Bagaimana Mendesain Inverter - Teori dan Tutorial

Postingan ini menjelaskan tip dan teori dasar yang mungkin berguna bagi para pendatang baru saat merancang atau menangani konsep dasar inverter. Mari pelajari lebih lanjut.

Apa itu Inverter

Ini adalah perangkat yang mengubah atau membalik tegangan rendah, potensi DC tinggi menjadi tegangan bolak-balik tinggi arus rendah seperti dari sumber baterai otomotif 12V ke output AC 220V.

Prinsip Dasar di balik Konversi di atas

Prinsip dasar di balik mengubah DC tegangan rendah menjadi AC tegangan tinggi adalah dengan menggunakan arus tinggi yang tersimpan di dalam sumber DC (biasanya baterai) dan meningkatkannya ke AC tegangan tinggi.

Ini pada dasarnya dicapai dengan menggunakan induktor, yang terutama merupakan transformator yang memiliki dua set belitan yaitu primer (masukan) dan sekunder (keluaran).

Gulungan primer dimaksudkan untuk menerima masukan arus tinggi searah sedangkan belitan sekunder untuk membalik masukan ini menjadi keluaran bolak-balik arus rendah tegangan tinggi yang sesuai.

Apa itu Tegangan atau Arus Bolak-balik

Yang kami maksud dengan tegangan bolak-balik adalah tegangan yang mengubah polaritasnya dari positif ke negatif dan sebaliknya berkali-kali per detik tergantung pada frekuensi yang ditetapkan pada input transformator.

Umumnya frekuensi ini adalah 50Hz atau 60 Hz tergantung pada spesifikasi utilitas negara tertentu.

Frekuensi yang dihasilkan secara artifisial digunakan pada tingkat di atas untuk memberi makan tahap keluaran yang mungkin terdiri dari transistor daya atau mosfet atau GBT yang terintegrasi dengan transformator daya.

Perangkat daya merespons pulsa yang diumpankan dan menggerakkan belitan transformator yang terhubung dengan frekuensi yang sesuai pada arus dan tegangan baterai yang diberikan.

Tindakan di atas menginduksi tegangan tinggi yang setara di seluruh belitan sekunder transformator yang pada akhirnya mengeluarkan AC 220V atau 120V yang diperlukan.

Simulasi Manual Sederhana

Simulasi manual berikut menunjukkan prinsip operasi dasar dari rangkaian inverter push pull berbasis transformator center tap.

Ketika belitan primer diaktifkan secara bergantian dengan arus baterai, jumlah tegangan dan arus yang setara diinduksi melintasi belitan sekunder melalui Terbang kembali mode, yang menerangi bohlam yang terhubung.

Dalam rangkaian yang dioperasikan inverter, operasi yang sama diterapkan tetapi melalui perangkat daya dan rangkaian osilator yang mengubah belitan pada kecepatan yang jauh lebih cepat, biasanya pada kecepatan 50Hz atau 60Hz.

Jadi, pada inverter, tindakan yang sama karena peralihan cepat akan menyebabkan beban tampak selalu ON, meskipun pada kenyataannya beban akan dinyalakan / dimatikan pada kecepatan 50Hz atau 60Hz.

Bagaimana Transformator Mengubah Input yang diberikan

Seperti dibahas di atas, file transformator biasanya akan memiliki dua lilitan, satu primer dan sekunder lainnya.

Kedua belitan bereaksi sedemikian rupa sehingga ketika arus switsing diterapkan pada belitan primer akan menyebabkan daya yang relevan secara proporsional ditransfer melintasi belitan sekunder melalui induksi elektromagnetik.

Oleh karena itu anggaplah, jika primer diberi nilai 12V dan sekunder pada 220V, input DC 12V berosilasi atau berdenyut ke sisi primer akan menginduksi dan menghasilkan AC 220V melintasi terminal sekunder.

Namun, input ke primer tidak dapat berupa arus searah, artinya meskipun sumbernya mungkin DC, itu harus diterapkan dalam bentuk pulsa atau sesekali melintasi primer, atau dalam bentuk frekuensi pada level yang ditentukan, kami memiliki membahas ini di bagian sebelumnya.

Ini diperlukan agar atribut yang melekat pada induktor dapat diimplementasikan, yang menurutnya induktor membatasi arus yang berfluktuasi dan mencoba menyeimbangkannya dengan melemparkan arus yang setara ke dalam sistem selama tidak adanya pulsa input, juga dikenal sebagai fenomena flyback. .

Oleh karena itu ketika DC diterapkan, primer menyimpan arus ini, dan ketika DC diputuskan dari belitan, memungkinkan belitan untuk menendang kembali arus yang tersimpan di terminalnya.

Namun karena terminal terputus, ggl balik ini diinduksi ke belitan sekunder, yang merupakan AC yang diperlukan di terminal keluaran sekunder.

Penjelasan di atas dengan demikian menunjukkan bahwa rangkaian pulser atau lebih sederhananya, rangkaian osilator menjadi keharusan saat merancang inverter.

Tahapan Sirkuit Fundamental dari sebuah Inverter

Untuk membuat inverter fungsional dasar dengan kinerja yang cukup baik, Anda memerlukan elemen dasar berikut:

• Transformator
• Perangkat Daya, seperti N-channel MOSFET atau Transistor Daya Biploar NPN
• Baterai Asam Timbal

Diagram Blok

Berikut diagram blok yang menggambarkan bagaimana mengimplementasikan elemen-elemen di atas dengan konfigurasi sederhana (center tap push-pull).

Bagaimana Mendesain Rangkaian Osilator untuk Inverter

Rangkaian osilator adalah tahap rangkaian penting dalam inverter apa pun, karena tahap ini bertanggung jawab untuk mengalihkan Dc ke belitan primer transformator.

Tahap osilator mungkin merupakan bagian paling sederhana dalam rangkaian inverter. Ini pada dasarnya adalah konfigurasi multivibrator astabil yang dapat dibuat melalui berbagai cara.

Anda dapat menggunakan gerbang NAND, gerbang NOR, perangkat dengan osilator built-in seperti IC 4060, IC LM567 atau hanya IC 555. Pilihan lainnya adalah penggunaan transistor dan kapasitor dalam mode astabil standar.

Gambar berikut menunjukkan konfigurasi osilator berbeda yang dapat digunakan secara efektif untuk mencapai osilasi dasar untuk setiap desain inverter yang diusulkan.

Pada diagram berikut kita melihat beberapa desain rangkaian osilator populer, outputnya adalah gelombang persegi yang sebenarnya pulsa positif, blok persegi tinggi menunjukkan potensial positif, tinggi balok persegi menunjukkan level tegangan, yang biasanya sama dengan yang diterapkan suplai tegangan ke IC, dan lebar blok persegi menunjukkan rentang waktu tegangan ini tetap hidup.

Peran Osilator dalam Rangkaian Inverter

Seperti dibahas di bagian sebelumnya, tahap osilator diperlukan untuk menghasilkan pulsa tegangan dasar untuk memberi makan tahap daya berikutnya.

Namun pulsa dari tahapan ini bisa terlalu rendah dengan keluaran arusnya, dan oleh karena itu tidak dapat diumpankan langsung ke transformator atau ke transistor daya pada tingkat keluaran.

Untuk mendorong arus osilasi ke tingkat yang diperlukan, tahap driver perantara biasanya digunakan, yang mungkin terdiri dari beberapa transistor daya menengah gain tinggi atau bahkan sesuatu yang lebih kompleks.

Namun hari ini dengan munculnya mosfet yang canggih, tahap driver mungkin sepenuhnya dihilangkan.

Ini karena MOSFET adalah perangkat yang bergantung pada tegangan dan tidak bergantung pada besaran arus untuk beroperasi.

Dengan adanya potensi di atas 5V di gerbang dan sumbernya, sebagian besar MOSFET akan jenuh dan berjalan sepenuhnya di saluran dan sumbernya, bahkan jika arusnya serendah 1mA

Hal ini membuat kondisi sangat sesuai, dan mudah untuk diterapkan pada aplikasi inverter.

Kita dapat melihat bahwa di rangkaian osilator di atas, outputnya adalah sumber tunggal, namun di semua topologi inverter kami memerlukan output pulsa terpolarisasi bergantian atau berlawanan dari dua sumber. Ini dapat dengan mudah dicapai dengan menambahkan tahap gerbang inverter (untuk membalikkan tegangan) ke output yang ada dari osilator, lihat gambar di bawah ini.

Mengkonfigurasi Tahap Osilator untuk Mendesain Sirkuit Inverter Kecil

Sekarang mari kita coba untuk memahami metode mudah yang menjelaskan di atas dengan tahapan osilator dapat dipasang dengan tingkat daya untuk membuat desain inverter yang efektif dengan cepat.

Merancang Rangkaian Inverter menggunakan NOT Gate Oscillator

Gambar berikut menunjukkan bagaimana inverter kecil dapat dikonfigurasi menggunakan osilator gerbang NOT seperti dari IC 4049.

Di sini pada dasarnya N1 / N2 membentuk tahap osilator yang menciptakan clock atau osilasi 50Hz atau 60Hz yang diperlukan untuk operasi inverter. N3 digunakan untuk membalikkan jam ini karena kita perlu menerapkan jam terpolarisasi berlawanan untuk tahap transformator daya.

Namun kita juga dapat melihat gerbang N4, N5 N6, yang dikonfigurasi melintasi jalur input dan jalur output N3.

Sebenarnya N4, N5, N6 hanya disertakan untuk menampung 3 gerbang tambahan yang tersedia di dalam IC 4049, jika tidak hanya N1, N2, N3 pertama yang dapat digunakan sendiri untuk operasi, tanpa masalah apa pun.

3 ekstra gerbang bertindak seperti penyangga dan juga pastikan bahwa gerbang ini tidak dibiarkan tidak terhubung, yang sebaliknya dapat menimbulkan efek buruk pada IC dalam jangka panjang.

Jam yang terpolarisasi berlawanan di output N4, dan N5 / N6 diterapkan ke basis tahap daya BJT menggunakan BJT daya TIP142, yang mampu menangani arus 10 amp yang baik. Trafo dapat dilihat dikonfigurasikan di seluruh kolektor BJT.

Anda akan menemukan bahwa tidak ada tahap penguat atau driver perantara yang digunakan dalam desain di atas karena TIP142 itu sendiri memiliki tahap Darlington BJT internal untuk amplifikasi internal yang diperlukan dan oleh karena itu dapat dengan nyaman memperkuat jam arus rendah dari gerbang NOT ke tinggi osilasi arus melintasi belitan transformator yang terhubung.

Lebih banyak desain inverter IC 4049 dapat ditemukan di bawah ini:

Sirkuit Inverter Daya 2000 VA Buatan Sendiri

Sirkuit Catu Daya Tanpa Gangguan (UPS) yang Paling Sederhana

Perancangan Rangkaian Inverter dengan menggunakan gerbang Osilator NAND Schmidt Trigger

Gambar berikut menunjukkan bagaimana rangkaian osilator menggunakan IC 4093 dapat diintegrasikan dengan tingkat daya BJT yang serupa untuk membuat desain inverter yang berguna .

Gambar tersebut menunjukkan desain inverter kecil menggunakan IC 4093 schmidt trigger gerbang NAND. Di sini juga cukup identik, N4 dapat dihindari dan basis BJT dapat langsung dihubungkan ke input dan output N3. Tetapi sekali lagi, N4 disertakan untuk mengakomodasi satu gerbang ekstra di dalam IC 4093 dan untuk memastikan bahwa pin inputnya tidak dibiarkan tidak terhubung.

Desain Inverter IC 4093 yang lebih mirip dapat dilihat dari tautan berikut:

Sirkuit Inverter Modifikasi Terbaik

Cara Membuat Rangkaian Inverter Surya

Cara Membangun Sirkuit Inverter Daya Tinggi 400 Watt dengan Pengisi Daya Terpasang

Bagaimana Mendesain Sirkuit UPS - Tutorial

Diagram pinout untuk IC 4093 dan IC 4049

CATATAN: Pin suplai Vcc, dan Vss pada IC tidak ditampilkan dalam diagram inverter, ini harus dihubungkan dengan benar dengan suplai baterai 12V, untuk inverter 12V. Untuk inverter tegangan tinggi, suplai ini harus diturunkan secara tepat ke 12V untuk pin suplai IC.

Perancangan Rangkaian Mini Inverter menggunakan IC 555 Oscillator

Dari contoh di atas, menjadi sangat jelas bahwa bentuk paling dasar dari inverter dapat dirancang hanya dengan menyambungkan tingkat daya transformator BJT + dengan tingkat osilator.

Mengikuti prinsip yang sama, osilator IC 555 juga dapat digunakan untuk merancang inverter kecil seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Rangkaian di atas sudah cukup jelas, dan mungkin tidak memerlukan penjelasan lebih lanjut.

Lebih banyak rangkaian inverter IC 555 dapat ditemukan di bawah ini:

Sirkuit Inverter IC 555 Sederhana

Memahami Topologi Inverter (Bagaimana Mengkonfigurasi Tahap Output)

Pada bagian di atas kita belajar tentang tahapan osilator, dan juga fakta bahwa tegangan pulsa dari osilator langsung menuju ke tahap keluaran daya sebelumnya.

Ada tiga cara utama untuk merancang tahap keluaran inverter.

Dengan menggunakan:

1. Dorong Tarik Stage (dengan Transformator Ketuk Pusat) seperti yang dijelaskan dalam contoh di atas
2. Panggung Setengah Jembatan Dorong Tarik
3. Dorong Tarik Full-Bridge atau H-Bridge Stage

Tahap dorong tarik menggunakan trafo keran pusat adalah desain yang paling populer karena melibatkan implementasi yang lebih sederhana dan menghasilkan hasil yang terjamin.

Namun itu membutuhkan trafo yang lebih besar dan efisiensi keluaran lebih rendah.

Beberapa desain inverter dapat dilihat di bawah ini yang menggunakan trafo center tap:

Dalam konfigurasi ini, pada dasarnya trafo center-tap digunakan dengan tap luarnya terhubung ke ujung panas dari perangkat output (transistor atau mosfets) sedangkan center tap baik menuju ke negatif baterai atau ke positif baterai tergantung berdasarkan jenis perangkat yang digunakan (tipe N atau tipe P).

Topologi Setengah Jembatan

Setengah jembatan tidak menggunakan trafo center tap.

UNTUK setengah jembatan konfigurasi ini lebih baik daripada rangkaian tipe center tap push pull dalam hal kekompakan dan efisiensi, namun memerlukan kapasitor bernilai besar untuk mengimplementasikan fungsi di atas.

UNTUK jembatan penuh atau inverter H-bridge mirip dengan jaringan setengah jembatan karena juga menggunakan transformator dua tap biasa dan tidak memerlukan transformator center tap.

Satu-satunya perbedaan adalah penghapusan kapasitor dan dimasukkannya dua perangkat daya lagi.

Topologi Jembatan Penuh

Rangkaian inverter full bridge terdiri dari empat buah transistor atau mosfet yang tersusun dalam konfigurasi menyerupai huruf 'H'.

Keempat perangkat mungkin tipe saluran N atau dengan dua saluran N dan dua saluran P tergantung pada tahap osilator driver eksternal yang digunakan.

Sama seperti jembatan setengah, jembatan penuh juga membutuhkan output berosilasi yang terpisah dan terisolasi untuk memicu perangkat.

Hasilnya adalah sama, primer transformator yang terhubung dikenai jenis pengalihan arus baterai yang melaluinya. Ini menghasilkan tegangan yang ditingkatkan induksi yang diperlukan melintasi belitan sekunder keluaran transformator. Efisiensi paling tinggi dengan desain ini.

Rincian Logika Transistor H-Bridge

Diagram berikut menunjukkan konfigurasi H-bridge yang khas, switching dilakukan seperti di bawah ini:

1. A TINGGI, D TINGGI - dorongan ke depan
2. B HIGH, C HIGH - tarikan mundur
3. A HIGH, B HIGH - berbahaya (dilarang)
4. C HIGH, D HIGH - berbahaya (dilarang)

Penjelasan di atas memberikan informasi dasar mengenai bagaimana merancang sebuah inverter, dan dapat digabungkan hanya untuk mendesain rangkaian inverter biasa, biasanya jenis gelombang persegi.

Namun ada banyak konsep lebih lanjut yang mungkin terkait dengan desain inverter seperti membuat inverter gelombang sinus, inverter berbasis PWM, inverter yang dikendalikan keluaran, ini hanyalah tahap tambahan yang dapat ditambahkan dalam desain dasar yang dijelaskan di atas untuk menerapkan fungsi tersebut.

Kami akan membahasnya lain kali atau mungkin melalui komentar Anda yang berharga.