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- Formas de onda y funcionamiento del inversor de medio puente H
Formas de onda y funcionamiento del inversor de medio puente H
¿Qué es un inversor de medio puente H?
Un medio puente H es una topología de inversor que convierte CC en CA. Un circuito de medio puente típico consta de dos interruptores de control, una fuente de alimentación de CC de tres hilos, dos diodos de retroalimentación y dos condensadores que conectan la carga y la fuente. El interruptor de control puede ser cualquier interruptor electrónico como un MOSFET, BJT, IJBT o tiristor.
El circuito está diseñado para que ambos interruptores no estén encendidos a la vez, solo uno de los dos interruptores está conduciendo. Cada interruptor opera durante medio período (T/2), entregando la mitad del voltaje aplicado a la carga (± Vcorriente continua/2). Cuando ambos interruptores están apagados, el voltaje reservado a través de la carga es Vcorriente continua en lugar de Vcorriente continua2. Esto se llama inversor de medio puente.
Algunas de las reglas para un circuito dado son
- corriente que fluye S.1 dientes I1, mientras la corriente fluye S.2 dientes I2.
- El voltaje y la corriente de salida son Ⅴo y Io
- t es el período y el interruptor se considera unidireccional.
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Funcionamiento del inversor de medio puente H con carga R
La operación de medio puente con una carga puramente resistiva es la más simple. Una carga puramente resistiva no tiene un componente de almacenamiento y, por lo tanto, no requiere un diodo de retroalimentación en el circuito. Un circuito con esta carga opera en solo dos modos.
Modo 1: (0
En este modo, S1 Durante S, se enciende desde el intervalo de tiempo t=0 hasta t=T/2.2 esta apagado. inmediatamente S1 Cuando está encendido, se muestra el voltaje en la carga. El voltaje de salida a través de la carga será:
Ⅴo =Vcorriente continua/2
corriente a través del interruptor S.1 será
Io =Vcorriente continua/2Rl
dónde rl resistencia de carga. La corriente fluye en el sentido de las agujas del reloj como se muestra.
Modo 2: (T/2
En este modo, cambie S2 Durante S, se enciende por intervalos de tiempo de t=T/2 a t=T.1 esta apagado. Se evita el cambio inmediato de modos ya que se producirá un cortocircuito. Por esta razón, S.2 Se enciende con un ligero retraso después de S1 completamente apagado. En este caso, el voltaje de salida será negativo porque la corriente fluirá hacia la carga desde la dirección opuesta.
Ⅴo = -Vcorriente continua/2
corriente a través de S2 será
Io =Vcorriente continua/2Rl
La corriente fluye en dirección opuesta a la carga como se muestra. Por lo tanto, muestra que se ha aplicado un medio puente H para convertir CC en CA.
Formas de onda de medio puente H con carga R
Las dos primeras formas de onda muestran pulsos aplicados a los interruptores y cada interruptor recibe un pulso cuando el interruptor complementario está apagado. 3rd El gráfico muestra la forma de onda de voltaje a través de la carga. Esto indica que la polaridad del voltaje cambia con la conmutación. Los dos últimos gráficos muestran la corriente a través del interruptor S.1 &S2.
El valor de la raíz cuadrada media (RMS) del voltaje de salida se puede calcular con la siguiente fórmula:
La transformada de Fourier se puede utilizar para representar el voltaje instantáneo
Como no hay compensación de CC,o es cero, y por simetría de cuarto de onda todas las componentes de sonnorte cero.Por lo tanto, la contribución de bnorte &b solo quedanorte se da como
poniendo el valor de bnorte En la ecuación de la serie de Fourier, tenemos:
Ⅴo = 0 (para n=2,4,6,8…)
ω es la frecuencia angular de la tensión de salida. No hay armónicos pares en el voltaje de salida debido a la simetría de cuarto de onda.Entonces el resultado es
A partir de aquí, el voltaje de salida es aproximadamente igual a la mitad del voltaje aplicado.
La corriente a través de una carga resistiva se calcula fácilmente dividiendo el voltaje RMS por su resistencia.
Operación de medio puente en H con cargas L y RL
El comportamiento de los semipuentes para cargas L y RL es el mismo. Ni cargas 100% puramente inductivas ni puramente resistivas existen en la vida real. Las cargas RL son más comunes en la práctica porque los inductores puros tienen resistencia óhmica.
Ahora considere el comportamiento de operación de un inversor de medio puente H con una carga RL. La operación de movimiento se puede entender en cuatro modos. Dos de los modos se usan para controlar el interruptor y dos modos se usan para retroalimentar la energía almacenada a la fuente.
Los terminales A y B se consideran reglas de señalización para toda la carga. Intervalo de tiempo cuando se activa S1, A es más positivo y B es más positivo cuando se activa S2. Si la carga es resistiva, tanto la forma de onda de corriente como la de voltaje tienen la misma forma. Para una carga RL, las formas de onda de corriente y voltaje nunca alcanzarán su punto máximo al mismo tiempo. Si la carga es predominantemente inductiva, la corriente se retrasará, y si la carga es predominantemente capacitiva, la tensión se retrasará.
Si las polaridades de corriente y voltaje no son las mismas, la corriente de amortiguación pasará a través del diodo de retroalimentación. El diodo D1 conduce cuando la corriente es positiva y el voltaje es negativo. D2 conduce cuando el voltaje es positivo y conduce cuando la corriente es negativa.
Las formas de onda son ligeramente diferentes porque el inductor resiste los cambios en el flujo de corriente. Por lo tanto, cuando se activa el interruptor y cambia el flujo de corriente, el inductor muestra resistencia al cambio. Por lo tanto, las formas de onda son diferentes.
Estos modos se describen teniendo en cuenta que todos los interruptores están inicialmente apagados y que no se almacena energía en los componentes de almacenamiento.
Modo 1 (0
En este modo, el interruptor S1 conduce desde el intervalo de tiempo. t1-t2La corriente comienza a fluir desde la fuente de CC a través de s1 hacia la carga tan pronto como se activa. La corriente fluye desde la terminal B, lo que indica que B es más positiva con respecto a la terminal A, como se muestra. El voltaje de la fuente aparece a través de la carga, que es V.corriente continuaEn /2, la corriente aumenta gradualmente desde cero hasta el máximo. Los inductores almacenan energía porque la corriente y el voltaje tienen la misma polaridad.
Modo 2 (t1
Voltaje negativo (-Vcorriente continua/2) aparece a través de la carga, pero la dirección del flujo de corriente permanece igual porque el inductor resiste el cambio. En otras palabras, el inductor proporciona energía almacenada y D2 proporciona un camino para que la corriente fluya desde la carga hasta la fuente. La corriente a través de la carga disminuye gradualmente hasta que la corriente de carga I.l será cero. La razón es que la energía almacenada en el inductor hace que fluya la corriente. Cuando el inductor se descarga, la corriente a través de la carga se vuelve cero.
El principal contribuyente a este modo es el diodo de retroalimentación D2. diodo de rueda libreTiene dos funciones. Una es realimentar la energía almacenada en la carga a la fuente y la otra es reducir la carga. pico di/dt generada por una carga inductiva.acción libre de D2 Puedes visualizarlo más claramente en la imagen de arriba.
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Modo 3 (t2
Después de descargar completamente el inductor a través de la carga, la corriente a través de la carga será cero. Con este movimiento se dispara S2. La dirección del flujo de corriente a través de la carga se invierte. Después de activar S2, la corriente comienza a aumentar y alcanza un pico negativo. Durante este tiempo, tanto la corriente como el voltaje son negativos. Entonces las tiendas de inductores cobran nuevamente.
Modo 4 (t3
en el intervalo de tiempo t3, el interruptor S2 está apagado. tensión positiva (Vcorriente continua/2) aparece en la carga cuando se apaga S2, pero la dirección del flujo de corriente sigue siendo la misma. El diodo D1 proporciona un camino a través del cual la energía almacenada se retroalimenta a la carga. La corriente a través de la carga disminuirá gradualmente hasta llegar a cero. La acción de rueda libre de D1 en este caso se puede visualizar en la siguiente figura.
Formas de onda de medio puente H con cargas L y RL
No existe una carga puramente inductiva, por lo que necesitamos resistencia del cable y resistencia del material. Por lo tanto, la forma de onda muestra una carga RL más práctica en lugar de mostrar un valor teórico.
Corriente de carga instantánea Il Para cargas puramente inductivas, se puede calcular dividiendo el voltaje de salida por la impedancia de la carga. (Z = R + jnωL)
para Rl carga (inductiva), la corriente de carga es
dónde n = bronceado-1 (nωL/R)
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Comparación de forma de onda de carga completa
El comportamiento del inversor de medio puente H con carga RLC sigue siendo el mismo que el de la carga RL con cambios menores. Por lo tanto, no es necesario explicar el comportamiento explícitamente, pero puede ver la diferencia en el diagrama de forma de onda a continuación.
El comportamiento y las formas de onda dependen de los valores de inductancia y capacitancia de la carga RLC. El comportamiento del inversor de medio puente H con carga RLC es el mismo que el de la carga RL.
Como sabemos, un condensador conduce corriente y se retrasa con el voltaje, y un inductor conduce voltaje y se retrasa con la corriente. Entonces, hay dos casos para la carga de RLC. Carga RLC dominante inductiva y carga RLC dominante capacitiva. Lo primero significa que la inductancia es mayor que la capacitancia, lo segundo significa que la capacitancia es mayor que el inductor de la carga RLC.
Por lo tanto, cuando la inductancia domina en una carga RLC, la corriente de carga se retrasa con respecto al voltaje de carga. Además, si la carga RLC es capacitiva, la corriente de carga será mayor que el voltaje de carga. Sin embargo, el cambio de fase se cancela en cierta medida por la interacción de los condensadores (para cargas inductivas dominantes) y los inductores (para cargas capacitivas dominantes).
La carga RLC cambia su comportamiento y forma de onda cuando el capacitor se vuelve dominante. En una carga RLC predominantemente capacitiva, el diodo de retroalimentación conduce en diferentes intervalos de tiempo debido a cambios en la forma de onda actual.
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