Obwód falownika sinusoidalnego klasy D.

Falownik sinusoidalny wykorzystujący funkcje wzmacniacza klasy D poprzez konwersję małej częstotliwości wejściowej fali sinusoidalnej na równoważne sinusoidalne PWM, która jest ostatecznie przetwarzana przez Sterownik BJT z mostkiem H. do generowania sinusoidalnej fali wyjściowej prądu przemiennego ze źródła prądu stałego z baterii.

Co to jest wzmacniacz klasy D.

Zasada działania a wzmacniacz klasy D. jest w rzeczywistości prosta, ale niezwykle skuteczna. Sygnał wejściowy analogowy, taki jak sygnał audio lub przebieg sinusoidalny z oscylatora, jest przerywany na równoważne PWM zwane również SPWM.

Te PWM równoważne sinusowi lub SPWM s są podawane do stopnia mocy BJT, gdzie są wzmacniane wysokim prądem i doprowadzane do uzwojenia pierwotnego transformatora podwyższającego.

Transformator ostatecznie przekształca sinusoidalny odpowiednik SPWM na 220 V lub 120 V AC o przebiegu sinusoidalnym, którego przebieg jest dokładnie zgodny z wejściowym sygnałem sinusoidalnym z oscylatora.

Zalety falownika klasy D.

Główną zaletą falownika klasy D jest jego wysoka sprawność (prawie 100%) przy rozsądnie niskim koszcie.

Wzmacniacze klasy D. są łatwe w budowie i konfiguracji, co pozwala użytkownikowi na szybkie wytwarzanie wydajnych falowników sinusoidalnych dużej mocy bez wielu problemów technicznych.

Ponieważ BJT muszą współpracować z PWM, pozwala im to być chłodniejsze i bardziej wydajne, a to z kolei pozwala im pracować z mniejszymi radiatorami.

Praktyczny projekt

Praktyczny projekt obwodu falownika klasy D można zobaczyć na poniższym schemacie:

Układ IC 74HC4066 można zastąpić układem IC 4066, w takim przypadku oddzielne napięcie 5 V nie będzie wymagane, a dla całego obwodu można zastosować wspólne napięcie 12 V.

Działanie falownika PWM klasy D jest dość proste. Sygnał sinusoidalny jest wzmacniany przez stopień wzmacniacza operacyjnego A1 do odpowiednich poziomów do sterowania przełącznikami elektronicznymi ES1 --- ES4.

Przełączniki elektroniczne ES1 --- ES4 otwierają się i zamykają, powodując naprzemienne generowanie prostokątnych impulsów na podstawach tranzystorów T1 --- T4.

PWM lub szerokość impulsów jest modulowana przez wejściowy sygnał sinusoidalny, co skutkuje sinusoidalnym równoważnikiem PWM podawanym do tranzystorów mocy i transformatora, ostatecznie wytwarzając zamierzoną sinusoidę 220 V lub 120 V AC na wyjściu transformatora wtórnego .

Współczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego z wyjść ES1 --- ES4 jest modulowany przez amplitudę wzmocnionego wejściowego sygnału sinusoidalnego, co powoduje, że wyjściowy sygnał przełączający SPWM jest proporcjonalny do sinusoidy RMS. Zatem czas załączenia impulsu wyjściowego jest zgodny z chwilową amplitudą wejściowego sygnału sinusoidalnego.

Przedział czasu załączania i wyłączania razem określa częstotliwość, która będzie stała.

W konsekwencji przy braku sygnału wejściowego tworzony jest jednolicie zwymiarowany sygnał prostokątny (fala prostokątna).

Aby uzyskać dość dobrą sinusoidę na wyjściu transformatora, częstotliwość fali prostokątnej z ES1 powinna być co najmniej dwa razy większa od najwyższej częstotliwości w wejściowym sygnale sinusoidalnym.

Przełączniki elektroniczne jako wzmacniacze

Standardowe działanie Wzmacniacz PWM jest realizowane przez 4 przełączniki elektroniczne wykonane wokół ES1 --- ES4. Przypuśćmy, że wejście wejścia wzmacniacza operacyjnego na poziomie zerowym powoduje ładowanie kondensatora C7 przez R8, aż napięcie na C7 osiągnie poziom wystarczający do włączenia ES1.

ES1 zamyka się teraz i zaczyna rozładowywać C7, aż jego poziom spadnie poniżej poziomu włączenia przełącznika ES1. ES1 wyłącza się teraz ponownie inicjując ładowanie C7, a cykl szybko włącza / wyłącza się z częstotliwością 50 kHz, określoną przez wartości C7 i R8.

Teraz, jeśli weźmiemy pod uwagę obecność fali sinusoidalnej na wejściu wzmacniacza operacyjnego, skutecznie powoduje ona wymuszoną zmianę cyklu ładowania C7, powodując, że przełączanie PWM wyjścia ES1 jest modulowane zgodnie z sekwencją narastania i opadania sygnał sinusoidalny.

Wyjściowe fale prostokątne z ES1 wytwarzają teraz SPWM, którego współczynnik wypełnienia zmienia się teraz zgodnie z wejściowym sygnałem sinusoidalnym.

Powoduje to, że równoważnik sinusoidalny SPWM jest naprzemiennie przełączany przez mostek T1 --- T4, który z kolei przełącza uzwojenie pierwotne transformatora, aby wygenerować wymaganą sieć AC z przewodów wtórnych transformatora.

Ponieważ wtórne napięcie przemienne AC jest wytwarzane zgodnie z pierwotnym przełączaniem SPWM, wypadkowy prąd przemienny jest idealnie równoważnym przebiegiem sinusoidalnym AC wejściowego sygnału sinusoidalnego.

Oscylator sinusoidalny

Jak omówiono powyżej, wzmacniacz inwerterowy klasy D będzie wymagał wejścia sygnału sinusoidalnego z obwodu generatora fali sinusoidalnej.

Poniższy obraz przedstawia bardzo prosty obwód generatora sinusoidalnego z pojedynczym tranzystorem, który można skutecznie zintegrować z falownikiem PWM.

Częstotliwość powyższych generator fali sinusoidalnej wynosi około 250 Hz, ale potrzebujemy około 50 Hz, co można zmienić, odpowiednio zmieniając wartości C1 --- C3 i R3, R4.

Po ustawieniu częstotliwości wyjście tego obwodu może być połączone z wejściem C1, C2 płyty inwertera.

Projekt PCB i okablowanie transformatora

Lista części

Transformator: prąd 0-9V / 220V, zależy od mocy tranzystorów i wartości Ah akumulatora

Specyfikacje:

Proponowany falownik PWM klasy D to mały prototyp testowy o mocy 10 W. Niska moc wyjściowa 10 watów wynika z zastosowania tranzystora małej mocy dla T1 --- T4.

Moc wyjściową można łatwo zwiększyć do 100 watów, zastępując tranzystory komplementarnymi parami TIP147 / TIP142.

Może wzrosnąć do jeszcze wyższych poziomów poprzez użycie wyższej linii BUS DC dla tranzystorów, gdziekolwiek pomiędzy 12 V a 24 V.