosti na obremenitvi. Tu lahko vidimo, da je najvišja vrednost napetosti obremenitve enaka enosmerni napajalni napetosti, ki je 100V.
Spodaj si lahko ogledate celoten sprehod skozi Video o tem, kako zgraditi in simulirati pretvornik Half Bridge in Full Bridge v MATLAB-u.