Полумостовая схема принцип работы: Полумостовая схема блока питания — RadioRadar

Содержание

Двухтактный полумостовой преобразователь — Меандр — занимательная электроника

Изучим принципиальную схему двухтактного полумостового преобразователя, носящего международное называние «half bridge» (рис. 1).

Рис.1. Двухтактный полумостовой преобразователь

Пока на затворы транзисторов не поступило напряжение, они закрыты. Напряжение в средней точке емкостного делителя, выполненного на конденсаторах С1 и С2 одинаковой емкости, составляет половину от постоянного напряжения, питающего преобразователь.

Подадим от задающего генератора на затвор транзистора VT2 отпирающее напряжение. По цепи +Uвх, конденсатор С1, обмотка трансформатора TV1, транзистор VT2, -Uвх потечет ток. На вторичной обмотке трансформатора TV1 возникнет напряжение, которое будет выпрямлено диодной сборкой VD1 и сглажено конденсатором С3. Транзистор VT1 все это время был закрыт.

Подадим запирающее напряжение на затвор транзистора VT2 и опирающее напряжение на затвор транзистора VT1.

Ток потечет по цепи +Uвх,транзистор VT1, обмотка трансформатора TV1, конденсатор С3, -Uвх. На вторичной обмотке трансформатора TV1 появится напряжение противоположной полярности относительно предыдущего такта, которое выпрямит диодная сборка VD1 и сгладит конденсатор С3. Затем постоянное напряжение с конденсатора С3 будет приложено к нагрузке. Транзистор  VT2   в течение второго такта закрыт.

Как видим, ток через нагрузку протекает в течение обоих тактов. Частота пульсации выходного напряжения в два раза выше частоты преобразования, что позволяет использовать  конденсатор С3 сглаживающего фильтра с небольшой номинальной  емкостью. Частная петля гистерезиса магнитопровода трансформатора полумостового преобразователя близка к предельной петле гистерезиса.

Пока нагрузка не соединена с ИИП, к каждому конденсатору емкостного делителя напряжения приложена половина от постоянного напряжения, питающего преобразователя. Если емкость конденсаторов делителя напряжения будет недостаточно велика, то при максимальной нагрузке в течение каждого полупериода конденсаторы будут существенно разряжаться, и напряжение на них превысит половину напряжения питания преобразователя.

Напряжение, приложенное к первичной обмотке импульсного трансформатора полумостового преобразователя, можно вычислить по формуле:

Где Uп – постоянное напряжение, питающее преобразователь;

Uнас – напряжение насыщения одного ключевого транзистора.

Емкость каждого конденсатора делителя напряжения можно вычислить по следующей формуле:

Где С – емкость конденсатора, Ф;

Iперв.макс – амплитуда полного тока через первичную обмотку трансформатора;

F  — частота преобразования, Гц;

ΔUс – изменение напряжения на конденсаторе за длительность времени прохождения через него импульса полного тока Iперв.макс.

Величина приложенной к конденсатору переменной составляющей напряжения не должна превышать максимально допустимую справочную величину для компонента данной марки и типа. Важно помнить, что номинальная емкость многих конденсаторов на высокой частоте и при низкой температуре окружающей среды существенно уменьшается.

Полумостовые преобразователи нашли широкое применение при выходной мощности от нескольких ватт до нескольких киловатт.

Достоинство полумостового преобразователя заключается в низком обратном напряжении, приложенном к каждому ключевому транзистору в состоянии отсечки, примерно равном постоянному напряжению питания преобразователя.

Это позволяет использовать полумостовые преобразователи при высоком питающем напряжении. Полумостовые преобразователи могут быть включены без нагрузки, и при этом не будет опасного повреждения компонентов. Частота пульсации равна удвоенной частоте преобразования.

Если емкости конденсаторов делителя напряжения строго одинаковы, ключевые транзисторы идентичны друг другу, и петля гистерезиса материала магнтопровода не содержит дефектов, то можно полагать, что подмагничивание сердечника импульсного трансформатора отсутствует. Такая картина возможна только в идеале. Так, например, в реальном полумостовом преобразователе емкости конденсаторов в делителе напряжения всегда отличны друг от друга и, следовательно, несимметрично перемагничивание трансформатора. Однако степень несимметрии обычно много меньше, чем в магнитопроводах трансформаторов однотактных преобразователей. Одним из простейших способов уменьшения подмагничиванмя сердечника полумостового преобразователя является включение неполярного конденсатора между импульсным трансформатором и средней точкой емкостного делителя напряжения.

К недостаткам относят наличие двух конденсаторов в делителе напряжения, разрушение компонентов ИИП при перегрузке по току в нагрузке при отсутствии системы защиты, меньший КПД, чем достижимый в мостовом преобразователе.

Источник: Источники питания. Москатов Е.А.

Обмен опытом: Как это работает схема полумостовой и проблемы с концентрацией внимания (переиздание)

 ШИМ и в котором электронный балласт, схема полумостовой играет важную роль. Два контура полумостовой с помощью переключающего устройства питания, которые соединены в тотем образуют вместе, и выводит, обеспечивает сигнал прямоугольной формы . Эта статья представит рабочий принцип полумостовой схемы, а также схемы полумостовы между некоторыми из вопросов , следует отметить, в надежде помочь новичку , который быстро понял схему питания полумостовой.

Давайте посмотрим на основные топологии схемы полумостовой:

  Принципиальная схема схема топологии схемы полумостовой

  Конденсаторы С1 и С2 , а переключатель Q1, Q2 , состоящий из моста, мост диагонали подключен к первичной обмотке трансформатора T1, так называемый полумостовой преобразователь. В это время, если С1 = С2, а затем , когда переключатель включен, напряжение на обмотку половины напряжения питания. Вводя понятие полумостовой схемы и принцип работы   работы схемы заключается в следующем:   основная схема топологии схемы опорного полумостовой, в котором отверстие Q1, Q2 выключен, то напряжение , приложенное через трансформатор половине напряжения на шине, в то время как передача энергии от первичной к вторичной стороне.   Q1 выключен, Q2 выключен в это время , так как трансформатор вторичной обмотки два выпрямительных диодов и две трубки одновременно Уилинга условия короткого замыкания, первичная обмотка также эквивалентен короткое замыкание состояния.   Q1 выключен, Q2 открыт. В это время, напряжение , приложенное трансформатор также по существу половина напряжения на шине, в то время как энергия , передаваемая первичной к вторичной стороне. Завершенные две вторичных коммутационных диодов.   Несколько вопросов следует отметить , что в полумостовой схемы   подмагничивания   причине: с двух конденсаторов потенциал точки соединения с Q1, Q2 включен и в случае с плавающей, можно автоматически балансировать каждую вольт-вторых значение переключателя транзистора, не отвечают требования , когда поплавок предполагается , что Q1, Q2 , имеющие различные характеристики коммутации, то есть одинаковая ширина базового импульса т = t1, Q1 выключается медленно, Q2 выключен быстро, напряжение в точке B будет воздействие, там будет серая область A1, вольт-вторых разбаланс значение А2, потому что Q1 выключен задерживается.   Для этого дисбаланса сигнала приводного трансформатора, магнитное отклонение явление происходит, что приводит к чрезмерному насыщения сердечника и тока коллектора транзистора, тем самым снижая КПД преобразователя, транзисторы из — под контроля, или даже сжечь.
  








  В первичной обмотке трансформатора серии схема формы сигнала конденсатора

  Решение: В первичной обмотке трансформатора плюс серии конденсатор С3, и второй величиной дисбаланса вольтого смещения постоянного тока пропорциональна емкости дважды фильтровали, так что во время вольт-второго транзистор включен, будет уравновешивать напряжение ценности, цель устранения смещения магнита.
Два конденсатора , выбранные проблемы ног , как:
  структура цепи полумостовой, выбор из двух рычагов моста конденсаторов C1, C2 являются емкостью классификации рассмотрит задачу, попытаться использовать конденсаторы C1 = C2, а затем , когда когда переключатель включен, напряжение на обмотку половины питающего напряжения, для достижения эффекта выравнивания, при нормальных условиях, но и в каждом из резистора параллельно поперек двух конденсаторов (схематичное R1 и R2) и R1 = R2 дополнительно удовлетворяет требованиям, и сопротивление на этот раз при выборе мощности снижения рабочих характеристик требует внимания. В это время, конденсатор C1 и C2 используется для эффекта автоматической балансировки вольт-вторых значение для каждого переключателя трубки, (разница между С3: С3 влияние составляющей постоянного тока отфильтровывают и вольт-вторых баланса).
  Съемка сквозной задачи:
  так называемый сквозной, то есть, Q1, Q2 включен в то время , в то время как явление, в это время будет представлять собой короткое замыкание.
  Решение:
  оно не может быть ограничено шириной импульса максимального привода, так что ни один угол сквозной проводимости.
  Может также решить проблему , когда топология, только с кросс-сочетания цепи закрыта, так что трубка включена, а другая в закрытом состоянии приводной трубки, трубка не будет выключена , пока крышка была отменена, труба может иметь электропроводную, эта автоматическая блокада времени хранения, преимущество автоматического распределения параметров адаптации, но и полномасштабное использование рабочего цикла.

  Вторичный контур цепи двухполупериодного

  На вторичной стороне цепи полный мост

  两个电路的选择主要是考虑以下两点:
  1、根据输出电压的高低,考虑管子的安全问题;
  2、功率损耗的问题,主要是开关管和副边绕组的损耗问题;
  半桥电路的驱动问题:
  1、原边线圈过负载限制:要给原边的功率管提供独立的电流限制;
  2、软启动:启动时,要限制脉宽,使得脉宽在启动的最初若干个周期中慢慢上升;
  3、磁的控制:控制晶体管驱动脉冲宽度相等,要使正反磁通相等,不产生偏磁;
  4、防止直通:要控制占空比上限缩小;
  5、电压的控制和隔离:电路要闭环控制,隔离可以是光电隔离器、变压器或磁放大器等;
  6、过压保护:通常是封闭变换器的开关脉冲以进行过压保护;
  7、电流限制:电流限制安装在输入或输出回路上,在发生短路时候起作用;
  8、输入电压过低保护:规定只有在发挥良好性能的足够高的电压下才能启动;
  9、此外,还要有合适的辅助功能:如浪涌电流限制和输出滤波环节等。
   半桥电路的驱动特点:
  1、上下桥臂不共地,即原边电路的开关管不共地。
  2、隔离驱动。
  本篇文章几乎将半桥电路的大部分基础知识都进行了总结和归纳。难得的是,还对半桥电路当中出现的问题进行了详尽的分析,并给出了相应的解决方案。希望大家能够全面掌握这些知识,从而为自己的设计生涯打好坚实的基础。

Принцип работы сварочного инвертора: что полезно знать?

Без сварочного инвертора сегодня вряд ли обойдется производство, строительство или быт, поскольку при соединительных работах различной степени сложности помогает присутствие сварочного аппарата. Под обличием сварочного инвертора скрываются инверторные преобразователи напряжения на широкий диапазон мощностей, от единиц ватт до десятков киловатт. Принцип работы сварочного инвертора позволяет понять его устройство и другие важные моменты, а поэтому считаем необходимым подробный обзор данного приспособления.

Ближе к сути

Особенность сварочного инвертора заключается в возможности его работы на статическую нагрузку. За минувшие несколько десятилетий инверторные преобразователи токов стали использоваться в условиях построения электросварочных аппаратов, конструкция которых располагает нагрузкой в виде электрической дуги. Но обо всем по порядку.

Принцип работы (рис. 1)

 Принцип работы любого сварочного аппарата построен на преобразовании переменного тока напряжением 220В или 380В с частотой 50 Гц в постоянный рабочий параметр с соответствующими характеристиками по напряжению холостого хода, рабочему параметру, а также подающей вольтамперной характеристике.

Однако принцип работы рассматриваемого сварочного инвертора отличается от сварочных выпрямителей, которые основаны на диодно мостовых схемах сварочных выпрямителей. В том случае, если на обыкновенных выпрямителях производится однократное выпрямление переменного рабочего параметра после понижающего трансформатора, то в случае с использованием сварочного инвертора применяется многократное преобразование по напряжению, частоте, а также выпрямлению. Разумеется, что качественные технические параметры выпрямленного тока производятся выше.

Принцип работы рассматриваемого сварочного аппарата разбирается на основании работы последовательного инвертора. На рисунке находится изображение структурной схемы. Глядя на изображение схемы, можно понять, что нагрузочные сопротивления, а также коммутационные элементы (ёмкостные, индукционные) включаются в последовательную цепь. Управляющий модуль строится на работе 2 тиристоров.

Преобразованием переменного сварочного тока занимается первичный сетевой выпрямитель, после чего постоянный ток проходит на фильтр, при этом показатель напряжения остается неизменным. Постоянный рабочий параметр сглаживается посредством сетевого фильтра, после чего производится его подача на частотный преобразователь для последующего преобразования в переменный высокочастотный параметр.

Частота сварочного тока может достигать пределов 50-100 кГц. Высокочастотный параметр подается на импульсный трансформатор, после чего сварочный трансформатор производит понижение рабочего параметра высокой частоты до предела напряжения холостого сварочного тока. Выпрямление высокочастотного рабочего параметра сварки производится на выходе рассматриваемого устройства во вторичном выпрямляющем блоке.

Силовой выпрямительный блок располагает сглаживающими ёмкостными фильтрами для последующего улучшения качественных показателей выпрямителей тока. В свою очередь, управляющий модуль производит контроль, а также изменение характеристик работы рассматриваемого инверторного аппарата.

Принцип работы практически любого сварочного инвертора, в том числе и преобразователя, заключается в области применения импульсного резонанса. Данное направление является новым в области электротехники, с появлением которого стало возможным уменьшение габаритов громоздких сварочных устройств, функционирование которых основано на классической электротехнике.

Нужно заметить, что любое оборудование, основанное на принципиальные инверторные преобразования рабочего параметра, остается на порядок дороже выпрямителей, а также силовых трансформаторов. Сложные принципиальные схемы управления и преобразования позволяют снизить их надежность, а все остальные преимущественные стороны работы инверторов могут поспорить с соединительными работами во многих отраслях.

Структурная схема

Рисунок состоит из трех основных блоков:

  1. На входе схемы располагается выпрямитель с ёмкостью, которая подключена параллельно. Относительно роли конденсаторов схемы, то они служат в качестве накопителей, с помощью которых появляется возможность поднимать напряжение постоянного тока до показателя 300В;
  2. Модуля рассматриваемого аппарата, посредством которого постоянный ток преобразуется в высокочастотный переменный;
  3. Выходного выпрямительного блока, преобразующего переменный ток после аппарата в постоянный рабочий параметр.

Разные решения модульного блока, который имеют принципиальные схемы инвертора, становятся доступными для понимания благодаря всматриванию в предоставленные схемы.

Двухконтактный модуль (мостовая схема — рис. 2)

Двухполярные импульсы в мостовом типе образуются за счет парной эксплуатации ключевых транзисторов (VT1-VT3; VT2-VT4), сквозь которые проходит половина тока от моста. Разумеется, показатель напряжения будет составлять половину от ёмкости «С».

Двухконтактный модуль (полумостовая схема – рис. 3)

В этом случае полумостовой модуль снаряжен емкостным делителем на транзисторах, а также в первичной обмотке будет составлять 0,5 от значения на входе устройства. В результате этого при питании от выпрямителя на входе установки напряжение будет составлять 150В. Рисунок данной схемы при значительных рабочих токах используются мощные транзисторы. Потребление рабочего параметра сети повышено, если производить сравнение с полным мостом.

Инверторный модуль (косой полумост — 4)

На изображение данной схемы ключевые транзисторы VT1-VT2 функционируют одновременно на отпирании, а также запирание. Показатель напряжение в транзисторах не достигает 0,5 напряжения на входе. При закрытии транзисторов энергия поглощается конденсатором «С», расположенным на входе посредством диодов VD1-VD2. Однако среди недостатков «косого полумоста» стоит выделить особым образом подмагничивание стержня трансформатора путем использования составляющей константы рабочего параметра на выходе. Принципиальные схемы устройства и работы аппарата инверторного типа дают возможность максимально качественно понять, каким образом функционируют данные полезные установки.

Похожие статьи

Тензометрический датчик

Тензометрический датчик используется уже много лет и является основным чувствительным элементом для многих типов датчиков, включая датчики давления, датчики нагрузки, датчики крутящего момента, датчики положения и т. д. Принцип работы заключается в следующем: при натягивании полоски проводящего металла она становится тоньше и длиннее, в результате чего сопротивление между ее концами увеличивается. И наоборот, если на полоску действует сила сжатия, она становится шире и короче, при этом ее сопротивление уменьшается. Если действующие нагрузки не превышают предела упругости металлической полоски, ее можно использовать в качестве чувствительного элемента для измерения отклонения и/или силы, при этом величину приложенной силы можно вычислить, измерив сопротивление полоски. В большинстве тензометрических датчиков используется фольга из металла с высоким удельным сопротивлением, наклеенная на подложку. Тензодатчик включается в мост Уитстона как четыре активных датчика (мостовая схема), два датчика (полумостовая схема) и реже как один датчик (четвертьмостовая схема). В случае полумостовой и четвертьмостовой схем мост дополняется прецизионными резисторами. К мостовой схеме подключаются стабилизированный источник постоянного тока и дополнительная электроника, которую можно обнулить в точке измерения. Как только к тензодатчику прикладывается нагрузка, сопротивление изменяется, что приводит к разбалансировке моста Уитстона. В результате на выходе образуется сигнал, величина которого зависит от приложенной нагрузки. Если сопротивления всех четырех резисторов (R1-R4) и напряжение источника питания (V) известны, напряжение на мосте (V моста) можно найти, вычислив напряжение на каждом из делителей напряжения и вычтя одно из другого.

Эффект Холла

Если подать напряжение на полупроводник, находящийся в магнитном поле, силовые линии которого расположены поперечно (под углом 90°) к приложенному напряжению, формируется новое напряжение. Это напряжение перпендикулярно магнитному полю и приложенному напряжению. Причина этого напряжения заключается в том, что магнитное поле отклоняет часть электронов, в результате чего образуется разность потенциалов. Эта разность потенциалов называется напряжением Холла, а явление называется эффектом Холла. Эффект Холла широко используется при разработке различных датчиков. На рисунке показано типовое применение в системе управления двигателем (распределитель зажигания). В данном случае датчик Холла используется для определения положения и частоты вращения коленчатого вала. Элемент Холла расположен напротив постоянного магнита. Между ним и полюсом магнита имеется воздушный зазор, в котором может вращаться ротор. Этот ротор механически связан с коленчатым валом. При вращении коленчатого вала ротор также вращается и проходит через зазор. Как видно на рисунке, на роторе имеются четыре шторки (экраны) и четыре зазора. Если перед элементом Холла расположен зазор, магнитное поле попадает в полупроводниковый элемент и образуется напряжение Холла. Но если перед элементом Холла расположена шторка, магнитное поле экранировано и напряжения Холла не образуется. По количеству изменений напряжения можно определить частоту вращения коленчатого вала. Так как ротор связан с коленчатым валом, положение коленчатого вала можно определить по моменту, когда шторка только начинает закрывать (или открывать) магнитное поле. Существует множество вариантов конструктивного исполнения датчиков Холла, но общий принцип сохраняется.

 


Узнать еще:

Прикладная принципиальная схема. Блок-схема. Рис. 1. Схема типичного приложения (полумостовой резонансный LLC конвертер) Рис. 2. Внутренняя блок-схема

ШИМ-КОНТРОЛЛЕРЫ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПО ТОКУ

НТЦ СИТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР СХЕМОТЕХНИКИ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. РОССИЯ, БРЯНСК ШИМ-КОНТРОЛЛЕРЫ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПО ТОКУ К1033ЕУ15хх К1033ЕУ16хх РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ Микросхема

Подробнее

ПОЛУМОСТОВОЙ АВТОГЕНЕРАТОР ВИП

НТЦ СИТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР СХЕМОТЕХНИКИ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. РОССИЯ, БРЯНСК ПОЛУМОСТОВОЙ АВТОГЕНЕРАТОР ВИП ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ Микросхема является интегральной схемой высоковольтного полумостового

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

2.9 Блок контроля первичных цепей SB71

2.9 Блок контроля первичных цепей SB71 Блок предназначен для формирования контрольных сигналов, пропорциональных действующему значению первичного напряжения питания и напряжения на конденсаторах сетевого

Подробнее

International Rectifier IRIS40**

Íîâàÿ ñåðèÿ èíòåãðàëüíûõ ñòàáèëèçàòîðîâ International Rectifier IRIS40** Îäíèì èç îñíîâíûõ òðåáîâàíèé, ïðåäúÿâëÿåìûõ ê ñîâðåìåííîé ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, ÿâëÿåòñÿ òðåáîâàíèå îáåñïå åíèÿ ìèíèìàëüíûõ ãàáàðèòîâ

Подробнее

Приёмка «5» для электропривода

1 Автор: Новиков П.А. Наш сайт: www.electrum-av.com Приёмка «5» для электропривода Управление электродвигателем с помощью преобразователя частоты (ПЧ) на основе IGBTили MOSFET-транзисторов это, для сегодняшнего

Подробнее

1211ЕУ1/1А ДВУХТАKТНЫЙ KОНТРОЛЛЕР ЭПРА

_DS_ru.qxd.0.0 :9 Page ЕУ/А ОСОБЕННОСТИ Двухтактный выход с паузой между импульсами Вход переключения частоты Kомпактный корпус Минимальное количество навесных элементов Малая потребляемая мощность Возможность

Подробнее

1211ЕУ1/1А ДВУХТАKТНЫЙ KОНТРОЛЛЕР ЭПРА

ЕУ/А ОСОБЕННОСТИ w Двухтактный выход с паузой между импульсами w Вход переключения частоты w Kомпактный корпус w Минимальное количество навесных элементов w Малая потребляемая мощность w Возможность применения

Подробнее

SiC-диоды Шоттки. Введение

SiC-диоды Шоттки: снижение потерь в режиме жесткой коммутации Замена кремниевых сверхбыстрых (Ultrafast) Si-диодов с плавной характеристикой восстановления, используемых в качестве оппозитных IGBT в режиме

Подробнее

Представляет Титаренко Д.Н.

1 Тема 6. Двигатели Отто. Классификация систем зажигания. 0,5 часа. 6.3. Бесконтактные системы зажигания с генератором импульсов и транзисторным коммутатором 6.4. Электронные системы с управлением накоплением

Подробнее

ЛИСТ ОТВЕТОВ. out. arctg RC 50,0 23,0 6,7 0,291 73,6 400,00 11,78 20,00 3,4 64,6 23,0 8,4 0,365 66,9 240,37 7,50 15,49 2,35

ЛИСТ ОТВЕТОВ Упражнение 1.1.1. U U out in R 2 R 1 C 2 2 1 arctg RC Упражнение 1.1.2. f, Гц U in, В U out, В, о с2 ( ) с tg( ) 50,0 23,0 6,7 0,291 73,6 400,00 11,78 20,00 3,4 64,6 23,0 8,4 0,365 66,9 240,37

Подробнее

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в

Подробнее

ВВЕДЕНИЕ В Р-КАНАЛЬНЫЕ МОП ПТ

1 S. CLEMENTE AN-940B ВВЕДЕНИЕ В Р-КАНАЛЬНЫЕ МОП ПТ Ознакомление с семейством Р-канальных МОП ПТ фирмы International Rectifier дает разработчику еще одну возможность, которая может упростить схемотехнику,

Подробнее

Ò ÂÚ Ë ÒıÂÏÓÚÂıÌËÍ. Введение

Ò ÂÚ Ë ÒıÂÏÓÚÂıÌËÍ ÔÓ Ëı DC/DC-ÔappleÂÓ apple ÁÓ ÚÂÎÂÈ ÒÓÍÓÈ ÏÓ ÌÓÒÚË Виктор Хасиев (Victor Khasiev) [email protected] Кулаков Алексей [email protected] Введение Рис. 1. Блок-диаграмма многофазного повышающего

Подробнее

IL3302D, IZ3302-4, IZ3302-5

ЫСОКОСТАБИЛЬНЫЙ LED ДРАЙЕР С УНИЕРСАЛЬНЫМ ШИМ — СТАБИЛИ- ЗАТОРОМ (функциональные аналоги TK5402 ф. «Takion Co., Ltd» и HV9911 ф. «Supertex inc.») Микросхема IL3302D, IZ3302-4, IZ3302-5 микросхема высокостабильного

Подробнее

IL33063AN, IL33063AD IL34063AN, IL34063AD

ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ IL33063AD/N, IL34063AD/N интегральная микросхема импульсного регулятора напряжения, реализующая основные функции DC-DC конвертеров. Содержит внутренний температурно-компенсированный

Подробнее

2.7 Блок вращения анода RВ07

2.7 Блок вращения анода RВ07 Для уменьшения удельной плотности потока тепловой мощности, воздействующего на анод рентгеновской трубки в месте фокусировки электронного пучка, в флюорографах применяются

Подробнее

Лекция 12 ИНВЕРТОРЫ. План

5 Лекция 2 ИНВЕРТОРЫ План. Введение 2. Двухтактный инвертор 3. Мостовой инвертор 4. Способы формирования напряжения синусоидальной формы 5. Трехфазные инверторы 6. Выводы. Введение Инверторы устройства,

Подробнее

ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

95 Лекция 0 ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План. Введение. Понижающие импульсные регуляторы 3. Повышающие импульсные регуляторы 4. Инвертирующий импульсный регулятор 5. Потери и КПД импульсных регуляторов

Подробнее

Преобразователь частоты серии VFD-L

L Применение Преобразователь частоты серии VFD-L 1 х 230 В: 0.2 2.2 квт Перегрузочная способность 150% от номинального тока в течение 1 минуты Режим работы U/f Конвейеры Вентиляторы Насосы Другие простые

Подробнее

Переменный электрический ток

Юльметов А. Р. Переменный электрический ток Методические указания к выполнению лабораторных работ Оглавление P3.4.5.1. Преобразование тока и напряжения в трансформаторе……… 2 P3.4.5.2. Преобразование

Подробнее

ШИМ контроллер LPG899

ШИМ контроллер LPG899 Микросхемой LPG 899 обеспечивается выполнение следующих функций: — формирование сигналов для управления силовыми транзисторами двухтактного преобразователя; — контроль выходных напряжений

Подробнее

Полумостовой схемы двухтактного преобразователя постоянного напряжения, ДППН-III

 

Схема ДППН-III приведена на рис.21.

Порядок выполнения задания:

1. Изучить по [3] устройство, принцип работы, вывод основных расчетных соотношений полумостового двухтактного преобразователя постоянного напряжения, ДППН-III.

2. Перед получением задания каждый студент должен пройти коллоквиум по теме практического задания. Тестовые вопросы для коллоквиума по теме практического занятия №18 приведены в таблице №40.

3. После сдачи коллоквиума студент должен получить задание для решения практической задачи. Варианты заданий к практическому занятию №18 приведены в таблице №41.

4. Для заданного варианта задачи рассчитать:

— значения коэффициента заполнения импульса Dmax, Dmin, DN при различных значениях входного напряжения;

— индуктивность дросселя и выбрать его; — емкость конденсатора фильтра Сф и выбрать его;

— загрузку транзистора и диода по току и напряжению и выбрать их;

— и построить регулировочную характеристику ДППН-III;

— и построить внешнюю характеристику ДППН- III;

— потери мощности и КПД преобразователя;

— площадь радиатора для охлаждения транзистора;

— выполнить статический расчет спроектированного стабилизатора напряжения;

-время полуволны переходного процесса и перерегулирование.

 

Таблица 40

Тестовые вопросы для коллоквиума

 

№ п/п Перечень вопросов для коллоквиума
Дайте пояснение принципу работы двухтактного преобразователя постоянного напряжения, выполненного по полумостовой схеме, ДППН-III
Поясните каким образом осуществляется cтабилизация выходного напряжения преобразователя
Приведите формулу для расчета коэффициента трансформации трансформатора
Приведите формулу для расчета действующего значения напряжения вторичной обмотки трансформатора
Приведите формулу для расчета действующего значения напряжения первичной обмотки трансформатора
Приведите формулу для расчета действующего значения тока первичной обмотки трансформатора
Приведите формулу для расчета действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора
Приведите формулу для расчета площади сечения сердечника магнитопровода трансформатора
Приведите формулу для расчета числа витков первичной обмотки трансформатора
Приведите формулу для расчета числа витков вторичной обмотки трансформатора
Приведите формулу для расчета коэффициента заполнения окна сердечника трансформатора
Приведите формулы для расчета электрических и магнитных потерь трансформатора
Приведите формулы для расчета индуктивности и емкости сглаживающего фильтра
Приведите формулы для расчета загрузки транзисторов по току и напряжению
Приведите формулы для расчета загрузки диодов по току и напряжению
Приведите формулы для расчета потерь мощности в транзисторах
Приведите формулы для расчета потерь мощности в диодах
Приведите формулы для расчета КПД преобразователя
Напишите формулу для расчета площади радиатора для охлаждения транзистора и дайте необходимые пояснения
Укажите в чем заключается суть статического расчета спроектированного преобразователя
Напишите формулу для расчета коэффициента усиления преобразователя
Укажите каким образом следует рассчитать требуемый коэффициент усиления предварительного усилителя
Напишите формулу для расчета величины перерегулирования разомкнутой системы при возмущении по цепи управления.

 

 

Таблица 41

 

Варианты заданий к практическому занятию №18

 

Вариант
Uнг N, В
Iнг N, А 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0
±ΔUнг,% 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11
kп2 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,08 0,07
Uвх, В
± ΔUвх.%
Θср, оС

 

Продолжение таблицы 41

Вариант
Uнг N, В
Iнг N, А 6,0 10,0
±ΔUнг,% 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11
kп2 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
Uвх, В
± ΔUвх.%
Θср, оС

 

Продолжение таблицы 41

Вариант
Uнг N, В
Iнг N, А
±ΔUнг,% 0,11 0,11 0,12 0,12 0,13 0,13 0,14 0,14 0,13
kп2 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
Uвх, В
± ΔUвх.%
Θср, оС

 

Обозначения параметров, принятые в таблице 41:

Uнг N – номинальное значение напряжения нагрузки;

Iнг N — номинальное значение тока нагрузки;

±ΔUнг,% -допустимое отклонение напряжения нагрузки, в процентах;

kп2 – требуемое значение коэффициента пульсаций напряжения нагрузки, о.е.;

Uвх N – номинальное значение входного напряжения;

± ΔUвх.% — отклонение входного напряжения преобразователя, в процентах;

Θср, оС – температура окружающей среды, градусы Цельсия.

 

 

3.11.Основные параметры, характеризующие работу однотактного прямоходового преобразователя ОПП

 

Схема однотактного прямоходового преобразователя, ОПП, приведена на рис.22.

 

Рис. 22. Схема однотактного прямоходового преобразователя, ОПП

 

Устройство для беспроводной зарядки аккумуляторных батарей БПЛА

Технология бесконтактной приема-передачи электрической энергии позволяет осуществлять питание различных устройств от источника переменного сигнала через слой диэлектрика без использования гальванической связи. В таких системах для осуществления передачи энергии от источника к приемнику применяется явление электромагнитной индукции [1–4].

Для обеспечения работы подобной системы технически требуется наличие трех основных элементов: передатчика, канала связи и приемника. В передатчике осуществляется преобразование энергии постоянного электромагнитного поля от источника питания в форму изменяющегося во времени (чаще всего по гармоническому закону) электромагнитного сигнала, который может распространяться по каналу связи. В его качестве зачастую выступает воздушное пространство. На приемной стороне происходит прием излучаемой передатчиком энергии и преобразование ее в энергию постоянного электромагнитного поля для дальнейшей подачи на аккумуляторную батарею БПЛА.

На основе изложенных особенной построения подобных систем разработана структурная схема устройства беспроводной передачи энергии (рис. 1), состоящего из двух основных частей: передающего и приемного блоков.

Рис. 1. Разработанная структурная схема устройства

В состав передатчика входят источник питания, генератор тактовых импульсов, полумостовая транзисторная схема и ее драйвер, передающая катушка индуктивности. В составе приемника имеются приемная катушка, выпрямитель сигнала, фильтрующий элемент, стабилизатор напряжения, нагрузочный элемент.

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная передающего устройства

На основе этого были разработаны принципиальные электрические схемы передающего (рис. 2) и приемного (рис. 3) устройств.

Рис. 3. Схема электрическая принципиальная приемного устройства

Рассмотрим подробнее принцип работы передающего устройства и опишем его функциональные узлы.

В качестве источника питания выступает источник постоянного напряжения +24 В, мощностью 100 Вт. Энергия этого источника используется для работы микросхем тактового генератора и полумостового драйвера. Также в нагрузке данного источника предусмотрена полумостовая транзисторная схема, преобразующая постоянный сигнал в переменный для его последующего передачу в приемное устройство.

Тактовый генератор и полумостовой драйвер, реализованные на микросхемах TL494ID и IR2113S соответственно, управляют поочередным переходом транзисторов в полумостовой схеме из закрытого состояния в открытое и обратно. Обвязка микросхемы тактового генератора выбрана с учетом необходимости получения на его выходах двух последовательностей не перекрывающих друг друга прямоугольных импульсов частотой 100 кГц [5].

Основой полумостового драйвера выбрана микросхема IR2113S, чья функция заключается в управлении полупроводниковым модулем (в нашем случае полумостовым транзисторным преобразователем) и осуществлении защитных функций. Главной задачей, решаемой схемой управления затвором, является согласование уровней импульсов, вырабатываемых контроллером, с сигналами управления входами силовых ключей.

Преобразование энергии постоянного сигнала в переменный осуществляется с помощью полумостового преобразователя на транзисторах IRF540N. Принцип действия полумостового преобразователя заключается в следующем: в то время, пока открыт транзистор VT1, ток протекает условно в «положительном» направлении через нагрузку (катушку индуктивности). Транзистор VT2 в данный момент остается закрытым. Однако после того как на затвор транзистора VT2 приходит управляющий импульс, который его открывает (сигнал на затворе VT1 отсутствует), ток через нагрузку протекает в обратном направлении (условно «отрицательном»). Так энергия от источника постоянного напряжения преобразуется в периодически изменяющийся во времени сигнал. При этом важной особенностью в построении таких схем является учет так называемого мертвого времени. Это термин подразумевает интервал времени между тактовыми импульсами, которые переводят транзисторы в открытое состояние. Если импульсы будут следовать один за другим, возможна некорректная работа схемы [6].

Далее переменный сигнал поступает на катушку индуктивности, которая выступает в качестве передающей антенны.

На входе приемного устройства расположена катушка индуктивности, которая служит приемной антенной.

Выпрямление принятого переменного сигнала выполняется диодами 30BQ100, включенными по схеме мостового выпрямителя. Далее расположены конденсаторы, которые фильтруют возможные высокочастотные импульсы. Светодиод VD9 используется для индикации наличия сигнала.

С конденсаторов сигнал подается на стабилизатор тока/напряжения. Он позволяет получать на своем выходе постоянный сигнал напряжением 5 В мощностью 7,5 Вт. При этом в данном стабилизаторе заложена возможность регуляции напряжения и тока. Напряжение, возникающее на резисторах R8, R9, равно примерно 1 В. Такое схемотехническое решение связано в первую очередь с относительно большой мощностью (ток, протекающий через них, равен 2 А). С помощью резисторов R1 и R5 регулируется установочные ток и напряжение соответственно. Если выходное напряжение превышает установочное, то сигнал начинает протекать через диод VD8, если же ток увеличивает уставку, то сигнал начинает протекать через диод VD7. Подобная схема позволяет реализовать двойную защиту: по току и по напряжению.

 

Моделирование работы электрической схемы

Правильность функционирования разработанной электрической схемы устройства можно проверить в среде моделирования PSIM.

Соберем передающую часть устройства (рис. 4).

Рис. 4. Схема передающего устройства в программе PSIM

На затворы транзисторов поступают отпирающие импульсы с тактового генератора на микросхеме TL494ID. На рис. 5 приведены диаграммы сигналов на выходах схемы.

Рис. 5. Сигналы в различных точках схемы передатчика

Значения Vs1 и Vs2 показывают тактовые импульсы на затворах транзисторов VT1 и VT2. Значение I_Tхарактеризует ток в катушке индуктивности. Как можно заметить, ток в катушке является периодически изменяющимся во времени сигналом, представляющим собой полуволны синусоиды, разделенные паузами в сигнале. Это связано с наличием мертвого времени, описанного выше. Графики VP_T1 и VP_C характеризуют сигналы напряжения на катушке и на последовательно включенном с ней конденсатором. На рис. 6 представлены зависимости сигналов в точках I_VT1 и I_VT2.

Рис. 6. Сигналы в различных точках схемы передатчика

Промоделируем схему приемника энергии в программе PSIM (рис. 6).

Рис. 7. Схема передающего устройства в программе PSIM

При моделировании данной схемы практический интерес представляют только зависимости выходного тока и выходного напряжения от времени. Данные графики приведены на рис. 8.

Рис. 8. Сигналы в различных точках схемы приемника

Как видно из моделирования, разработанная принципиальная схема соответствует ожидаемым результатам и полностью работоспособна. Однако следует отметить, данное моделирование не учитывает влияние расстояния между приемной и передающей катушкой, а также воздействие скин-эффекта (который все более явно проявляет себя при увеличении частоты). Рассмотрим устройство, созданное с учетом такого влияния.

 

Разработка экспериментального образца

Разработанное устройство, согласно техническому заданию, предназначено для осуществления беспроводной подзарядки аккумуляторных батарей БПЛА. Для наглядной демонстрации образца устройство представляется без корпуса. Плата устройства изготавливается из фольгированного стеклотекстолита. Внешний вид макета устройства приведен на рис. 9.

Рис. 9. Макет устройства: 1 – плата приемника, 2 – плата передатчика, 3 – блок питания, 4 – катушка передатчика,
5 – катушка приемника

На рис. 10 и 11 изображены осциллограммы выходного напряжения на передающей катушке и напряжения на выходе приемника.

Рис. 10. Осциллограмма выходного напряжения на передающей катушке

Рис. 11. Осциллограмма выходного напряжения на передатчике

Как видно из графиков, теоретические данные, полученные в ходе моделирования, полностью подтвердились на практике. Получено выходное постоянное напряжение амплитудой 5 В на нагрузке 5 Ом.

В данной статье был приведен вариант схемотехнической реализации системы беспроводной подзарядки АКБ БПЛА, обладающей следующими характеристиками:

  • Напряжение питания: +24 В.
  • Рабочая частота системы: 100 кГц.
  • Напряжение заряда: +5 В.
  • Ток заряда: 2 А.

При этом система имеет большой потенциал для улучшения: организация канала связи передатчика энергии с БПЛА, автоподстройка частоты (для управления передаваемой мощностью), увеличение количества передающих антенн.

Литература
  1. Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм. Учеб. пособие. М.: Наука, 2005.
  2. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 2003.
  3. Калашников С. Г. Электричество. Учеб. пособие. Изд 6-е., стереот. М.: Физматлит, 2003.
  4. Парсел Э. Берклеевский курс физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. Пер. с англ. М.: Наука, 1983.
  5. TL494 Pulse-Width-Modulation Control Circuits datasheet. www.ti.com/lit/ds/symlink/tlpdf
  6. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. Учебник для вузов. М: Техносфера, 2005.
  7. Grajski K. A., Tseng R., Wheatley C. Qualcomm Incorporated. Loosely-Coupled Wireless Power Transfer: Physics, Circuits, Standards. IEEE, 2012.
  8. Kesler M., Dr. Highly Resonant Wireless Power Transfer: Safe, Efficient, and over Distance. WiTricity Corporation. witricity.com/wp-content/uploads/2016/12/White_Paper_20161218.pdf
  9. Bastami S. Magnetic Induction or Magnetic Resonance for Wireless Charging? // Bodo’s Power Systems. January, 2013
  10. Estabrook M. The convenience of wireless charging: It’s just physics. MediaTek, 2013.
  11. System Description Wireless Power Transfer Volume I: Low Power Part 1: Interface Definition Version 1.0.1. October 2010.
  12. Vikram J. G.Qi Versus power 2.0: Who Will Win the Wireless Charging Challenge? electronicsforu.com/electronics-projects/electronics-design-guides/qi-versus-power-2-0-will-win-wireless-charging-challenge
  13. Umenei A. E. Understanding low frequency non-radiative power transfer. Fulton Innovation, 2011.
  14. Хрусталев Д. А. Аккумуляторы. М.: Изумруд, 2003.

Что такое Н-мост? — Digilent Blog

Одна из самых интересных вещей, которые вы можете делать с электроникой, помимо мигания светодиода, — это заставлять вещи двигаться. Какой самый распространенный способ заставить вещи двигаться? Моторы. Если вы много сделали с контролем моторики, вы, вероятно, слышали о Н-мостах. Но что такое H-мост?

Как оказалось, Н-мост в теории — это очень простая схема:

Схема за простым H-мостом.

H-мост состоит из четырех переключателей, которые контролируют прохождение тока к нагрузке.На изображении выше нагрузка — это буква M, соединяющая два набора переключателей. Используя один источник тока, вы можете управлять током в двух направлениях, замкнув два переключателя.

Если переключатели 1 и 4 замкнуты, то на этом изображении ток будет течь слева направо:

H-мост сконфигурирован так, чтобы переключатель 1 и переключатель 4 были замкнуты.

Если вы замкните переключатель 1 и переключатель 4, ток будет течь от источника через переключатель 1, затем через нагрузку, затем через переключатель 4 и затем обратно в нагрузку.

Н-мостовая схема с замкнутыми S2 и S3.

На изображении выше в цепи замкнуты переключатель 2 и переключатель 3. Это приведет к тому, что ток будет течь от источника через переключатель 3, затем через нагрузку, затем через переключатель 2, а затем обратно в нагрузку.

При работе с Н-мостами нужно быть очень осторожным, чтобы не создавать короткого замыкания. Если вы создадите короткое замыкание, это верный способ сжечь ваш H-мост.Возможно, я сжег свой самый первый H-мост в Digilent. Хорошо, что я усвоил этот урок для всех вас!

Если вы управляете током и замыкаете два переключателя последовательно, например, переключатели 3 и 4 на изображении ниже, вы вызовете короткое замыкание и сожжете H-мост. Как говорится, мосты не жги!

Это был H-образный мост.

Итак, H-мост — это просто способ управления направлением тока с помощью переключателей, но почему это полезно?

Наиболее типичным применением Н-мостовой схемы является управление двигателем.Имейте в виду, если вы управляете двигателем и одновременно меняете направление, вы сожжете цепь H-моста. Только запомните, где направление и течение, там сгорели Н-мосты.

Digilent предлагает 3 периферийных модуля (Pmods) с Н-мостовыми схемами для управления двигателем. К ним относятся PmodHB5 для управления 1 двигателем постоянного тока, подключенным с помощью 6-контактного разъема, PmodHB3 для управления 1 двигателем постоянного тока, подключенным с помощью винтовых клемм, и PmodDHB1 для управления 2 двигателями постоянного тока или 1 шаговым двигателем.

Digilent PmodHB5, который может управлять двигателем постоянного тока через H-мост.

Half H-Bridge Inverter — Схема, работа, формы сигналов и применение

Формы сигналов и работа полумостового инвертора

Что такое инвертор Half H-Bridge?

Half H-bridge — это одна из топологий инвертора, которая преобразует постоянный ток в переменный. Типичная полумостовая схема состоит из двух переключателей управления, трехпроводного источника постоянного тока, двух диодов обратной связи и двух конденсаторов, соединяющих нагрузку с источником.Управляющий переключатель может быть любым электронным переключателем, например MOSFET, BJT, IJBT, тиристорным и т. Д.

Схема разработана таким образом, что оба переключателя не должны включаться одновременно, и только один из двух переключателей будет проводить. Каждый переключатель будет работать в течение полупериода (T / 2), обеспечивая половину приложенного напряжения нагрузки (± V dc /2). Когда оба переключателя выключены, зарезервированное напряжение на нагрузке будет составлять В постоянного тока вместо В постоянного тока /2. Это называется полумостовым инвертором.

Некоторые условные обозначения в данной схеме таковы, что

  • Ток через S 1 равен i 1 , , в то время как ток, текущий через S 2 , равен i 2 .
  • Выходное напряжение и ток: В o и i o
  • T — это период времени, и переключатели считаются однонаправленными.

Связанная публикация: Типы инверторов и их применение

Работа полумостового инвертора с прямой нагрузкой

Работа полумоста с чисто резистивной нагрузкой является наиболее простой. Чисто резистивная нагрузка не имеет запоминающего элемента, поэтому схема не требует диодов обратной связи. Схема с такой нагрузкой будет работать всего в двух режимах.

Режим 1: (0

В этом режиме S 1 включен с временного интервала t = 0 до t = T / 2, а S 2 выключен.Как только S 1 включится, появится напряжение на нагрузке. Выходное напряжение на нагрузке будет

.

В o = В постоянного тока /2

Ток, протекающий через переключатель S 1 , составит

I o = V постоянного тока / 2R L

Где R L — сопротивление нагрузки. Ток течет по часовой стрелке, как показано на рисунке.

Режим 2: (T / 2

В этом режиме переключатель S 2 включен с временного интервала t = T / 2 до t = T, а S 1 выключен. Мгновенное переключение режимов избегается, поскольку оно вызывает короткое замыкание. По этой причине S 2 включается с некоторой задержкой после полного выключения S 1 . В этом случае выходное напряжение будет отрицательным, поскольку ток входит в нагрузку с противоположного направления, где выходное напряжение будет

.

В o = -В постоянного тока /2

Текущий через S 2 будет

I o = V постоянного тока / 2R L

Ток течет в обратном направлении через нагрузку, как показано на рисунке.Следовательно, это показывает, что полумост преобразовал приложенный постоянный ток в переменный.

Форма волны полумоста с R-нагрузкой

Первые две формы сигнала показывают импульсы, подаваемые на переключатели, где каждый переключатель принимает импульс, когда дополнительный переключатель выключен. График 3 rd показывает форму волны напряжения на нагрузке. Это показывает, что полярность напряжения меняется при переключении. Последние два графика показывают ток через переключатели S 1 и S 2 .

Среднеквадратичное значение выходного напряжения можно рассчитать по

.

Преобразование Фурье можно использовать для выражения мгновенного напряжения

Поскольку смещения по постоянному току нет, o равно нулю, а из-за четвертьволновой симметрии все компоненты в нем равны нулю n . Таким образом, вклад b n останется только & b n задается как

Подставляя значение b n в уравнение ряда Фурье, получаем

В o = 0 для n = 2,4,6,8…

ω — угловая частота выходного напряжения.Четные гармоники выходного напряжения отсутствуют из-за четвертьволновой симметрии. Следовательно, результат

Отсюда выходное напряжение примерно равно половине приложенного напряжения.

Ток через резистивную нагрузку можно легко вычислить, просто разделив действующее значение напряжения на его сопротивление.

Работа полумоста с левой и правой нагрузкой

Работа полумоста для L- и R-L нагрузки одинакова.Поскольку в реальной жизни не существует ни 100% чистой индуктивной нагрузки, ни чисто резистивной нагрузки. Чистый индуктор имеет некоторое значение омического сопротивления, поэтому на практике чаще встречается R-L нагрузка.

Здесь мы рассмотрим работу с нагрузкой RL в инверторе с половинным мостом H Bridge. Рабочую операцию можно понять в 4 режимах, где 2 режима используются для управления переключателями, а 2 — для возврата накопленной энергии источникам.

Клеммы A и B считаются условными обозначениями по всей нагрузке.Временной интервал, когда срабатывает S1, A более положительно, а B более положительно, когда запускается S2. Форма кривой тока и формы волны напряжения одинакова, если нагрузка является резистивной. В случае нагрузки RL и ток, и напряжение не будут расти в своих пиковых точках одновременно. Ток будет отставать, когда нагрузка является индуктивной, а напряжение будет отставать в случае емкостной доминирующей нагрузки.

Демпфирующий ток будет проходить через диоды обратной связи, если полярность тока и напряжения не одинакова.Диод D1 будет проводить, когда ток будет положительным, а напряжение отрицательным. D2 будет проводить, когда напряжение будет положительным, а ток — отрицательным.

Форма волны немного отличается, потому что катушка индуктивности сопротивляется изменению протекания тока. По этой причине, когда переключатели срабатывают для изменения потока тока, катушка индуктивности будет сопротивляться изменению. Следовательно, форма сигнала отличается.

Эти режимы обсуждаются с учетом того, что все переключатели изначально выключены и нулевая энергия сохраняется в компонентах накопителя.

Режим 1 (0

В этом режиме переключатель S1 будет вести от временного интервала t1 до t2 . Ток начнет течь от источника постоянного тока к нагрузке через s1, как только он сработает. Ток будет проходить через клемму B, показывая, что B более положительный по отношению к клемме A, как показано на рисунке. Напряжение источника появится на нагрузке, которое составляет В постоянного тока /2, и ток будет постепенно увеличиваться от нуля до максимального значения. Катушка индуктивности будет накапливать энергию, поскольку полярность как тока, так и напряжения одинакова.

Режим 2 (t1

Когда переключатель S1 замкнут, отрицательное напряжение (-V dc /2) появится на нагрузке, в то время как направление протекания тока останется прежним, потому что катушка индуктивности будет сопротивляться изменению. Другими словами, катушка индуктивности будет обеспечивать накопленную энергию, а D2 обеспечит путь, по которому ток течет от нагрузки к источнику. Ток через нагрузку будет постепенно уменьшаться, пока ток нагрузки I L не станет равным нулю.Причина в том, что ток течет из-за накопленной энергии в катушке индуктивности. Когда индуктор разряжается, ток через нагрузку становится равным нулю.

Основным агентом в этом режиме является диод обратной связи D2, также известный как диод свободного хода . Он выполняет две функции; один предназначен для передачи накопленной энергии в нагрузке в источник, а другой — для уменьшения всплеска di / dt , генерируемого индуктивной нагрузкой. Свободное движение D2 более четко видно на рисунке выше.

Похожие сообщения:

Режим 3 (t2

После полной разрядки индуктора через нагрузку ток через нагрузку станет нулевым. При этом движении срабатывает S2. Направление тока через нагрузку будет обратным. После срабатывания S2 ток начнет увеличиваться и достигнет отрицательного пика. В течение этого интервала ток и напряжение отрицательны. Таким образом, индуктор снова накапливает заряд.

Режим 4 (t3

В интервале времени t3 переключатель S2 выключен.Положительное напряжение ( В постоянного тока /2) появится на нагрузке, когда S2 выключен, в то время как направление протекания тока останется прежним. Диод D1 обеспечит путь, а накопленная энергия передаст обратную связь нагрузке. Ток через нагрузку будет постепенно уменьшаться, пока не станет равным нулю. В этом случае свободный ход D1 можно увидеть на следующем рисунке.

Форма волны полумоста с левой и правой нагрузкой

Поскольку чисто индуктивной нагрузки не существует, она должна иметь сопротивление проводов и сопротивление материала.Следовательно, более практичная нагрузка RL показана в форме волны, а не теоретической.

Мгновенный ток нагрузки I L для чисто индуктивной нагрузки можно рассчитать путем деления выходного напряжения на полное сопротивление нагрузки (Z = R + jnωL)

Для нагрузки с R L (индуктивная) ток нагрузки становится равным

.

Где θn = tan -1 (nωL / R)

Похожие сообщения:

Сравнение форм сигналов для всех нагрузок

Работа полумостового инвертора с нагрузкой RLC останется такой же, как и работа с нагрузкой RL, с изменением всего за минуту.Таким образом, нет необходимости подробно объяснять работу, но разницу можно увидеть на рисунках их сигналов ниже.

Работа и форма сигнала зависят от значения индуктивности и емкости в нагрузке RLC. Работа полумостового инвертора с нагрузкой RLC такая же, как и с нагрузкой RL.

Как мы знаем, в токоведущих проводах и запаздывании напряжения конденсатора, а в катушке индуктивности — проводах напряжения и запаздывании тока. Итак, есть два случая загрузки RLC; индуктивная доминирующая RLC-нагрузка и емкостная доминирующая RLC-нагрузка.Первое означает, что индуктивность больше, чем емкость, а второе означает, что емкость больше, чем индуктивность в нагрузке RLC.

Следовательно, если в RLC-нагрузке преобладает индуктивность, ток нагрузки будет отставать от напряжения нагрузки. И, если в нагрузке RLC преобладает емкость, ток нагрузки будет опережать напряжение нагрузки. Однако фазовый сдвиг будет до некоторой степени нейтрализован интерференцией конденсатора (в доминирующей индуктивной нагрузке) и катушки индуктивности (в доминирующей емкостной нагрузке)

Работа и форма сигнала меняются для нагрузки RLC, когда конденсатор становится доминирующим.При емкостной преобладающей нагрузке RLC диоды обратной связи будут работать в течение различных интервалов времени из-за изменения формы волны тока.

Похожие сообщения:

Принципиальная схема

, преимущества и недостатки

Инвертор — это силовой электронный преобразователь, который преобразует постоянную мощность в переменную. Используя это инверторное устройство, мы можем преобразовать постоянный постоянный ток в переменную мощность переменного тока, то есть переменную частоту и напряжение. Во-вторых, с помощью этого инвертора мы можем изменять частоту i.е мы сможем генерировать частоты 40 Гц, 50 Гц, 60 Гц по нашему требованию. Если вход постоянного тока является источником напряжения, то инвертор известен как VSI (инвертор источника напряжения). Инверторам требуется четыре коммутационных устройства, тогда как полумостовому инвертору нужно два коммутационных устройства. Мостовые инверторы бывают двух типов: полумостовые инверторы и полумостовые инверторы. В этой статье рассматривается полумостовой инвертор.


Что такое полумостовой инвертор?

Инвертор — это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное, и состоит из четырех переключателей, тогда как полумостовой инвертор требует двух диодов и двух переключателей, соединенных встречно параллельно.Два переключателя являются дополнительными переключателями, что означает, что когда первый переключатель находится в положении ВКЛ, второй переключатель будет в положении ВЫКЛ. Точно так же, когда второй переключатель включен, первый переключатель будет в положении ВЫКЛ.

Однофазный полумостовой инвертор

с резистивной нагрузкой

Принципиальная схема однофазного полумостового инвертора с резистивной нагрузкой показана на рисунке ниже.

Полумостовой инвертор

Где RL — резистивная нагрузка, V с /2 — источник напряжения, S 1 и S 2 — два переключателя, i 0 — ток.Где каждый переключатель подключен к диодам D 1 и D 2 параллельно. На приведенном выше рисунке переключатели S 1 и S 2 являются самокоммутирующимися переключателями. Переключатель S 1 будет проводить, когда напряжение положительное, а ток отрицательное, переключатель S 2 будет проводить, когда напряжение отрицательное, а ток отрицательный. Диод D 1 будет проводить, когда напряжение будет положительным, а ток отрицательным, диод D 2 будет проводить, когда напряжение будет отрицательным, а ток будет положительным.

Случай 1 (когда переключатель S 1 включен, а S 2 выключен): Когда переключатель S 1 включен с периода времени от 0 до T / 2, диод D 1 и D 2 находятся в состоянии обратного смещения, а переключатель S 2 выключен.

Применение KVL (закона Кирхгофа о напряжении)

В с /2-В 0 = 0

Где выходное напряжение В 0 = В с /2

Где выходной ток i 0 = В 0 / R = В с / 2R

В случае тока питания или тока переключения, ток i S1 = i0 = Vs / 2R, i S2 = 0 и ток диода i D1 = i D2 = 0.

Случай 2 (когда переключатель S 2 включен, а S 1 выключен) : Когда переключатель S 2 включен с периода времени T / 2 до T, диод D 1 и D 2 находятся в состоянии обратного смещения, а переключатель S 1 выключен.

Применение KVL (закон Кирхгофа)

В с /2 + В 0 = 0

Где выходное напряжение В 0 = -В с /2

Где выходной ток i 0 = В 0 / R = -V с / 2R

В случае тока питания или тока переключения, ток i S1 = 0, i S2 = i 0 = -V s / 2R и ток диода i D1 = i D2 = 0.

Форма выходного напряжения однофазного полумостового инвертора показана на рисунке ниже.

Форма кривой выходного напряжения полумостового инвертора

Среднее значение выходного напряжения составляет

Таким образом, форма волны выходного напряжения после преобразования времени «T» в ось «ωt» показана на рисунке ниже

. Преобразование оси времени формы сигнала выходного напряжения

Когда умножается на ноль, он будет равен нулю; Если умножить на T / 2, получится T / 2 = π; Если умножить на T, получится T = 2π; Если умножить на 3T / 2, получится T / 2 = 3π и так далее.Таким образом, мы можем преобразовать эту временную ось в ось «ωt».

Среднее значение выходного напряжения и выходного тока

В 0 (средн.) = 0

I 0 (средн.) = 0

Среднеквадратичное значение выходного напряжения и выходного тока составляет

.

В 0 (СКЗ) = В S /2

I 0 (RMS) = V 0 (RMS) / R = V S / 2R

Выходное напряжение инвертора не является чисто синусоидальным i.е прямоугольная волна. Выходное напряжение с основной составляющей показано на рисунке ниже.

Форма волны выходного напряжения с основной составляющей

с использованием ряда Фурье

Где C n , a n и b n — это

b n = V S / nᴨ (1-cosnᴨ)

b n = 0 при замене четных чисел (n = 2,4,6… ..) и b n = 2Vs / nπ при замене нечетных чисел (n = 1,3,5 ……).Подставив b n = 2Vs / nπ и a n = 0 в C n , получим C n = 2Vs / nπ.

ϕ n = tan -1 (a n / b n ) = 0

В 01 ( ωt) = 2 В S / ᴨ * (Sin ωt )

Заменить V 0 (средн.) = 0 в получится

Уравнение (1) также можно записать как

V 0 ( ωt) = 2 V S / ᴨ * (Sin ωt ) + 2 V S / 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + 2 V S / 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …….. + ∞

V 0 ( ωt) = V 01 ( ωt) + V 03 ( ωt) + В 05 ( ωt)

Вышеприведенное выражение представляет собой выходное напряжение, состоящее из основной гармоники и нечетных гармоник. Есть два метода удаления этих гармонических составляющих: использование схемы фильтра и использование метода широтно-импульсной модуляции.

Основное напряжение можно записать как

В 01 ( ωt) = 2V S / ᴨ * (Sin ωt )

Максимальное значение основного напряжения

В 01 (макс.) = 2 В S / ᴨ

Среднеквадратичное значение основного напряжения составляет

.

В 01 (RMS) = 2 В S / √2ᴨ = √2V S / ᴨ

Основная составляющая выходного тока RMS составляет

.

I 01 (RMS) = V 01 (RMS) / R

Нам нужно получить коэффициент искажения, коэффициент искажения обозначается g.

g = В 01 (RMS) / V 0 (RMS) = действующее значение основного напряжения / общее среднеквадратичное значение выходного напряжения

При подстановке значений В, 01 (RMS) и V 0 (RMS) в g получим

г = 2√2 / ᴨ

Общее гармоническое искажение выражается как

В выходном напряжении полное гармоническое искажение THD = 48,43%, но согласно IEEE общее гармоническое искажение должно быть 5%.

Основная выходная мощность однофазного мостового инвертора составляет

.

P 01 = (V 01 (среднеквадратичное значение) ) 2 / R = I 2 01 (действующее значение) R

Используя приведенную выше формулу, мы можем вычислить основную выходную мощность.

Таким образом, мы можем рассчитать различные параметры однофазного полумостового инвертора.

Однофазный полумостовой инвертор

с нагрузкой R-L

Принципиальная схема нагрузки R-L показана на рисунке ниже.

Однофазный полумостовой инвертор с R-L нагрузкой

Принципиальная схема однофазного полумостового инвертора с R-L нагрузкой состоит из двух переключателей, двух диодов и источника напряжения. Нагрузка R-L подключается между точкой A и точкой O, точка A всегда считается положительной, а точка O — отрицательной. Если ток течет из точки A в O, тогда ток будет считаться положительным, аналогично, если ток течет из точки в A, тогда ток будет считаться отрицательным.

В случае нагрузки R-L выходной ток будет экспоненциальной функцией времени и отстает от выходного напряжения на угол.

ϕ = tan -1 ( ω L / R)

Работа однофазного полумостового инвертора с R-нагрузкой

Рабочий режим основан на следующих временных интервалах

(i) Интервал I (0 В этот период оба переключателя выключены, а диод D2 находится в состоянии обратного смещения.В этом интервале индуктор высвобождает свою энергию через диод D1, и выходной ток экспоненциально уменьшается от своего отрицательного максимального значения (-Imax) до нуля.

Применяя КВЛ к этому временному интервалу получим

Выходное напряжение В 0 > 0; Выходной ток течет в обратном направлении, поэтому i 0 <0; ток переключения i S1 = 0 и ток диода i D1 = -i0

(ii) Интервал II (t1 В этот промежуток времени переключатели S 1 и S 2 замкнуты, а S2 выключен, и оба диода находятся в состоянии обратного смещения.В этом интервале катушка индуктивности начинает накапливать энергию, и выходной ток увеличивается от нуля до своего положительного максимального значения (Imax).

Применив КВЛ получим

Выходное напряжение В 0 > 0; Выходной ток течет в прямом направлении, поэтому i 0 > 0; ток переключения i S1 = i 0 и ток диода i D1 = 0

(iii) Интервал III (T / 2 В этот период оба переключателя S 1 и S 2 выключены, а диод D 1 имеет обратное смещение и D 2 находятся в режиме прямого смещения, находятся в состоянии обратного смещения.В этом интервале индуктор отдает свою энергию через диод D 2 . Выходной ток экспоненциально уменьшается от положительного максимального значения (I max ) до нуля.

Применив КВЛ получим

Выходное напряжение В 0 <0; Выходной ток течет в прямом направлении, поэтому i 0 > 0; ток переключения i S1 = 0 и ток диода i D1 = 0

(iv) Интервал IV (t2 В это время переключатель S 1 выключен, а S 2 замкнуты, а диоды D 1 и D 2 перевернуты. предвзятость.В этом интервале индуктор заряжен до отрицательного максимального значения (-I max ) до нуля.

Применив КВЛ получим

Выходное напряжение В 0 <0; Выходной ток течет в обратном / обратном направлении, поэтому i 0 <0; ток переключения i S1 = 0 и ток диода i D1 = 0

Режимы работы полумостового инвертора

Обобщение временных интервалов показано в таблице

ниже.
С.НЕТ Интервал времени Устройство проводит Выходное напряжение (В 0 ) Выход Curent ( I 0 ) Ток переключения (i S1 ) Переключающий диод (i D1 )
1 0 1 D 1 В 0 > 0 I 0 <0 0 — Я 0
2 т 1 S 1 В 0 > 0 I 0 > 0 I 0 0
3 T / 2 2 D 2 В 0 <0 I 0 > 0 0 0
4 т 2 S 2 В 0 <0 I 0 <0 0 0

Форма волны выходного напряжения однофазного полумостового инвертора с нагрузкой RL показана на рисунке ниже.

Форма волны выходного напряжения однофазного полумостового инвертора с нагрузкой R-L

Полумостовой инвертор против полумостового инвертора

Разница между полумостовым инвертором и полумостовым инвертором показана в таблице ниже.

S.NO

Полумостовой инвертор

Полномостовой инвертор

1

КПД полумостового инвертора высокий У полномостового инвертора также высокий КПД

2

В полумостовом инверторе формы выходного напряжения имеют квадратный, квазиквадратный или ШИМ-формат В полномостовом инверторе формы выходного напряжения имеют квадратный, квазиквадратный или ШИМ-формат

3

Пиковое напряжение в полумостовом инверторе составляет половину напряжения питания постоянного тока Пиковое напряжение в полномостовом инверторе такое же, как напряжение питания постоянного тока

4

Полумостовой инвертор содержит два переключателя Полномостовой инвертор содержит четыре переключателя

5

Выходное напряжение E0 = EDC / 2 Выходное напряжение E0 = EDC

6

Основное выходное напряжение E1 = 0.45 EDC Основное выходное напряжение E1 = 0,9 EDC

7

Этот тип инвертора генерирует биполярное напряжение Этот тип инвертора генерирует монополярное напряжение

Преимущества

Преимущества однофазного полумостового инвертора:

  • Схема простая
  • Стоимость низкая

Недостатки

Недостатками однофазного полумостового инвертора являются

  • TUF (коэффициент использования трансформатора) низкий
  • Низкий КПД

Таким образом, это все об обзоре полумостового инвертора, обсуждается разница между полумостовым инвертором и полумостовым инвертором, преимущества, недостатки, однофазный полумостовой инвертор с резистивной нагрузкой.Вот вам вопрос, каковы области применения полумостового инвертора?

[Разъяснение] Проектирование H-мостовой схемы, применение, преимущества

Н-мостовая схема

В современных электронных схемах, таких как схемы управления двигателем, схемы инвертора, схемы зарядного устройства , используются Н-мостовые схемы . Здесь вы увидите, как работает Н-мостовая схема . Мы увидим дизайн H-Bridge Circuit, Applications , Advantages .

Что такое H-мостовая схема?

Соединение переключателей (обычно четырех переключателей) позволяет изменять полярность напряжения, приложенного к нагрузке, и схема выглядит так, как если бы заглавная буква «H» была , это называется H-мостовой схемой . Простая принципиальная схема H-Bridge приведена ниже.

Как вы видите на рисунке выше, схема выглядит как заглавная буква «H». Схема имеет четыре переключателя. С левой стороны нагрузки два переключателя соединены последовательно, а с правой стороны нагрузки два переключателя подключены последовательно.

Как работает Н-мостовая схема?

Как мы знаем, схема H-Bridge в основном используется для изменения полярности напряжения, приложенного к нагрузке. Итак, давайте посмотрим на принцип работы схемы H-Bridge на примере.



Как вы видите на приведенном выше рисунке, мы взяли двигатель с постоянным постоянным током в качестве нагрузки, а двигатель с постоянным постоянным током подключен к Н-мостовой схеме. Теперь давайте посмотрим, как мы можем изменить направление двигателя PMDC с помощью H-мостовой схемы. Мы знаем, что если мы изменим полярность приложенного напряжения, приложенного к двигателю с постоянным постоянным током, то вращение двигателя изменится, и это может быть выполнено с помощью H-мостовой схемы.В схеме H-Bridge подключены четыре переключателя с именами S1, S2, S3, S4. (1) Когда переключатели S1, S4 замкнуты, а S2, S3 разомкнуты, то положительное напряжение будет приложено к двигателю, и двигатель будет вращаться в прямом направлении. В этом случае направление протекания тока указано на схеме ниже.

(2) Когда переключатели S2, S3 замкнуты, а S1, S4 разомкнуты, на двигатель будет подаваться отрицательное напряжение, и двигатель будет вращаться в обратном направлении.В этом случае направление протекания тока указано на схеме ниже.
(3) Используя H-образный мост, мы не только изменяем направление вращения двигателя, но также можем тормозить двигатель. Мы знаем, что в случае двигателя постоянного тока во вращающемся состоянии, если мы отключим двигатель от сети и соединим клеммы двигателя вместе, двигатель затормозит и перестанет вращаться.



Как видно на приведенной выше принципиальной схеме, S1, S3 замкнуты, а S2, S4 разомкнуты.Таким образом, двигатель отключен от сети и клеммы соединены вместе. Значит, мотор затормозит или остановится. То же самое произойдет, если мы закроем S2, S4 и откроем S1, S3. Одна наиболее важная вещь помните, что S1, S2 никогда не должны быть соединены вместе, иначе это вызовет короткое замыкание с входным питанием. S3 и S4 также никогда не должны быть соединены вместе.

Практическая конструкция H-образной мостовой схемы

На рынке доступны H-мостовые схемы с интегральной схемой (IC). ИС серии L293X являются примерами H-мостовой схемы.L9110, L293D — это ИС с H-мостом. Мы также можем изготовить или спроектировать Н-мостовую схему с дискретными компонентами.
Конструкция Н-мостовой схемы на транзисторах





Схема H-моста с использованием транзистора приведена выше. Как видите, мы использовали два типа транзисторов. Буксируйте транзисторы PNP и два транзистора NPN. Два верхних транзистора — это транзисторы PNP, а два нижних транзистора — это транзисторы NPN. Если вы подключите транзистор NPN вверху, схема не будет работать.Мы знаем, что когда мы подаем ток на базовый вывод транзистора, он будет проводить. Таким образом, мы можем подавать питание на базу, используя микроконтроллер для запуска схемы. Как правило, сигнал PWM подается для управления двигателем с использованием H-мостовой схемы. Мы знаем, что Motor также будет вырабатывать электроэнергию, когда он работает и питание отключено. Итак, как вы можете видеть на приведенной выше диаграмме, мы использовали диоды с PN-переходом в качестве диода свободного хода для высвобождения энергии. Конечно, если вы используете схему H-Bridge для других целей, вам может не понадобиться использовать свободно вращающиеся диоды.В следующей статье мы разработаем практическую схему драйвера двигателя с использованием H-моста со всеми соответствующими номиналами компонентов.

Применение H-мостовой схемы

1. Наиболее важное применение схемы H-Bridge в качестве схемы драйвера двигателя. 2. В робототехнике используются Н-мостовые схемы. 3. Н-мостовая схема также используется в качестве Invertecircuitut. 4. В современных зарядных устройствах для электромобилей используются Н-мостовые схемы.

Преимущества H-мостовой схемы

3.Эту схему можно разместить в небольших местах. Спасибо, что посетили сайт. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений. Описание однофазного полумостового инвертора

В этой статье с помощью принципиальной схемы описывается основной принцип работы или принцип работы однофазного полумостового инвертора.

Однофазный полумостовой инвертор

— это однофазный мостовой инвертор. Это инвертор источника напряжения. Инвертор источника напряжения означает, что входная мощность инвертора является источником постоянного напряжения.По сути, существует два разных типа мостовых инверторов: однофазный полумостовой инвертор и однофазный полномостовой инвертор.

Поскольку источником входной мощности является постоянный ток, однофазное значение не имеет значения по отношению к входной мощности. Однако это имеет значение применительно к выходным данным. Выход однофазного мостового инвертора является однофазным выходом. Давайте теперь обсудим основной принцип работы или принцип работы однофазного полумостового инвертора.

Принцип работы однофазного полумостового инвертора:

Принцип работы полумостового инвертора основан на том факте, что в течение половины периода времени выходной волны один тиристор проводит ток, а в течение другой половины периода времени проводит другой тиристор.Выходной частотой этого типа инвертора можно управлять, контролируя время включения и выключения тиристоров. На рисунке ниже показана силовая схема однофазного полумостового инвертора.

Однофазный полумостовой инвертор

состоит из двух тиристоров T1 и T2, двух диодов D1 и D2 и трехпроводного источника постоянного тока. Для простоты схема включения и выключения тиристора в приведенной выше схеме не показана. При анализе схемы предполагается, что каждый тиристор проводит время, пока присутствует его стробирующий импульс, и коммутируется, как только этот импульс удаляется.Сигнал стробирования для тиристора T1 (i g1 ) и тиристора T2 (i g2 ) и форма выходного напряжения этого инвертора показаны ниже.

Внимательно наблюдайте за стробирующим сигналом для T1 и T2. Видно, что i g1 применяется в течение периода 0 s /2) на верхнем плече. Таким образом, напряжение нагрузки / выходное напряжение будет равно входному напряжению источника (V с /2) для 0

Как только i g1 удаляется при t = T / 2, тиристор T1 выключается. Из формы сигнала стробирующего сигнала можно видеть, что при t = T / 2 применяется i g2 и, следовательно, тиристор T2 включается. Таким образом, нагрузка подключается напрямую к источнику (V s /2) на нижнем плече. Обратите внимание, что полярность источника напряжения на верхнем и нижнем плечах противоположна друг другу. Следовательно, в течение времени (T / 2) В с /2), как показано на форме волны выходного напряжения.

Из кривой выходного напряжения также можно увидеть, что напряжение нагрузки представляет собой переменную прямоугольную форму волны напряжения с амплитудой (V с /2) и частотой (1 / T) Гц. Таким образом, выходную частоту можно регулировать, управляя T.

.

Думаю, вы поняли принцип работы полумостового инвертора. Но я уверен, что вы могли подумать о назначении диодов D1 и D2. Я объясню.

Назначение диодов в полумостовом инверторе:

Если нагрузка чисто резистивная, нет необходимости устанавливать диод D1 и D2, так как выходное напряжение и ток всегда совпадают по фазе.Но, к сожалению, для нагрузок, отличных от чисто резистивных, ток нагрузки (i o ) не будет совпадать по фазе с напряжением нагрузки (v o ). В этом случае диод, соединенный встречно параллельно тиристору, позволит протекать току при выключенном основном тиристоре. Когда эти диоды проводят, энергия возвращается к источнику постоянного тока, и, следовательно, эти диоды (D1 и D2) называются обратным диодом.

Недостатки:

Основным недостатком однофазного полумостового инвертора является то, что он требует 3-проводного источника питания постоянного тока.Однако этот недостаток можно преодолеть, используя полный мостовой инвертор.

Что такое Н-мост? — Build Electronic Circuits

H-мост — это простая схема, которая позволяет вам управлять двигателем постоянного тока, чтобы двигаться вперед или назад.

Обычно вы используете его с микроконтроллером, например Arduino, для управления двигателями.

Когда вы можете управлять двумя двигателями, чтобы двигаться вперед или назад — вы можете построить робота самостоятельно!

Концепция H-Bridge

Вот концепция H-образного моста:

Двигатель постоянного тока вращается вперед или назад, в зависимости от того, как вы соединяете плюс и минус.

Если вы замкните переключатели 1 и 4, вы подключите плюс к левой стороне двигателя и минус к другой стороне. И мотор начнет вращаться в одну сторону.

Если вы вместо этого замкните переключатели 2 и 3, вы подключите плюс к правой стороне, а минус к левой стороне. А мотор вращается в обратном направлении.

H-мостовая схема

Вы можете построить H-мост с четырьмя транзисторами.

Если вы не знаете, как работает транзистор, я рекомендую вам сначала прочитать статью «Как работают транзисторы».Оттуда вы узнаете, что транзистор может работать как переключатель, который можно открывать и закрывать с помощью напряжения на базе.

Поскольку транзистор может быть переключателем, вы сможете заставить двигатель вращаться в любом направлении, включая и выключая четыре транзистора в схеме выше.

Обычно вы управляете транзисторами с микроконтроллера, такого как Arduino.

Какие транзисторы использовать?

Необходимо выбрать транзисторы:

  • Ручка достаточного тока
  • Используйте PNP (или pmos) наверху
  • Имеют низкое падение напряжения между коллектором и эмиттером

Текущий

Самое главное, чтобы все транзисторы выдерживали ток, достаточный для двигателя.Иначе выгорит.

Например, если двигатель потребляет ток 1 ампер, вам нужны транзисторы, которые могут выдерживать минимум 1 ампер.

PNP (или pmos) транзисторы наверху

Далее, как видите, я выбрал транзисторы PNP вверху и транзисторы NPN внизу.

Транзистор включается или выключается разницей напряжений между базой и эмиттером.

Если наверху расположены PNP-транзисторы, вы можете использовать для VCC более высокое напряжение, чем для базы транзисторов.

Например, вы можете использовать выходы 3,3 В от микроконтроллера и 9 В для Vcc.

Это не сработает, если у вас есть NPN наверху, так как эмиттер будет на 0,7 В ниже, чем база. Потому что это превращается в 3,3 В — 0,7 В = 2,6 В на положительной стороне двигателя, независимо от того, какое напряжение VCC вы выберете.

Низкое падение напряжения между коллектором и эмиттером

При сборке робота в Колумбии я попытался собрать эту схему на транзисторах TIP120 и TIP127.

Это не сработало.

Транзисторы

TIP12x дают падение 2В от эмиттера к коллектору.

В такой конфигурации вы получите потерю 4 В на транзисторах. Я пытался подключить его к Arduino, используя его питание 5 В, но не удалось, потому что для двигателя оставалось только 1 В!

Вот хорошая статья / тирада на тему: Прекратите использовать старинные детали!

По сути, это говорит о том, что транзисторы TIP — это антиквариат, который вам больше не следует использовать именно из-за этого огромного падения напряжения.

Выбирайте транзисторы с низким падением напряжения. Например, транзисторы BD135 / BD136 или MOSFET.

Защитные диоды и режим ШИМ

Побочным эффектом работы двигателя является то, что двигатель также вырабатывает электрическую энергию. Когда вы отключаете транзисторы, чтобы двигатель не работал, эту энергию нужно каким-то образом высвободить.

Если вы добавите диоды в обратном направлении для транзисторов, вы дадите путь току для высвобождения этой энергии.Без них вы рискуете повысить напряжение и повредить транзисторы.

Подробнее об этом — и о том, что нужно иметь в виду, если вы хотите использовать сигнал ШИМ для управления скоростью двигателя, — в этой статье.

Резисторы, входящие в каждую базу, предназначены для уменьшения тока каждого транзистора. Не знаете, как это рассчитать? Если вы используете микроконтроллер для управления ими, начните с 1k и отрегулируйте, если это не работает.

Вопросы или комментарии?

Вы строили раньше H-образный мост? Или у вас есть вопросы по H-мосту? Дайте мне знать в поле для комментариев ниже:

Основы проектирования

для реализации изолированного полумостового драйвера затвора

Изолированные полумостовые драйверы затвора используются во многих приложениях, которые варьируются от изолированных модулей питания постоянного тока, где требуются высокая плотность мощности и эффективность, до солнечных инверторов, где высокое напряжение изоляции и долговременная надежность имеют решающее значение.Эти концепции дизайна будут подробно обсуждаться, поскольку в этой статье исследуется способность решений с изолированным полумостовым драйвером затвора обеспечивать высокую производительность при небольшом размере решения.

Функция изолированного полумостового драйвера заключается в управлении затворами N-канальных полевых МОП-транзисторов (или IGBT) с низкой и высокой стороны с низким выходным импедансом для уменьшения потерь проводимости и быстрым временем переключения для уменьшения коммутационных потерь. Драйверы высокого и низкого уровня нуждаются в очень близком согласовании временных характеристик, чтобы обеспечить точное и эффективное переключение.Это сокращает мертвое время от выключения одного переключателя полумоста до включения второго переключателя. Типичный подход к реализации функции управления изолированным полумостовым затвором заключается в использовании оптопары для изоляции, за которой следует высоковольтная микросхема драйвера затвора, как показано на рисунке 1. Одна потенциальная проблема с этой схемой заключается в том, что имеется только один изолированный вход. канал, и он полагается на драйвер высокого напряжения, чтобы иметь необходимое согласование в синхронизации между каналами, а также он полагается на мертвое время, необходимое для приложений.Другая проблема заключается в том, что драйверы затворов высокого напряжения не имеют гальванической развязки и вместо этого полагаются на изоляцию перехода для отделения управляющего напряжения верхней стороны от управляющего напряжения низкой стороны в той же ИС. Паразитная индуктивность в цепи может привести к тому, что выходное напряжение V S упадет ниже уровня земли во время переключения на стороне низкого напряжения. Когда это происходит, драйвер верхнего плеча может заблокироваться и выйти из строя.

Рис. 1. Высоковольтный полумостовой драйвер затвора.

Драйвер затвора оптопары

Следующий подход, показанный на Рисунке 2, позволяет избежать проблем с взаимодействием со стороны высокого и низкого уровня за счет использования двух оптопар для гальванической развязки между выходами.Схема драйвера затвора часто входит в тот же пакет, что и оптопара, и чаще всего используются две отдельные ИС драйвера затвора оптопары для завершения изолированного полумоста, что обеспечивает больший размер решения. Следует отметить, что оптопары производятся как дискретные устройства, даже если два упакованы вместе, поэтому они будут иметь ограничения при согласовании каналов. Это увеличит необходимое мертвое время между выключением одного канала и включением другого, что снизит эффективность.Скорость отклика оптопары также ограничена из-за емкости светоизлучающего диода (СИД) на первичной стороне, а доведение выходного сигнала до скорости до 1 МГц будет ограничиваться задержкой его распространения (макс. 500 нс) и медленным нарастанием и время спада (максимум 100 нс). Чтобы обеспечить максимальную скорость оптопары, ток светодиода должен быть увеличен до более чем 10 мА, что потребляет больше энергии и сокращает срок службы и надежность оптопары, особенно в высокотемпературных средах, характерных для солнечных инверторов и источников питания.

Рис. 2. Драйвер затвора с оптопарой и полумостом.

Драйвер затвора импульсного трансформатора

Далее мы рассмотрим гальванические изоляторы, которые имеют преимущество в скорости перед оптопарами из-за меньших задержек распространения и более точной синхронизации. Импульсный трансформатор — это изолирующий трансформатор, который может работать на скоростях, часто необходимых для приложений драйвера затвора полумоста (до 1 МГц). ИС драйвера затвора может использоваться для подачи высоких токов, необходимых для зарядки затворов емкостного МОП-транзистора.Драйвер затвора на рисунке 3 будет по-разному управлять первичной обмоткой импульсного трансформатора, который имеет две обмотки на вторичной обмотке для управления каждым затвором полумоста. Преимущество использования импульсного трансформатора заключается в том, что он не требует изолированных источников питания для управления полевыми МОП-транзисторами вторичной стороны. Потенциальная проблема в этом приложении может возникнуть, когда большие переходные токи возбуждения затвора протекают в индуктивных катушках, вызывая звон. Это потенциально может включать и выключать затвор, когда он не предназначен, что может привести к повреждению полевых МОП-транзисторов.Еще одно ограничение импульсных трансформаторов заключается в том, что они могут плохо работать в приложениях, требующих сигналов с рабочим циклом более 50%. Это связано с тем, что трансформаторы могут подавать только сигналы переменного тока, поскольку магнитный поток сердечника необходимо сбрасывать каждые полупериод, чтобы поддерживать баланс вольт-секунд. Наконец, магнитный сердечник и изолированные обмотки импульсного трансформатора требуют относительно большого размера корпуса. Это, в сочетании с ИС драйвера и другими дискретными компонентами, создает решение, которое может оказаться слишком большим для многих приложений с высокой плотностью.

Рис. 3. Полумостовой драйвер затвора с импульсным трансформатором.

Драйвер затвора цифрового изолятора

Теперь мы рассмотрим подход цифрового изолятора к изолированному полумостовому драйверу затвора. На рисунке 4 цифровой изолятор использует стандартный процесс интегральной схемы КМОП с металлическими слоями для формирования катушек трансформатора, разделенных полиимидной изоляцией. Эта комбинация обеспечивает изоляцию более 5 кВ (среднеквадратичное значение) (1 минута), что может использоваться в усиленных изолированных источниках питания и инверторах.

Рисунок 4. Цифровой изолятор с изоляцией трансформатора.

Как показано в схеме на Рисунке 5, цифровой изолятор устраняет светодиод, используемый в оптроне, и связанные с ним проблемы старения, потребляет гораздо меньше энергии и является более надежным. Гальваническая развязка предусмотрена между входом и выходом, а также между выходами, чтобы исключить взаимодействие со стороны высокого и низкого уровня. Выходные драйверы обеспечивают низкий выходной импеданс, чтобы уменьшить потери проводимости, и быстрое время переключения, чтобы уменьшить потери переключения.В отличие от конструкции оптопары, цифровые изоляторы высокого и низкого уровня представляют собой интегральные схемы с согласованными выходами для повышения эффективности. Интегральная схема драйвера затвора высокого напряжения (рис. 1) имеет дополнительную задержку распространения в схеме сдвига уровня, поэтому она не может соответствовать характеристикам синхронизации между каналами, как это может сделать цифровой изолятор. Эта интеграция драйверов затвора в цифровой изолятор уменьшает размер решения до единого пакета для гораздо меньшего размера решения.

Рисунок 5.Цифровой изолятор 4 Драйвер затвора.

Устойчивость к синфазным переходным процессам

Во многих приложениях драйвера затвора полумоста для источников питания высокого напряжения на переключающих элементах могут возникать очень быстрые переходные процессы. В этих приложениях, если большое значение dV / dt может вызвать емкостную связь через изолирующий барьер, это может вызвать ошибки логического перехода через барьер. В приложении с изолированным полумостовым драйвером это могло бы включить оба переключателя в перекрестном соединении, которое могло бы вывести переключатели из строя.Любая паразитная емкость через изолирующий барьер имеет тенденцию быть связующим звеном для синфазных переходных процессов. Оптопары должны иметь очень чувствительные приемники, чтобы обнаруживать небольшое количество света, проходящего через их изолирующий барьер, и их выходы могут быть нарушены большими синфазными переходными процессами. Чувствительность оптопары к синфазным переходным напряжениям может быть улучшена путем добавления экрана между светодиодом и приемником, как делают большинство драйверов затворов оптопары.Этот экран может улучшить устойчивость к синфазным переходным процессам (CMTI) от стандартной оптопары с номиналом менее 10 кВ / мкс до 25 кВ / мкс для драйвера затвора оптопары. Для многих приложений управления затвором может быть достаточно CMTI 25 кВ / мкс, но для источников питания с большими переходными напряжениями и для солнечных инверторов может потребоваться CMTI 50 кВ / мкс или более.

Цифровые изоляторы

могут передавать более высокие уровни сигнала на свои приемники и выдерживать очень высокие уровни синфазных переходных процессов без ошибок данных.Изоляторы на основе трансформатора представляют собой четыре оконечных устройства и обеспечивают низкий дифференциальный импеданс для сигнала и высокий синфазный импеданс для шума, что может обеспечить превосходный CMTI. Другие цифровые изоляторы могут использовать емкостную связь для создания изменяющегося электрического поля и передачи данных через изолирующий барьер. В отличие от трансформаторного изолятора, конденсаторный изолятор представляет собой устройство с двумя выводами, и шум и сигнал имеют один и тот же путь передачи. В устройстве с двумя выводами частоты сигнала должны быть намного выше ожидаемой частоты шума, чтобы барьерная емкость имела низкий импеданс для сигнала и высокий импеданс для шума.Когда уровень синфазного шума становится достаточно большим, чтобы подавить сигнал, это может вызвать искажение данных на выходе изолятора. Пример нарушения данных изолятора на основе конденсатора показан на рисунке 6, где на выходе (канал 4) наблюдается скачок низкого уровня в течение 6 нс во время синфазного переходного процесса всего 10 кВ / мкс. Обратите внимание, что эти данные были получены на пороговом уровне нарушения работы изолятора на основе конденсатора, и если переходный процесс был больше, нарушение могло длиться гораздо дольше, что могло сделать переключение полевых МОП-транзисторов нестабильным.Напротив, цифровые изоляторы на базе трансформаторов продемонстрировали способность выдерживать синфазные переходные процессы, превышающие 100 кВ / мкс, без искажения данных на выходе (см. Рисунок 7).

Рисунок 6. Конденсаторный цифровой изолятор с CMTI <10 кВ / мкс.

Рисунок 7. Трансформаторный цифровой изолятор ADuM140x с CMTI 100 кВ / мкс.

Таким образом, для приложений с изолированным полумостовым драйвером затвора было показано, что цифровой изолятор на основе трансформатора предлагает множество преимуществ по сравнению с конструкциями на основе оптопар и импульсных трансформаторов.Размер решения и сложность конструкции значительно уменьшаются за счет интеграции, что приводит к значительному увеличению временных характеристик.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *