Pretvarač sinusnog vala koji koristi funkcije pojačala klase D pretvaranjem male ulazne frekvencije sinusnog vala u ekvivalentne sinusne PWM-ove, koji konačno obrađuje Vozač BJT H-mosta za generiranje mrežnog izlaza izmjenične struje iz izvora istosmjerne baterije.
Što je pojačalo klase D
Načelo rada a pojačalo klase D je zapravo jednostavan, ali izuzetno učinkovit. Ulazni analogni signal kao što je audio signal ili sinusni valni oblik iz oscilatora usitnjen je u ekvivalentne PWM-ove koji se također nazivaju SPWM.
Ovi sinusno ekvivalentni PWM ili SPWM s napaja se na stupanj snage BJT, gdje se pojačavaju jakom strujom i primjenjuju na primar pojačanog transformatora.
Transformator napokon transformira sinusni ekvivalent SPWM-a u 220V ili 120V sinusnog napona, čiji je valni oblik točno u skladu s ulaznim sinusnim signalom iz oscilatora.
Prednosti pretvarača klase D
Glavna prednost pretvarača klase D je visoka učinkovitost (gotovo 100%) po razumno niskoj cijeni.
Pojačala klase D lako se grade i postavljaju, što korisniku omogućuje brzu proizvodnju učinkovitih pretvarača sinusnog vala velike snage bez mnogo tehničkih muka.
Budući da BJT-ovi moraju raditi s PWM-ovima, to im omogućuje da budu hladniji i učinkovitiji, a to im pak omogućuje rad s manjim hladnjacima.
Praktični dizajn
Praktični dizajn sklopa pretvarača klase D može se svjedočiti na sljedećem dijagramu:
IC 74HC4066 može se zamijeniti s IC 4066, u tom slučaju neće biti potrebni zasebni 5V, a zajednički 12V može se koristiti za cijeli krug.
Rad pretvarača pwm klase D prilično je jednostavan. Signal sinusnog vala pojačava se opcijskim pojačalom A1 na odgovarajuće razine za pogon elektroničkih prekidača ES1 --- ES4.
Elektronički prekidači ES1 --- ES4 otvaraju se i zatvaraju uzrokujući naizmjenično generiranje pravokutnih impulsa preko baza tranzistora T1 --- T4 mosta.
PWM ili širina impulsa moduliraju se ulaznim sinusnim signalom što rezultira sinusno ekvivalentnim PWM-ima koji se napajaju na tranzistore snage i transformator, koji u konačnici proizvodi predviđenu sinusnu mrežu od 220 V ili 120 V na izlazu sekundarnog transformatora .
Faktor radnog opterećenja pravokutnog signala proizvedenog iz izlaza ES1 --- ES4 modulira se amplitudom pojačanog ulaznog signala sinusnog vala, što uzrokuje izlazni SPWM signal koji je proporcionalan RMS sinusnog vala. Stoga je vrijeme uključivanja izlaznog impulsa u skladu s trenutnom amplitudom ulaznog sinusnog signala.
Interval razdoblja prebacivanja vremena uključivanja i isključenja zajedno određuje frekvenciju koja će biti konstantna.
Slijedom toga, stvara se jednoliko dimenzionirani pravokutni signal (kvadratni val) u odsustvu ulaznog signala.
Kao način za postizanje prilično dobrog sinusnog vala na izlazu transformatora, frekvencija pravokutnog vala iz ES1 trebala bi biti najmanje dva puta veća od najviše frekvencije ulaznog sinusnog signala.
Elektronički prekidači kao pojačala
Standardni rad sustava PWM pojačalo implementiran je pomoću 4 elektronička prekidača izrađenih oko ES1 --- ES4. Pretpostavimo da ulaz ulaza op ampera na nultoj razini dovodi do punjenja kondenzatora C7 putem R8, sve dok napon na C7 ne dostigne razinu dovoljnu za UKLJUČIVANJE ES1.
ES1 se sada zatvara i započinje s pražnjenjem C7 sve dok njegova razina ne padne ispod razine uključenosti prekidača ES1. ES1 se sada ISKLJUČUJE ponovno pokrećući punjenje C7 i ciklus se brzo UKLJUČUJE / ISKLJUČUJE brzinom od 50 kHz, kako je određeno vrijednostima C7 i R8.
Sada, ako uzmemo u obzir prisutnost sinusnog vala na ulazu op amp-a, to učinkovito uzrokuje prisilnu varijaciju ciklusa punjenja C7, uzrokujući da se prebacivanje PWM izlaza ES1 modulira prema redoslijedu uspona i pada signal sinusnog vala.
Izlazni pravokutni valovi iz ES1 sada proizvode SPWM čiji faktor radne snage sada varira u skladu s ulaznim sinusnim signalom.
To rezultira da se SPWM ekvivalent sinusnog vala naizmjenično prebacuje preko mosta T1 --- T4, koji zauzvrat prebacuje primarni transformator da generira potrebnu izmjeničnu mrežu iz sekundarnih žica transformatora.
Budući da se sekundarni napon izmjenične struje stvara u skladu s primarnim prebacivanjem SPWM-a, rezultirajući izmjenični napon savršeno je ekvivalentan sinusnom izmjeničnom naponu ulaznog sinusnog signala.
Oscilator sinusnog vala
Kao što je gore spomenuto, pretvaraču klase D pretvarača bit će potreban signal sinusnog vala iz generatorskog kruga sinusnog vala.
Sljedeća slika prikazuje vrlo jednostavan sklop generatora sinusnog vala s jednim tranzistorima koji se može učinkovito integrirati s PWM pretvaračem.
Učestalost navedenog generator sinusnog vala je oko 250 Hz, ali trebat će nam da bude oko 50 Hz, što se može promijeniti odgovarajućim mijenjanjem vrijednosti C1 --- C3 i R3, R4.
Jednom kada se postavi frekvencija, izlaz ovog kruga mogao bi se povezati s ulazom C1, C2 ploče pretvarača.
Dizajn PCB-a i ožičenje transformatora
Popis dijelova
Transformator: struja 0-9V / 220V, ovisit će o snazi tranzistora i ocjeni Ah baterije
Tehnički podaci:
Predloženi pretvarač PWM klase D mali je testni uzorak od 10 vata. Niska snaga od 10 vata posljedica je upotrebe tranzistora male snage za T1 --- T4.
Izlazna snaga može se lako nadograditi na 100 vata zamjenom tranzistora komplementarnim parovima TIP147 / TIP142.
Može se povećati na još više razine korištenjem višeg istosmjernog vodova sabirnice za tranzistore, bilo gdje između 12V i 24V
Prethodno: Razumijevanje MOSFET sigurnog operativnog područja ili SOA-e Dalje: Kako autotransformator djeluje - kako napraviti
