Преобразувайте инвертор с квадратна вълна в инвертор за синусоида

Постът обяснява няколко концепции за вериги, които могат да бъдат използвани за преобразуване или модифициране на всеки обикновен инвертор с квадратна вълна в сложен дизайн на синусоидалния инвертор.

Преди да проучим различните дизайни, обяснени в тази статия, би било интересно да разберем факторите, които обикновено правят синусоидалния инвертор по-желателен от дизайна на квадратните вълни.

Как работи честотата в инверторите

Инверторите основно включват честота или трептения за изпълнение на усилващите и инверсионните действия. Честотата, както познаваме, е генериране на импулси при някакъв равномерен и изчислен модел, например типична честота на инвертора може да бъде оценена на 50 Hz или 50 положителни импулса в секунда.

Основната честотна форма на вълната на инвертора е под формата на импулси с квадратна вълна.

Както всички знаем, че квадратната вълна никога не е подходяща за работа със сложно електронно оборудване като телевизор, музикални плейъри, компютри и т.н.

Електрическата мрежа с променлив ток (променлив ток), която придобиваме на нашия битов изход, също се състои от пулсираща честота на тока, но тя е под формата на синусоидални вълни или синусоиди.

Обикновено е на 50Hz или 60Hz в зависимост от специфичните спецификации на държавата.

Споменатата по-горе синусоида на нашата домашна форма на променлив ток се отнася до експоненциално нарастващите пикове на напрежението, които съставляват 50-те цикъла на честотата.

Тъй като домашният ни променлив ток се генерира чрез магнитни турбини, формата на вълната по своята същност е синусоида, така че не изисква допълнителна обработка и става директно използваема в домовете за всички видове уреди.

Обратно при инверторите, основната форма на вълната е във формата на квадратни вълни, която се нуждае от цялостна обработка, за да направи устройството съвместимо с всички видове оборудване.

Разлика между квадратна вълна и синусоида

Както е показано на фигурата, квадратна вълна и синусоида могат да имат еднакви пикови нива на напрежение, но RMS стойността или средната квадратна стойност може да не са идентични. Този аспект е това, което прави квадратната вълна особено различна от синусоида, въпреки че пиковата стойност може да е същата.

Следователно инвертор с квадратна вълна, работещ с 12V DC, би генерирал изходен еквивалент, да кажем 330V, точно като синусоидален инвертор, работещ със същата батерия, но ако измерите изходната RMS на двата инвертора, той ще се различава значително (330V и 220V).

Изображението неправилно показва 220V като пик, всъщност трябва да е 330V

В горната диаграма зелената цветна форма на вълната е синусоидална форма, докато оранжевата изобразява квадратната форма на вълната. Засенчената част е излишъкът RMS, който трябва да бъде изравнен, за да се направят двете RMS стойности възможно най-близки.

Преобразуването на инвертор с квадратна вълна в еквивалент на синусоида по този начин по същество означава да се позволи на квадратния вълнообразувател да произведе необходимата пикова стойност, да речем 330V, но имащ RMS, почти равен на неговия аналог на синусоида.

Как да конвертирате / промените квадратна форма на вълна в еквивалент на синусоида

Това може да се направи или чрез изрязване на квадратна вълнова проба във форма на синусоида, или просто чрез нарязване на образец на квадратна вълнова форма на добре изчислени по-малки парчета, така че нейната RMS да стане много близка до стандартната стойност на RMS на основния AC.

За да издълбаем квадратна вълна до перфектна синусоида, можем да използваме wien мостов осцилатор или по-точно „bubba осцилатор“ и да го подадем към процесор на синусоида. Този метод би бил твърде сложен и следователно не е препоръчителна идея за прилагане на съществуващ инвертор с квадратна вълна към синусоидален инвертор.

По-осъществимата идея би била да се нарязва свързаната квадратна вълна в основата на изходните устройства до необходимата RMS степен.

Един класически пример е показан по-долу:

Първата диаграма показва схема на инвертор с квадратна вълна. Чрез добавяне на прост хеликоптер AMV можем да разградим импулсите в основата на съответните MOSFET-и до необходимата степен.

Модифицирана версия на инвертор с еквивалентна квадратна вълна към синусоида на горната схема.

Тук по-ниският AMV генерира импулси с висока честота, чието съотношение марка / пространство може да бъде подходящо променено с помощта на предварително зададена VR1. Този PWM контролиран изход се прилага към затворите на MOSFET-ите, за да се адаптира тяхната проводимост в определената RMS стойност.

Очакван типичен модел на форма на вълната от горната модификация:

Форма на вълната на портите на MOSFET:

Форма на вълната на изхода на трансформатора:

Форма на вълната след правилно филтриране, използвайки индуктори и кондензатори на изхода на трансформатора:

Списък с части

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K ома,
C1, C2 = 0.47uF / 100V метализиран
C3, C4 = 0.1uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = всеки 30V, 10amp MOSFET, N-канал.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K предварително зададени
Transformer = 9-0-9V, 8 amp ( спецификациите трябва да бъдат избрани според изходното натоварване за правилна оптимизация на праховете )
Батерия = 12V, 10AH

Постигане на по-добра степен на ефективност

Горното преобразуване или модификация ще осигури около 70% ефективност с постигнатото RMS съвпадение. Ако се интересувате от по-добро и точно съвпадение, вероятно ще е необходим процесор с форма на сигнала IC 556 PWM.

Бихте искали да се обърнете към тази статия, която показва принципа зад нея модифициране на квадратна форма на вълна в синусоида използвайки няколко IC555.

Изходът от гореспоменатата верига може да бъде подаден по същия начин към портата или основата на съответните захранващи устройства, които присъстват в съществуващия квадратен инверторен блок.

По-всеобхватен подход може да се види в тази статия, където IC 556 се използва за извличане на прецизна PWM базирана модифицирана синусоида еквиваленти от извадка с квадратна вълна.

Тази форма на вълната е интегрирана със съществуващите изходни устройства за изпълнение на предвидените модификации.

Горните примери ни учат на по-прости методи, чрез които всеки съществуващ обикновен инвертор с квадратна вълна може да бъде модифициран в синусоидален инвертор.

Преобразуване в SPWM

В горната статия научихме как формата на вълната на инвертора с квадратна вълна може да бъде оптимизирана за получаване на форма на синусоида, като нарязва квадратната вълна на по-малки секции.

По-задълбочен анализ обаче показва, че освен ако нарязаната форма на вълната не е оразмерена под формата на SPWM, постигането на подходящ еквивалент на синусоида може да не е възможно.

За да се изпълни това условие, веригата на преобразувател SPWM става от съществено значение за изрязване на най-идеалната форма на синусоида от инвертора.

Следващата диаграма показва как това може да бъде ефективно приложено с обсъдените по-горе проекти.

Чрез една от по-ранните ми статии разбрахме как може да се използва OPAMP за създаване на SPWM , същата теория може да се види приложена в горната концепция. Тук се използват два генератора на триъгълни вълни, единият приема бързата квадратна вълна от долната астабила, докато другият приема бавни квадратни вълни от горната астабила и ги обработва съответно в съответните изходи на бърза и бавна триъгълна вълна.

Тези обработени триъгълни вълни се подават през двата входа на операционния усилвател, което накрая ги преобразува в SPWM или широчини на импулсите на синусоида.

Тези SPWM се използват за нарязване на сигналите на портата на MOSFET, които в крайна сметка превключват формата на вълната върху свързаната намотка на трансформатора, за да създадат точно копие на чиста форма на синусоида на вторичната страна на трансформатора чрез магнитна индукция.