Paano Magdisenyo ng isang Inverter - Teorya at Tutorial

Ipinapaliwanag ng post ang mga pangunahing tip at teorya na maaaring maging kapaki-pakinabang para sa mga bagong dating habang nagdidisenyo o nakikipag-usap sa mga pangunahing konsepto ng inverter. Dagdagan ang nalalaman.

Ano ang isang Inverter

Ito ay isang aparato na nagko-convert o nagbabaligtad ng isang mababang boltahe, mataas na potensyal ng DC sa isang mababang kasalukuyang mataas na alternating boltahe tulad ng mula sa isang 12V na pinagmulan ng automotive baterya hanggang sa 220V AC output.

Pangunahing Prinsipyo sa likod ng Conversion sa itaas

Ang pangunahing prinsipyo sa likod ng pag-convert ng isang mababang boltahe DC sa isang mataas na boltahe AC ay gamitin ang nakaimbak na mataas na kasalukuyang sa loob ng isang mapagkukunan ng DC (karaniwang isang baterya) at itaas ito sa isang mataas na boltahe AC.

Ito ay karaniwang nakamit sa pamamagitan ng paggamit ng isang inductor, na pangunahing isang transpormer na mayroong dalawang hanay ng paikot-ikot na pangunahing (input) at pangalawang (output).

Ang pangunahing paikot-ikot ay inilaan para sa pagtanggap ng direktang mataas na kasalukuyang input habang ang pangalawa ay para sa pag-invert ng input na ito sa kaukulang mataas na boltahe na mababang kasalukuyang alternating output.

Ano ang alternating Boltahe o Kasalukuyan

Sa pamamagitan ng alternating boltahe nangangahulugan kami ng isang boltahe na lumilipat ng polarity nito mula positibo hanggang negatibo at kabaligtaran nang maraming beses sa isang segundo depende sa itinakdang dalas sa input ng transpormer.

Pangkalahatan ang dalas na ito ay isang 50Hz o 60 Hz depende sa mga detalye ng utility ng partikular na bansa.

Ang dalas na artipisyal na nabuo ay ginagamit sa mga rate sa itaas para sa pagpapakain ng mga yugto ng output na maaaring binubuo ng mga power transistor o mosfet o GBT na isinama sa power transformer.

Tumutugon ang mga aparato ng kuryente sa mga nakain na pulso at ihimok ang konektadong paikot-ikot na transpormer na may kaukulang dalas sa ibinigay na kasalukuyang baterya at boltahe.

Ang pagkilos sa itaas ay nagpapahiwatig ng isang katumbas na mataas na boltahe sa kabuuan ng transpormer na paikot-ikot na sa huli ay naglalabas ng kinakailangang 220V o 120V AC.

Isang Simpleng Manwal na Simulation

Ang sumusunod na manu-manong simulation ay nagpapakita ng pangunahing prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang center tap transpormer batay sa push pull inverter circuit.

Kapag ang pangunahing paikot-ikot ay inililipat ng halili sa isang kasalukuyang baterya, isang katumbas na halaga ng boltahe at kasalukuyang ay sapilitan sa kabuuan ng pangalawang paikot-ikot sa pamamagitan ng flyback mode, na nag-iilaw sa nakakonektang bombilya.

Sa isang circuit na pinapatakbo ng inverters ang parehong operasyon ay ipinatupad ngunit sa pamamagitan ng mga aparato ng kuryente at isang oscillator circuit na lumilipat ng paikot-ikot sa isang mas mabilis na tulin, kadalasan sa rate na 50Hz o 60Hz.

Kaya, sa isang inverter ang parehong pagkilos dahil sa mabilis na paglipat ay magiging sanhi ng pag-load na palaging ON, bagaman sa totoo lang ang load ay lilipat ON / OFF sa 50Hz o 60Hz rate.

Paano Nagko-convert ng Transformer ang isang naibigay na Input

Tulad ng tinalakay sa itaas, ang transpormador karaniwang magkakaroon ng dalawang paikot-ikot, isang pangunahin at ang isa pang pangalawa.

Ang dalawang paikot-ikot na reaksyon sa isang paraan na kapag ang isang kasalukuyang paglipat ay inilalapat sa pangunahing paikot-ikot na sanhi ng isang proporsyonal na nauugnay na kapangyarihan na mailipat sa pangalawang paikot-ikot sa pamamagitan ng electromagnetic induction.

Samakatuwid ipagpalagay, kung ang pangunahing ay na-rate sa 12V at ang pangalawa sa 220V, ang isang oscillating o pulsating 12V DC input sa pangunahing bahagi ay mag-uudyok at makabuo ng isang 220V AC sa mga pangalawang terminal.

Gayunpaman, ang input sa pangunahin ay hindi maaaring isang direktang kasalukuyang, nangangahulugang bagaman ang mapagkukunan ay maaaring isang DC, dapat itong ilapat sa isang pulsed form o paulit-ulit sa kabuuan ng pangunahin, o sa anyo ng isang dalas sa tinukoy na antas, mayroon kaming tinalakay ito sa nakaraang seksyon.

Kinakailangan ito upang ang mga likas na katangian ng isang inductor ay maaaring ipatupad, ayon sa kung saan ang isang inductor ay pumipigil sa isang pabagu-bago na kasalukuyang at sinusubukan na balansehin ito sa pamamagitan ng pagkahagis ng isang katumbas na kasalukuyang sa system sa panahon ng kawalan ng input pulse, na kilala rin bilang flyback phenomen .

Samakatuwid kapag ang DC ay inilapat, ang pangunahing iniimbak ang kasalukuyang ito, at kapag ang DC ay nakaalis sa pagkakakonekta mula sa paikot-ikot, pinapayagan ang paikot-ikot na sipa pabalik ang nakaimbak na kasalukuyang sa mga terminal nito.

Gayunpaman dahil ang mga terminal ay naka-disconnect, ang back emf na ito ay na-induced sa pangalawang paikot-ikot, na bumubuo sa kinakailangang AC sa mga pangalawang output terminal.

Sa gayon ang paliwanag sa itaas ay ipinapakita na ang isang pulser circuit o higit na simpleng paglalagay, ang isang oscillator circuit ay naging pautos habang nagdidisenyo ng isang inverter.

Pangunahing Mga Yugto ng Circuit ng isang Inverter

Upang bumuo ng isang pangunahing functional inverter na may makatuwirang mahusay na pagganap, kakailanganin mo ang mga sumusunod na pangunahing elemento:

• Transpormer
• Mga Power Device, tulad ng N-channel MOSFETs o NPN Biploar Power Transistors
• Lead Acid Battery

I-block ang Diagram

Narito ang block diagram na naglalarawan kung paano ipatupad ang mga elemento sa itaas na may isang simpleng pagsasaayos (center tap push-pull).

Paano Magdisenyo ng Oscillator Circuit para sa isang Inverter

Ang isang oscillator circuit ay ang kritikal na yugto ng circuit sa anumang inverter, dahil ang yugtong ito ay nagiging responsable para sa paglipat ng Dc sa pangunahing paikot-ikot ng transpormer.

Ang isang yugto ng oscillator ay marahil ang pinakasimpleng bahagi sa isang inverter circuit. Karaniwan ito ay isang astable na pagsasaayos ng multivibrator na maaaring magawa sa maraming iba't ibang mga paraan.

Maaari mong gamitin ang mga pintuang NAND, mga pintuang NOR, mga aparato na may built-in na mga oscillator tulad ng IC 4060, IC LM567 o ganap na isang 555 IC. Ang isa pang pagpipilian ay ang paggamit ng mga transistor at capacitor sa karaniwang astable mode.

Ipinapakita ng mga sumusunod na imahe ang iba't ibang mga pagsasaayos ng oscillator na maaaring mabisang nagtatrabaho para sa pagkamit ng pangunahing mga oscillation para sa anumang iminungkahing disenyo ng inverter.

Sa mga sumusunod na diagram nakikita namin ang ilang mga tanyag na disenyo ng oscillator circuit, ang mga output ay square wave na talagang positibong pulso, ang mga mataas na square block ay nagpapahiwatig ng mga positibong potensyal, ang taas ng mga square block ay nagpapahiwatig ng antas ng boltahe, na karaniwang katumbas ng inilapat supply boltahe sa IC, at ang lapad ng mga parisukat na bloke ay nagpapahiwatig ng tagal ng oras kung saan mananatiling buhay ang boltahe na ito.

Ang Papel ng isang Oscillator sa isang Inverter Circuit

Tulad ng tinalakay sa nakaraang seksyon, kinakailangan ang isang yugto ng oscillator para sa pagbuo ng pangunahing mga pulso ng boltahe para sa pagpapakain ng kasunod na mga yugto ng kuryente.

Gayunpaman ang mga pulso mula sa mga yugtong ito ay maaaring masyadong mababa sa kanilang kasalukuyang mga output, at samakatuwid hindi ito maaaring direktang pakainin sa transpormer o sa mga transistors ng kuryente sa yugto ng paglabas.

Upang maitulak ang oscillation kasalukuyang sa mga kinakailangang antas, ang isang intermediate na yugto ng driver ay karaniwang nagtatrabaho, na maaaring binubuo ng isang pares ng mataas na makakuha ng medium power transistors o kahit na isang bagay na mas kumplikado.

Gayunpaman ngayon sa pagkakaroon ng mga sopistikadong mosfet, ang isang yugto ng pagmamaneho ay maaaring ganap na matanggal.

Ito ay dahil ang mga mosfet ay mga aparato na umaasa sa boltahe at hindi umaasa sa kasalukuyang mga lakas para sa pagpapatakbo.

Sa pagkakaroon ng isang potensyal sa itaas ng 5V sa kanilang gate at mapagkukunan, ang karamihan sa mga mosfet ay mabubusog at ganap na magsasagawa sa kanilang kanal at mapagkukunan, kahit na ang kasalukuyang ay kasing baba ng 1mA

Ginagawa nitong lubos na angkop ang mga kundisyon, at madali para sa paglalapat ng mga ito para sa mga aplikasyon ng inverter.

Maaari nating makita na sa itaas na mga circuit ng oscillator, ang output ay isang solong mapagkukunan, subalit sa lahat ng mga topology ng inverter ay nangangailangan kami ng isang halili o salungat na naka-polarise na mga pulso na output mula sa dalawang mapagkukunan. Maaari itong makamit sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang yugto ng inverter gate (para sa pag-invert ng boltahe) sa mayroon nang output mula sa mga oscillator, tingnan ang mga numero sa ibaba.

Ang pag-configure ng Oscillator Stage upang Magdisenyo ng Maliit na Mga Inverter Circuit

Subukan nating maunawaan ang mga madaling pamamaraan na kung saan ang nasa itaas ay ipinaliwanag sa mga yugto ng oscillator ay maaaring mai-attach sa isang yugto ng kuryente para sa paglikha ng mabilis na mga disenyo ng inverter.

Pagdidisenyo ng isang Inverter Circuit gamit ang HINDI Gate Oscillator

Ipinapakita ng sumusunod na pigura kung paano maaaring mai-configure ang isang maliit na inverter gamit ang isang HINDI gate oscillator tulad ng mula sa IC 4049.

Dito karaniwang bumubuo ang N1 / N2 ng yugto ng oscillator na lumilikha ng kinakailangang 50Hz o 60Hz na mga orasan o oscillation na kinakailangan para sa operasyon ng inverter. Ginagamit ang N3 para sa pag-invert ng mga orasan na ito dahil kailangan naming maglapat ng kabaligtaran na naka-polarise na mga orasan para sa yugto ng power transformer.

Gayunpaman maaari rin naming makita ang mga pintuang N4, N5 N6, na na-configure sa buong linya ng pag-input at linya ng output ng N3.

Sa totoo lang ang N4, N5, N6 ay isinama lamang para sa pagtanggap ng 3 dagdag na mga gate na magagamit sa loob ng IC 4049, kung hindi man ang unang N1, N2, N3 lamang ang maaaring magamit para sa mga operasyon, nang walang anumang mga isyu.

Ang 3 dagdag kumikilos tulad ng mga buffer at tiyakin din na ang mga pintuang ito ay hindi maiiwan na hindi konektado, na kung saan ay maaaring lumikha ng masamang epekto sa IC sa pangmatagalan.

Ang kasalungat na naka-polarise na mga orasan sa mga output ng N4, at N5 / N6 ay inilalapat sa mga base ng lakas na yugto ng BJT gamit ang TIP142 power BJTs, na may kakayahang hawakan ang isang mahusay na kasalukuyang 10 amp. Ang transpormer ay maaaring makita na naka-configure sa mga kolektor ng BJTs.

Malalaman mo na walang mga intermedyang amplifier o yugto ng pagmamaneho ang ginagamit sa disenyo sa itaas dahil ang TIP142 mismo ay may panloob na yugto ng BJT Darlington para sa kinakailangang in-built na pagpapalaki at samakatuwid ay komportableng mapalakas ang mababang kasalukuyang mga orasan mula sa HINDI pintuang-daan hanggang sa mataas kasalukuyang oscillations sa kabuuan ng konektado sa paikot-ikot na transpormer.

Maraming mga disenyo ng inverter ng IC 4049 ay matatagpuan sa ibaba:

Homemade 2000 VA Power Inverter Circuit

Pinakasimpleng Uninterrupt Power Supply (UPS) Circuit

Pagdidisenyo ng isang Inverter Circuit gamit ang Schmidt Trigger NAND gate Oscillator

Ipinapakita ng sumusunod na pigura kung paano ang isang oscillator circuit na gumagamit ng IC 4093 ay maaaring isama sa isang katulad na yugto ng kuryente ng BJT para sa paglikha ng isang kapaki-pakinabang na disenyo ng inverter .

Ang figure ay nagpapakita ng isang maliit na disenyo ng inverter gamit ang IC 4093 Schmidt gatilyo NAND gate. Medyo magkapareho din dito ang N4 ay maiiwasan at ang mga base sa BJT ay maaaring direktang konektado sa mga input at output na N3. Ngunit muli, ang N4 ay isinama upang mapaunlakan ang isang dagdag na gate sa loob ng IC 4093 at upang matiyak na ang input pin nito ay hindi naiwan na hindi konektado.

Ang mas maraming mga katulad na disenyo ng IC 4093 Inverter ay maaaring i-refer mula sa mga sumusunod na link:

Pinakamahusay na Binagong Mga Inverter Circuit

Paano Gumawa ng Solar Inverter Circuit

Paano Bumuo ng isang 400 Watt High Power Inverter Circuit na may Built in Charger

Paano Magdisenyo ng isang UPS Circuit - Tutorial

Mga diagram ng pinout para sa IC 4093 at IC 4049

TANDAAN: Ang mga pin ng supply ng Vcc, at Vss ng IC ay hindi ipinakita sa mga diagram ng inverter, ang mga ito ay dapat na naaangkop na konektado sa supply ng baterya na 12V, para sa 12V inverters. Para sa mas mataas na boltahe na inverters ang supply na ito ay dapat na naaangkop na bumaba sa 12V para sa mga IC supply pin.

Pagdidisenyo ng isang Mini Inverter Circuit gamit ang IC 555 Oscillator

Mula sa mga halimbawa sa itaas, nagiging malinaw na ang pinaka-pangunahing mga form ng inverters ay maaaring idisenyo sa pamamagitan lamang ng pagkabit ng isang yugto ng kapangyarihan ng BJT + transpormer na may yugto ng oscillator.

Kasunod sa parehong prinsipyo ang isang IC 555 oscillator ay maaari ring magamit para sa pagdidisenyo ng isang maliit na inverter tulad ng ipinakita sa ibaba:

Ang circuit sa itaas ay nagpapaliwanag sa sarili, at marahil ay hindi nangangailangan ng anumang karagdagang paliwanag.

Ang mas maraming tulad na IC 555 inverter circuit ay matatagpuan sa ibaba:

Simpleng IC 555 Inverter Circuit

Pag-unawa sa Mga Topology ng Inverter (Paano Mag-configure ang Output Stage)

Sa mga seksyon sa itaas natutunan namin ang tungkol sa mga yugto ng oscillator, at pati na rin ang katunayan na ang pulsed voltage mula sa oscillator ay dumidiretso sa naunang yugto ng output ng kuryente.

Pangunahin na may tatlong mga paraan kung saan maaaring idisenyo ang isang yugto ng output ng isang inverter.

Sa pamamagitan ng paggamit ng isang:

1. Push Pull Stage (kasama ang Center Tap Transformer) tulad ng ipinaliwanag sa mga halimbawa sa itaas
2. Push Pull Half-Bridge Stage
3. Push Pull Full-Bridge o H-Bridge Stage

Ang push pull stage gamit ang isang center tap transformer ay ang pinakatanyag na disenyo dahil nagsasangkot ito ng mas simpleng pagpapatupad at gumagawa ng mga garantisadong resulta.

Gayunpaman nangangailangan ito ng mas maraming mga transformer at ang output ay mas mababa sa kahusayan.

Ang isang pares ng mga disenyo ng inverter ay makikita sa ibaba kung saan gumagamit ng isang center tap transformer:

Sa pagsasaayos na ito, karaniwang isang center-tap transpormer ang ginagamit kasama ang panlabas na mga gripo na konektado sa mga mainit na dulo ng mga output na aparato (transistors o mosfets) habang ang center tap ay papunta sa negatibo ng baterya o sa positibo ng baterya depende sa uri ng mga aparato na ginamit (uri ng N o uri ng P).

Half-Bridge Topology

Ang isang kalahating yugto ng tulay ay hindi gumagamit ng isang center tap transformer.

SA kalahating tulay Ang pagsasaayos ay mas mahusay kaysa sa isang center tap push pull na uri ng circuit sa mga tuntunin ng pagiging siksik at kahusayan, subalit nangangailangan ito ng malalaking halaga ng mga capacitor para sa pagpapatupad ng mga pag-andar sa itaas.

SA buong tulay o isang inverter na H-tulay ay katulad sa isang kalahating network ng tulay dahil nagsasama rin ito ng isang ordinaryong dalawang tap transpormer at hindi nangangailangan ng isang center tap transformer.

Ang pagkakaiba lamang ay ang pag-aalis ng mga capacitor at ang pagsasama ng dalawa pang mga aparato ng kuryente.

Full-Bridge Topology

Ang isang buong circuit ng inverter ng tulay ay binubuo ng apat na transistor o mosfet na nakaayos sa isang pagsasaayos na kahawig ng letrang 'H'.

Ang lahat ng apat na aparato ay maaaring uri ng N channel o may dalawang N channel at dalawang P channel depende sa panlabas na yugto ng oscillator ng driver na ginagamit.

Tulad ng isang kalahating tulay, ang isang buong tulay ay nangangailangan din ng magkahiwalay, nakahiwalay na halili na mga oscillating output para sa pag-trigger ng mga aparato.

Ang resulta ay pareho, ang konektado pangunahing transpormer ay napapailalim sa isang reverse forward na uri ng paglipat ng kasalukuyang baterya sa pamamagitan nito. Bumubuo ito ng kinakailangang sapilitan na naka-step up na boltahe sa output ng pangalawang paikot-ikot ng transpormer. Ang kahusayan ay pinakamataas sa disenyo na ito.

Mga Detalye ng Logic ng H-Bridge Transistor

Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng isang tipikal na pagsasaayos ng H-tulay, ang paglipat ay ginawa sa ilalim ng:

1. Isang TAAS, D TAAS - pasulong na push
2. B TAAS, C TAAS - baligtarin ang paghila
3. A MATAAS, B MATAAS - mapanganib (ipinagbabawal)
4. C MATAAS, D MATAAS - mapanganib (ipinagbabawal)

Ang paliwanag sa itaas ay nagbibigay ng pangunahing impormasyon tungkol sa kung paano magdisenyo ng isang inverter, at maaaring isama lamang para sa pagdidisenyo ng isang ordinaryong inverter circuit, karaniwang mga uri ng parisukat na alon.

Gayunpaman maraming mga karagdagang konsepto na maaaring maiugnay sa mga disenyo ng inverter tulad ng paggawa ng isang inverter ng sine wave, inverter na batay sa PWM, inverter na kinokontrol ng output, ito ay mga karagdagang yugto lamang na maaaring idagdag sa nabanggit sa itaas na pangunahing mga disenyo para sa pagpapatupad ng nasabing mga pagpapaandar.

Tatalakayin namin sila ng ilang iba pang oras o maaaring sa pamamagitan ng iyong mahalagang mga komento.