MATLAB을 사용한 단상 하프 브리지 및 풀 브리지 인버터

교류 (AC) 전원 공급 장치는 거의 모든 주거, 상업 및 산업 요구에 사용됩니다. 그러나 AC의 가장 큰 문제는 나중에 사용하기 위해 저장할 수 없다는 것입니다. 따라서 AC는 DC로 변환되고 DC는 배터리와 울트라 커패시터에 저장됩니다. 이제 AC가 필요할 때마다 DC가 다시 AC로 변환되어 AC 기반 기기를 실행합니다. 따라서 DC를 AC로 변환 하는 장치를 인버터라고 합니다.

단상 애플리케이션의 경우 단상 인버터가 사용됩니다. 단상 인버터에는 주로 하프 브리지 인버터와 풀 브리지 인버터의 두 가지 유형이 있습니다. 여기에서는 이러한 인버터를 구축하는 방법을 연구하고 MATLAB에서 회로를 시뮬레이션합니다.

하프 브리지 인버터

이 유형의 인버터에는 2 개의 전력 전자 스위치 (MOSFET)가 필요합니다. MOSFET 또는 IGBT는 스위칭 용도로 사용됩니다. 하프 브리지 인버터의 회로도는 아래 그림과 같습니다.

회로도에서 볼 수 있듯이 입력 DC 전압은 Vdc = 100V입니다.이 소스는 두 개의 동일한 부분으로 나뉩니다. 이제 아래 그림과 같이 MOSFET에 게이트 펄스가 제공됩니다.

출력 주파수에 따라 MOSFET의 ON 시간과 OFF 시간이 결정되고 게이트 펄스가 생성됩니다. 50Hz AC 전원이 필요 하므로 한 사이클 (0 <t <2π)의 시간은 20msec입니다. 다이어그램에 표시된대로 MOSFET-1은 전반 사이클 (0 <t <π) 동안 트리거되고이 기간 동안 MOSFET-2는 트리거되지 않습니다. 이 시간 동안 아래 그림과 같이 화살표 방향으로 전류가 흐르고 AC 출력의 반주기가 완료됩니다. 부하의 전류는 오른쪽에서 왼쪽으로, 부하 전압은 + Vdc / 2와 같습니다.

후반 사이클 (π <t <2π)에서 MOSFET-2가 트리거되고 더 낮은 전압 소스가 부하에 연결됩니다. 부하의 전류는 왼쪽에서 오른쪽 방향이며 부하 전압은 -Vdc / 2와 같습니다. 이 시간 동안 그림과 같이 전류가 흐르고 AC 출력의 나머지 반주기가 완료됩니다.

풀 브리지 인버터

이 유형의 인버터에서는 4 개의 스위치가 사용됩니다. 하프 브리지와 풀 브리지 인버터의 주요 차이점은 출력 전압의 최대 값입니다. 하프 브리지 인버터에서 피크 전압은 DC 공급 전압의 절반입니다. 풀 브리지 인버터에서 피크 전압은 DC 공급 전압과 동일합니다. 풀 브리지 인버터의 회로도 등의 도면은 아래에 도시된다.

MOSFET 1과 2의 게이트 펄스는 동일합니다. 두 스위치가 동시에 작동합니다. 마찬가지로 MOSFET 3과 4는 동일한 게이트 펄스를 가지며 동시에 작동합니다. 그러나 MOSFET 1과 4 (수직 암)는 동시에 작동하지 않습니다. 이 경우 DC 전압 소스가 단락됩니다.

상반기 사이클 (0 <t <π)의 경우 MOSFET 1과 2가 트리거되고 전류는 아래 그림과 같이 흐릅니다. 이 기간 동안 전류는 왼쪽에서 오른쪽으로 흐릅니다.

들면 하반부주기 (π <t <2π), MOSFET (3, 4)가 트리거하세요 도면에 나타내는 바와 같이 전류가 흐른다. 이 기간 동안 전류는 오른쪽에서 왼쪽 방향으로 흐릅니다. 피크 부하 전압은 두 경우 모두에서 DC 공급 전압 Vdc와 동일합니다.

MATLAB에서 하프 브리지 인버터 시뮬레이션

시뮬레이션을 위해 Simulink 라이브러리의 모델 파일에 요소를 추가합니다.

1) 2 개의 DC 소스 – 각각 50V

2) 2 개의 MOSFET

3) 저항 부하

4) 펄스 발생기

5) NOT 게이트

6) Powergui

7) 전압 측정

8) 이동 및 출발

회로도에 따라 모든 구성 요소를 연결하십시오. 하프 브리지 인버터 모델 파일의 스크린 샷은 아래 이미지와 같습니다.

게이트 펄스 1과 게이트 펄스 2는 게이트 생성기 회로에서 생성되는 MOSFET1 및 MOSFET2에 대한 게이트 펄스입니다. 게이트 펄스는 PULSE GENERATOR에 의해 생성됩니다. 이 경우 MOSFET1과 MOSFET2는 동시에 트리거 될 수 없습니다. 이 경우 전압 소스가 단락됩니다. MOSFET1이 닫히면 MOSFET2가 열리고 MOSFET2가 닫히면 MOSFET1이 열리게됩니다. 따라서 하나의 MOSFET에 대해 게이트 펄스를 생성하면 해당 펄스를 토글하고 다른 MOSFET에 사용할 수 있습니다.

게이트 펄스 발생기

위 이미지는 MATLAB의 펄스 발생기 블록에 대한 매개 변수를 보여줍니다. 기간 2E -3- 수단 20 msec이다. 60Hz 주파수 출력이 필요한 경우주기는 16.67msec입니다. 폭 펄스 기간의 비율의 측면에서입니다. 즉,이 영역에 대해서만 게이트 펄스가 생성됩니다. 이 경우 50 %로 설정하면 50 %주기 게이트 펄스가 생성되고 50 %주기 게이트 펄스가 생성되지 않음을 의미합니다. 위상 지연이 0 초로 설정 우리는 게이트 펄스에 지연을 부여하지 않는 것을 의미한다. 위상 지연이 있으면이 시간 이후에 게이트 펄스가 생성됨을 의미합니다. 예를 들어 위상 지연이 1e-3이면 10msec 후에 게이트 펄스가 생성됩니다.

이 방법으로 MOSFET1에 대한 게이트 펄스를 생성 할 수 있으며 이제이 게이트 펄스를 전환하여 MOSFET2에 사용할 것입니다. 시뮬레이션에서는 논리 NOT 게이트를 사용합니다. 출력에 반대되는 NOT 게이트는 1을 0으로, 0을 1로 변환한다는 것을 의미합니다. 이것은 DC 소스가 단락되지 않도록 정확히 반대 게이트 펄스를 얻을 수있는 방법입니다.

실제로 50 % 펄스 폭을 사용할 수 없습니다. MOSFET 또는 전원 전기 스위치는 끄는 데 약간의 시간이 걸립니다. 소스의 단락을 방지하기 위해 펄스 폭이 약 45 %로 설정되어 MOSFET이 꺼지는 시간을 허용합니다. 이 기간을 데드 타임이라고 합니다. 그러나 시뮬레이션 목적으로 50 % 펄스 폭을 사용할 수 있습니다.

하프 브리지 인버터의 출력 파형

이 스크린 샷은 부하 양단의 출력 전압에 대한 것입니다. 이 이미지에서 부하 전압의 피크 값은 50V로 DC 전원의 절반이고 주파수는 50Hz입니다. 완전한 한 사이클의 경우 필요한 시간은 20msec입니다.

MATLAB에서 풀 브리지 인버터 시뮬레이션

하프 브리지 인버터의 출력을 얻으면 대부분의 것이 동일하게 유지되기 때문에 풀 브리지 인버터를 구현하기 쉽습니다. 에서는 풀 브리지 인버터 또한, 우리는 하프 브리지 인버터와 동일 두 게이트 펄스가 필요하다. 하나의 게이트 펄스는 MOSFET 1 및 2 용이고이 게이트 펄스의 역은 MOSFET 3 및 4 용입니다.

필요한 요소

1) 4 – MOSFET

2) DC 소스 1 개

3) 저항 부하

4) 전압 측정

5) 펄스 발생기

6) GOTO 및 FROM

7) powergui

아래 스크린 샷과 같이 모든 구성 요소를 연결합니다.

풀 브리지 인버터의 출력 파형

이 스크린 샷은 부하 양단의 출력 전압에 대한 것입니다. 여기에서 부하 전압의 피크 값이 100V 인 DC 공급 전압과 동일하다는 것을 알 수 있습니다.

아래 에서 MATLAB에서 하프 브리지 및 풀 브리지 인버터를 구축하고 시뮬레이션하는 방법에 대한 전체 안내 동영상을 확인할 수 있습니다.