цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Моделирование полумостовых и мостовых схем инверторов в MATLAB

Моделирование полумостовых и мостовых схем инверторов в MATLAB

Автор: Mike(admin) от 9-01-2019, 06:35

Полумостовой и мостовой преобразователи в MATLAB


Источник переменного тока используется практически для всех жилых, коммерческих и промышленных нужд. Но самая большая проблема переменного тока заключается в том, что его энергия не может быть запасена для будущего использования. Таким образом, переменный ток преобразуется в постоянный ток, а затем постоянный ток сохраняется в аккумуляторах и ионисторах. И теперь, когда требуется переменный ток, постоянный ток снова преобразуется в переменный ток для работы приборов на основе переменного тока. Таким образом, устройство, которое преобразует постоянный ток в переменный, называется инвертором.


Моделирование полумостовых и мостовых схем инверторов в MATLAB

Для однофазных приложений используется однофазный инвертор. Существует в основном два типа однофазных инверторов: полумостовой инвертор и полно мостовой инвертор. Здесь мы будем изучать, как эти преобразователи могут быть смоделированы в MATLAB.


Полумостовой инвертор


Инвертор этого типа требует двух переключателей на основе полевых МОП-транзисторов (MOSFET) или IGBT-транзисторов. MOSFET или IGBT используется для коммутации входного напряжения. Принципиальная электрическая схема полумостового инвертора показана на рисунке ниже.


Полумостовой инвертор

Как показано на принципиальной схеме, входное напряжение постоянного тока составляет 100 В. Этот источник разделен на две равные части. Теперь импульсы затвора передаются на полевой МОП-транзистор, как показано на рисунке ниже.


Полумостовой инвертор

В соответствии с выходной частотой определяется время включения и время выключения MOSFET, и генерируются импульсы затвора. Нам нужно напряжение переменного тока с частотой 50 Гц, поэтому период времени одного цикла (от 0 до 2π) составляет 20 мсек. Как показано на диаграмме, MOSFET-1 запускается в течение первого полупериода (от 0 до π), и в течение этого периода времени MOSFET-2 не включается. В этот период времени ток будет течь в направлении стрелки, как показано на рисунке ниже, и половина цикла выхода переменного тока будет завершена. Ток от нагрузки течет справа налево, а напряжение нагрузки равно + Vdc/2.


Полумостовой инвертор

Во втором полупериоде (от π до 2π) MOSFET-2 включается, и источник более низкого напряжения соединяется с нагрузкой (LOAD). Ток от нагрузки направлен слева на право, а напряжение нагрузки равно -Vdc/2. В этот период времени ток будет течь, как показано на рисунке, и другая половина цикла выхода переменного тока будет завершена.


Полномостовой инвертор


В этом типе инвертора используются четыре переключателя. Основное различие между полумостовым и полномостовым инвертором – это максимальное значение выходного напряжения. В полумостовом инверторе пиковое напряжение составляет половину напряжения питания постоянного тока. В полномостовом инверторе пиковое напряжение совпадает с напряжением питания постоянного тока. Принципиальная схема инвертора с полным мостом показана на рисунке ниже.


Полномостовой инвертор

Импульс затвора для MOSFET 1 и 2 одинаков. Оба переключателя работают одновременно. Аналогично, MOSFET 3 и 4 имеют одинаковые импульсы затвора и работают одновременно. Но MOSFET 1 и 4 никогда не работают одновременно. Если это произойдет, то источник постоянного напряжения будет замкнут накоротко. Для верхней половины цикла (от 0 до π) срабатывают полевые транзисторы 1 и 2, и ток будет течь, как показано на рисунке ниже. В этот период времени ток течет слева направо.


Полномостовой инвертор

Для нижнего полупериода (от π до 2π) MOSFET 3 и 4 срабатывают, и ток будет течь, как показано на рисунке. В этот период времени ток течет справа налево. Пиковое напряжение нагрузки совпадает с напряжением питания постоянного тока Vdc в обоих случаях.


Полномостовой инвертор

Полномостовой инвертор

Моделирование полумостовой схемы в MATLAB


Обе схемы инвертора моделируются в MATLAB довольно легко. Для полумостового инвертора, соберите цепь в MATLAB, как показано на рисунке ниже.


Моделирование полумостовой схемы в MATLAB

Gate pulse 1 и gate pulse 2 являются импульсами затвора для MOSFET1 и MOSFET2. Импульс затвора генерируется генератором импульсов PULSE GENERATOR. В этом случае MOSFET1 и MOSFET2 не могут быть включены одновременно. Если это произойдет, источник напряжения будет замкнут накоротко. Когда MOSFET1 закрыт, MOSFET2 будет открыт в это время, а когда MOSFET2 закрыт, MOSFET1 будет открыт. Итак, если мы генерируем импульс затвора для любого MOSFET, то мы можем переключить этот импульс и использовать для другого MOSFET. Принцип настройки генератора импульсов затвора показан далее.


Моделирование полумостовой схемы в MATLAB

Моделирование полумостовой схемы в MATLAB

На рисунке выше показаны параметры для блока генератора импульсов в MATLAB. Период 2e-3 означает 20 мсек. Если вам нужен выход с частотой 60 Гц, период составит 16,67 мсек. Ширина импульса в процентах от периода. Это означает, что импульс затвора генерируется только для этой области. В этом случае мы устанавливаем это значение равным 50%, это означает, что генерируется импульс затвора с периодом 50%, а импульс затвора с периодом 50% не генерируется. Задержка фазы установлена на 0 секунд, это означает, что мы не даем никакой задержки импульсу затвора. Если есть какая-либо фазовая задержка, это означает, что по истечении этого времени будет генерироваться импульс затвора. Например, если фазовая задержка составляет 1e-3, то импульс затвора будет генерироваться через 10 мс.


Таким образом, мы можем генерировать импульс затвора для MOSFET1 и теперь мы переключим этот импульс затвора и используем его для MOSFET2. В симуляции мы будем использовать логические элементы НЕ (NOT). Логический элемент NOT инвертирует выход, что означает, что он преобразует 1 в 0 и 0 в 1. Таким образом, мы можем точно получить противоположный импульс строба, чтобы источник постоянного тока никогда не был закорочен.


На практике мы не можем использовать 50% ширины импульса. MOSFET или любой силовой электрический выключатель требует небольшого времени для пребывания в выключенном состоянии. Чтобы избежать короткого замыкания источника, ширина импульса установлена на 45%, чтобы время выключения MOSFET было немного большим. Этот период времени известен как мертвое время (dead time). Но для целей моделирования мы можем использовать 50% ширину импульса.


Моделирование полумостовой схемы в MATLAB

Этот скриншот показывает выходное напряжение на нагрузке. На этом изображении мы видим, что пиковое значение напряжения нагрузки составляет 50 В, что составляет половину входного напряжения постоянного тока, а частота равна 50 Гц. Для завершения одного цикла требуемое время составляет 20 мс.


Моделирование мостовой схемы в MATLAB


Если вы успешно получили выходной сигнал полумостового инвертора, то реализовать полномостовой инвертор легко, потому что большинство элементов остается неизменным. Также в полномостовом инверторе нам нужны только два импульса затвора, что аналогично полумостовому инвертору. Один импульс затвора предназначен для полевых МОП-транзисторов 1 и 2, а обратный импульс этого затвора – для полевых транзисторов 3 и 4.


Моделирование мостовой схемы в MATLAB

Ниже показан скриншот для выходного напряжения на нагрузке. Здесь мы видим, что пиковое значение напряжения нагрузки равно напряжению питания постоянного тока, составляющему 100 В.


Моделирование мостовой схемы в MATLAB

Таким образом, моделировать полумостовые и мостовые схемы в MATLAB довольно просто и удобно.




© digitrode.ru


Теги: MATLAB, инвертор



   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий