Cara Merangka Penyongsang - Teori dan Tutorial

Catatan itu menerangkan petua dan teori asas yang mungkin berguna bagi pendatang baru semasa merancang atau menangani konsep penyongsang asas. Mari belajar lebih lanjut.

Apa itu Penyongsang

Ini adalah peranti yang menukar atau membalikkan voltan rendah, berpotensi DC tinggi menjadi voltan bergantian tinggi rendah semasa seperti dari sumber bateri automotif 12V ke output AC 220V.

Prinsip Asas di sebalik Penukaran di atas

Prinsip asas di sebalik menukar DC voltan rendah ke AC voltan tinggi adalah menggunakan arus tinggi yang tersimpan di dalam sumber DC (biasanya bateri) dan menaikkannya ke AC voltan tinggi.

Ini pada dasarnya dicapai dengan menggunakan induktor, yang merupakan transformer yang mempunyai dua set penggulungan iaitu primer (input) dan sekunder (output).

Penggulungan primer dimaksudkan untuk menerima input arus tinggi langsung sementara yang kedua adalah untuk membalikkan input ini ke arus bolak arus rendah voltan tinggi yang sesuai.

Apakah voltan atau arus bolak balik

Dengan voltan bergantian, kita bermaksud voltan yang menukar polaritasnya dari positif ke negatif dan sebaliknya berkali-kali sesaat bergantung pada frekuensi yang ditetapkan pada input pengubah.

Secara amnya frekuensi ini adalah 50Hz atau 60 Hz bergantung pada spesifikasi utiliti negara tertentu.

Frekuensi yang dihasilkan secara buatan digunakan pada kadar di atas untuk memberi makan tahap output yang mungkin terdiri daripada transistor kuasa atau mosfet atau GBT yang disatukan dengan pengubah daya.

Peranti kuasa bertindak balas terhadap denyutan yang diberi dan mendorong penggulungan transformer yang disambungkan dengan frekuensi yang sesuai pada arus dan voltan bateri yang diberikan.

Tindakan di atas mendorong voltan tinggi yang setara melintasi penggulungan sekunder pengubah yang akhirnya menghasilkan 220V atau 120V AC yang diperlukan.

Simulasi Manual Mudah

Simulasi manual berikut menunjukkan prinsip operasi asas litar penarik tolakan berasaskan pengubah paip pusat.

Apabila belitan utama dihidupkan secara bergantian dengan arus bateri, jumlah voltan dan arus yang setara disebabkan oleh belitan sekunder melalui terbang balik mod, yang menerangi mentol yang disambungkan.

Dalam penyongsang yang dikendalikan litar, operasi yang sama dilaksanakan tetapi melalui peranti kuasa dan litar pengayun yang menukar belitan pada kadar yang lebih cepat, biasanya pada kadar 50Hz atau 60Hz.

Oleh itu, dalam penyongsang tindakan yang sama kerana peralihan cepat akan menyebabkan beban kelihatan selalu AKTIF, walaupun pada kenyataannya beban akan dihidupkan / MATI pada kadar 50Hz atau 60Hz.

Bagaimana Transformer Menukar Input yang diberikan

Seperti yang dibincangkan di atas, pengubah biasanya akan mempunyai dua penggulungan, satu primer dan sekunder yang lain.

Kedua-dua belitan bereaksi sedemikian rupa sehingga ketika arus pengalih diterapkan pada belitan primer akan menyebabkan daya yang relevan secara proporsional dipindahkan melintasi belitan sekunder melalui induksi elektromagnetik.

Oleh itu, anggaplah, jika primer dinilai pada 12V dan sekunder pada 220V, input DC 12V berayun atau berdenyut ke sisi primer akan mendorong dan menghasilkan AC 220V di terminal sekunder.

Namun, input ke primer tidak boleh menjadi arus searah, yang berarti walaupun sumbernya mungkin DC, ia mesti diterapkan dalam bentuk berdenyut atau sebentar di seberang primer, atau dalam bentuk frekuensi pada tingkat yang ditentukan, kita memiliki membincangkan perkara ini di bahagian sebelumnya.

Ini diperlukan supaya sifat-sifat induktor yang melekat dapat dilaksanakan, yang mana induktor menyekat arus yang berfluktuasi dan berusaha mengimbangkannya dengan membuang arus yang setara ke dalam sistem semasa ketiadaan nadi input, juga dikenal sebagai fenomena flyback .

Oleh itu, semasa DC diterapkan, arus utama menyimpan arus ini, dan ketika DC terputus dari belitan, memungkinkan belitan untuk menarik arus yang tersimpan di terminalnya.

Walau bagaimanapun kerana terminal terputus, emf belakang ini disebabkan oleh belitan sekunder, yang membentuk AC yang diperlukan di terminal output sekunder.

Oleh itu, penjelasan di atas menunjukkan bahawa litar pulser atau lebih mudah, litar pengayun menjadi mustahak semasa merancang penyongsang.

Tahap Litar Asas Penyongsang

Untuk membina penyongsang berfungsi asas dengan prestasi yang cukup baik, anda memerlukan elemen asas berikut:

• Pengubah
• Peranti Kuasa, seperti saluran N MOSFET atau NPN Biploar Power Transistor
• Bateri Asid plumbum

Gambarajah blok

Berikut adalah gambarajah blok yang menggambarkan bagaimana menerapkan elemen di atas dengan konfigurasi yang mudah (tekan tekan-tarik tengah).

Cara Merangka Litar Pengayun untuk Penyongsang

Litar pengayun adalah tahap litar penting dalam mana-mana penyongsang, kerana tahap ini menjadi bertanggungjawab untuk menukar Dc ke belitan utama pengubah.

Tahap pengayun mungkin merupakan bahagian termudah dalam litar penyongsang. Ini pada dasarnya adalah konfigurasi multivibrator yang boleh dibuat dengan pelbagai cara.

Anda boleh menggunakan gerbang NAND, gerbang NOR, peranti dengan pengayun terbina dalam seperti IC 4060, IC LM567 atau hanya IC 555. Pilihan lain ialah penggunaan transistor dan kapasitor dalam mod astable standard.

Gambar berikut menunjukkan konfigurasi pengayun yang berbeza yang dapat digunakan dengan berkesan untuk mencapai ayunan asas bagi setiap reka bentuk penyongsang yang dicadangkan.

Dalam gambar rajah berikut kita melihat beberapa reka bentuk litar pengayun yang popular, keluarannya adalah gelombang persegi yang sebenarnya adalah denyutan positif, blok persegi tinggi menunjukkan potensi positif, ketinggian blok persegi menunjukkan tahap voltan, yang biasanya sama dengan yang digunakan voltan bekalan ke IC, dan lebar blok persegi menunjukkan jangka masa di mana voltan ini tetap hidup.

Peranan Pengayun dalam Litar Penyongsang

Seperti yang dibincangkan di bahagian sebelumnya, tahap pengayun diperlukan untuk menghasilkan denyutan voltan asas untuk memberi makan tahap daya berikutnya.

Walau bagaimanapun, denyutan dari tahap ini boleh menjadi terlalu rendah dengan output semasa, dan oleh itu ia tidak dapat diumpankan secara langsung ke transformer atau ke transistor daya pada tahap output.

Untuk mendorong arus ayunan ke tahap yang diperlukan, tahap pemacu pertengahan biasanya digunakan, yang mungkin terdiri daripada beberapa transistor kuasa sederhana tinggi atau bahkan sesuatu yang lebih kompleks.

Namun hari ini dengan munculnya mosfet yang canggih, tahap pemandu mungkin akan dihapuskan sepenuhnya.

Ini kerana mosfet adalah peranti yang bergantung kepada voltan dan tidak bergantung pada magnitud semasa untuk beroperasi.

Dengan adanya potensi di atas 5V melintasi pintu gerbang dan sumbernya, kebanyakan mosfet akan tepu dan berfungsi sepenuhnya di sepanjang saluran dan sumbernya, walaupun arus serendah 1mA

Ini menjadikan keadaan sangat sesuai, dan mudah digunakan untuk aplikasi penyongsang.

Kita dapat melihat bahawa dalam rangkaian pengayun di atas, outputnya adalah sumber tunggal, namun dalam semua topologi penyongsang, kita memerlukan output berdenyut polarisasi bergantian atau berlawanan dari dua sumber. Ini dapat dicapai dengan menambahkan tahap gerbang penyongsang (untuk membalikkan voltan) ke output yang ada dari pengayun, lihat gambar di bawah.

Mengkonfigurasi Tahap Pengayun untuk Merangka Litar Inverter Kecil

Sekarang mari kita cuba memahami kaedah mudah di mana penjelasan di atas dengan tahap pengayun dapat dilampirkan dengan tahap daya untuk membuat reka bentuk penyongsang yang berkesan dengan cepat.

Merancang Litar Inverter menggunakan NOT Gate Oscillator

Gambar berikut menunjukkan bagaimana penyongsang kecil dapat dikonfigurasi menggunakan pengayun gerbang NOT seperti dari IC 4049.

Di sini pada dasarnya N1 / N2 membentuk tahap pengayun yang membuat jam 50Hz atau 60Hz atau ayunan yang diperlukan untuk operasi penyongsang. N3 digunakan untuk membalikkan jam ini kerana kita perlu menerapkan jam yang terpolarisasi bertentangan untuk tahap pengubah daya.

Namun kita juga dapat melihat gerbang N4, N5 N6, yang dikonfigurasi melintasi garis input dan garis output N3.

Sebenarnya N4, N5, N6 hanya disertakan untuk menampung 3 pintu tambahan yang terdapat di dalam IC 4049, jika tidak hanya N1, N2, N3 yang pertama dapat digunakan sendiri untuk operasi, tanpa masalah.

3 tambahan gerbang bertindak seperti penampan dan juga pastikan bahawa pintu gerbang ini tidak dibiarkan tersambung, yang sebaliknya boleh menimbulkan kesan buruk pada IC dalam jangka masa panjang.

Jam terpolarisasi yang berlawanan di output N4, dan N5 / N6 diterapkan ke dasar tahap BJT daya menggunakan BJT daya TIP142, yang mampu menangani arus 10 amp yang baik. Transformer dapat dilihat dikonfigurasi di seluruh pengumpul BJT.

Anda akan mendapati bahawa tidak ada tahap penguat atau pemacu perantaraan yang digunakan dalam reka bentuk di atas kerana TIP142 itu sendiri mempunyai tahap BJT Darlington dalaman untuk penguatan dalaman yang diperlukan dan oleh itu dapat dengan selesa memperkuat jam arus rendah dari pintu NOT ke tinggi ayunan arus melintasi penggulungan pengubah yang bersambung.

Lebih banyak reka bentuk penyongsang IC 4049 boleh didapati di bawah:

Litar Inverter Daya 2000 VA buatan sendiri

Litar Bekalan Kuasa Tidak Terputus (UPS) Paling Mudah

Merancang Litar Inverter menggunakan Schmidt Trigger NAND gate Oscillator

Gambar berikut menunjukkan bagaimana rangkaian osilator menggunakan IC 4093 dapat disatukan dengan tahap daya BJT yang serupa untuk membuat reka bentuk penyongsang yang berguna .

Angka itu menunjukkan reka bentuk penyongsang kecil menggunakan gerbang pencetus IC 4093 Schmidt NAND. Cukup serupa di sini juga N4 dapat dielakkan dan pangkalan BJT dapat dihubungkan secara langsung di seluruh input dan output N3. Tetapi sekali lagi, N4 disertakan untuk menampung satu pintu tambahan di dalam IC 4093 dan memastikan pin inputnya tidak tersambung.

Reka bentuk penyongsang IC 4093 yang serupa boleh dirujuk dari pautan berikut:

Litar Penyongsang Modifikasi Terbaik

Cara Membuat Litar Solar Inverter

Cara Membina Litar Inverter Daya Tinggi 400 Watt dengan Pengecas Built-in

Cara Merangka Litar UPS - Tutorial

Gambarajah pinout untuk IC 4093 dan IC 4049

CATATAN: Pin bekalan kuasa Vcc, dan Vss tidak ditunjukkan dalam diagram penyongsang, ini mesti disambungkan dengan betul dengan bekalan bateri 12V, untuk penyongsang 12V. Untuk penyongsang voltan yang lebih tinggi, bekalan ini mesti diturunkan dengan tepat ke 12V untuk pin bekalan IC.

Mereka bentuk Mini Inverter Circuit menggunakan IC 555 Oscillator

Dari contoh di atas, menjadi sangat jelas bahawa bentuk penyongsang paling asas dapat dirancang dengan hanya menggabungkan tahap kuasa transformer BJT + dengan tahap pengayun.

Mengikut prinsip yang sama, pengayun IC 555 juga dapat digunakan untuk merancang penyongsang kecil seperti yang ditunjukkan di bawah:

Litar di atas dapat dijelaskan sendiri, dan mungkin tidak memerlukan penjelasan lebih lanjut.

Litar penyongsang IC 555 seperti ini terdapat di bawah:

Litar Penyongsang IC 555 ringkas

Memahami Topologi Inverter (Cara Mengkonfigurasi Tahap Keluaran)

Pada bahagian di atas, kami belajar mengenai tahap pengayun, dan juga fakta bahawa voltan berdenyut dari pengayun terus ke tahap output kuasa sebelumnya.

Terdapat terutamanya tiga cara di mana tahap output penyongsang dapat dirancang.

Dengan Menggunakan:

1. Push Pull Stage (dengan Center Tap Transformer) seperti yang dijelaskan dalam contoh di atas
2. Push Pull Half-Bridge Stage
3. Push Pull Full-Bridge atau H-Bridge Stage

Tahap push pull menggunakan transformer tap tengah adalah reka bentuk yang paling popular kerana melibatkan pelaksanaan yang lebih sederhana dan menghasilkan hasil yang dijamin.

Namun ia memerlukan transformer yang lebih besar dan outputnya lebih rendah dalam kecekapannya.

Beberapa reka bentuk penyongsang dapat dilihat di bawah yang menggunakan pengubah paip pusat:

Dalam konfigurasi ini, pada dasarnya pengubah keran tengah digunakan dengan ketukan luarnya yang disambungkan ke hujung panas peranti output (transistor atau mosfet) sementara paip tengah sama ada ke negatif bateri atau positif bateri bergantung pada jenis peranti yang digunakan (jenis N atau jenis P).

Topologi Jambatan Separuh

Tahap setengah jambatan tidak menggunakan pengubah keran tengah.

KE jambatan separuh konfigurasi lebih baik daripada jenis litar tekan tekan tengah dari segi kekompakan dan kecekapan, namun memerlukan kapasitor nilai besar untuk melaksanakan fungsi di atas.

KE jambatan penuh atau penyongsang jambatan H serupa dengan rangkaian jambatan setengah kerana ia juga menggabungkan pengubah dua paip biasa dan tidak memerlukan pengubah paip tengah.

Satu-satunya perbezaan adalah penghapusan kapasitor dan kemasukan dua lagi peranti kuasa.

Topologi Jambatan Penuh

Litar penyongsang jambatan penuh terdiri daripada empat transistor atau mosfet yang disusun dalam konfigurasi yang menyerupai huruf 'H'.

Keempat-empat peranti mungkin jenis saluran N atau dengan dua saluran N dan dua saluran P bergantung pada tahap pengayun pemacu luaran yang sedang digunakan.

Sama seperti jambatan separuh, jambatan penuh juga memerlukan output berayun secara berasingan, terpencil untuk mencetuskan peranti.

Hasilnya adalah sama, transformer primer yang disambungkan mengalami pertukaran arus bateri ke hadapan terbalik melaluinya. Ini menghasilkan voltan naik yang diinduksi yang diperlukan melintasi penggulungan sekunder output pengubah. Kecekapan paling tinggi dengan reka bentuk ini.

Perincian Logik H-Bridge Transistor

Gambar rajah berikut menunjukkan konfigurasi jambatan H khas, peralihan dibuat seperti di bawah:

1. A TINGGI, D TINGGI - tolak ke hadapan
2. B TINGGI, C TINGGI - tarikan terbalik
3. A TINGGI, B TINGGI - berbahaya (dilarang)
4. C TINGGI, D TINGGI - berbahaya (dilarang)

Penjelasan di atas memberikan maklumat asas mengenai bagaimana merancang penyongsang, dan hanya dapat digabungkan untuk merancang litar penyongsang biasa, biasanya jenis gelombang persegi.

Namun terdapat banyak konsep selanjutnya yang mungkin berkaitan dengan reka bentuk penyongsang seperti membuat penyongsang gelombang sinus, penyongsang berdasarkan PWM, penyongsang terkawal output, ini hanyalah tahap tambahan yang dapat ditambahkan dalam reka bentuk asas yang dijelaskan di atas untuk melaksanakan fungsi tersebut.

Kami akan membincangkannya pada waktu lain atau mungkin melalui komen berharga anda.