Ce este invertorul Half Bridge: Diagrama circuitului și funcționarea sa

Invertorul este un convertor electronic de putere care convertește puterea directă în putere alternativă. Prin utilizarea acestui dispozitiv invertor, putem converti cc fix în putere variabilă ca ca frecvență și tensiune variabile. În al doilea rând, de la acest invertor, putem varia frecvența, adică vom putea genera frecvențele 40HZ, 50HZ, 60HZ în funcție de cerința noastră. Dacă intrarea de curent continuu este o sursă de tensiune, atunci invertorul este cunoscut sub numele de VSI (Voltage Source Inverter). Invertoarele au nevoie de patru dispozitive de comutare, în timp ce invertorul cu jumătate de punte are nevoie de două dispozitive de comutare. Invertoarele de pod sunt de două tipuri, sunt pe jumătate de pod invertor și invertor full-bridge. Acest articol discută despre invertorul cu jumătate de punte.

Ce este invertorul Half-Bridge?

Invertorul este un dispozitiv care convertește o tensiune de curent continuu în tensiune alternativă și este format din patru comutatoare, în timp ce invertorul cu jumătate de punte necesită două diode și două comutatoare care sunt conectate în paralel. Cele două comutatoare sunt comutatoare complementare, ceea ce înseamnă că atunci când primul comutator este PORNIT, al doilea comutator va fi OPRIT În mod similar, când al doilea comutator este PORNIT, primul comutator va fi OPRIT.

Invertor monofazat cu jumătate de pod cu sarcină rezistivă

Diagrama circuitului unui invertor monofazat cu jumătate de punte cu sarcină rezistivă este prezentată în figura de mai jos.

Invertor pe jumătate de pod

Unde RL este sarcina rezistivă, V_s/ 2 este sursa de tensiune, S₁și S_Douăsunt cele două comutatoare, i₀este curentul. Unde fiecare comutator este conectat la diodele D₁și D_Douăparalel. În figura de mai sus, comutatoarele S₁și S_Douăsunt comutatoarele cu comutare automată. Comutatorul S₁va conduce când tensiunea este pozitivă și curentul este negativ, comutați S._Douăva conduce atunci când tensiunea este negativă, iar curentul este negativ. diodă D₁va conduce când tensiunea este pozitivă și curentul este negativ, dioda D._Douăva conduce atunci când tensiunea este negativă, iar curentul este pozitiv.

Cazul 1 (când comutatorul S₁este PORNIT și S_Douăe oprit): Când comutați S₁este pornit de la o perioadă de timp de la 0 la T / 2, dioda D₁și D_Douăsunt în stare de polarizare inversă și S_Douăcomutatorul este OPRIT.

Aplicarea KVL (Legea tensiunii Kirchhoff)

V_s/ 2-V₀= 0

Unde tensiunea de ieșire V₀= V_s/Două

Unde curentul de ieșire i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

În caz de curent de alimentare sau curent de comutare, curentul i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 și curentul diodei i_D1= i_D2= 0.

Cazul 2 (când comutatorul S_Douăeste PORNIT și S₁e oprit) : Când comutați S_Douăeste pornit de la o perioadă de timp de T / 2 la T, dioda D₁și D_Douăsunt în stare de polarizare inversă și S₁comutatorul este OPRIT.

Aplicarea KVL (Legea tensiunii Kirchhoff)

V_s/ 2 + V₀= 0

Unde tensiunea de ieșire V₀= -V_s/Două

Unde curentul de ieșire i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

În caz de curent de alimentare sau curent de comutare, curentul i_S1= 0, i_S2= i₀= -V_s/ 2R și curentul diodei i_D1= i_D2= 0.

Forma de undă a tensiunii de ieșire a invertorului monofazat cu jumătate de punte este prezentată în figura de mai jos.

Forma de undă a tensiunii de ieșire a invertorului pe jumătate de pod

Valoarea medie a tensiunii de ieșire este

Deci forma de undă a tensiunii de ieșire de la conversia timpului ‘T’ în axa ‘‘ ωt ”este prezentată în figura de mai jos

Conversia axei de timp a formei de undă a tensiunii de ieșire

Când se înmulțește cu zero, va fi zero Când se înmulțește cu T / 2, va fi T / 2 = π Când se înmulțește cu T, va fi T = 2π Când se înmulțește cu 3T / 2, va fi T / 2 = 3π și așa mai departe. În acest fel, putem converti această axă de timp în axa „ωt”.

Valoarea medie a tensiunii de ieșire și a curentului de ieșire este

V_{0 (medie)}= 0

Eu_{0 (medie)}= 0

Valoarea RMS a tensiunii de ieșire și a curentului de ieșire este

V_{0 (RMS)}= V_S/Două

Eu_{0 (RMS)}= V_{0 (RMS)}/ R = V_S/ 2r

Tensiunea de ieșire pe care o primim într-un invertor nu este undă sinusoidală pură, adică o undă pătrată. Tensiunea de ieșire cu componenta fundamentală este prezentată în figura de mai jos.

Formă de undă de tensiune de ieșire cu componentă fundamentală

Folosind seria Fourier

Unde C_n, la_nși b_nsunteți

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_n= 0 la înlocuirea numerelor pare (n = 2,4,6… ..) și b_n= 2Vs / nπ la înlocuirea numerelor impare (n = 1,3,5 ……). Înlocuitor b_n= 2Vs / nπ și a_n= 0 în C_nva primi C_n= 2Vs / nπ.

ϕ_n= deci^-1(la_n/ b_n) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Fără ωt )

Înlocuitorul V_{0 (medie)}= 0 în va primi

Ecuația (1) poate fi, de asemenea, scrisă ca

V_{0 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Fără ωt ) + Două V_S/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + Două V_S/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

V_{0 ( ωt)} = V_{01 ( ωt)} + V_{03 ( ωt)} + V_{05 ( ωt)}

Expresia de mai sus este tensiunea de ieșire care constă din tensiune fundamentală și armonici impare. Există două metode de îndepărtare a acestor componente armonice care sunt: ​​utilizarea circuitului de filtrare și utilizarea tehnicii de modulare a lățimii impulsurilor.

Tensiunea fundamentală poate fi scrisă ca

V_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (Fără ωt )

Valoarea maximă a tensiunii fundamentale

V_{01 (maxim)}= 2V_S/ ᴨ

Valoarea RMS a tensiunii fundamentale este

V_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

Componenta fundamentală a curentului de ieșire RMS este

Eu_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/ R

Trebuie să obținem factorul de distorsiune, factorul de distorsiune este notat cu g.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = valoarea RMS a tensiunii fundamentale / valoarea RMS totală a tensiunii de ieșire

Prin substituirea V_{01 (RMS)} și V_{0 (RMS)} valorile în g vor primi

g = 2√2 / ᴨ

Totalul distorsiune armonică este exprimat ca

În tensiunea de ieșire distorsiunea armonică totală THD = 48,43%, dar conform IEEE, distorsiunea armonică totală ar trebui să fie de 5%.

Puterea fundamentală de ieșire a invertorului cu punte monofazat este

P₀₁= (V_{01 (rms)})^Două/ R = I^Două_{01 (rms)}R

Folosind formula de mai sus putem calcula puterea de ieșire fundamentală.

În acest fel, putem calcula diferiții parametri ai invertorului monofazat cu jumătate de punte.

Invertor monofazat cu jumătate de pod cu sarcină R-L

Schema circuitului sarcinii R-L este prezentată în figura de mai jos.

Invertor monofazat cu jumătate de pod cu sarcină R-L

Diagrama circuitului invertorului monofazat cu jumătate de punte cu sarcină R-L constă din două comutatoare, două diode și alimentare de tensiune. Sarcina R-L este legată între punctul A și punctul O, punctul A este întotdeauna considerat pozitiv și punctul O considerat negativ. Dacă curentul de curent de la punctul A la O atunci curentul va fi considerat pozitiv, în mod similar dacă curentul curge de la punctul la A, atunci curentul va fi considerat ca fiind negativ.

În cazul încărcării R-L, curentul de ieșire va fi o funcție exponențială la timp și întârzie tensiunea de ieșire cu un unghi.

ϕ = asa de^-1( ω L / R)

Funcționarea invertorului cu jumătate de pod monofazat cu sarcină R

Operația de lucru se bazează pe următoarele intervale de timp

(i) Intervalul I (0 În această durată, ambele comutatoare sunt OFF și dioda D2 este în stare de polarizare inversă. În acest interval, inductorul își eliberează energia prin dioda D1, iar curentul de ieșire scade exponențial de la valoarea sa maximă negativă (-Imax) la zero.

Prin aplicarea KVL la acest interval de timp se va obține

Tensiunea de ieșire V₀> 0 Curentul de ieșire curge în direcția inversă, prin urmare, i₀<0 switch current i_S1= 0 și curentul diodei i_D1= -i0

(ii) Interval II (t1 În această durată, comutatorul S₁și S_Douăsunt închise și S2 este OPRIT și ambele diode sunt în stare de polarizare inversă. În acest interval, inductorul începe să stocheze energia, iar curentul de ieșire crește de la zero la valoarea maximă pozitivă (Imax).

Aplicarea KVL va primi

Tensiunea de ieșire V₀> 0 Curentul de ieșire curge în direcția înainte, prin urmare, i₀> 0 comutator curent i_S1= i₀și diod curent i_D1= 0

(iii) Intervalul III (T / 2 În această durată, atât comutatorul S₁și S_Douăsunt OFF și dioda D₁este în polarizare inversă și D_Douăeste în predispoziție de redirecționare sunt în stare de polarizare inversă. În acest interval, inductorul își eliberează energia prin dioda D._Două. Curentul de ieșire scade exponențial de la valoarea maximă pozitivă (I_max) la zero.

Aplicarea KVL va primi

Tensiunea de ieșire V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 comutator curent i_S1= 0 și curentul diodei i_D1= 0

(iv) Intervalul IV (t2 În această durată, comutatorul S₁este OFF și S_Douăsunt închise și diodele D₁și D_Douăsunt în părtinire inversă. În acest interval, inductorul s-a încărcat la valoarea maximă negativă (-I_max) la zero.

Aplicarea KVL va primi

Tensiunea de ieșire V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 și curentul diodei i_D1= 0

Moduri de operare a invertorului Half Bridge

Rezumarea intervalelor de timp este prezentată într-un tabel de mai jos

S.NO	Interval de timp	Conduita dispozitivului	Tensiunea de ieșire (V0 )	Ieșire Curent ( Eu0 )	Comutarea curentului (iS1 )	Comutarea diodei (iD1 )
1	01	D1	V0> 0	Eu0<0	0	- Eu0
Două	t1	S1	V0> 0	Eu0> 0	Eu0	0
3	T / 2Două	DDouă	V0<0	Eu0> 0	0	0
4	tDouă	SDouă	V0<0	Eu0<0	0	0

Forma de undă a tensiunii de ieșire a unui invertor monofazat cu jumătate de punte cu sarcină RL este prezentată în figura de mai jos.

Tensiunea de ieșire a formei de undă a invertorului monofazat cu jumătate de pod cu sarcină R-L

Half Bridge Inverter Vs Full Bridge Inverter

Diferența dintre invertorul cu jumătate de punte și invertorul cu punte completă este prezentată în tabelul de mai jos.

S.NO	Invertor pe jumătate de pod “Diagrama circuitului de completare completă pe 4 biți ”	Invertor Full Bridge
1	Eficiența este mare la invertorul cu jumătate de punte	În invertor full-bridgede asemenea,eficiența este ridicată
Două	În invertorul cu jumătate de punte, formele de undă ale tensiunii de ieșire sunt pătrate, cvasi pătrate sau PWM	În invertorul cu punte completă, formele de undă ale tensiunii de ieșire sunt pătrate, cvasi pătrate sau PWM
3	Tensiunea de vârf în invertorul cu jumătate de punte este jumătate din tensiunea de alimentare DC	Tensiunea de vârf în invertorul full-bridge este aceeași cu tensiunea de alimentare DC
4	Invertorul cu jumătate de punte conține două comutatoare	Invertorul full-bridge conține patru comutatoare
5	Tensiunea de ieșire este E0= EDC/Două	Tensiunea de ieșire este E0= EDC
6	Tensiunea de ieșire fundamentală este E1= 0,45 EDC	Tensiunea de ieșire fundamentală este E1= 0,9 EDC
7	Acest tip de invertor generează tensiuni bipolare	Acest tip de invertor generează tensiuni monopolare

Avantaje

Avantajele invertorului monofazat cu jumătate de punte sunt

• Circuitul este simplu
• Costul este mic

Dezavantaje

Dezavantajele invertorului monofazat cu jumătate de punte sunt

• TUF (Transformer Utilization Factor) este scăzut
• Eficiența este scăzută

Astfel, totul este vorba o prezentare generală a invertorului cu jumătate de punte , se discută diferența dintre invertorul cu jumătate de punte și invertorul cu punte completă, avantaje, dezavantaje, invertorul monofazat cu jumătate de punte cu sarcină rezistivă. Iată o întrebare pentru dvs., care sunt aplicațiile invertorului cu jumătate de punte?