El post explica els consells i les teories fonamentals que poden ser útils per als nouvinguts mentre dissenyen o tracten conceptes bàsics sobre inversors. Aprenem més.
Què és un inversor
És un dispositiu que converteix o inverteix un baix voltatge i un alt potencial de CC en un voltatge altern alt de baix corrent, com ara des d’una font de bateria automotriu de 12V fins a una sortida de 220V CA.
Principi bàsic darrere de la conversió anterior
El principi bàsic darrere de convertir un corrent continu de baixa tensió en un voltatge altern és utilitzar el corrent elevat emmagatzemat dins d’una font de corrent continu (normalment una bateria) i augmentar-lo a un voltatge altern.
Això s'aconsegueix bàsicament mitjançant l'ús d'un inductor, que és principalment un transformador que té dos conjunts de bobinatge, és a dir, primari (d'entrada) i secundari (de sortida).
El bobinatge primari està destinat a rebre l’entrada de corrent alt directe mentre que el secundari és per invertir aquesta entrada a la sortida alterna corresponent de baix voltatge corresponent.
Què és el voltatge o el corrent altern
Per tensió alterna entenem una tensió que canvia la seva polaritat de positiva a negativa i viceversa moltes vegades per segon, depenent de la freqüència configurada a l’entrada del transformador.
En general, aquesta freqüència és de 50 Hz o 60 Hz, depenent de les especificacions d'utilitat del país concret.
S'utilitza una freqüència generada artificialment a les taxes anteriors per alimentar les etapes de sortida que poden consistir en transistors de potència o mosfets o GBT integrats amb el transformador de potència.
Els dispositius de potència responen als impulsos alimentats i condueixen el bobinatge del transformador connectat amb la freqüència corresponent al corrent i voltatge de la bateria donats.
L'acció anterior indueix una alta tensió equivalent a través del bobinatge secundari del transformador, que en última instància genera els 220V o 120V CA necessaris.
Una simulació manual senzilla
La següent simulació manual mostra el principi bàsic de funcionament d’un circuit inversor push pull basat en transformadors centrals.
Quan el bobinatge primari es commuta alternativament amb un corrent de bateria, s’indueix una quantitat equivalent de voltatge i corrent a través del bobinatge secundari flyback mode, que il·lumina la bombeta connectada.
En un inversor que funciona amb un circuit, s’implementa la mateixa operació, però mitjançant dispositius de potència i un circuit oscil·lador que commuta el bobinat a un ritme molt més ràpid, generalment a una velocitat de 50Hz o 60Hz.
Per tant, en un inversor, la mateixa acció deguda a un canvi ràpid faria que la càrrega aparegui sempre activada, tot i que en realitat la càrrega s’encendria / apagaria a una velocitat de 50Hz o 60Hz.
Com el transformador converteix una entrada determinada
Com s'ha comentat anteriorment, el transformador solen tenir dos sinuosos, un primari i l’altre secundari.
Els dos bobinatges reaccionen de tal manera que, quan s'aplica un corrent de commutació al bobinatge primari, es produiria la transferència d'una potència proporcionalment rellevant a través del bobinat secundari mitjançant la inducció electromagnètica.
Per tant, suposem que, si la primària es classifica a 12V i la secundària a 220V, una entrada de 12V CC oscil·lant o polsant al costat primari induiria i generaria una corrent altern de 220V a través dels terminals secundaris.
Tanmateix, l’entrada al primari no pot ser un corrent continu, és a dir, tot i que la font pot ser un corrent continu, s’ha d’aplicar de forma intermitent o de forma intermitent a través del principal, o bé en forma de freqüència al nivell especificat. ho hem comentat a la secció anterior.
Això es requereix perquè es puguin implementar els atributs inherents a un inductor, segons el qual un inductor restringeix un corrent fluctuant i intenta equilibrar-lo llançant un corrent equivalent al sistema durant l'absència del pols d'entrada, també conegut com a fenomen de retrocés .
Per tant, quan s’aplica el corrent continu, el corrent primari emmagatzema aquest corrent i, quan el corrent continu es desconnecta del bobinatge, permet que el bobinat retrocedeixi el corrent emmagatzemat a través dels seus terminals.
No obstant això, atès que els terminals estan desconnectats, aquesta emf posterior s'indueix al bobinatge secundari, constituint la CA necessària a través dels terminals de sortida secundaris.
L'explicació anterior mostra, per tant, que un circuit d'impulsor o, més simplement, un circuit oscil·lador es fa imprescindible durant el disseny d'un inversor.
Etapes del circuit fonamental d’un inversor
Per construir un inversor funcional bàsic amb un rendiment raonablement bo, necessitareu els elements bàsics següents:
- Transformador
- Dispositius d’alimentació, com ara el canal N. MOSFET o transistors de potència biploars NPN
- Bateria de plom àcid
Diagrama de blocs
A continuació, es mostra el diagrama de blocs que il·lustra com implementar els elements anteriors amb una configuració senzilla (push-pull central del toc).
Com dissenyar un circuit oscil·lador per a un inversor
Un circuit oscil·lador és l’etapa de circuit crucial de qualsevol inversor, ja que aquesta etapa es fa responsable de canviar la CC al bobinatge primari del transformador.
Un escenari oscil·lador és potser la part més senzilla d’un circuit inversor. Bàsicament és una configuració multivibrador assequible que es pot fer de moltes maneres diferents.
Podeu utilitzar portes NAND, portes NOR, dispositius amb oscil·ladors integrats com IC 4060, IC LM567 o simplement un IC 555. Una altra opció és l'ús de transistors i condensadors en mode astable estàndard.
Les imatges següents mostren les diferents configuracions de l’oscil·lador que es poden utilitzar eficaçment per aconseguir les oscil·lacions bàsiques per a qualsevol disseny d’inversors proposat.
En els següents diagrames veiem alguns dissenys populars de circuits oscil·ladors, les sortides són d’ona quadrada que són en realitat impulsos positius, els blocs quadrats alts indiquen potencials positius, l’alçada dels blocs quadrats indica el nivell de voltatge, que normalment és igual al tensió d’alimentació a l’IC i l’amplada dels blocs quadrats indiquen l’interval de temps durant el qual aquesta tensió es manté viva.
El paper d’un oscil·lador en un circuit inversor
Com es va comentar a la secció anterior, es necessita una etapa oscil·ladora per generar impulsos de tensió bàsics per alimentar les etapes de potència posteriors.
No obstant això, els impulsos d'aquestes etapes poden ser massa baixos amb les seves sortides de corrent i, per tant, no es poden alimentar directament al transformador ni als transistors de potència de l'etapa de sortida.
Per tal d'empènyer el corrent d'oscil·lació als nivells requerits, normalment s'utilitza una etapa de control intermedi, que pot consistir en un parell de transistors de potència mitjana d'alt guany o fins i tot alguna cosa més complexa.
Tanmateix, avui, amb l'arribada de sofisticats mosquetes, es pot eliminar completament una etapa de pilotatge.
Això es deu al fet que els mosfets són dispositius que depenen de la tensió i no depenen de les magnituds actuals per funcionar.
Amb la presència d’un potencial superior a 5V a través de la porta i la font, la majoria dels mosfets es saturarien i es conduirien completament a través del drenatge i la font, fins i tot si el corrent és tan baix com 1mA
Això fa que les condicions siguin molt adequades i fàcils d'aplicar-les per a aplicacions d'inversors.
Podem veure que en els circuits oscil·ladors anteriors, la sortida és una font única, però en totes les topologies d’inversors necessitem una sortida de polsos polaritzada de manera alternativa o oposada de dues fonts. Això es pot aconseguir simplement afegint una etapa de porta inversora (per invertir la tensió) a la sortida existent dels oscil·ladors, vegeu les figures següents.
Configuració de l’etapa de l’oscil·lador per dissenyar petits circuits d’inversors
Intentem ara comprendre els mètodes fàcils a través dels quals es pot connectar l'anterior explicat amb etapes oscil·ladores amb una etapa de potència per crear dissenys d'inversors eficaços ràpidament.
Disseny d’un circuit d’inversors mitjançant l’oscil·lador NOT Gate
La següent figura mostra com es pot configurar un inversor petit mitjançant un oscil·lador de porta NO, com ara des de l'IC 4049.
Aquí bàsicament N1 / N2 forma l’etapa de l’oscil·lador que crea els rellotges o oscil·lacions necessaris de 50Hz o 60Hz necessaris per al funcionament de l’inversor. N3 s’utilitza per invertir aquests rellotges perquè hem d’aplicar rellotges polaritzats oposadament per a l’etapa del transformador de potència.
Tanmateix, també podem veure portes N4, N5 N6, que es configuren a través de la línia d'entrada i de sortida de N3.
En realitat, N4, N5, N6 s’inclouen simplement per allotjar les 3 portes addicionals disponibles dins de l’IC 4049, en cas contrari, només es podrien utilitzar les primeres N1, N2, N3 per a les operacions, sense cap problema.
Els 3 extra les portes actuen com a amortidors i també assegureu-vos que aquestes portes no es quedin desconnectades, cosa que pot provocar efectes adversos a la CI a la llarga.
Els rellotges oposats polaritzats a través de les sortides de N4 i N5 / N6 s’apliquen a les bases de l’etapa BJT de potència mitjançant BJT de potència TIP142, que són capaços de manejar un bon corrent de 10 amperis. El transformador es pot veure configurat a través dels col·lectors dels BJT.
Descobrirà que no s’utilitzen amplificadors intermedis ni etapes de controlador en el disseny anterior perquè el propi TIP142 té un escenari intern BJT Darlington per a l’amplificació incorporada necessària i, per tant, són capaços d’amplificar còmodament els rellotges de baix corrent des de les portes NOT a alt. oscil·lacions de corrent a través del bobinat del transformador connectat.
A continuació, es poden trobar més dissenys d’inversors IC 4049:
Circuit casolà d’inversors de potència de 2000 VA
Circuit d'alimentació ininterrompuda (SAI) més senzill
Disseny d'un circuit inversor mitjançant l'oscil·lador de porta NAND Schmidt Trigger
La següent figura mostra com es pot integrar un circuit oscil·lador que utilitza IC 4093 amb una etapa de potència BJT similar per crear un útil disseny d’inversors .
La figura mostra un petit disseny d’inversors que utilitzen portes NAND d’activació IC 4093 Schmidt. De manera idèntica també aquí es podria haver evitat el N4 i les bases BJT podrien haver estat connectades directament entre les entrades i les sortides N3. Però, de nou, N4 s’inclou per acomodar l’única porta addicional a l’interior de l’IC 4093 i per assegurar-se que el seu pin d’entrada no quedi desconnectat.
Es poden referir més dissenys d’inversors IC 4093 als següents enllaços:
Els millors circuits inversors modificats
Com fer un circuit inversor solar
Com construir un circuit inversor d’alta potència de 400 watts amb carregador incorporat
Com dissenyar un circuit UPS: tutorial
Diagrames detallats per a IC 4093 i IC 4049
NOTA: Els pins de subministrament Vcc i Vss de l’IC no es mostren als diagrames de l’inversor, sinó que s’han de connectar adequadament amb el subministrament de la bateria de 12V per als inversors de 12V. Per als inversors de tensió més alta, aquest subministrament s'ha de reduir adequadament a 12V per als pins d'alimentació IC.
Disseny d'un mini circuit inversor mitjançant l'oscil·lador IC 555
A partir dels exemples anteriors, es fa força evident que les formes més bàsiques d’inversors es podrien dissenyar simplement acoblant una etapa de potència del transformador BJT + a una etapa d’oscil·lador.
Seguint el mateix principi, també es pot utilitzar un oscil·lador IC 555 per dissenyar un petit inversor, tal com es mostra a continuació:
El circuit anterior s’explica per si mateix i potser no requereix cap explicació addicional.
A continuació, es poden trobar més circuits inverter IC 555:
Circuit inversor IC 555 simple
Descripció de les topologies dels inversors (com configurar l'etapa de sortida)
A les seccions anteriors vam conèixer els estadis de l’oscil·lador i també el fet que el voltatge pulsat de l’oscil·lador va directament a l’etapa de sortida de potència anterior.
Hi ha principalment tres maneres a través de les quals es pot dissenyar una etapa de sortida d’un inversor.
Mitjançant l'ús d'un:
- Push Pull Stage (amb el transformador central Tap) tal com s’explica als exemples anteriors
- Escenari de mig pont Push Pull
- Push Pull Full-Bridge o H-Bridge Etapa
L’escenari push pull que fa servir un transformador central d’aixetes és el disseny més popular perquè implica implementacions més senzilles i produeix resultats garantits.
No obstant això, requereix transformadors més voluminosos i la potència és inferior en eficiència.
A continuació es poden veure un parell de dissenys d’inversors que fan servir un transformador central d’aixeta:
En aquesta configuració, bàsicament s’utilitza un transformador de toc central amb les seves aixetes exteriors connectades als extrems calents dels dispositius de sortida (transistors o mosfets), mentre que l’aixeta central va al negatiu de la bateria o al positiu de la bateria, segons segons el tipus de dispositius utilitzats (tipus N o tipus P).
Topologia de mig pont
Un escenari de mig pont no fa ús d’un transformador de claqué central.
A mig pont la configuració és millor que un circuit de tipus push-pull central en termes de compacitat i eficiència, però requereix condensadors de gran valor per implementar les funcions anteriors.
A pont complet o un inversor de pont H. és similar a una xarxa de mig pont, ja que també incorpora un transformador normal de dos aixetes i no requereix un transformador de claus central.
L'única diferència és l'eliminació dels condensadors i la inclusió de dos dispositius de potència més.
Topologia de pont complet
Un circuit inversor de pont complet consta de quatre transistors o mosfets disposats en una configuració semblant a la lletra 'H'.
Els quatre dispositius poden ser de canal N o amb dos canals N i dos canals P, en funció de l’etapa de l’oscil·lador del controlador extern que s’utilitzi.
Igual que un pont mitjà, un pont complet també requereix sortides oscil·lants alternes aïllades i separades per activar els dispositius.
El resultat és el mateix, el transformador primari connectat està sotmès a una commutació inversa del corrent de la bateria a través d’ella. Això genera la tensió augmentada induïda requerida a través del bobinatge secundari de sortida del transformador. L’eficiència és màxima amb aquest disseny.
Detalls de la lògica del transistor pont H
El següent diagrama mostra una configuració típica de pont H, la commutació es fa de la següent manera:
- UNA ALTA, D ALTA - empenta cap endavant
- B HIGH, C HIGH - estirada inversa
- A ALT, B ALT - perillós (prohibit)
- C ALT, D ALT - perillós (prohibit)
L'explicació anterior proporciona la informació bàsica sobre com dissenyar un inversor i només es pot incorporar per dissenyar circuits d'inversors normals, normalment els tipus d'ona quadrada.
No obstant això, hi ha molts altres conceptes que es poden associar amb dissenys d’inversors com fer un inversor d’ona sinusoïdal, un inversor basat en PWM, un inversor controlat per sortida, aquestes són només etapes addicionals que es poden afegir als dissenys bàsics explicats anteriorment per implementar aquestes funcions.
En parlarem alguna altra vegada o pot ser mitjançant els vostres valuosos comentaris.
Anterior: Com convertir 12V DC a 220V AC Següent: 3 circuits DRL (llum de circulació diürna) interessants per al vostre cotxe
