Jednofázový poloviční můstek a plný můstkový měnič využívající Matlab

Zdroj střídavého proudu (AC) se používá téměř pro všechny obytné, komerční a průmyslové potřeby. Největší problém s AC však je, že jej nelze uložit pro budoucí použití. AC se tedy převede na DC a poté se DC uloží do baterií a ultrakondenzátorů. A nyní, kdykoli je potřeba střídavé napětí, se stejnosměrný proud znovu převede na střídavý proud, aby fungoval na střídavých zařízeních. Takže zařízení, které převádí stejnosměrné do AC se nazývá střídače.

Pro jednofázové aplikace se používá jednofázový střídač. Existují hlavně dva typy jednofázového střídače: Half Bridge Inverter a Full Bridge Inverter. Zde budeme studovat, jak lze tyto střídače postavit, a budeme simulovat obvody v MATLABu.

Měnič polovičního mostu

Tento typ střídače vyžaduje dva výkonové spínače elektroniky (MOSFET). MOSFET nebo IGBT se používá pro účely přepínání. Schéma zapojení polovodičového střídače je znázorněno na následujícím obrázku.

Jak je znázorněno na schématu zapojení, vstupní stejnosměrné napětí je Vdc = 100 V. Tento zdroj je rozdělen na dvě stejné části. Nyní jsou hradlové impulsy předávány MOSFETu, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Podle výstupní frekvence se určuje čas zapnutí a čas vypnutí MOSFET a generují se impulzy brány. Potřebujeme 50 Hz střídavé napájení, takže doba jednoho cyklu (0 <t <2π) je 20 ms. Jak je znázorněno v diagramu, MOSFET-1 se spouští pro první poloviční cyklus (0 <t <π) a během této doby se MOSFET-2 nespustí. V tomto časovém období bude proud protékat ve směru šipky, jak je znázorněno na následujícím obrázku, a je dokončen poloviční cyklus AC výstupu. Proud ze zátěže je zprava doleva a zátěžové napětí se rovná + Vdc / 2.

Ve druhé polovině cyklu (π <t <2π) se spustí MOSFET-2 a se zátěží se spojí zdroj nižšího napětí. Proud ze zátěže je zleva doprava a napětí zátěže se rovná -Vdc / 2. V tomto časovém období bude protékat proud, jak je znázorněno na obrázku, a druhá polovina cyklu střídavého výstupu je dokončena.

Full Bridge Inverter

U tohoto typu střídače se používají čtyři spínače. Hlavní rozdíl mezi polovičním můstkem a plným můstkovým střídačem je maximální hodnota výstupního napětí. V polovičním můstkovém střídači je špičkové napětí polovinou stejnosměrného napájecího napětí. V měniči s plným můstkem je špičkové napětí stejné jako stejnosměrné napájecí napětí. Schéma zapojení úplného můstku střídače je, jak je znázorněno v následujícím pořadí.

Hradlový impuls pro MOSFET 1 a 2 jsou stejné. Oba spínače pracují současně. Podobně MOSFET 3 a 4 mají stejné hradlové impulsy a pracují současně. MOSFET 1 a 4 (vertikální rameno) však nikdy nepracují současně. Pokud k tomu dojde, dojde ke zkratu zdroje stejnosměrného napětí.

Pro horní poloviční cyklus (0 <t <π) se spustí MOSFET 1 a 2 a bude proudit proud, jak je znázorněno na obrázku níže. V tomto časovém období proud teče zleva doprava.

Pro dolní polovinu cyklu (π <t <2π) se spustí MOSFET 3 a 4 a bude proudit proud, jak je znázorněno na obrázku. V tomto časovém období proud teče zprava doleva. Napětí špičkového zatížení je v obou případech stejné jako stejnosměrné napájecí napětí Vdc.

Simulace měniče Half-Bridge v MATLABu

Pro simulaci přidejte prvky do souboru modelu z knihovny Simulink.

1) 2 stejnosměrný zdroj - každý 50V

2) 2 MOSFET

3) Odporové zatížení

4) Generátor impulzů

5) NENÍ brána

6) Powergui

7) Měření napětí

8) GOTO a OD

Připojte všechny komponenty podle schématu zapojení. Snímek obrazovky modelu modelu Half Bridge Inverter je uveden na následujícím obrázku.

Impulz brány 1 a impuls brány 2 jsou impulzy brány pro MOSFET1 a MOSFET2, které jsou generovány z obvodu generátoru brány. Impulz brány je generován PULSE GENERATOR. V takovém případě nelze MOSFET1 a MOSFET2 spustit současně. Pokud k tomu dojde, dojde ke zkratu zdroje napětí. Když je MOSFET1 zavřený, MOSFET2 bude v té době otevřený a když je MOSFET2 zavřený, MOSFET1 je v té době otevřený. Pokud tedy generujeme hradlový impuls pro libovolný MOSFET, můžeme tento pulz přepnout a použít pro další MOSFET.

Generátor impulzů brány

Obrázek nahoře zobrazuje parametr bloku generátoru impulzů v MATLABu. Doba je 2e-3 znamená 20 ms. Pokud potřebujete 60Hz frekvenční výstup, pak bude období 16,67 ms. Šířky impulzu je, pokud jde o procento období. To znamená, že hradlový puls je generován pouze pro tuto oblast. V tomto případě nastavíme na 50%, to znamená, že je generován 50% pulz periody brány a 50% pulz periody periody není generován. Fázové zpoždění je nastaven na 0 sekund, znamená, že nejsme udání zpoždění brány impulsu. Pokud existuje fázové zpoždění, znamená to, že po této době bude generován pulz brány. Například pokud je fázové zpoždění 1e-3, bude hradlový puls generován po 10 ms.

Tímto způsobem můžeme vygenerovat hradlový puls pro MOSFET1 a nyní tento hradlový pulz přepneme a použijeme pro MOSFET2. V simulaci použijeme logickou NOT bránu. NE brána inverze výstupu znamená, že převede 1 na 0 a 0 na 1. Takto můžeme přesně získat opačný hradlový puls, takže zdroj DC nikdy nebude zkratován.

V praxi nemůžeme použít 50% šířku pulzu. Vypnutí MOSFETu nebo jakéhokoli jiného elektrického vypínače zabere jen málo času. Aby nedocházelo ke zkratu zdroje, je šířka impulzu nastavena na přibližně 45%, aby se umožnil čas pro vypnutí MOSFETů. Toto časové období je známé jako mrtvý čas. Ale pro účely simulace můžeme použít 50% šířku pulzu.

Výstupní křivka pro střídač Half-Bridge

Tento snímek obrazovky je pro výstupní napětí napříč zátěží. Na tomto obrázku vidíme, že špičková hodnota zátěžového napětí je 50 V, což je polovina stejnosměrného napájení a frekvence je 50 Hz. Pro dokončení jednoho cyklu je požadovaný čas 20 ms.

Simulace Full Bridge Inverter v MATLABu

Pokud získáte výstup polovičního mostového střídače, je snadné implementovat plný mostový střídač, protože většina věcí zůstává stejná. Také v případě úplného přemostění mostu potřebujeme pouze dva impulzy brány, což je stejné jako u polovičního přemostění mostu. Jeden hradlový puls je pro MOSFET 1 a 2 a inverze tohoto hradlového impulzu je pro MOSFET 3 a 4.

Vyžadovány prvky

1) 4 - MOSFET

2) 1 stejnosměrný zdroj

3) Odporové zatížení

4) Měření napětí

5) Generátor impulzů

6) GOTO a OD

7) powergui

Připojte všechny komponenty, jak je znázorněno na následujícím snímku obrazovky.

Tvar výstupní vlny pro Full Bridge Inverter

Tento snímek obrazovky je pro výstupní napětí napříč zátěží. Zde vidíme, že špičková hodnota zátěžového napětí se rovná stejnosměrnému napájecímu napětí, které je 100V.

Kompletní procházku Video o tom, jak vytvořit a simulovat Half Bridge a Full Bridge Inverter v MATLABu, můžete zkontrolovat níže.