Инверторна схема на синусоида клас D

Инвертор на синусоида, използващ усилвателни функции клас D чрез преобразуване на малка честота на входната честота на синусоида в еквивалентни синусоидални ШИМ, която накрая се обработва от H-bridge BJT драйвер за генериране на мрежов синусоидален променлив ток от източник на постоянен ток.

Какво е усилвател от клас D

Принципът на работа на a усилвател клас D е всъщност проста, но изключително ефективна. Входен аналогов сигнал като аудио сигнал или синусоидална форма на вълната от осцилатор се нарязва на еквивалентни ШИМ, наричани също SPWM.

Тези синусоидални ШИМ или SPWM s се подава към степен BJT с мощност, където те се усилват с висок ток и се прилагат към първичната част на повишаващ трансформатор.

Трансформаторът накрая преобразува синусоидалния SPWM в 220V или 120V AC синусоида, чиято форма на вълната е точно в съответствие с входния сигнал на синусоида от осцилатора.

Предимства на инвертора от клас D

Основното предимство на инвертора от клас D е неговата висока ефективност (почти 100%) при разумно ниска цена.

Усилватели клас D са лесни за изграждане и настройка, което позволява на потребителя да произвежда бързо ефективни инвертори с висока мощност за синусоида, без много технически проблеми.

Тъй като BJT трябва да работят с ШИМ, това им позволява да бъдат по-хладни и по-ефективни, а това от своя страна им позволява да работят с по-малки радиатори.

Практичен дизайн

Практичен дизайн на схема на инвертор от клас D може да бъде засвидетелстван на следната схема:

IC 74HC4066 може да бъде заменен с IC 4066, в този случай няма да са необходими отделни 5V и може да се използва общ 12V за цялата верига.

Работата на инвертора pwm клас-D е доста проста. Синусоидалният сигнал се усилва от операционния усилвател А1 до адекватни нива за задвижване на електронните ключове ES1 --- ES4.

Електронните превключватели ES1 --- ES4 се отварят и затварят, причинявайки редуване на правоъгълни импулси през основите на транзисторите T1 --- T4 мост.

ШИМ или ширината на импулсите се модулират от входния синусоидален сигнал, което води до синусоидално еквивалентни ШИМ, подадени към силовите транзистори и трансформатора, в крайна сметка произвеждащ предвидените 220V или 120V синусоидални мрежи AC на изхода на вторичния трансформатор .

Коефициентът на запълване на правоъгълен сигнал, произведен от изходите ES1 --- ES4, се модулира от амплитудата на усиления сигнал на входящата синусоида, което причинява изходен превключващ SPWM сигнал, пропорционален на RMS на синусоида. По този начин времето за включване на изходния импулс е в съответствие с моментната амплитуда на входния синусов сигнал.

Интервалът на периода на превключване на времето за включване и изключване определя заедно честотата, която ще бъде постоянна.

Следователно, еднакво оразмерен правоъгълен сигнал (квадратна вълна) се създава при липса на входен сигнал.

Като начин за постигане на доста добра синусоида на изхода на трансформатора, честотата на правоъгълната вълна от ES1 трябва да бъде най-малко два пъти по-висока от най-високата честота във входния синусоидален сигнал.

Електронни превключватели като усилватели

Стандартната работа на ШИМ усилвател се изпълнява от 4-те електронни превключвателя, направени около ES1 --- ES4. Да предположим, че входът на входа на операционния усилвател на нулево ниво кара кондензатора C7 да се зарежда чрез R8, докато напрежението в C7 достигне нивото, което е достатъчно за включване на ES1.

ES1 сега се затваря и започва да разрежда C7, докато нивото му падне под нивото на включване на ES1 на превключвателя. ES1 сега изключва, като инициира отново зареждането на C7, и цикълът бързо се включва / изключва със скорост 50 kHz, както се определя от стойностите на C7 и R8.

Сега, ако разгледаме наличието на синусоида на входа на операционния усилвател, това ефективно причинява принудителна промяна в цикъла на зареждане на C7, причинявайки превключването на изходния ШИМ на ES1 да се модулира според последователността на нарастване и спадане на сигнал на синусоида.

Изходните правоъгълни вълни от ES1 сега произвеждат SPWM, чийто коефициент на запълване сега варира в съответствие с входния синусов сигнал.

Това води до еквивалент на синусоидален SPWM, който да се превключва последователно през моста T1 --- T4, който от своя страна превключва първичния трансформатор, за да генерира необходимата AC мрежа от вторичните проводници на трансформатора.

Тъй като вторичното променливо напрежение се създава в съответствие с първичното SPWM превключване, полученото променливотоково напрежение е напълно еквивалентна синусоидална променлива на входящия синусоидален сигнал.

Осцилатор на синусоида

Както беше обсъдено по-горе, инверторният усилвател от клас D ще се нуждае от вход на синусоидален сигнал от синусоидална генераторна верига.

Следващото изображение показва много проста схема на генератор на синусоидални вълни с единичен транзистор, която може ефективно да се интегрира с ШИМ инвертора.

Честотата на горното генератор на синусоида е около 250 Hz, но ще трябва да бъде около 50 Hz, което може да бъде променено чрез промяна на стойностите на C1 --- C3 и R3, R4 по подходящ начин.

След като честотата е зададена, изходът на тази схема може да бъде свързан с входа C1, C2 на инверторната платка.

Дизайн на печатни платки и окабеляване на трансформатори

Списък с части

Трансформатор: 0-9V / 220V ток, зависи от мощността на транзисторите и номинала на батерията Ah

Спецификации:

Предложеният инвертор PWM от клас D е малък прототип на тестова проба от 10 вата. Ниската мощност от 10 вата се дължи на използването на транзистор с ниска мощност за T1 --- T4.

Изходната мощност може лесно да бъде надградена до 100 вата чрез замяна на транзисторите с двойки TIP147 / TIP142.

Той може да се увеличи до още по-високи нива, като използва по-висока шина на постоянен ток за транзисторите, някъде между 12V и 24V