Omvandlingsspänningsfallsproblem - Hur man löser

Närhelst PWM används i en växelriktare för att möjliggöra en sinusvågsutgång, växelriktarspänning drop blir ett stort problem, särskilt om parametrarna inte beräknas korrekt.

På den här webbplatsen kan du ha stött på många sinus- och rena sinusomvandlare-koncept med PWM-flöden eller SPWM-integrationer. Även om konceptet fungerar väldigt snyggt och låter användaren få de erforderliga sinusvågsekvivalenta utgångarna, verkar de kämpa med utspänningsfallsproblem, under belastning.

I den här artikeln kommer vi att lära oss att korrigera detta genom enkel förståelse och beräkningar.

Först måste vi inse att uteffekt från en inverterare bara är produkten av ingångsspänning och ström som matas till transformatorn.

Därför måste vi se till att transformatorn är korrekt klassad för att bearbeta ingångsförsörjningen så att den producerar önskad uteffekt och kan bibehålla belastningen utan någon nedgång.

Från följande diskussion försöker vi analysera metoden för att bli av med problemet genom enkla beräkningar genom att konfigurera parametrarna korrekt.

Analysera utspänningen i fyrkantvågsomformare

I en fyrkantig inverterarkrets hittar vi vanligtvis vågformen som visas nedan över kraftenheterna, som levererar strömmen och spänningen till den relevanta transformatorlindningen enligt mosfetens ledningshastighet med denna fyrkantvåg:

Här kan vi se att toppspänningen är 12V, och arbetscykeln är 50% (lika PÅ / AV-tid för vågformen).

För att fortsätta med analysen måste vi först hitta den genomsnittliga spänningen som induceras över den relevanta transformatorlindningen.

Om vi ​​antar att vi använder en mittkran 12-0-12V / 5 amp trafo, och antar att 12V @ 50% arbetscykel appliceras på en av 12V-lindningen, så kan den effekt som induceras inom lindningen beräknas enligt nedan:

12 x 50% = 6V

Detta blir medelspänningen över kraftenheternas grindar, som på motsvarande sätt driver trafo-lindningen i samma takt.

För de två halvorna av trafo-lindningen får vi, 6V + 6V = 12V (kombinerar båda halvorna av mittkranen.

Att multiplicera denna 12V med full strömkapacitet 5 amp ger oss 60 watt

Eftersom transformatorns faktiska wattförbrukning också är 12 x 5 = 60 watt, innebär det att den effekt som induceras vid trafo-primären är full och därför kommer utgången också att vara full, så att utgången går utan att spänningsfallet faller under belastning .

Denna 60 watt är lika med transfomerens faktiska wattvärde, dvs. 12V x 5 amp = 60 watt. därför fungerar utgången från trafo med maximal kraft och tappar inte utspänningen, inte ens när en maximal belastning på 60 watt är ansluten.

Analysera en PWM-baserad växelriktares utspänning

Antag nu att vi tillämpar en PWM-huggning över portarna till kraftmosfetterna, säg med en hastighet på 50% arbetscykel på portarna till mosfetterna (som redan körs med en 50% arbetscykel från huvudoscillatorn, som diskuterats ovan)

Detta antyder igen att det tidigare beräknade 6V-genomsnittet nu påverkas dessutom av denna PWM-matning med 50% arbetscykel, vilket minskar det genomsnittliga spänningsvärdet över mosfetportarna till:

6V x 50% = 3V (även om toppen fortfarande är 12V)

Genom att kombinera detta 3V-genomsnitt för båda halvdelarna av lindningen får vi

3 + 3 = 6V

Att multiplicera denna 6V med 5 amp ger oss 30 watt.

Det här är 50% mindre än vad transformatorn är klassad för att hantera.

Därför mätt vid utgången, även om utgången kan visa hela 310V (på grund av 12V-topparna), men under belastning kan detta snabbt sjunka till 150V, eftersom den genomsnittliga matningen vid primären är 50% mindre än det nominella värdet.

För att åtgärda problemet måste vi ta itu med två parametrar samtidigt:

1) Vi måste se till att transformatorlindningen matchar det genomsnittliga spänningsvärde som levereras av källan med hjälp av PWM-hackning,

2) och lindningens ström måste därför specificeras så att utgången AC inte faller under belastning.

Låt oss överväga vårt ovanstående exempel där införandet av en 50% PWM orsakade att ingången till lindningen reducerades till 3V. För att förstärka och tackla denna situation måste vi se till att lindningen av trafo måste vara motsvarande 3V. Därför måste transformatorn i denna situation klassas till 3-0-3V

Aktuella specifikationer för transformatorn

Med tanke på ovanstående 3-0-3V trafo-val, och med tanke på att utgången från trafo är avsedd att fungera med 60 watt belastning och en ihållande 220V, kan vi behöva den primära av trafo att vara klassad till 60/3 = 20 ampere , ja det är 20 ampere som trafo måste vara för att se till att 220V upprätthålls när en full belastning på 60 watt ansluts till utgången.

Kom ihåg att i en sådan situation om utspänningen mäts utan belastning kan man se en onormal ökning av utspänningsvärdet som kan tyckas överstiga 600V. Detta kan hända för att även om det genomsnittliga värdet som induceras över myggarna är 3V, är toppen alltid 12V.

Men det finns inget att vara orolig för om du råkar se den här högspänningen utan belastning, för den skulle snabbt sätta sig ner till 220V så snart en last blir ansluten.

Med detta sagt om användare tycker att det skramlar för att se en sådan ökad spänningsnivå utan belastning, kan detta korrigeras genom att tillämpa en utgångsspänningsregulatorns krets som jag redan har diskuterat i ett av mina tidigare inlägg, kan du effektivt tillämpa samma med detta koncept också.

Alternativt kan den upphöjda spänningsdisplayen neutraliseras genom att ansluta en 0.45uF / 600V kondensator över utgången eller någon liknande kondensator, vilket också skulle hjälpa till att filtrera ut PWM: erna till en smidigt varierande sinusvågform.

Den höga aktuella frågan

I det ovan diskuterade exemplet såg vi att med 50% PWM-huggning är vi tvungna att använda en 3-0-3V trafo för en 12V strömförsörjning, vilket tvingar användaren att gå till en 20 ampere transformator bara för att få 60 watt, vilket ser ganska orimligt ut.

Om 3V kräver 20 ampere för att få 60 watt, innebär det att 6V skulle kräva 10 ampere för att generera 60 watt, och detta värde ser ganska hanterbart ut ....... eller för att göra det ännu bättre skulle en 9V göra det möjligt för dig att arbeta med en 6,66 amp trafo, som ser ännu mer rimlig ut.

Ovanstående uttalande berättar för oss att om den genomsnittliga spänningsinduktionen på trafo-lindningen ökas minskar strömbehovet och eftersom medelspänningen är beroende av PWM-PÅ-tiden innebär det helt enkelt att för att uppnå högre medelspänningar på trafo-primären du har bara för att öka PWM ON-tiden, det är ett annat alternativ och effektivt sätt att förstärka utgångsspänningsfallsproblemet i PWM-baserade växelriktare.

Om du har några specifika frågor eller tvivel angående ämnet kan du alltid använda kommentarfältet nedan och skriva i dina åsikter.