- Inversor de meia ponte
- Inversor Full Bridge
- Simulação do Inversor de Meia Ponte no MATLAB
- Gerador de pulso de portão
- Forma de onda de saída para inversor de meia ponte
- Simulação do inversor Full Bridge no MATLAB
- Forma de onda de saída para Full Bridge Inverter
A fonte de alimentação de corrente alternada (CA) é usada para quase todas as necessidades residenciais, comerciais e industriais. Mas o maior problema com o AC é que ele não pode ser armazenado para uso futuro. Assim, AC é convertido em DC e, em seguida, DC é armazenado em baterias e ultracapacitores. E agora, sempre que AC é necessário, DC é novamente convertido em AC para executar os aparelhos baseados em AC. Portanto, o dispositivo que converte CC em CA é chamado de Inversor.
Para aplicações monofásicas, o inversor monofásico é usado. Existem basicamente dois tipos de inversor monofásico: Inversor Half Bridge e Inversor Full Bridge. Aqui estudaremos como esses inversores podem ser construídos e simularemos os circuitos no MATLAB.
Inversor de meia ponte
Este tipo de inversor requer duas chaves eletrônicas de potência (MOSFET). O MOSFET ou IGBT é usado para fins de comutação. O diagrama do circuito do inversor de meia ponte é mostrado na figura abaixo.
Conforme mostrado no diagrama de circuito, a tensão CC de entrada é Vdc = 100 V. Esta fonte é dividida em duas partes iguais. Agora, os pulsos de porta são fornecidos ao MOSFET, conforme mostrado na figura abaixo.
De acordo com a frequência de saída, o tempo ON e o tempo OFF do MOSFET são decididos e os pulsos de porta são gerados. Precisamos de energia CA de 50 Hz, então o período de tempo de um ciclo (0 <t <2π) é de 20 ms. Conforme mostrado no diagrama, o MOSFET-1 é disparado para o primeiro meio ciclo (0 <t <π) e durante este período de tempo o MOSFET-2 não é disparado. Neste período de tempo, a corrente fluirá na direção da seta conforme mostrado na figura abaixo e meio ciclo da saída CA é concluído. A corrente da carga é da direita para a esquerda e a tensão da carga é igual a + Vdc / 2.
Na segunda metade do ciclo (π <t <2π), o MOSFET-2 é acionado e a fonte de tensão mais baixa é conectada à carga. A corrente da carga é da esquerda para a direita e a tensão da carga é igual a -Vdc / 2. Nesse período, a corrente fluirá conforme mostrado na figura e a outra metade do ciclo da saída CA será concluída.
Inversor Full Bridge
Neste tipo de inversor, quatro interruptores são usados. A principal diferença entre o inversor de meia ponte e ponte completa é o valor máximo da tensão de saída. No inversor de meia ponte, a tensão de pico é a metade da tensão de alimentação DC. No inversor de ponte completa, a tensão de pico é igual à tensão de alimentação CC. O diagrama do circuito do inversor em ponte completa é mostrado na figura abaixo.
O pulso de porta para MOSFET 1 e 2 são iguais. Ambos os interruptores estão operando ao mesmo tempo. Da mesma forma, os MOSFET 3 e 4 têm os mesmos pulsos de porta e operando ao mesmo tempo. Porém, os MOSFET 1 e 4 (braço vertical) nunca operam ao mesmo tempo. Se isso acontecer, a fonte de tensão DC entrará em curto-circuito.
Para a metade superior do ciclo (0 <t <π), os MOSFET 1 e 2 são acionados e a corrente fluirá conforme mostrado na figura abaixo. Neste período de tempo, o fluxo de corrente da esquerda para a direita.
Para o meio ciclo inferior (π <t <2π), os MOSFET 3 e 4 são acionados e a corrente fluirá conforme mostrado na figura. Nesse período, a corrente flui da direita para a esquerda. O pico de tensão de carga é igual à tensão de alimentação CC Vdc em ambos os casos.
Simulação do Inversor de Meia Ponte no MATLAB
Para simulação, adicione elementos no arquivo de modelo da biblioteca Simulink.
1) 2 fontes DC - 50V cada
2) 2 MOSFET
3) Carga resistiva
4) Gerador de pulso
5) NÃO portão
6) Powergui
7) Medição de tensão
8) GOTO e FROM
Conecte todos os componentes de acordo com o diagrama de circuito. A captura de tela do arquivo do modelo do Inversor Half Bridge é mostrada na imagem abaixo.
O pulso de porta 1 e o pulso de porta 2 são pulsos de porta para MOSFET1 e MOSFET2 que são gerados a partir do circuito gerador de porta. O pulso do gate é gerado pelo GERADOR DE PULSO. Nesse caso, MOSFET1 e MOSFET2 não podem ser acionados ao mesmo tempo. Se isso acontecer, a fonte de tensão entrará em curto-circuito. Quando MOSFET1 é fechado, MOSFET2 será aberto naquele momento, e quando MOSFET2 é fechado MOSFET1 é aberto naquele momento. Portanto, se gerarmos um pulso de porta para qualquer MOSFET, podemos alternar esse pulso e usá-lo para outro MOSFET.
Gerador de pulso de portão
A imagem acima mostra o parâmetro para o bloco do gerador de pulso no MATLAB. O período é 2e-3 significa 20 mseg. Se você precisar de saída de frequência de 60 Hz, o período será de 16,67 mseg. A largura do pulso é em termos de porcentagem do período. Isso significa que, o pulso de porta é gerado apenas para esta área. Nesse caso, configuramos isso em 50%, isso significa que 50% do pulso do período do gate é gerado e 50% do pulso do período do gate não é gerado. O atraso de fase é definido como 0 seg, significa que não estamos dando nenhum atraso ao pulso do gate. Se houver algum atraso de fase, significa que o pulso do gate será gerado após esse tempo. Por exemplo, se o retardo de fase for 1e-3, o pulso de porta será gerado após 10 mseg.
Desta forma, podemos gerar o pulso de porta para MOSFET1 e agora vamos alternar este pulso de porta e usá-lo para MOSFET2. Na simulação, usaremos a porta lógica NOT. O inverso da saída da porta NOT significa que ela converterá 1 em 0 e 0 em 1. É assim que podemos obter exatamente o pulso da porta oposta para que a fonte CC nunca entre em curto-circuito.
Na prática, não podemos usar 50% da largura de pulso. O MOSFET ou qualquer interruptor elétrico de alimentação leva pouco tempo para desligar. Para evitar curto-circuito da fonte, a largura de pulso é definida em torno de 45% para permitir que os MOSFETs desliguem. Este período de tempo é conhecido como Dead Time. Mas, para fins de simulação, podemos usar 50% da largura de pulso.
Forma de onda de saída para inversor de meia ponte
Esta captura de tela é para a tensão de saída na carga. Nesta imagem, podemos ver que o valor de pico da tensão de carga é 50V, que é a metade da alimentação DC e a frequência é 50Hz. Para completar um ciclo, o tempo necessário é de 20 mseg.
Simulação do inversor Full Bridge no MATLAB
Se você obtiver a saída do inversor de meia ponte, então é fácil implementar o inversor de ponte completa, porque a maioria das coisas permanecem as mesmas. No inversor de ponte completa também, precisamos de apenas dois pulsos de porta, o mesmo que o inversor de meia ponte. Um pulso de porta é para MOSFET 1 e 2 e o inverso desse pulso de porta é para MOSFET 3 e 4.
Elementos necessários
1) 4 - MOSFET
2) 1 fonte DC
3) Carga resistiva
4) Medição de tensão
5) Gerador de pulso
6) GOTO e FROM
7) powergui
Conecte todos os componentes conforme mostrado na imagem abaixo.
Forma de onda de saída para Full Bridge Inverter
Esta captura de tela é para a tensão de saída na carga. Aqui podemos ver que o valor de pico da tensão de carga é igual à tensão de alimentação CC que é 100V.
Você pode conferir o vídeo completo de como construir e simular o Inversor Half Bridge e Full Bridge no MATLAB abaixo.