인버터 설계 방법 – 이론 및 자습서

문제를 제거하기 위해 도구를 사용해보십시오





이 게시물은 기본 인버터 개념을 설계하거나 처리하는 동안 초보자에게 유용 할 수있는 기본 팁과 이론을 설명합니다. 더 배우자.

인버터 란?

저전압, 고 DC 전위를 12V 자동차 배터리 소스에서 220V AC 출력으로 변환하는 것과 같은 저 전류 고 교류 전압으로 변환하거나 반전하는 장치입니다.



위 변환의 기본 원리

저전압 DC를 고전압 AC로 변환하는 기본 원리는 DC 소스 (일반적으로 배터리) 내부에 저장된 고전류를 사용하고이를 고전압 AC로 승압하는 것입니다.



이것은 기본적으로 인덕터를 사용하여 달성되며, 주로 1 차 (입력) 및 2 차 (출력) 권선의 두 세트를 갖는 변압기입니다.

1 차 권선은 직류 고전류 입력을 수신하기위한 것이고 2 차 권선은이 입력을 해당 고전압 저 전류 교류 출력으로 반전시키기위한 것입니다.

교류 전압 또는 전류는 무엇입니까

교류 전압이란 변압기의 입력에서 설정된 주파수에 따라 극성을 양극에서 음극으로 또는 그 반대로 전환하는 전압을 의미합니다.

일반적으로이 주파수는 특정 국가의 유틸리티 사양에 따라 50Hz 또는 60Hz입니다.

인위적으로 생성 된 주파수는 전력 트랜지스터 또는 전력 변압기와 통합 된 MOSFET 또는 GBT로 구성 될 수있는 출력 단계에 공급하기 위해 위의 속도로 사용됩니다.

전원 장치는 공급 된 펄스에 응답하고 주어진 배터리 전류 및 전압에서 해당 주파수로 연결된 변압기 권선을 구동합니다.

위의 동작은 변압기 2 차 권선에 동등한 고전압을 유도하여 궁극적으로 필요한 220V 또는 120V AC를 출력합니다.

간단한 수동 시뮬레이션

다음 수동 시뮬레이션은 중앙 탭 변압기 기반 푸시 풀 인버터 회로의 기본 작동 원리를 보여줍니다.

1 차 권선이 배터리 전류로 교대로 전환되면 2 차 권선을 통해 동일한 양의 전압과 전류가 유도됩니다. 플라이 백 모드, 연결된 전구를 비 춥니 다.

회로로 작동되는 인버터에서 동일한 작동이 구현되지만 전력 장치와 일반적으로 50Hz 또는 60Hz의 속도로 권선을 훨씬 더 빠른 속도로 전환하는 발진기 회로를 통해 구현됩니다.

따라서 인버터에서 빠른 스위칭으로 인한 동일한 동작으로 인해 부하가 항상 켜져있는 것처럼 보일 수 있지만 실제로는 50Hz 또는 60Hz 속도로 부하가 ON / OFF됩니다.

수동 전환을 통한 인버터 작동 시뮬레이션

변환기가 주어진 입력을 변환하는 방법

위에서 논의했듯이 변신 로봇 일반적으로 두 개의 권선 (1 차 및 2 차 권선)이 있습니다.

2 개의 권선은 1 차 권선에 스위칭 전류가 적용될 때 전자기 유도를 통해 2 차 권선을 통해 비례 적으로 관련 전력이 전송되도록하는 방식으로 반응합니다.

따라서 1 차측 정격이 12V이고 2 차측 정격이 220V 인 경우 1 차측에 발진 또는 맥동하는 12V DC 입력이 2 차 단자에 220V AC를 유도하고 생성한다고 가정합니다.

그러나 1 차측에 대한 입력은 직류 일 수 없습니다. 즉, 소스가 DC 일 수 있지만 펄스 형태로 또는 1 차측에 간헐적으로 적용되어야합니다. 또는 지정된 레벨의 주파수 형태로 적용되어야합니다. 이전 섹션에서 이에 대해 설명했습니다.

이는 인덕터의 고유 한 속성을 구현할 수 있도록하기 위해 필요하며, 이에 따라 인덕터는 변동하는 전류를 제한하고 입력 펄스가 없을 때 시스템에 등가 전류를 투입하여 균형을 맞추려고합니다 (플라이 백 현상이라고도 함) .

따라서 DC가 적용될 때 1 차측은이 전류를 저장하고 DC가 권선에서 분리 될 때 권선이 터미널에서 저장된 전류를 킥백 할 수 있도록합니다.

그러나 단자가 분리 되었기 때문에이 역기전력은 2 차 권선으로 유도되어 2 차 출력 단자에 필요한 AC를 구성합니다.

따라서 위의 설명은 펄서 회로 또는 간단히 말하면 발진기 회로가 인버터를 설계하는 동안 필수적이됨을 보여줍니다.

인버터의 기본 회로 단계

합리적으로 우수한 성능의 기본 기능 인버터를 구축하려면 다음과 같은 기본 요소가 필요합니다.

  • 변신 로봇
  • N 채널과 같은 전력 장치 MOSFET 또는 NPN Biploar 전력 트랜지스터
  • 납축 전지

블록 다이어그램

다음은 간단한 구성 (중앙 탭 푸시-풀)으로 위의 요소를 구현하는 방법을 보여주는 블록 다이어그램입니다.

인버터 용 발진기 회로를 설계하는 방법

발진기 회로는 모든 인버터에서 중요한 회로 단계입니다.이 단계는 Dc를 변압기의 1 차 권선으로 전환하는 역할을합니다.

오실레이터 스테이지는 아마도 인버터 회로에서 가장 단순한 부분 일 것입니다. 기본적으로 여러 가지 방법을 통해 만들 수있는 안정적인 멀티 바이브레이터 구성입니다.

NAND 게이트, NOR 게이트, IC 4060, IC LM567과 같은 내장 발진기가있는 장치 또는 완전히 555 IC를 사용할 수 있습니다. 또 다른 옵션은 표준 불안정 모드에서 트랜지스터와 커패시터를 사용하는 것입니다.

다음 이미지는 제안 된 인버터 설계의 기본 발진을 달성하기 위해 효과적으로 사용할 수있는 다양한 발진기 구성을 보여줍니다.

다음 다이어그램에서 몇 가지 인기있는 오실레이터 회로 설계를 볼 수 있습니다. 출력은 실제로 포지티브 펄스 인 구형파이고, 높은 정사각형 블록은 포지티브 전위를 나타내고, 정사각형 블록의 높이는 일반적으로 적용된 것과 동일한 전압 레벨을 나타냅니다. IC에 전압을 공급하고 사각형 블록의 너비는이 전압이 유지되는 시간 범위를 나타냅니다.

인버터 회로에서 발진기의 역할

이전 섹션에서 설명했듯이 후속 전력 단계에 공급하기위한 기본 전압 펄스를 생성하려면 발진기 단계가 필요합니다.

그러나 이러한 단계의 펄스는 전류 출력으로 너무 낮을 수 있으므로 출력 단계의 변압기 또는 전력 트랜지스터에 직접 공급할 수 없습니다.

발진 전류를 필요한 수준으로 밀어 내기 위해 일반적으로 중간 드라이버 스테이지가 사용되는데, 이는 두 개의 고 이득 중전 력 트랜지스터 또는 더 복잡한 것으로 구성 될 수 있습니다.

그러나 오늘날 정교한 MOSFET의 출현으로 운전자 단계는 완전히 제거 될 수 있습니다.

이는 MOSFET이 전압 종속 장치이고 작동을 위해 전류 크기에 의존하지 않기 때문입니다.

게이트와 소스에 걸쳐 5V 이상의 전위가 존재하면 대부분의 MOSFET은 전류가 1mA만큼 낮더라도 드레인과 소스에서 완전히 포화되고 전도됩니다.

따라서 조건이 매우 적합하고 인버터 애플리케이션에 적용하기 쉽습니다.

위의 발진기 회로에서 출력이 단일 소스라는 것을 알 수 있지만 모든 인버터 토폴로지에서는 두 소스에서 번갈아 또는 반대 극성의 펄스 출력이 필요합니다. 이는 오실레이터의 기존 출력에 인버터 게이트 스테이지 (전압 반 전용)를 추가하여 간단히 달성 할 수 있습니다 (아래 그림 참조).

소형 인버터 회로 설계를위한 발진기 스테이지 구성

이제 효과적인 인버터 설계를 신속하게 생성하기 위해 위에서 설명한 발진기 단계를 전력 단계에 부착 할 수있는 쉬운 방법을 이해해 보겠습니다.

NOT 게이트 발진기를 사용하여 인버터 회로 설계

다음 그림은 IC 4049와 같은 NOT 게이트 발진기를 사용하여 소형 인버터를 구성하는 방법을 보여줍니다.

IC 4049를 사용한 간단한 인버터 회로

여기서 기본적으로 N1 / N2는 인버터 작동에 필요한 50Hz 또는 60Hz 클록 또는 발진을 생성하는 발진기 단계를 형성합니다. N3은 전력 변압기 단계에 반대 극성의 클록을 적용해야하기 때문에 이러한 클록을 반전하는 데 사용됩니다.

그러나 N3의 입력 라인과 출력 라인에 걸쳐 구성된 N4, N5 N6 게이트도 볼 수 있습니다.

실제로 N4, N5, N6은 IC 4049 내부에서 사용 가능한 3 개의 추가 게이트를 수용하기 위해 포함되어 있습니다. 그렇지 않으면 첫 번째 N1, N2, N3 만 문제없이 작동에 단독으로 사용할 수 있습니다.

3 개 추가 게이트는 버퍼처럼 작동합니다. 또한 이러한 게이트가 연결되지 않은 상태로 두지 않도록해야합니다. 그렇지 않으면 장기적으로 IC에 악영향을 미칠 수 있습니다.

N4 및 N5 / N6의 출력에서 ​​반대 극성의 클록은 우수한 10A 전류를 처리 할 수있는 TIP142 전력 BJT를 사용하여 전력 BJT 단계의베이스에 적용됩니다. 변압기는 BJT의 수집기 전체에 걸쳐 구성된 것을 볼 수 있습니다.

TIP142 자체에는 필요한 내장 증폭을위한 내부 BJT Darlington 스테이지가있어 NOT 게이트에서 낮은 전류 클럭을 하이로 편안하게 증폭 할 수 있기 때문에 위의 설계에서는 중간 앰프 또는 드라이버 스테이지가 사용되지 않음을 알 수 있습니다. 연결된 변압기 권선에서 전류 진동.

더 많은 IC 4049 인버터 설계는 아래에서 찾을 수 있습니다.

수제 2000VA 전력 인버터 회로

가장 간단한 무정전 전원 공급 장치 (UPS) 회로

Schmidt 트리거 NAND 게이트 발진기를 사용하여 인버터 회로 설계

다음 그림은 IC 4093을 사용하는 발진기 회로를 유사한 BJT 전력 스테이지와 통합하여 유용한 인버터 설계 .

이 그림은 IC 4093 Schmidt 트리거 NAND 게이트를 사용하는 소형 인버터 설계를 보여줍니다. 여기서도 마찬가지로 N4는 피할 수 있었고 BJT베이스는 입력과 출력 N3에 직접 연결될 수있었습니다. 그러나 N4는 IC 4093 내부에 하나의 추가 게이트를 수용하고 입력 핀이 연결되지 않은 상태로 두지 않도록하기 위해 포함됩니다.

더 유사한 IC 4093 인버터 설계는 다음 링크에서 참조 할 수 있습니다.

최고의 수정 된 인버터 회로

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충전기가 내장 된 400W 고전력 인버터 회로를 구축하는 방법

UPS 회로 설계 방법 – 자습서

IC 4093 및 IC 4049의 핀아웃 다이어그램

참고 : IC의 Vcc 및 Vss 공급 핀은 인버터 다이어그램에 표시되지 않습니다. 12V 인버터의 경우 12V 배터리 공급 장치에 적절하게 연결해야합니다. 고전압 인버터의 경우이 전원은 IC 전원 핀에 대해 12V로 적절하게 스텝 다운되어야합니다.

IC 555 발진기를 사용하여 미니 인버터 회로 설계

위의 예에서 가장 기본적인 형태의 인버터는 단순히 BJT + 변압기 전력 단과 발진기 단을 결합하여 설계 할 수 있음이 분명해졌습니다.

동일한 원리에 따라 IC 555 발진기를 아래와 같이 소형 인버터 설계에 사용할 수도 있습니다.

위의 회로는 자명하며 추가 설명이 필요하지 않을 수 있습니다.

더 많은 IC 555 인버터 회로는 아래에서 찾을 수 있습니다.

간단한 IC 555 인버터 회로

인버터 토폴로지 이해 (출력 단계 구성 방법)

위의 섹션에서 우리는 발진기 단계와 발진기의 펄스 전압이 바로 앞의 전력 출력 단계로 이동한다는 사실에 대해 배웠습니다.

인버터의 출력단을 설계하는 데는 주로 세 가지 방법이 있습니다.

사용하여 :

  1. 위의 예에서 설명한 푸시 풀 스테이지 (센터 탭 변압기 포함)
  2. 푸시 풀 하프 브리지 스테이지
  3. 푸시 풀 풀 브리지 또는 H 브리지 스테이지

중앙 탭 변압기를 사용하는 푸시 풀 스테이지는 더 간단한 구현을 포함하고 보장 된 결과를 생성하기 때문에 가장 인기있는 설계입니다.

그러나 부피가 큰 변압기가 필요하며 출력은 효율성이 낮습니다.

센터 탭 변압기를 사용하는 몇 가지 인버터 설계는 아래에서 볼 수 있습니다.

이 구성에서 기본적으로 중앙 탭 변압기는 외부 탭이 출력 장치 (트랜지스터 또는 MOSFET)의 핫 엔드에 연결되어 사용되는 반면 중앙 탭은 배터리의 음극 또는 배터리의 양극으로 이동합니다. 사용 된 장치 유형 (N 유형 또는 P 유형)에 따라 다릅니다.

하프 브리지 토폴로지

하프 브리지 단계는 중앙 탭 변압기를 사용하지 않습니다.

하프 브리지 콤팩트 함과 효율성 측면에서 중앙 탭 푸시 풀 회로보다 구성이 좋지만 위의 기능을 구현하려면 큰 값의 커패시터가 필요합니다.

풀 브리지 또는 H 브리지 인버터 일반 2 탭 변압기를 통합하고 중앙 탭 변압기가 필요하지 않기 때문에 하프 브리지 네트워크와 유사합니다.

유일한 차이점은 커패시터를 제거하고 두 개의 전원 장치를 더 포함한다는 것입니다.

풀 브리지 토폴로지

풀 브리지 인버터 회로는 문자 'H'와 유사한 구성으로 배열 된 4 개의 트랜지스터 또는 MOSFET으로 구성됩니다.

4 개의 장치는 모두 사용중인 외부 드라이버 발진기 단계에 따라 N 채널 유형이거나 2 개의 N 채널과 2 개의 P 채널이 있습니다.

하프 브리지와 마찬가지로 풀 브리지도 장치를 트리거하기 위해 분리 된 분리 된 교대로 진동하는 출력이 필요합니다.

결과는 동일하며, 연결된 변압기 1 차측은이를 통해 배터리 전류의 역방향 순방향 스위칭을받습니다. 이는 변압기의 출력 2 차 권선에 필요한 유도 스텝 업 전압을 생성합니다. 이 디자인으로 효율성이 가장 높습니다.

H 브리지 트랜지스터 로직 세부 사항

다음 다이어그램은 일반적인 H- 브리지 구성을 보여줍니다. 전환은 아래와 같이 이루어집니다.

  1. A HIGH, D HIGH-앞으로 밀기
  2. B HIGH, C HIGH-리버스 풀
  3. A HIGH, B HIGH-위험 (금지)
  4. C HIGH, D HIGH-위험 (금지)

위의 설명은 인버터 설계 방법에 대한 기본 정보를 제공하며 일반적인 인버터 회로, 일반적으로 구형파 유형을 설계하는 경우에만 통합 될 수 있습니다.

그러나 사인파 인버터, PWM 기반 인버터, 출력 제어 인버터 제작과 같은 인버터 설계와 관련 될 수있는 많은 추가 개념이 있습니다. 이들은 위에서 설명한 기능을 구현하기위한 기본 설계에 추가 될 수있는 추가 단계 일뿐입니다.

우리는 그것들에 대해 다른 시간에 논의하거나 여러분의 소중한 의견을 통해 논의 할 것입니다.




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