Apa itu Half Bridge Inverter: Circuit Diagram & Its Working

Inverter adalah penukar elektronik kuasa yang menukar kuasa langsung kepada kuasa ganti. Dengan menggunakan peranti penyongsang ini, kita dapat menukar dc tetap menjadi kuasa ac berubah yang sebagai frekuensi dan voltan berubah. Kedua dari penyongsang ini, kita dapat mengubah frekuensi iaitu kita dapat menghasilkan frekuensi 40HZ, 50HZ, 60HZ mengikut keperluan kita. Sekiranya input dc adalah sumber voltan maka penyongsang dikenali sebagai VSI (Voltage Source Inverter). Penyongsang memerlukan empat peranti pensuisan manakala penyongsang separuh jambatan memerlukan dua peranti pensuisan. Penyongsang jambatan adalah dua jenis iaitu jambatan separuh penyongsang dan penyongsang jambatan penuh. Artikel ini membincangkan penyongsang jambatan separuh.

Apakah Inverter Half-Bridge?

Inverter adalah peranti yang menukar voltan dc menjadi voltan ac dan ia terdiri daripada empat suis manakala penyongsang jambatan separuh memerlukan dua dioda dan dua suis yang disambungkan secara anti-selari. Kedua suis adalah suis pelengkap yang bermaksud apabila suis pertama ON suis kedua akan MATI Begitu juga, apabila suis kedua ON, suis pertama akan mati.

Inverter Setengah Jambatan Fasa Tunggal dengan Beban Tahan

Gambarajah litar penyongsang setengah jambatan fasa tunggal dengan beban tahan ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Penyongsang Setengah Jambatan

Di mana RL adalah beban perintang, V_s/ 2 adalah sumber voltan, S₁dan S_duaadalah dua suis, i₀adalah semasa. Di mana setiap suis disambungkan ke dioda D₁dan D_duaselari. Dalam rajah di atas, suis S₁dan S_duaadalah pertukaran automatik. Suis S₁akan berlaku apabila voltan positif dan arus negatif, suis S_duaakan berlaku apabila voltan negatif, dan arus negatif. The diod D₁akan berlaku apabila voltan positif dan arus negatif, dioda D_duaakan berlaku apabila voltan negatif, dan arus positif.

Kes 1 (semasa beralih S₁adalah ON dan S_duaMATI): Semasa beralih S₁AKTIF dari jangka masa 0 hingga T / 2, dioda D₁dan D_duaberada dalam keadaan bias terbalik dan S_duasuis MATI.

Mengaplikasikan KVL (Hukum Tegangan Kirchhoff)

V_s/ 2-V₀= 0

Di mana voltan keluaran V₀= V_s/ dua

Di mana arus keluaran i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

Sekiranya arus bekalan atau arus suis, arus i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 dan arus dioda i_D1= i_D2= 0.

Kes 2 (semasa beralih S_duaadalah ON dan S₁MATI) : Apabila beralih S_duaAKTIF dari jangka masa T / 2 hingga T, dioda D₁dan D_duaberada dalam keadaan bias terbalik dan S₁suis MATI.

Mengaplikasikan KVL (Hukum Tegangan Kirchhoff)

V_s/ 2 + V₀= 0

Di mana voltan keluaran V₀= -V_s/ dua

Di mana arus keluaran i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

Sekiranya arus bekalan atau arus suis, arus i_S1= 0, i_S2= i₀= -V_s/ 2R dan arus dioda i_D1= i_D2= 0.

Bentuk gelombang voltan output penyongsang fasa tunggal jambatan ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Bentuk Gelombang Voltan Keluaran Inverter Half Bridge

Nilai purata voltan keluaran ialah

Jadi bentuk gelombang voltan keluaran dari menukar masa paksi 'T' ke '' ωt 'ditunjukkan dalam rajah di bawah

Menukar Paksi Masa Bentuk Gelombang Voltan Keluaran

Bila didarab dengan sifar, ia akan menjadi sifar Bila didarab dengan T / 2, itu akan menjadi T / 2 = π Bila didarabkan dengan T, ia akan menjadi T = 2π Bila didarab dengan 3T / 2, itu akan menjadi T / 2 = 3π dan seterusnya. Dengan cara ini, kita dapat menukar paksi masa ini menjadi paksi ‘ωt’.

Nilai purata voltan output dan arus keluaran adalah

V_{0 (purata)}= 0

Saya_{0 (purata)}= 0

Nilai RMS voltan output dan arus keluaran adalah

V_{0 (RMS)}= V_S/ dua

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

Voltan keluaran yang kita dapatkan dalam penyongsang bukan gelombang sinus murni iaitu gelombang persegi. Voltan keluaran dengan komponen asas ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Bentuk Gelombang Voltan Keluaran dengan Komponen Asas

Menggunakan siri Fourier

Di mana C_n, ke_ndan b_nadalah

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_n= 0 semasa menggantikan nombor genap (n = 2,4,6… ..) dan b_n= 2Vs / nπ semasa menggantikan nombor ganjil (n = 1,3,5 ……). Pengganti b_n= 2Vs / nπ dan a_n= 0 dalam C_nakan mendapat C_n= 2V / nπ.

ϕ_n= begitu^-1(ke_n/ b_n) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Tanpa ωt )

Pengganti V_{0 (purata)}= 0 masuk akan mendapat

Persamaan (1) juga boleh ditulis sebagai

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

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

Ungkapan di atas adalah voltan keluaran yang terdiri daripada voltan asas dan harmonik ganjil. Terdapat dua kaedah untuk menghilangkan komponen harmonik ini: menggunakan litar penapis dan menggunakan teknik modulasi lebar nadi.

Voltan asas boleh ditulis sebagai

V_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (Tanpa ωt )

Nilai maksimum voltan asas

V_{01 (maksimum)}= 2V_S/ ᴨ

Nilai RMS voltan asas ialah

V_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

Komponen asas arus keluaran RMS adalah

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

Kita mesti mendapatkan faktor distorsi, faktor distorsi dilambangkan dengan g.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = nilai rms voltan asas / jumlah nilai RMS voltan keluaran

Dengan menggantikan V_{01 (RMS)} dan V_{0 (RMS)} nilai dalam g akan mendapat

g = 2√2 / ᴨ

Jumlah herotan harmonik dinyatakan sebagai

Dalam voltan keluaran, keseluruhan distorsi harmonik THD = 48.43%, tetapi mengikut IEEE, keseluruhan distorsi harmonik harus 5%.

Output kuasa asas penyongsang fasa tunggal adalah

P₀₁= (V_{01 (rms)})^dua/ R = Saya^dua_{01 (rms)}R

Dengan menggunakan formula di atas kita dapat mengira output kuasa asas.

Dengan cara ini, kita dapat mengira pelbagai parameter penyongsang setengah jambatan fasa tunggal.

Inverter Setengah Jambatan Fasa Tunggal dengan Beban R-L

Gambarajah litar beban R-L ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Inverter Setengah Jambatan Fasa Tunggal dengan Beban R-L

Gambarajah litar penyongsang separuh jambatan fasa tunggal dengan beban R-L terdiri daripada dua suis, dua dioda, dan bekalan voltan. Beban R-L dihubungkan antara titik A dan titik O, titik A selalu dianggap positif dan titik O dianggap negatif. Sekiranya aliran arus dari titik A ke O maka arus akan dianggap positif, sama jika arus dari titik ke A maka arus akan dianggap negatif.

Dalam hal Beban R-L, arus keluaran akan menjadi fungsi eksponensial ke waktu dan ketinggian voltan output dengan sudut.

ϕ = begitu^-1( ω L / R)

Pengoperasian Inverter Setengah Jambatan Fasa Tunggal dengan Beban R

Operasi kerja berdasarkan selang waktu berikut

(i) Selang I (0 Dalam tempoh ini, kedua-dua suis MATI dan diod D2 berada dalam keadaan bias terbalik. Dalam selang waktu ini, induktor membebaskan tenaganya melalui dioda D1, dan arus keluaran menurun secara eksponen dari nilai maksimum negatifnya (-Imax) hingga sifar.

Dengan menggunakan KVL untuk selang waktu ini akan mendapat

Voltan keluaran V₀> 0 Arus output mengalir ke arah terbalik, oleh itu, i₀<0 switch current i_S1= 0 dan arus diod i_D1= -i0

(ii) Selang II (t1 Dalam tempoh ini, suis S₁dan S_duaditutup dan S2 MATI dan kedua diod berada dalam keadaan bias terbalik. Dalam selang waktu ini, induktor mula menyimpan tenaga, dan arus keluaran meningkat dari sifar ke nilai maksimum positifnya (Imax).

Memohon KVL akan mendapat

Voltan keluaran V₀> 0 Arus output mengalir ke arah depan, oleh itu, i₀> 0 suis arus i_S1= i₀dan arus diod i_D1= 0

(iii) Selang III (T / 2 Dalam tempoh ini, kedua-dua suis S₁dan S_duaMATI dan dioda D₁berada dalam bias terbalik dan D_duaberada dalam forward bias dalam keadaan bias terbalik. Dalam selang waktu ini, induktor membebaskan tenaganya melalui dioda D_dua. Arus output menurun secara eksponen dari nilai maksimum positifnya (I_maks) hingga sifar.

Memohon KVL akan mendapat

Voltan keluaran V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 suis arus i_S1= 0 dan arus diod i_D1= 0

(iv) Selang IV (t2 Dalam tempoh ini, suis S₁MATI dan S_duaditutup dan dioda D₁dan D_duaberada dalam keadaan berat sebelah terbalik. Dalam selang waktu ini, induktor dikenakan ke nilai maksimum negatif (-I_maks) hingga sifar.

Memohon KVL akan mendapat

Voltan keluaran V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 dan arus diod i_D1= 0

Mod Pengendalian Half Bridge Inverter

Ringkasan selang waktu ditunjukkan dalam jadual di bawah

S.NO	Selang Masa	Kelakuan Peranti	Voltan Keluaran (V0 )	Pengeluaran Semasa ( Saya0 )	Tukar Arus (iS1 )	Tukar Diod (iD1 )
1	01	D1	V0> 0	Saya0<0	0	- Saya0
dua	t1	S1	V0> 0	Saya0> 0	Saya0	0
3	T / 2dua	Ddua	V0<0	Saya0> 0	0	0
4	tdua	Sdua	V0<0	Saya0<0	0	0

Bentuk gelombang voltan penyongsang fasa satu fasa tunggal dengan beban RL ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Output Voltan Gelombang Inverter Setengah Jambatan Fasa Tunggal dengan beban R-L

Half Bridge Inverter Vs Full Bridge Inverter

Perbezaan antara penyongsang jambatan separuh dan penyongsang jambatan penuh ditunjukkan dalam jadual di bawah.

S.NO	Penyongsang Setengah Jambatan “suis lampu lempar dua tiang berganda ”	Penyongsang Jambatan Penuh
1	Kecekapannya tinggi dalam penyongsang setengah jambatan	Dalam penyongsang jambatan penuhjuga,kecekapannya tinggi
dua	Dalam penyongsang setengah jambatan, bentuk gelombang voltan keluaran adalah segi empat sama, kuasi persegi atau PWM	Dalam penyongsang jambatan penuh, bentuk gelombang voltan keluaran adalah segi empat sama, kuasi persegi atau PWM
3	Voltan puncak dalam penyongsang setengah jambatan adalah separuh daripada voltan bekalan DC	Voltan puncak dalam penyongsang jambatan penuh sama dengan voltan bekalan DC
4	Penyongsang jambatan separuh mengandungi dua suis	Inverter jambatan penuh mengandungi empat suis
5	Voltan keluaran ialah E0= EDC/ dua	Voltan keluaran ialah E0= EDC
6	Voltan keluaran asas adalah E1= 0.45 EDC	Voltan keluaran asas adalah E1= 0.9 EDC
7	Inverter jenis ini menghasilkan voltan bipolar	Inverter jenis ini menghasilkan voltan monopolar

Kelebihan

Kelebihan penyongsang separuh jambatan fasa tunggal adalah

• Litarnya sederhana
• Kosnya rendah

Kekurangan

Kelemahan penyongsang separuh jambatan fasa tunggal adalah

• TUF (Transformer Utilization Factor) rendah
• Kecekapan rendah

Oleh itu, ini semua berkaitan gambaran keseluruhan penyongsang setengah jambatan , perbezaan antara penyongsang setengah jambatan dan penyongsang jambatan penuh, kelebihan, kekurangan, penyongsang setengah jambatan fasa tunggal dengan beban resistif dibincangkan. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah aplikasi penyongsang setengah jambatan?