Un invertor cu undă sinusoidală care utilizează funcții de amplificare a clasei D prin conversia unei frecvențe de intrare sinusoidală mici în PWM-uri sinusoidale echivalente, care este procesată în cele din urmă de un Driver HJ-pod BJT pentru generarea ieșirii CA de undă sinusoidală de la o sursă de baterie DC.
Ce este amplificatorul de clasă D
Principiul de lucru al unui amplificator clasa-D este de fapt simplu, dar extrem de eficient. Un semnal analogic de intrare, cum ar fi un semnal audio sau o formă de undă sinusoidală de la un oscilator, este tăiat în PWM echivalente, numite și SPWM.
Aceste PWM-uri echivalente sinusoidale sau SPWM s este alimentat la un stadiu de putere BJT, unde acestea sunt amplificate cu curent mare și aplicate la primarul unui transformator step up.
Transformatorul transformă în cele din urmă echivalentul sinusoidal SPWM în undă sinusoidală CA de 220V sau 120V, a cărui formă de undă este exact în conformitate cu semnalul de undă sinusoidală de intrare de la oscilator.
Avantajele invertorului Clasa-D
Principalul avantaj al unui invertor de clasa D este eficiența sa ridicată (aproape 100%) la un cost rezonabil.
Amplificatoare de clasa D sunt ușor de construit și de configurat, ceea ce permite utilizatorului să producă rapid invertoare cu undă sinusoidală eficientă, de mare putere, fără multe probleme tehnice.
Deoarece BJT-urile trebuie să funcționeze cu PWM-uri, le permite să fie mai reci și mai eficiente, iar acest lucru, la rândul lor, le permite să lucreze cu radiatoare mai mici.
Un design practic
În schema următoare se poate observa un design practic al circuitului invertorului clasa-D:
IC 74HC4066 poate fi înlocuit cu IC 4066, în acest caz 5V separat nu va fi necesar și un 12V comun poate fi utilizat pentru întregul circuit.
Funcționarea invertorului pwm clasa-D este destul de simplă. Semnalul undei sinusoidale este amplificat de etapa amplificator A1 la niveluri adecvate pentru acționarea comutatoarelor electronice ES1 --- ES4.
Comutatoarele electronice ES1 --- ES4 se deschid și se închid provocând generarea de impulsuri dreptunghiulare peste bazele tranzistoarelor puntei T1 --- T4 alternativ.
PWM sau lățimea impulsurilor sunt modulate de semnalul sinusoidal de intrare, rezultând un echivalent sinusoidal PWM alimentat la tranzistoarele de putere și transformator, producând în cele din urmă rețeaua de curent alternativ de 220V sau 120V sinusoidală la ieșirea transformatorului secundar .
Factorul de funcționare al unui semnal dreptunghiular produs de ieșirile ES1 --- ES4 este modulat de amplitudinea semnalului de intrare sinusoidală amplificată de intrare, care determină un semnal SPWM de comutare de ieșire proporțional cu unda sinusoidală RMS. Astfel, timpul de pornire al impulsului de ieșire este în conformitate cu amplitudinea instantanee a semnalului sinusoidal de intrare.
Intervalul perioadei de comutare a timpului de pornire și a opririi determină frecvența care va fi constantă.
În consecință, un semnal dreptunghiular dimensionat uniform (undă pătrată) este creat în absența unui semnal de intrare.
Ca o modalitate de a obține o undă sinusoidală destul de bună la ieșirea transformatorului, frecvența undei dreptunghiulare de la ES1 ar trebui să fie de cel puțin două ori mai mare decât cea mai mare frecvență a semnalului sinusoidal de intrare.
Comutatoare electronice ca amplificatoare
Funcționarea standard a Amplificator PWM este implementat de cele 4 comutatoare electronice realizate în jurul ES1 --- ES4. Presupunând că intrarea intrării amplificatorului op la nivelul zero determină încărcarea condensatorului C7 prin R8, până când tensiunea din C7 atinge nivelul suficient pentru a porni ON ES1.
ES1 se închide acum și începe să descarce C7 până când nivelul său scade sub nivelul de comutare ON al ES1. ES1 se oprește acum pornind din nou încărcarea C7, iar ciclul pornește rapid ON / OFF la o rată de 50 kHz, așa cum este determinat de valorile C7 și R8.
Acum, dacă luăm în considerare prezența unei unde sinusoidale la intrarea amplificatorului op, aceasta provoacă în mod efectiv o variație forțată a ciclului de încărcare al lui C7, determinând comutarea PWM a ieșirii ES1 să fie modulată conform secvenței de creștere și cădere a semnal de undă sinusoidală.
Undele dreptunghiulare de ieșire de la ES1 produc acum SPWM al cărui factor de funcționare variază acum în conformitate cu semnalul sinusoidal de intrare.
Acest lucru are ca rezultat un SPWM echivalent cu undă sinusoidală care va fi alternat de-a lungul punții T1 --- T4, care la rândul său comută transformatorul primar pentru a genera rețeaua de curent alternativ necesară din firele secundare ale transformatorului.
Deoarece tensiunea alternativă secundară este creată în conformitate cu comutarea primară SPWM, AC rezultat este o undă sinusoidală perfect echivalentă AC a semnalului sinusoidal de intrare.
Oscilator cu undă sinusoidală
După cum sa discutat mai sus, amplificatorul invertor de clasă D va avea nevoie de un semnal de undă sinusoidală de intrare dintr-un circuit geneartor de undă sinusoidală.
Imaginea următoare prezintă un circuit generator de unde sinusoidale cu un singur tranzistor foarte simplu, care poate fi integrat eficient cu invertorul PWM.
Frecvența celor de mai sus generator de unde sinusoidale este în jur de 250 Hz, dar vom avea nevoie ca aceasta să fie în jur de 50 Hz, care poate fi modificată prin modificarea corespunzătoare a valorilor C1 --- C3 și R3, R4.
Odată ce frecvența este setată, ieșirea acestui circuit ar putea fi legată de intrarea C1, C2 a plăcii invertorului.
Proiectare PCB și cablare transformator
Lista de componente
Transformator: 0-9V / 220V curent, va depinde de puterea tranzistoarelor și de valoarea bateriei Ah
Specificații:
Invertorul PWM clasa-D propus este un mic prototip de probă de 10 wați. Ieșirea redusă de 10 wați se datorează utilizării tranzistorului de putere redusă pentru T1 --- T4.
Puterea de ieșire poate fi actualizată cu ușurință la 100 de wați prin înlocuirea tranzistoarelor cu perechile complementare TIP147 / TIP142.
Poate crește la niveluri chiar mai ridicate utilizând o linie BUS DC mai mare pentru tranzistoare, oriunde între 12V și 24V
Precedent: Înțelegerea zonei de operare sigură MOSFET sau SOA În continuare: Cum funcționează un autotransformator - Cum se realizează
