บทนำสู่หลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์

การทำงานของอินเวอร์เตอร์

1. กระแสตรงสามารถแปลงเป็นกระแสสลับผ่านวงจรสั่นสะเทือนได้;
2. กระแสสลับที่ได้จะถูกขยายโดยขดลวด (ในขณะนี้จะได้กระแสสลับรูปคลื่นสี่เหลี่ยม);
3. แปลงกระแสสลับที่ได้ให้เป็นคลื่นไซน์

AC-DC ค่อนข้างง่าย เราทราบว่าไดโอดมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าแบบทิศทางเดียว คุณสมบัตินี้ของไดโอดสามารถนำมาใช้สร้างสะพานเพื่อให้ปลายด้านหนึ่งไหลเข้าเสมอและปลายอีกด้านหนึ่งไหลออกเสมอ ซึ่งส่งผลให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันแบบไซน์ หากต้องการกระแสตรงที่เรียบและการเรียงกระแส วิธีที่ง่ายคือการต่อคาปาซิเตอร์

อินเวอร์เตอร์เป็นตัวแปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับ ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นกระบวนการกลับขั้วแรงดันร่วมกับอะแดปเตอร์ อะแดปเตอร์จะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากกริดไฟฟ้าเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 12V ที่เสถียร และอินเวอร์เตอร์จะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 12V ที่อะแดปเตอร์จ่ายออกมาเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูงแรงดันสูง ทั้งสองส่วนยังใช้เทคโนโลยีการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ที่ใช้งานบ่อยในปัจจุบัน ส่วนสำคัญคือคอนโทรลเลอร์ PWM แบบบูรณาการ โดยอะแดปเตอร์ใช้ UC3842 และอินเวอร์เตอร์ใช้ชิป TL5001 ช่วงแรงดันทำงานของ TL5001 คือ 3.6~40V มีแอมพลิฟายเออร์แก้ไขข้อผิดพลาด ตัวควบคุม วงจรสั่นสะเทือน ตัวสร้าง PWM พร้อมการควบคุมโซนตาย วงจรป้องกันแรงดันต่ำ และวงจรป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

ส่วนอินเทอร์เฟซอินพุต:
ส่วนอินพุตมีสัญญาณ 3 ตัว คือ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 12V อินพุต VIN, แรงดันเปิดใช้งาน ENB และสัญญาณควบคุมกระแสของแผง DIM VIN มาจากอะแดปเตอร์ แรงดัน ENB มาจาก MCU บนเมนบอร์ด มีค่าเป็น 0 หรือ 3V เมื่อ ENB=0 อินเวอร์เตอร์จะไม่ทำงาน และเมื่อ ENB=3V อินเวอร์เตอร์จะทำงานปกติ ส่วนแรงดัน DIM มาจากเมนบอร์ด ช่วงค่าจะอยู่ระหว่าง 0 ถึง 5V เมื่อค่าต่างๆ ของ DIM ถูกป้อนกลับไปยังขั้วป้อนกลับของคอนโทรลเลอร์ PWM กระแสที่อินเวอร์เตอร์จ่ายให้โหลดก็จะแตกต่างกัน ค่ายิ่ง DIM ต่ำ กระแสที่อินเวอร์เตอร์จ่ายออกก็จะยิ่งมาก

วงจรเริ่มต้นแรงดัน:
เมื่อ ENB อยู่ในระดับสูง จะส่งแรงดันสูงเพื่อจุดไฟหลอดไฟแบ็คไลท์ของแผง

คอนโทรลเลอร์ PWM:
ประกอบด้วยฟังก์ชันดังนี้: แรงดันอ้างอิงภายใน, แอมพลิฟายเออร์แก้ไขข้อผิดพลาด, วงจรสั่นสะเทือน และ PWM, การป้องกันแรงดันเกิน, การป้องกันแรงดันต่ำ, การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร และทรานซิสเตอร์ขาออก

การแปลงกระแสตรง:
วงจรแปลงแรงดันประกอบด้วยท่อสวิตช์ MOS และตัวเหนี่ยวนำเก็บพลังงาน พัลส์อินพุตถูกขยายโดยแอมพลิฟายเออร์แบบดันดึงแล้วจึงขับเคลื่อนท่อ MOS ให้ทำการสวิตช์ เพื่อให้แรงดันกระแสตรงชาร์จและคายประจุตัวเหนี่ยวนำ ทำให้ปลายอีกด้านของตัวเหนี่ยวนำได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

วงจรสั่นสะเทือน LC และวงจรขาออก:
รับประกันแรงดัน 1600V ที่จำเป็นสำหรับการจุดหลอดไฟ และลดแรงดันลงเหลือ 800V หลังจากหลอดไฟติดแล้ว

การป้อนกลับแรงดันขาออก:
เมื่อโหลดทำงาน แรงดันที่วัดได้จะถูกป้อนกลับเพื่อรักษาแรงดันขาออกของอินเวอร์เตอร์ จริงๆ แล้วคุณสามารถจินตนาการได้ว่ามีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการขั้วบวกและลบ ตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำโดยทั่วไปไม่จำเป็น หากไดโอดเสีย อาจเกิดการชำรุดได้ ตราบใดที่แรงดันปกติ โดยทั่วไปจะไม่มีปัญหา ทรานซิสเตอร์จะไม่ทำงาน หลอดซีเนอร์จะเสียหายหากต่อขั้วบวกและลบสลับกัน แต่โดยทั่วไปวงจรบางส่วนจะได้รับการป้องกันโดยการนำไฟฟ้าแบบทิศทางเดียวของไดโอด ส่วนคาปาซิเตอร์ ขั้วบวกและลบในคาปาซิเตอร์เป็นคาปาซิเตอร์อิเล็กโทรไลต์ หากต่อขั้วบวกและลบผิดอย่างรุนแรง ตัวเปลือกจะระเบิด

ส่วนประกอบหลัก ได้แก่ ไดโอด ทรานซิสเตอร์สวิตช์ หม้อแปลงสั่นสะเทือน การวัดค่า ทรานซิสเตอร์ขยาย นอกจากนี้ยังมีหลักการของวงจรสวิตช์ เช่น ตัวต้านทานและความจุของวงจรสั่นสะเทือน

การเลือกส่วนประกอบพลังงานหลักของอินเวอร์เตอร์มีความสำคัญมาก ปัจจุบันส่วนประกอบพลังงานที่ใช้มากที่สุดคือทรานซิสเตอร์กำลังแบบดาร์ลิงตัน (BJT), ทรานซิสเตอร์สนามแบบพลังงาน (MOSFET), ทรานซิสเตอร์เกตแบบแยก (IGBT) และไทรแอสเตอร์แบบปิด (GTO) เป็นต้น MOSFET ใช้มากในระบบแรงดันต่ำขนาดเล็ก เพราะ MOSFET มีแรงดันตกคร่อมขณะนำต่ำและความถี่สวิตช์สูง โมดูล IGBT มักใช้ในระบบแรงดันสูงและขนาดใหญ่ เนื่องจากเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น ความต้านทานขณะนำของ MOSFET ก็เพิ่มขึ้น ในขณะที่ IGBT มีข้อได้เปรียบมากกว่าในระบบขนาดกลาง ในระบบขนาดใหญ่มาก (เกิน 100KVA) โดยทั่วไปจะใช้ GTO เป็นส่วนประกอบพลังงานขนาดใหญ่ ได้แก่ FET หรือ IGBT, หม้อแปลง, คาปาซิเตอร์, ไดโอด, คอมพาราเตอร์ และตัวควบคุมหลัก เช่น 3525 อินเวอร์เตอร์ AC-DC-AC ยังมีการเรียงกระแสและการกรอง ขนาดและความแม่นยำของพลังงานขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของวงจร คุณสามารถดูที่ที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ นี่คือแหล่งจ่ายไฟสวิตช์ขนาดเล็ก!

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังชนิดใหม่ที่ควบคุมด้วยสนามไฟฟ้าแบบปิดตัวเอง รวมประสิทธิภาพความเร็วสูงของ MOSFET กำลังและความต้านทานต่ำของอุปกรณ์ไบโพลาร์ มีความต้านทานอินพุตสูง การใช้พลังงานควบคุมแรงดันต่ำ และวงจรควบคุมที่เรียบง่าย ทนแรงดันสูง ทนกระแสสูง และคุณสมบัติอื่นๆ จึงถูกนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในงานแปลงพลังงานต่างๆ พร้อมกันนั้น ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์รายใหญ่ยังคงพัฒนาเทคโนโลยี IGBT ที่มีแรงดันสูง กระแสสูง ความเร็วสูง แรงดันตกคร่อมต่ำ ความน่าเชื่อถือสูง และต้นทุนต่ำอย่างต่อเนื่อง