הפוסט מסביר את הטיפים והתיאוריות הבסיסיים שעשויים להיות שימושיים עבור המצטרפים החדשים בעת תכנון או התמודדות עם מושגים בסיסיים של מהפך. בואו ללמוד עוד.
מהו מהפך
זהו מכשיר הממיר או הופך פוטנציאל מתח נמוך וספק גבוה למתח מתח לסירוגין גבוה זרם נמוך, למשל ממקור סוללות רכב 12V ליציאת זרם זרם של 220 וולט.
עקרון בסיסי העומד מאחורי ההמרה הנ'ל
העיקרון הבסיסי העומד מאחורי המרת זרם מתח נמוך לזרם מתח גבוה הוא להשתמש בזרם הגבוה המאוחסן בתוך מקור DC (בדרך כלל סוללה) ולהעלות אותו לזרם מתח גבוה.
זה מושג בעצם באמצעות משרן, שהוא בעיקר שנאי בעל שתי קבוצות של סלילה כלומר ראשוני (קלט) ומשני (פלט).
הפיתול הראשוני נועד לקבלת קלט זרם גבוה ישיר ואילו המשנית מיועדת להפוך קלט זה לפלט המתאים לסירוגין הנוכחי בעל מתח גבוה.
מהו מתח או זרם מתחלף
במתח מתחלף אנו מתכוונים למתח שעובר את הקוטביות שלו מחיובי לשלילי ולהיפך פעמים בשנייה, תלוי בתדר שנקבע בכניסה של השנאי.
בדרך כלל תדר זה הוא 50 הרץ או 60 הרץ, תלוי במפרט השירות הספציפי של המדינה.
נעשה שימוש בתדר שנוצר באופן מלאכותי בקצב הנ'ל להזנת שלבי הפלט העשויים להיות מורכבים מטרנזיסטורי כוח או מוספטים או GBT משולבים עם שנאי הכוח.
התקני הכוח מגיבים לפולסים המוזנים ומניעים את השנאי המחובר המתפתל בתדר המתאים בזרם הסוללה והמתח הנתון.
הפעולה שלעיל גורמת למתח גבוה שווה ערך על פני השנאי המתפתל המשני אשר בסופו של דבר מוציא את 220 וולט או 120 וולט.
סימולציה ידנית פשוטה
הסימולציה הידנית הבאה מציגה את עקרון ההפעלה הבסיסי של מעגל מהפך דחיפה מבוסס שנאי ברז מרכזי.
כאשר המסלול הראשי מוחלף לסירוגין עם זרם סוללה, כמות שווה של מתח וזרם נגרמת על פני המתפתל המשני דרך עוף חזרה מצב, המאיר את הנורה המחוברת.
בממירים המופעלים במעגל אותה פעולה מיושמת אך באמצעות מכשירי חשמל ומעגל מתנד אשר ממתג את המתפתל בקצב מהיר הרבה יותר, בדרך כלל בקצב של 50 הרץ או 60 הרץ.
לפיכך, בממיר מהפך אותה פעולה עקב מיתוג מהיר תגרום לעומס להופיע תמיד פועל, אם כי במציאות העומס יופעל / יופעל בקצב 50Hz או 60Hz.
כיצד השנאי ממיר קלט נתון
כפי שנדון לעיל, שַׁנַאי בדרך כלל יהיו שני מפותלים, אחד ראשוני והשני משני.
שני המתפתלים מגיבים באופן שכאשר מוחל זרם מיתוג בסלילה הראשונית יגרום להעברת כוח רלוונטי באופן יחסי על פני הסיבוב המשני באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית.
לכן נניח שאם הראשוני מדורג ב 12 וולט והמשני ב 220 וולט, כניסת 12 וולט DC תנודה או פועמת לצד הראשי תגרום וייצור זרם של 220 וולט על המסופים המשניים.
עם זאת, הקלט לראשי אינו יכול להיות זרם ישר, כלומר למרות שהמקור עשוי להיות DC, עליו להיות מיושם בצורה פועמת או לסירוגין על פני הראשית, או בצורה של תדר ברמה שצוינה. דנו בכך בפרק הקודם.
זה נדרש על מנת שניתן יהיה ליישם את התכונות האינהרנטיות של המשרן, לפיהן משרן מגביל זרם משתנה ומנסה לאזן אותו על ידי זריקת זרם שווה ערך למערכת בהיעדר דופק הכניסה, המכונה גם תופעת flyback. .
לכן כאשר ה- DC מוחל, העיקרי מאחסן את הזרם הזה, וכאשר ה- DC מנותק מהסלילה, מאפשר לסלילה להחזיר את הזרם המאוחסן על המסופים שלו.
אולם מכיוון שהמסופים מנותקים, EMF האחורי הזה נגרם לסלילה המשנית, המהווה את זרם ה- AC הנדרש על גבי מסופי הפלט המשניים.
ההסבר לעיל מראה אפוא שמעגל פולסר או במילים פשוטות יותר, מעגל מתנד הופך להיות הכרחי בעת תכנון מהפך.
שלבי מעגל בסיסיים של מהפך
כדי לבנות מהפך פונקציונלי בסיסי עם ביצועים טובים למדי, תזדקק לאלמנטים הבסיסיים הבאים:
- שַׁנַאי
- התקני חשמל, כגון ערוץ N MOSFETs או טרנזיסטורי כוח דו-כיווניים של NPN
- סוללה עופרת חומצה
תרשים בלוקים
להלן דיאגרמת החסימה המדגימה כיצד ליישם את האלמנטים הנ'ל עם תצורה פשוטה (דחיפה-משיכה במרכז הברז).
כיצד לתכנן מעגל מתנד למהפך
מעגל מתנד הוא שלב המעגל המכריע בכל מהפך, מכיוון שלב זה הופך להיות אחראי על החלפת ה- DC לסלילה הראשונית של השנאי.
שלב מתנד הוא אולי החלק הפשוט ביותר במעגל מהפך. זו בעצם תצורת מולטיברטור מדהימה אשר יכולה להתבצע בדרכים רבות ושונות.
אתה יכול להשתמש בשערי NAND, בשערים NOR, במכשירים עם מתנדים מובנים כגון IC 4060, IC LM567 או פשוט לחלוטין 555 IC. אפשרות נוספת היא שימוש בטרנזיסטורים וקבלים במצב אסטאלי רגיל.
התמונות הבאות מציגות את תצורות המתנד השונות אשר ניתנות לשימוש יעיל להשגת התנודות הבסיסיות לכל עיצוב מהפך המוצע.
בתרשימים הבאים אנו רואים כמה עיצובים פופולריים של מעגלי מתנד, הפלטים הם גל מרובע שהם למעשה פולסים חיוביים, הבלוקים המרובעים הגבוהים מצביעים על פוטנציאלים חיוביים, גובה הבלוקים המרובעים מציין את רמת המתח, השווה בדרך כלל ליישום מתח אספקה ל- IC ורוחב הגושים המרובעים מציין את פרק הזמן בו מתח זה נשאר בחיים.
תפקידו של מתנד במעגל מהפך
כפי שנדון בסעיף הקודם, נדרש שלב מתנדים להפקת פעימות מתח בסיסיות להזנת שלבי ההספק הבאים.
עם זאת הפולסים משלבים אלה יכולים להיות נמוכים מדי עם תפוקתם הנוכחית, ולכן לא ניתן להזין אותם ישירות לשנאי או לטרנזיסטורי הכוח בשלב הפלט.
על מנת לדחוף את זרם התנודה לרמות הנדרשות, משמש בדרך כלל שלב נהג ביניים, שעשוי להיות מורכב מכמה טרנזיסטורי הספק בינוני בעלי רווח גבוה או אפילו משהו מורכב יותר.
אולם כיום עם כניסתם של מוספטים מתוחכמים, שלב הנהג עשוי להתבטל לחלוטין.
הסיבה לכך היא כי mosfets הם מכשירים תלויי מתח ואינם מסתמכים על גודל הנוכחי להפעלה.
עם נוכחות של פוטנציאל מעל 5 וולט על פני השער והמקור שלהם, רוב המוספטים היו רווים ומתנהלים במלואם על הניקוז והמקור שלהם, גם אם הזרם נמוך כמו 1mA
זה הופך את התנאים למאוד מתאימים וקלים ליישומם ליישומי מהפך.
אנו יכולים לראות כי במעגלי המתנד שלעיל, הפלט הוא מקור יחיד, אולם בכל טופולוגיות המהפך אנו זקוקים ליציאות פועמות מקוטבות לסירוגין או הפוכות משני מקורות. ניתן להשיג זאת פשוט על ידי הוספת שלב שער מהפך (להיפוך המתח) ליציאה הקיימת מהמתנדים, ראה האיורים שלהלן.
קביעת תצורה של שלב המתנד לתכנון מעגלי מהפך קטנים
בואו ננסה להבין את השיטות הקלות שבאמצעותן ניתן לחבר את האמור לעיל עם שלבי מתנד עם שלב כוח ליצירת עיצובי מהפך יעילים במהירות.
תכנון מעגל מהפך באמצעות מתאם NOT Gate
האיור הבא מראה כיצד ניתן להגדיר מהפך קטן באמצעות מתנד שער לא כמו מ- IC 4049.
כאן בעצם N1 / N2 יוצר את שלב המתנד היוצר את שעוני 50 הרץ או 60 הרץ הנדרשים לצורך פעולת המהפך. N3 משמש להיפוך שעונים אלה מכיוון שעלינו להחיל שעונים מקוטבים הפוכים לשלב שנאי הכוח.
עם זאת אנו יכולים לראות גם שערי N4, N5 N6, אשר מוגדרים על פני קו הקלט וקו הפלט של N3.
למעשה N4, N5, N6 כלולים בפשטות לאירוח שלושת השערים הנוספים הזמינים בתוך IC 4049, אחרת רק N1, N2, N3 הראשון יכול לשמש לבד לפעולות, ללא שום בעיות.
3 הנוספים שערים מתנהגים כמו מאגרים וכן וודא כי שערים אלה אינם נותרים ללא קשר, מה שאחרת יכול ליצור השפעה שלילית על ה- IC בטווח הארוך.
השעונים המקוטבים להיפך על פני תפוקות ה- N4, ו- N5 / N6 מוחלים על בסיסי BJT הכוח באמצעות TIP142 BJT כוח, המסוגלים להתמודד עם זרם 10 אמפר טוב. ניתן לראות את השנאי מוגדר על פני אספני ה- BJT.
תגלו כי לא נעשה שימוש במגברי ביניים או במות דרייבר בתכנון שלעיל מכיוון של- TIP142 עצמו יש שלב BJT דרלינגטון פנימי להגברה המובנית הנדרשת ולכן הם מסוגלים להגביר בנוחות את שעוני הזרם הנמוך מהשערים אל גבוה תנודות זרם על פני השנאי המחובר.
ניתן למצוא עיצובים נוספים של מהפך IC 4049 להלן:
מעגל אספקת החשמל (UPS) הפשוט ביותר ללא הפרעה
תכנון מעגל מהפך באמצעות שמידט טריגר NAND שער מתנד
האיור הבא מראה כיצד ניתן לשלב מעגל מתנד המשתמש ב- IC 4093 עם שלב הספק BJT דומה ליצירת עיצוב מהפך שימושי .
האיור מדגים תכנון מהפך קטן באמצעות שערי NAND מפעילים IC 4093 שמידט. באופן די זה גם כאן ניתן היה להימנע מה- N4 וניתן היה לחבר את בסיסי ה- BJT ישירות על פני הכניסות והיציאות N3. אך שוב, N4 כלול בכדי להכיל את השער הנוסף בתוך ה- IC 4093 וכדי להבטיח שסיכת הקלט שלו לא תישאר מחוברת.
ניתן להפנות לעיצובים מהירים יותר של IC 4093 מהקישורים הבאים:
מעגלי המהפך ששונו בצורה הטובה ביותר
כיצד לבנות מעגל מהפך בעוצמה גבוהה 400 וואט עם מטען מובנה
תרשימי Pinout עבור IC 4093 ו- IC 4049
הערה: סיכות ה- Vcc ו- Vss של ה- IC אינן מוצגות בתרשימי המהפך, אלה חייבים להיות מחוברים כראוי עם אספקת הסוללה 12V, עבור ממירי 12V. עבור ממירי מתח גבוה יותר יש להגביר את האספקה כראוי ל 12 וולט עבור סיכות אספקת IC.
תכנון מעגל מהפך מיני באמצעות מתנד IC 555
מהדוגמאות לעיל, מתברר למדי כי הצורות הבסיסיות ביותר של ממירים יכולות להיות מתוכננות על ידי צימוד פשוט של שלב כוח שנאי BJT + ושלב מתנד.
בהתאם לאותו עיקרון ניתן להשתמש גם במתנד IC 555 לעיצוב מהפך קטן כמוצג להלן:
המעגל הנ'ל מסביר את עצמו, ואולי אינו דורש הסבר נוסף.
מעגל מהפך מסוג IC 555 כזה ניתן למצוא להלן:
הבנת טופולוגיות מהפך (כיצד להגדיר את שלב הפלט)
בסעיפים לעיל למדנו על שלבי המתנד, וגם על העובדה שהמתח הדופק מהמתנד עובר היישר לשלב פלט הכוח הקודם.
ישנן בעיקר שלוש דרכים בהן ניתן לתכנן שלב פלט של מהפך.
באמצעות:
- לחץ על Pull Pull Stage (עם מרכז ברז שנאי) כמוסבר בדוגמאות לעיל
- דחוף למשוך שלב חצי גשר
- דחוף למשוך את הגשר המלא או את שלב הגשר
שלב משיכת הדחיפה באמצעות שנאי ברז מרכזי הוא העיצוב הפופולרי ביותר מכיוון שהוא כולל יישומים פשוטים יותר ומייצר תוצאות מובטחות.
עם זאת זה דורש שנאים בתפזורת גדולה יותר וההספק שלו נמוך יותר.
להלן ניתן לראות כמה עיצובים של מהפך המפעיל שנאי ברז מרכזי:
בתצורה זו, בעצם נעשה שימוש בשנאי ברז מרכזי כאשר הברזים החיצוניים שלו מחוברים לקצוות החמים של התקני הפלט (טרנזיסטורים או מוספטים) ואילו הברז המרכזי עובר לשלילה של הסוללה או לחיובי הסוללה בהתאם. על סוג המכשירים המשמשים (סוג N או סוג P).
טופולוגיית חצי גשר
שלב חצי גשר אינו עושה שימוש בשנאי ברז מרכזי.
ל חצי גשר התצורה טובה יותר ממעגל דחיפה מרכזית של המעגל במונחים של קומפקטיות ויעילות, אולם היא דורשת קבלים בעלי ערך גדול ליישום הפונקציות לעיל.
ל גשר מלא או מהפך גשר H דומה לרשת חצי גשר מכיוון שהיא משלבת גם שנאי שני ברזים רגיל ואינו דורש שנאי ברז מרכזי.
ההבדל היחיד הוא חיסול הקבלים והכללת שני מכשירי חשמל נוספים.
גשר מלא טופולוגיה
מעגל מהפך גשר מלא מורכב מארבעה טרנזיסטורים או מוספטים המסודרים בתצורה הדומה לאות 'H'.
כל ארבעת המכשירים עשויים להיות מסוג ערוץ N או עם שני ערוצי N ושני ערוצי P, בהתאם לשלב מתנד הנהג החיצוני בו נעשה שימוש.
בדיוק כמו חצי גשר, גשר מלא דורש גם יציאות נפרדות ומנודדות לסירוגין להפעלת ההתקנים.
התוצאה היא זהה, השנאי המחובר העיקרי נתון למיתוג הפוך קדימה של זרם הסוללה דרכו. זה מייצר את המתח המוגבר המושרה הנדרש על פני סלילה משנית של השנאי. היעילות היא הגבוהה ביותר עם עיצוב זה.
פרטי לוגיקה טרנזיסטור H-Bridge
התרשים הבא מציג תצורה אופיינית של גשר H, המעבר מתבצע כמתואר:
- A HIGH, D HIGH - דחיפה קדימה
- B HIGH, C HIGH - משיכה הפוכה
- A HIGH, B HIGH - מסוכן (אסור)
- C HIGH, D HIGH - מסוכן (אסור)
ההסבר לעיל מספק את המידע הבסיסי לגבי אופן תכנון מהפך, וניתן לשלב אותו רק לתכנון מעגלי מהפך רגילים, בדרך כלל סוגי הגלים המרובעים.
עם זאת ישנם מושגים רבים נוספים העשויים להיות קשורים לעיצובי מהפך כמו יצירת מהפך גל סינוס, מהפך מבוסס PWM, מהפך מבוקר פלט, אלה רק שלבים נוספים אשר ניתן להוסיף בתכנונים הבסיסיים שהוסברו לעיל ליישום הפונקציות האמורות.
נדון בהם בפעם אחרת, או אולי באמצעות הערותיך החשובות.
קודם: כיצד להמיר 12 וולט DC ל 220 V AC הבא: 3 מעגלי DRL (אור ריצה בשעות היום) מעניינות לרכב שלך
