En sinusvåginverterare som använder klass-D-förstärkarfunktioner genom att omvandla en liten sinusvågsingångsfrekvens till ekvivalenta sinus-PWM, som slutligen bearbetas av en H-bridge BJT-förare för att generera nätets sinusvåg AC-utgång från en DC-batterikälla.
Vad är klass D-förstärkare
Arbetsprincipen för a klass-D-förstärkare är faktiskt enkelt men ändå extremt effektivt. En analog ingångssignal, såsom en ljudsignal eller en sinusformad vågform från en oscillator, hackas till ekvivalenta PWM, även kallade SPWM.
Dessa sinusekvivalenta PWM eller SPWM s matas till ett effekt-BJT-steg, där dessa förstärks med hög ström, och appliceras på primären i en steg-upp-transformator.
Transformatorn omvandlar slutligen sinusekvivalenten SPWM till 220V eller 120V sinusvåg AC, vars vågform är exakt i enlighet med ingångssinusvågssignalen från oscillatorn.
Fördelar med klass D-omformare
Den största fördelen med en klass D-omformare är dess höga verkningsgrad (nästan 100%) till en rimligt låg kostnad.
Klass-D förstärkare är enkla att bygga och ställa in, vilket gör att användaren snabbt kan producera effektiva sinusvågsomformare utan många tekniska problem.
Eftersom BJT: erna måste arbeta med PWM: er, gör det att de blir svalare och mer effektiva, och detta i sin tur gör att de kan arbeta med mindre kylflänsar.
En praktisk design
En praktisk klass-D-omformarkretsdesign kan bevittnas i följande diagram:
IC 74HC4066 kan ersättas med IC 4066, i så fall krävs inte den separata 5V och en gemensam 12V kan användas för hela kretsen.
Pwm-klass D-omformarens arbete är ganska enkelt. Sinusvågssignalen förstärks av op amp A1-steget till adekvata nivåer för att driva de elektroniska omkopplarna ES1 --- ES4.
De elektroniska omkopplarna ES1 --- ES4 öppnas och stängs vilket orsakar rektangulära pulser att genereras över baserna på transistorerna T1 --- T4 brygga växelvis.
PWM eller pulsenas bredd moduleras av ingångssinusignalen vilket resulterar i en sinusekvivalent PWM som matas till effekttransistorerna och transformatorn, vilket slutligen producerar den avsedda 220V- eller 120V-sinusnätströmmen AC vid utgången från transformatorns sekundär .
Driftsfaktorn för en rektangulär signal som produceras från ES1 --- ES4-utgångarna moduleras av amplituden för den förstärkta ingångssinusvågssignalen, vilket orsakar en utgångsväxlande SPWM-signal proportionell mot sinusvåg RMS. Sålunda är tidpunkten för utgångspulsen i enlighet med den momentana amplituden för ingångssinusignalen.
Omkopplingsperiodintervallet för tid och avstängning tillsammans bestämmer frekvensen som kommer att vara konstant.
Följaktligen skapas en enhetligt dimensionerad rektangulär signal (fyrkantvåg) i frånvaro av en insignal.
Som ett sätt att uppnå ganska bra sinusvåg vid transformatorns utgång bör frekvensen hos den rektangulära vågen från ES1 vara minst två gånger så hög som den högsta frekvensen i ingångssinusignalen.
Elektroniska omkopplare som förstärkare
Standardarbetet för PWM-förstärkare implementeras av de fyra elektroniska omkopplarna gjorda kring ES1 --- ES4. Antag att ingången på op-förstärkarens ingång på nollnivån får kondensatorn C7 att ladda via R8 tills spänningen över C7 når den nivå som är tillräcklig för att slå PÅ ES1.
ES1 stängs nu och börjar urladdning C7 tills dess nivå sjunker under ON-nivån för ES1. ES1 stänger nu AV och initierar C7-laddningen igen och cykeln slås snabbt PÅ / AV med en hastighet på 50 kHz, bestämt av värdena på C7 och R8.
Om vi nu tänker på närvaron av en sinusvåg vid ingången till op-förstärkaren, orsakar det effektivt en påtvingad variation på laddningscykeln för C7, vilket gör att ES1-utgången PWM-omkoppling blir modulerad enligt upp- och nedgångssekvensen för sinusvågsignal.
De utgående rektangulära vågorna från ES1 producerar nu SPWM vars arbetsfaktor nu varierar i enlighet med ingångssinusignalen.
Detta resulterar i att en sinusekvivalent SPWM växelvis växlas över T1 --- T4-bron, som i sin tur byter transformatorns primär för att generera de nödvändiga växelströmsledningarna från transformatorns sekundära ledningar.
Eftersom den sekundära växelspänningen skapas i enlighet med den primära SPWM-omkopplingen är den resulterande växelströmmen en perfekt ekvivalent sinusvåg AC för ingångssinusignalen.
Sinusvågoscillator
Som diskuterats ovan behöver klass-D-inverterförstärkaren en sinusvågssignalingång från en sinusgenerator-krets.
Följande bild visar en mycket enkel enkel transistor sinusgeneratorkrets som effektivt kan integreras med PWM-omvandlaren.
Frekvensen för ovanstående sinusgenerator är omkring 250 Hz, men vi behöver detta vara runt 50 Hz, vilket kan ändras genom att ändra värdena på C1 --- C3 och R3, R4 på lämpligt sätt.
När väl frekvensen är inställd kan utgången från denna krets kopplas till växelriktarkortets C1, C2-ingång.
PCB-design och transformatorledningar
Dellista
Transformator: 0-9V / 220V ström, beror på transistors effekt och batteri Ah-betyg
Specifikationer:
Den föreslagna klass-D PWM-omformaren är en liten prototyp för testprov på 10 watt. Den 10 watt låga uteffekten beror på användningen av transistor med låg effekt för T1 --- T4.
Effekten kan enkelt uppgraderas till 100 watt genom att ersätta transistorerna med kompletterande par TIP147 / TIP142.
Den kan öka till ännu högre nivåer genom att använda högre BUS DC-linje för transistorerna, var som helst mellan 12V och 24V
Tidigare: Förstå MOSFET Safe Operating Area eller SOA Nästa: Hur en autotransformator fungerar - hur man gör
