Полумостовой инвертор принцип работы

Двухтактные ИБП

style=»display:inline-block;width:728px;height:90px» data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″

data-ad-slot=»2660907582″>

♥     Наибольшее распространение получили двухтактные источники вторичного электропитания, хотя и имеют более сложную электрическую схему по сравнению с однотактными. Они позволяют получать на выходе значительно большую выходную мощность при высоком КПД.

Схемы двухтактных преобразователей-инверторов имеют три вида включения ключевых транзисторов и первичной обмотки выходного трансформатора: полумостовая, мостовая и с первичной обмоткой имеющей отвод от середины.

♥     Полумостоваясхема построения ключевого каскада.
Ее особенностью является включение первичной обмотки выходного трансформатора в среднюю точку емкостного делителя С1 — С2.

♥     Амплитуда импульсов напряжения на переходах транзисторов эмиттер-коллектор Т1 и Т2 не превышает Uпит величины питающего напряжения. Это позволяет использовать транзисторы с максимальным напряжением Uэк до 400 вольт.

В то же время напряжение на первичной обмотке трансформатора Т2 не превышает значения Uпит/2, потому, что снимается с делителя С1 — С2 (Uпит/2).Управляющее напряжение противоположной  полярности подается на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2 через трансформатор Тр1.

♥     В мостовом преобразователе емкостной делитель (С1 и С2) заменен транзисторами Т3 и Т4. Транзисторы в каждом полупериоде открываются попарно по диагонали (Т1, Т4) и (Т2, Т3).

Напряжение на переходах Uэк закрытых транзисторов не превышает напряжения питания Uпит. Но напряжение на первичной обмотке трансформатора Тр3 увеличится и будет равно величине Uпит, что повышает КПД преобразователя. Ток же через первичную обмотку трансформатора Тр3 при той же мощности, по сравнению с полумостовой схемой, будет меньше.
Из за сложности в наладке цепей управления транзисторов Т1 – Т4,  мостовая схема включения применяется редко.

♥     Схема инвертора с так называемым пушпульным выходом наиболее предпочтительна в мощных преобразователях-инверторах. Отличительной особенностью в данной схеме является то, что первичная обмотка выходного трансформатора Тр2 имеет вывод от середины. За каждый полупериод напряжения поочередно работает один транзистор и одна полуобмотка трансформатора.♥     Данная схема отличается наибольшим КПД, низким уровнем пульсаций и слабым излучением помех.

Достигается это за счет уменьшения тока в первичной обмотке и уменьшения рассеиваемой мощности в ключевых транзисторах.Амплитуда напряжения импульсов в половине первичной обмотки Тр2 возрастает до значения Uпит, а напряжение Uэк на каждом транзисторе достигает значения 2 Uпит (ЭДС самоиндукции + Uпит).Необходимо использовать транзисторы с высоким значением Uкэmах, равным 600 – 700 вольт.

Средний ток через каждый транзистор равен половине тока потребления от питающей сети.

Обратная связь по току или по напряжению.

♥     Особенностью двухтактных схем с самовозбуждением является наличие обратной связи (ОС) с выхода на вход, по току или по напряжению.

♥     В схеме обратной связи по току обмотка связи w3 трансформатора Тр1 включена последовательно с первичной обмоткой w1 выходного трансформатора Тр2. Чем больше нагрузка на выходе инвертора, тем больше ток в первичной обмотке Тр2, тем больше обратная связь и больше базовый ток транзисторов Т1 и Т2.Если нагрузка меньше минимально допустимой, ток обратной связи в обмотке w3 трансформатора Тр1 недостаточен для управления транзисторами и генерация переменного напряжения срывается.

Иными словами, при пропадании нагрузки — генератор не работает.

♥     В схеме обратной связи по напряжению обмотка обратной связи w3 трансформатора Тр2 соединена через резистор R с обмоткой связи w3 трансформатора Тр1. По этой цепи осуществляется обратная связь с выходного трансформатора на вход управляющего трансформатора Тр1 и далее в базовые цепи транзисторов Т1 и Т2.♥     Обратная связь по напряжению слабо зависит от нагрузки.

Если же на выходе будет очень большая нагрузка (короткое замыкание), напряжение на обмотке w3 трансформатора Тр2 снижается и может наступить такой момент, когда напряжение на базовых обмотках w1 и w2 трансформатора Тр1 будет недостаточно для управления транзисторами. Генератор перестанет работать .При определенных обстоятельствах это явление может быть использовано как защита от короткого замыкания на выходе.

♥     На практике широко применяются обе схемы с обратной связью ОС как по току, так и по напряжению.

Двухтактная схема инвертора с ОС по напряжению

♥     Для примера, рассмотрим работу наиболее распространенной схемы преобразователя-инвертора – полумостовой схемы.
Схема состоит из нескольких независимых блоков:

• — выпрямительный блок – преобразует переменное напряжение 220 вольт 50 Гц в постоянное напряжение 310 вольт;
• — устройство запускающих импульсов – вырабатывает короткие импульсы напряжения для запуска автогенератора;
• — генератор переменного напряжения – преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение прямоугольной формы высокой частоты 20 – 100 КГц;
• — выпрямитель – преобразует переменное напряжение 20 -100 КГц в постоянное напряжение.

♥     Сразу после включения питания 220 вольт начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора Т2. Происходит запуск автогенератора.

♥     Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы.С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9 — Д12 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсатором С5.На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.

♥     Трансформатор Т1 используется для передачи импульсов обратной связи от выходного трансформатора Тр2 на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.
♥     Двухтактная схема ИБП имеет ряд преимуществ перед однотактной схемой:

• — ферритовый сердечник выходного трансформатора Тр2 работает с активным перемагничиванием (наиболее полно используется магнитный сердечник по мощности);
• — напряжение коллектор – эмиттер Uэк на каждом транзисторе не превышает напряжение источника постоянного тока в 310 вольт;
• — при изменении тока нагрузки от I = 0 до Imax, выходное напряжение изменяется незначительно;
• — выбросы высокого напряжения в первичной обмотке трансформатора Тр2 очень малы, соответственно меньше уровень излучаемых помех.

♥     И еще одно замечание в пользу двухтактной схемы!!

Сравним работу двухтактного и однотактного автогенераторов с одинаковой нагрузкой.♥     Каждый ключевой транзистор Т1 и Т2 за один такт работы генератора используется всего половину времени (одну полуволну), вторую половину такта «отдыхает».

То есть вся вырабатываемая мощность генератора, делится пополам между обоими транзисторами и передача энергии в нагрузку идет непрерывно (то от одного транзистора, то от другого), во время всего такта. Транзисторы работают в щадящем режиме.

♥     В однотактном же генераторе накопление энергии в ферритовом сердечнике происходит во время половины такта, во второй половине такта идет ее отдача в нагрузку.

https://www.youtube.com/watch?v=fvomIda1BE0

Ключевой транзистор в однотактной схеме работает в четыре раза более напряженном режиме, чем ключевой транзистор в двухтактной схеме.

style=»display:inline-block;width:728px;height:90px» data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″

data-ad-slot=»2660907582″>

Источник: http://domasniyelektromaster.ru/tag/polumostovaya-sxema-ibp/

Полумостовой преобразователь напряжения. Схема, принцип работы, расчет

Как работает полу-мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание принципа действия. Пошаговая инструкция по разработке и расчету (10+)

Полумостовой преобразователь напряжения. Схема, принцип работы, расчет

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Идея прямоходового преобразователя с исключением излишних скачков напряжения на силовых элементах, описанная здесь, может быть усовершенствована до мостовой и полумостовой топологий. Полумостовую топологию мы рассмотрим здесь.

С помощью конденсаторов C3, C4 создана казисредняя точка источника питания. Работа схемы основана на попеременном пропускании тока через верхнее и нижнее плечо. При этом через первичную обмотку трансформатора проходит симметричный ток. Напряжение в точке соединения конденсаторов C3, C4 формируется немного отличным от половины напряжения питания как раз так, чтобы компенсировать некоторую асимметрию плеч.

Вашему вниманию подборки материалов:Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторамПрактика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

В схеме исключено возникновение на силовых ключах напряжения больше питающего, так как обратные диоды немедленно отведут такое напряжение в цепи питания. Платой за это является то, что амплитуда напряжения, приложенного к первичной обмотке равно только половине напряжения питания. В результате для формирования выходного тока понадобится двойной ток через силовые ключи по сравнению с пушпульной схемой.

На картинке я показал контуры, по которым идет электрический ток, когда замкнут нижний ключ (контур S1), и когда оба ключа разомкнуты (контур S2). Когда оба ключа разомкнуты, накопленная в трансформаторе энергия сбрасывается в цепи питания через шунтирующий диод верхнего плеча. Нарисовать направление движения токов при замыкании верхнего ключа и после его размыкания Вы легко сможете сами по аналогии.

Типичные схемы полумостовых преобразователей

Схема 1

Схема 2

На этих схемах изображен вариант, когда контроллер и силовая часть питаются одним напряжением. Тут вариант питания от разного напряжения. Он используется, например, в источниках питания, работающих от сети.

В схемах может применяться ШИМ — контроллер 1156ЕУ2 (D1) и драйвер верхнего плеча полумоста IR2125 (D2).

Для этих схем подходит только контроллер с двухтактными каскадами на выходе, то есть предназначенный для управления полевыми транзисторами. Хотя во второй схеме применены биполярные транзисторы, в такой схеме управления контроллер нужен именно для полевых. Контроллер с открытыми эмиттерами на выходе здесь не годится.

Применение

Полумостовая схема лучше всего подходит для относительно маломощных (до 500 Вт) источников питания с высоковольтным входом и низковольтным выходом. Большинство компьютерных блоков питания и импульсных зарядных устройств, построено по такой схеме. Примером может быть следующее зарядное устройство. Применение полумостовой схемы при низком входном напряжении ограничено тем, что в этом случае получаются высокие потери на силовых ключах, и нужны конденсаторы C10, C11 большой емкости, рассчитанные на большие токи.

Расчет управляющего трансформатора L7, L8, L9

[Коэффициент трансформации управляющего трансформатора] = 3 * [Напряжение насыщения база — эмиттер VT2, В] / [Минимальное входное напряжение, В] [Сопротивление резистора R6, Ом] = 4 / 3 * [Минимальное входное напряжение, В] / [Пиковый ток коллектора VT2, А] / [Коэффициент трансформации управляющего трансформатора]

Расчет прочих номиналов

Элементы управления верхним плечом описаны в статье о понижающем преобразователе.

https://www.youtube.com/watch?v=OCjCUVeZNek

В целом расчет аналогичен расчету для пушпульной схемы. Так что я приведу только те формулы, которые отличаются.

Как и для пушпульной схемы, мы рекомендуем выбирать максимальный коэффициент заполнения около 80%

[Коэффициент трансформации] = [Минимальная амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] / [Минимальное входное напряжение, В] * 2

Двойка появилась потому, что к первичной обмотке приложена только половина напряжения питания.

Силовые транзисторы

[Максимальное напряжение коллектор — эмиттер VT2, VT9, В] = [Максимальное входное напряжение, В].

Защита по току

Защиту от перегрузок и короткого замыкания выходной цепи для полумостовых схем лучше всего делать на основе трансформатора тока, так как простого и надежного варианта схемы со считывающим резистором нет.

Элементы обратной связи по напряжению

[Усиление при разомкнутом контуре обратной связи на частоте резонанса] ≤ 2 * ПИ * ([Максимальное входное напряжение, В] * [Коэффициент трансформации] / 2 — [Выходное напряжение, В]) / ([Размах напряжения для сравнения, В] * sqrt(([Емкость конденсатора C8, Ф] + [Емкость конденсатора C9, Ф]) * [Индуктивность дросселя L1, Гн]) * [Частота работы контроллера D1, Гц])

Конденсаторы C10, C11

[Емкость конденсатора С10, Ф] = [Емкость конденсатора С11, Ф] = 2.5 * [Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] * [Коэффициент трансформации] / [Минимальное входное напряжение, В] / [Частота работы контроллера D1, Гц] * [Максимальный коэффициент заполнения]

Такой выбор емкости обеспечит изменение напряжения в точке соединения этих конденсаторов в пределах 10% от минимального входного.

Конденсаторы С10, C11 лучше выбирать рассчитанные на максимальное входное напряжение. Это обеспечит надежный запас.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

[su_box style="default" title="" box_color="#F27405" radius="0"]

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. . [12] сообщений.

[/su_box]

В онлайн-калькуляторе полумостового преобразователя, при введении значения 0 в поле 'Напряжение насыщения коллектор — эмиттер VT2, VT9' для расчета с полевым транзистором, выскакивает сообщение об ошибке с текстом 'Значение 'Напряжение насыщения коллектор — эмиттер VT2, VT9 (для полевого тр-ра введите в поле `0`), В' должно быть больше нуля'. Читать ответ…

Еще такой у меня будет вопрос: почему в базовых цепях нет токоограничительных резисторов? Читать ответ…

Добрый день! А как самому рассчитать управляющий трансформатор полумостового преобразователя? Сколько нужно витков первичной, чтобы индукция не превысила заданную — это понятно, а какие принимать напряжения для базовых цепей транзисторов, токи? Какой типоразмер можно применить? Читать ответ…

Добрый день! Я собрал на макетной плате полумостовой источник с питанием от сети по Вашей схеме. Мощность источника — 24 Вт. Питание контроллера осуществляется с помощью гасящего конденсатора, диодного моста и стабилитрона, при этом цепи питания контроллера и собственно моста разделены, контроллер управляет транзисторами через управляющий трансформатор, поэтому удалось обойтис Читать ответ…

(1) А использовать умножитель напряжения на выходе полумостового преобразователя тоже нельзя? Емкость конденсаторов в умножителе будет около 5-10 нФ, это намного меньше емкости обычных конденсаторов фильтра. А если использовать мостовой выпр. и далее дроссель, то при выходном напряжении 700 В обратное напряж-ие на диодах будет примерно 1200 В. Может, хотя бы подскажете, какие Читать ответ…

(1) Здравствуйте! Я писал по поводу большой мощности, выделяемой на силовых ключах, которая получается в результате расчета. В исходных данных питающее напряжение 310 В, выходное — 40 В, ток нагрузки — 1,1 А. Если задать времена включения и выключения транзисторов, как в примере — 20 нс и 300 нс, то рассеиваемая мощность — в разумных пределах. Но реально эти значения у биполяр Читать ответ…

https://www.youtube.com/watch?v=ZdRfpSFYwEw

Вы знаете, рисунки (схемы) плохого качества, ничего непонятно, и непонятно, к какой схеме относится данный расчет. Читать ответ…

Еще статьи

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения, источник питания…
Как работает обратноходовый стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описани…

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус…
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за…

Пушпульный импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен…
Как рассчитать пуш-пульный импульсный преобразователь напряжения. Как подавить п…

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Схема, ко…
Инвертор 12/24 в 300. Резонансная схема….

Двухполярный, двухполупериодный бестрансформаторный источник питания, …
Примеры схем двуполярного и двухполупериодного бестрансформаторного источника пи…

Преобразователь однофазного в трехфазное. Конвертер одной фазы в три. …
Схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное….

Питание светодиода. Драйвер. Светодиодный фонарь, фонарик. Своими рука…
Включение светодиодов в светодиодном фонаре….

Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са…
Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы…

Источник: https://gyrator.ru/power-polumostovoi

Полумостовой инвертор принцип работы

Довольно  часто для построения сварочного инвертора применяют основные  три типа высокочастотных преобразователей, а именно преобразователи включенные по схемам: асимметричный или косой мост, полумост, а также полный мост. При этом резонансные преобразователи являются подвидами схем полумоста и полного моста. По системе управления данные устройства можно поделить на: ШИМ (широтно-импульсной модуляцией), ЧИМ (регулирование частоты), фазовое управления, а также могут существовать комбинации всех трех систем.

Все выше перечисленные преобразователи имеют свои плюсы и минусы. Разберемся с каждым в отдельности.

Система полумост с ШИМ

Блок схема показана ниже:

Это, пожалуй, один из самых простых, но не менее надежных преобразователей семейства двухтактных. «Раскачка» напряжения первичной обмотки трансформатора силового будет равна половине напряжения питания – это недостаток данной схемы. Но если посмотреть с другой стороны, то можно применить трансформатор с меньшим сердечником, не опасаясь при этом захода в зону насыщения, что одновременно является и плюсом. Для сварочных инверторов имеющих мощность порядка 2-3 кВт такой силовой модуль вполне перспективен.

Поскольку силовые транзисторы работают в режиме жесткого переключения, то для их нормальной работы необходимо ставить драйверы. Это связано с тем, что при работе в таком режиме, транзисторам необходим высококачественный управляющий сигнал. Также обязательно наличие безтоковой паузы, чтоб не допустить одновременное открытие транзисторов, результатом чего станет выход последних из строя.

Резонансный полумост

Довольно перспективный вид полумостового преобразователя, его схема показана ниже:

Резонансный полумост будет немного проще, чем полумост с ШИМ. Это обусловлено наличием индуктивности резонансной, которая ограничивает максимальный ток транзисторов, а коммутация транзисторов происходит в нуле тока или напряжения.

Ток, протекающий по силовой цепи, будет иметь форму синусоиды, что снимет нагрузку с конденсаторных фильтров. При таком построении схемы необязательно необходимы драйверы, переключение может осуществляться обычным импульсным трансформатором.

Качество управляющих импульсов в данной схеме не столь существенно как в предыдущей, но безтоковая пауза все равно должна быть.

https://www.youtube.com/watch?v=7OS9iEAa_TQ

В данном случае можно обойтись без токовой защиты, а форма вольт-амперной характеристики ВАХ будет иметь падающий вид, что не требует ее параметрического формирования.

Выходной ток будет ограничиваться только индуктивностью намагничивания трансформатора и соответственно сможет достигать довольно таки значительных величин, в случае, когда возникнет короткое замыкание КЗ. Данное свойство положительно влияет на поджиг и горение дуги, но и его также необходимо учитывать при подборе выходных диодов.

Как правило, выходные параметры регулируются изменением частоты. Но и регулирование фазное тоже дает немного своих плюсов и является более перспективным для сварочных инверторов. Он позволяет обойти такое неприятное явление как совпадение режима короткого замыкания с резонансом, а также увеличивает диапазон регулирования выходных параметров. Применение фазовой регулировки может позволить изменять выходной ток в диапазоне от 0 до Imax.

Ассиметричный или «косой» мост

Это однотактный, прямоходовой преобразователь, блок схема которого приведена ниже:

Данный тип преобразователя довольно популярен как у простых радиолюбителей, так и у производителей сварочных инверторов. Самые первые сварочные инверторы строились именно по таким схемам – асимметричный или «косой»  мост. Помехозащищенность, довольно широкий диапазон регулирования выходного тока, надежность и простота – эти все качества до сих пор привлекают производителей до сих пор.

Довольно высокие токи, проходящие через транзисторы, повышенное требование к качеству управляющего импульса, что приводит к необходимости использовать мощные драйвера для управления транзисторами, а высокие требования к выполнению монтажных работ в этих устройствах и наличие больших импульсных токов, которые в свою очередь повышают требования к конденсаторным фильтрам – это существенные недостатки такого типа преобразователя. Также для поддерживания нормальной работы транзисторов необходимо добавление RCD цепочек – снабберов.

Но несмотря на выше перечисленные недостатки и низкий КПД устройства по схеме асимметричный или «косой» мост все еще применяются в сварочных инверторах. В данном случае транзисторы Т1 и Т2 будут работать синфазно, то есть закрываться и открываться одновременно.

[su_box style="default" title="" box_color="#BF0404" radius="0"]

В данном случае накопление энергии будет происходить не в трансформаторе, а в катушке дросселя Др1. Именно поэтому для того, чтоб получить одинаковую мощность с мостовым преобразователем необходим удвоенный ток через транзисторы, так как рабочий цикл при этом не будет превышать 50%.

[/su_box]

Источник: https://respect-kovka.com/polumostovoy-invertor-printsip-raboty/

]]>