Inverter monofase half bridge e full bridge che utilizzano matlab

L' alimentatore in corrente alternata (AC) viene utilizzato per quasi tutte le esigenze residenziali, commerciali e industriali. Ma il problema più grande con AC è che non può essere conservato per un uso futuro. Quindi la CA viene convertita in CC e quindi la CC viene immagazzinata nelle batterie e negli ultra-condensatori. E ora ogni volta che è necessaria la CA, la CC viene nuovamente convertita in CA per eseguire gli apparecchi basati su CA. Quindi il dispositivo che converte DC in AC si chiama Inverter.

Per applicazioni monofase, viene utilizzato inverter monofase. Esistono principalmente due tipi di inverter monofase: Half Bridge Inverter e Full Bridge Inverter. Qui studieremo come costruire questi inverter e simuleremo i circuiti in MATLAB.

Inverter a mezzo ponte

Questo tipo di inverter richiede due interruttori per l'elettronica di potenza (MOSFET). Il MOSFET o IGBT viene utilizzato per scopi di commutazione. Lo schema del circuito dell'inverter a semiponte è come mostrato nella figura sottostante.

Come mostrato nello schema del circuito, la tensione CC in ingresso è Vdc = 100 V. Questa sorgente è divisa in due parti uguali. Ora gli impulsi di gate vengono inviati al MOSFET come mostrato nella figura sotto.

In base alla frequenza di uscita, viene deciso il tempo di ON e il tempo di OFF del MOSFET e vengono generati gli impulsi di gate. Abbiamo bisogno di alimentazione CA a 50 Hz, quindi il periodo di tempo di un ciclo (0 <t <2π) è di 20 msec. Come mostrato nel diagramma, MOSFET-1 viene attivato per la prima metà del ciclo (0 <t <π) e durante questo periodo di tempo MOSFET-2 non viene attivato. In questo periodo di tempo, la corrente scorrerà nella direzione della freccia come mostrato nella figura sottostante e il semiciclo dell'uscita CA sarà completato. La corrente dal carico va da destra a sinistra e la tensione di carico è uguale a + Vdc / 2.

Nella seconda metà del ciclo (π <t <2π), il MOSFET-2 viene attivato e la sorgente di tensione inferiore è collegata al carico. La corrente dal carico va da sinistra a destra e la tensione di carico è uguale a -Vdc / 2. In questo periodo di tempo, la corrente scorrerà come mostrato in figura e l'altro mezzo ciclo dell'uscita CA sarà completato.

Inverter a ponte intero

In questo tipo di inverter vengono utilizzati quattro interruttori. La principale differenza tra inverter half bridge e full bridge è il valore massimo della tensione di uscita. Nell'inverter a mezzo ponte, la tensione di picco è la metà della tensione di alimentazione CC. In inverter a ponte intero, la tensione di picco è la stessa della tensione di alimentazione CC. Lo schema elettrico dell'inverter full bridge è come mostrato nella figura sottostante.

L'impulso di gate per MOSFET 1 e 2 sono gli stessi. Entrambi gli interruttori funzionano contemporaneamente. Allo stesso modo, i MOSFET 3 e 4 hanno gli stessi impulsi di gate e funzionano allo stesso tempo. Tuttavia, i MOSFET 1 e 4 (braccio verticale) non funzionano mai contemporaneamente. Se ciò accade, la sorgente di tensione CC verrà cortocircuitata.

Per la metà del ciclo superiore (0 <t <π), i MOSFET 1 e 2 vengono attivati ​​e la corrente fluirà come mostrato nella figura seguente. In questo periodo di tempo, la corrente scorre da sinistra a destra.

Per metà ciclo inferiore (π <t <2π), i MOSFET 3 e 4 vengono attivati ​​e la corrente fluirà come mostrato in figura. In questo periodo di tempo, la corrente scorre da destra a sinistra. La tensione di carico di picco è la stessa della tensione di alimentazione CC Vdc in entrambi i casi.

Simulazione di inverter a mezzo ponte in MATLAB

Per la simulazione, aggiungi elementi nel file modello dalla libreria Simulink.

1) 2 sorgenti CC - 50 V ciascuna

2) 2 MOSFET

3) Carico resistivo

4) Generatore di impulsi

5) NON cancello

6) Powergui

7) Misura della tensione

8) GOTO e DA

Collegare tutti i componenti come da schema elettrico. Lo screenshot del file del modello Half Bridge Inverter è mostrato nell'immagine sottostante.

L'impulso di porta 1 e l'impulso di porta 2 sono impulsi di porta per MOSFET1 e MOSFET2 che è generato dal circuito generatore di porta. L'impulso di gate è generato da PULSE GENERATOR. In questo caso, MOSFET1 e MOSFET2 non possono essere attivati ​​contemporaneamente. Se ciò accade, la sorgente di tensione verrà cortocircuitata. Quando MOSFET1 è chiuso, MOSFET2 sarà aperto in quel momento e quando MOSFET2 è chiuso MOSFET1 è aperto in quel momento. Quindi, se generiamo un impulso di gate per un qualsiasi MOSFET, possiamo attivare quell'impulso e utilizzarlo per un altro MOSFET.

Generatore di impulsi di gate

L'immagine sopra mostra il parametro per il blocco generatore di impulsi in MATLAB. Il periodo è 2e-3 significa 20 msec. Se è necessaria un'uscita in frequenza a 60 Hz, il periodo sarà di 16,67 msec. La durata dell'impulso è in termini di percentuale del periodo. Significa che l'impulso di gate viene generato solo per quest'area. In questo caso, impostiamo questo valore al 50%, significa che viene generato un impulso di gate del periodo del 50% e non viene generato un impulso del gate del periodo del 50%. Il ritardo di fase è impostato a 0 sec, significa che non stiamo dando alcun ritardo all'impulso del gate. Se c'è un ritardo di fase, significa che verrà generato un impulso di gate dopo questo tempo. Ad esempio, se il ritardo di fase è 1e-3, l'impulso di gate verrà generato dopo 10 msec.

In questo modo possiamo generare l'impulso di gate per MOSFET1 e ora commuteremo questo impulso di gate per e lo useremo per MOSFET2. Nella simulazione, useremo la porta NOT logica. Il gate NOT inverso l'uscita significa che convertirà 1 in 0 e 0 in 1. In questo modo, possiamo ottenere esattamente l'impulso di gate opposto in modo che la sorgente DC non venga mai cortocircuitata.

In pratica, non possiamo usare il 50% della larghezza di impulso. Il MOSFET o qualsiasi interruttore elettrico di alimentazione impiega poco tempo per spegnersi. Per evitare il cortocircuito della sorgente, la larghezza dell'impulso è impostata intorno al 45% per consentire il tempo necessario allo spegnimento dei MOSFET. Questo periodo di tempo è noto come Dead Time. Ma, a scopo di simulazione, possiamo usare il 50% di larghezza di impulso.

Forma d'onda di uscita per inverter a mezzo ponte

Questa schermata è per la tensione di uscita attraverso il carico. In questa immagine, possiamo vedere che il valore di picco della tensione di carico è 50 V, che è la metà dell'alimentazione CC e la frequenza è 50 Hz. Per un ciclo completo, il tempo richiesto è di 20 msec.

Simulazione di Full Bridge Inverter in MATLAB

Se si ottiene l'output dell'inverter half bridge, è facile implementare l'inverter full bridge, perché la maggior parte di tutte le cose rimangono le stesse. Anche negli inverter a ponte intero, abbiamo bisogno solo di due impulsi di gate che sono gli stessi dell'inverter a mezzo ponte. Un impulso di gate è per MOSFET 1 e 2 e l'inverso di questo impulso di gate è per MOSFET 3 e 4.

Elementi richiesti

1) 4 - MOSFET

2) 1 sorgente CC

3) Carico resistivo

4) Misura della tensione

5) Generatore di impulsi

6) GOTO e DA

7) powergui

Collega tutti i componenti come mostrato nell'immagine sottostante.

Forma d'onda di uscita per inverter Full Bridge

Questa schermata è per la tensione di uscita attraverso il carico. Qui possiamo vedere che il valore di picco della tensione di carico è uguale alla tensione di alimentazione CC che è 100 V.

Puoi controllare il video completo di come costruire e simulare l'inverter Half Bridge e Full Bridge in MATLAB di seguito.