- ハーフブリッジインバーター
- フルブリッジインバーター
- MATLABでのハーフブリッジインバーターのシミュレーション
- ゲートパルス発生器
- ハーフブリッジインバータの出力波形
- MATLABでのフルブリッジインバーターのシミュレーション
- フルブリッジインバータの出力波形
交流電流 （AC）電源は、ほぼすべての住宅、商業および産業界のニーズのために使用されています。しかし、ACの最大の問題は、将来の使用のために保存できないことです。したがって、ACはDCに変換され、DCはバッテリーとウルトラコンデンサーに保存されます。そして今、ACが必要なときはいつでも、DCはACベースのアプライアンスを実行するために再びACに変換されます。したがって、DCをACに変換する デバイスはインバーターと呼ばれます。
単相アプリケーションの場合、単相インバータが使用されます。単相インバータには主にハーフブリッジインバータとフルブリッジインバータの2種類があります。ここでは、これらのインバーターを構築する方法を研究し、MATLABで回路をシミュレートします。
ハーフブリッジインバーター
このタイプのインバーターには、2つのパワーエレクトロニクススイッチ（MOSFET）が必要です。MOSFETまたはIGBTはスイッチングの目的で使用されます。ハーフブリッジインバータの回路図は下図のようになります。
回路図に示すように、入力DC電圧はVdc = 100Vです。このソースは2つの等しい部分に分割されます。これで、下の図に示すように、ゲートパルスがMOSFETに与えられます。
出力周波数に応じて、MOSFETのオン時間とオフ時間が決定され、ゲートパルスが生成されます。50HzのAC電力が必要なので、1サイクル（0 <t <2π）の時間は20ミリ秒です。図に示すように、MOSFET-1は前半サイクル（0 <t <π）でトリガーされ、この期間中、MOSFET-2はトリガーされません。この間、下図のように矢印の方向に電流が流れ、AC出力の半サイクルが完了します。負荷からの電流は右から左で、負荷電圧は+ Vdc / 2に等しくなります。
後半のサイクル（π<t <2π）では、MOSFET-2がトリガーされ、より低い電圧源が負荷に接続されます。負荷からの電流は左から右方向であり、負荷電圧は-Vdc / 2に等しくなります。この間、図のように電流が流れ、AC出力の残りの半サイクルが完了します。
フルブリッジインバーター
このタイプのインバータでは、4つのスイッチが使用されます。ハーフブリッジインバータとフルブリッジインバータの主な違いは、出力電圧の最大値です。ハーフブリッジインバータでは、ピーク電圧はDC電源電圧の半分です。フルブリッジインバータでは、ピーク電圧はDC電源電圧と同じです。フルブリッジインバータの回路図は下図のようになります。
MOSFET1と2のゲートパルスは同じです。両方のスイッチが同時に動作しています。同様に、MOSFET 3と4は同じゲートパルスを持ち、同時に動作します。ただし、MOSFET 1と4（垂直アーム）が同時に動作することはありません。これが発生すると、DC電圧源が短絡します。
上半周期（0 <t <π）では、MOSFET 1と2がトリガーされ、下の図に示すように電流が流れます。この間、電流は左から右に流れます。
以下のために下半周期（π<T <2π）、MOSFET 3及び4がトリガ取得し、図に示すように電流が流れることになります。この間、電流は右から左に流れます。どちらの場合も、ピーク負荷電圧はDC電源電圧Vdcと同じです。
MATLABでのハーフブリッジインバーターのシミュレーション
シミュレーションでは、Simulinkライブラリからモデルファイルに要素を追加します。
1）2つのDC電源–各50V
2）2 MOSFET
3）抵抗負荷
4）パルスジェネレータ
5）ゲートではありません
6）Powergui
7）電圧測定
8）GOTOとFROM
回路図に従ってすべてのコンポーネントを接続します。Half BridgeInverterモデルファイルのスクリーンショットを下の画像に示します。
ゲートパルス1とゲートパルス2は、ゲートジェネレータ回路から生成されるMOSFET1とMOSFET2のゲートパルスです。ゲートパルスはPULSEGENERATORによって生成されます。この場合、MOSFET1とMOSFET2を同時にトリガーすることはできません。これが発生すると、電圧源が短絡します。MOSFET1が閉じているときは、その時点でMOSFET2が開いており、MOSFET2が閉じているときは、その時点でMOSFET1が開いています。したがって、いずれかのMOSFETに対してゲートパルスを生成すると、そのパルスを切り替えて他のMOSFETに使用できます。
ゲートパルス発生器
上の画像は、MATLABのパルスジェネレーターブロックのパラメーターを示しています。期間は2E-3手段20ミリ秒です。 60Hzの周波数出力が必要な場合、周期は16.67ミリ秒になります。パルス幅は、期間の割合という点です。これは、ゲートパルスがこの領域に対してのみ生成されることを意味します。この場合、これを50％に設定します。これは、50％周期のゲートパルスが生成され、50％周期のゲートパルスが生成されないことを意味します。位相遅延は、0秒を設定し、我々はゲートパルスの遅延を与えていないことを意味しています。位相遅延がある場合は、この時間の後にゲートパルスが生成されることを意味します。たとえば、位相遅延が1e-3の場合、ゲートパルスは10ミリ秒後に生成されます。
このようにして、MOSFET1のゲートパルスを生成できます。次に、このゲートパルスを切り替えて、MOSFET2に使用します。シミュレーションでは、論理NOTゲートを使用します。NOTゲートの逆出力は、1を0に、0を1に変換することを意味します。これにより、DCソースが短絡しないように、正確に反対のゲートパルスを取得できます。
実際には、50％のパルス幅を使用することはできません。MOSFETまたは任意の電源電気スイッチは、オフになるのに少し時間がかかります。ソースの短絡を回避するために、パルス幅は約45％に設定され、MOSFETがオフになる時間を確保しています。この期間はデッドタイムとして知られています。ただし、シミュレーションの目的で、50％のパルス幅を使用できます。
ハーフブリッジインバータの出力波形
このスクリーンショットは、負荷両端の出力電圧用です。この画像では、負荷電圧のピーク値が50Vであり、これはDC電源の半分であり、周波数は50Hzであることがわかります。完全な1サイクルの場合、必要な時間は20ミリ秒です。
MATLABでのフルブリッジインバーターのシミュレーション
ハーフブリッジインバーターの出力が得られれば、ほとんどすべてが同じままであるため、フルブリッジインバーターを実装するのは簡単です。では、フルブリッジインバータも、私たちは、ハーフブリッジインバータと同じである2つだけゲートパルスを必要としています。1つのゲートパルスはMOSFET1および2用であり、このゲートパルスの逆はMOSFET3および4用です。
必要な要素
1）4 – MOSFET
2）1つのDCソース
3）抵抗負荷
4）電圧測定
5）パルスジェネレータ
6）GOTOとFROM
7）powergui
以下のスクリーンショットに示すように、すべてのコンポーネントを接続します。
フルブリッジインバータの出力波形
このスクリーンショットは、負荷両端の出力電圧用です。ここで、負荷電圧のピーク値が100VのDC電源電圧に等しいことがわかります。
以下のMATLABでハーフブリッジとフルブリッジインバーターを構築およびシミュレーションする方法の完全なウォークスルービデオを確認できます。