Een sinusomvormer die klasse-D versterkerfuncties gebruikt door een kleine sinusgolfingangsfrequentie om te zetten in equivalente sinus-PWM's, die uiteindelijk wordt verwerkt door een H-bridge BJT-stuurprogramma voor het genereren van de sinusgolf AC-uitgang van een DC-batterijbron.
Wat is een klasse-D-versterker
Het werkingsprincipe van een klasse-D versterker is eigenlijk eenvoudig maar uiterst effectief. Een analoog ingangssignaal, zoals een audiosignaal of een sinusvormige golfvorm van een oscillator, wordt in gelijkwaardige PWM's gehakt, ook wel SPWM genoemd.
Deze sinus-equivalente PWM's of SPWM s wordt toegevoerd aan een vermogen BJT-trap, waar deze worden versterkt met hoge stroom, en toegepast op de primaire van een step-up transformator.
De transformator transformeert tenslotte het sinusequivalent SPWM in 220V of 120V sinusgolf wisselstroom, waarvan de golfvorm exact in overeenstemming is met het ingangssignaal van de sinusgolf van de oscillator.
Voordelen van Klasse-D-omvormer
Het belangrijkste voordeel van een klasse-D-omvormer is het hoge rendement (bijna 100%) tegen redelijk lage kosten.
Klasse D-versterkers zijn eenvoudig te bouwen en in te stellen, waardoor de gebruiker snel en zonder veel technische rompslomp efficiënte, krachtige sinusomvormers kan produceren.
Omdat de BJT's met PWM's moeten werken, kunnen ze koeler en efficiënter zijn, waardoor ze op hun beurt kunnen werken met kleinere heatsinks.
Een praktisch ontwerp
Een praktisch klasse-D omvormercircuitontwerp is te zien in het volgende diagram:
De IC 74HC4066 kan worden vervangen door IC 4066, in dat geval is de losse 5V niet nodig en kan een gewone 12V worden gebruikt voor het hele circuit.
De werking van de pwm klasse-D-omvormer is vrij eenvoudig. Het sinusgolfsignaal wordt versterkt door de opamp A1-trap tot voldoende niveaus voor het aansturen van de elektronische schakelaars ES1 --- ES4.
De elektronische schakelaars ES1 --- ES4 openen en sluiten waardoor er afwisselend rechthoekige pulsen worden gegenereerd over de bases van de transistoren T1 --- T4.
De PWM of de breedte van de pulsen wordt gemoduleerd door het ingangssinus-signaal, wat resulteert in sinus-equivalente PWM's die worden toegevoerd aan de vermogenstransistors en de transformator, waardoor uiteindelijk de beoogde 220 V of 120 V sinusvormige netstroom wordt geproduceerd aan de uitgang van de secundaire transformator .
De duty-factor van een rechthoekig signaal geproduceerd door de ES1 --- ES4-uitgangen wordt gemoduleerd door de amplitude van het versterkte ingangssinusgolfsignaal, wat een uitgangsschakelings SPWM-signaal veroorzaakt dat evenredig is met de sinusgolf RMS. Aldus is de aan-tijd van de uitgangspuls in overeenstemming met de momentane amplitude van het ingangssinus signaal.
Het schakelinterval van de aan-tijd en de uit-tijd bepalen samen de frequentie die constant zal zijn.
Bijgevolg wordt bij afwezigheid van een ingangssignaal een gelijkmatig gedimensioneerd rechthoekig signaal (blokgolf) gecreëerd.
Om een redelijk goede sinusgolf aan de uitgang van de transformator te krijgen, moet de frequentie van de rechthoekige golf van ES1 ten minste twee keer zo hoog zijn als de hoogste frequentie in het ingangssinus-signaal.
Elektronische schakelaars als versterkers
De standaard werking van de PWM-versterker wordt geïmplementeerd door de 4 elektronische schakelaars gemaakt rond ES1 --- ES4. Stel dat de ingang van de opamp-ingang op nulniveau ervoor zorgt dat de condensator C7 via R8 oplaadt, totdat de spanning over C7 het niveau bereikt dat voldoende is om ES1 in te schakelen.
ES1 sluit nu en begint C7 te ontladen totdat het niveau daalt tot onder het inschakelniveau van ES1. ES1 schakelt nu UIT, waardoor het opladen van de C7 opnieuw wordt gestart, en de cyclus wordt snel AAN / UIT gezet met een snelheid van 50 kHz, zoals bepaald door de waarden van C7 en R8.
Als we nu de aanwezigheid van een sinusgolf aan de ingang van de opamp beschouwen, veroorzaakt dit in feite een geforceerde variatie op de laadcyclus van C7, waardoor de ES1-uitgang PWM-omschakeling wordt gemoduleerd volgens de opkomst en ondergang van de sinusgolfsignaal.
De rechthoekige uitgangsgolven van de ES1 produceren nu SPWM waarvan de duty-factor nu varieert in overeenstemming met het ingangssinus-signaal.
Dit resulteert in een sinusgolfequivalent SPWM die afwisselend over de T1 --- T4-brug wordt geschakeld, die op zijn beurt de transformator primair schakelt om de vereiste AC-netspanning te genereren uit de secundaire draden van de transformator.
Aangezien de secundaire wisselspanning wordt gecreëerd in overeenstemming met de primaire SPWM-omschakeling, is de resulterende wisselstroom een perfect equivalente sinusgolf-wisselstroom van het ingangssinus-signaal.
Sinusgolfoscillator
Zoals hierboven besproken, heeft de klasse-D inverterversterker een sinusgolfsignaal nodig van een sinusgolfgeneratorcircuit.
De volgende afbeelding toont een zeer eenvoudig circuit voor een enkele transistor sinusgolfgenerator dat effectief kan worden geïntegreerd met de PWM-omvormer.
De frequentie van het bovenstaande sinusgenerator is ongeveer 250 Hz, maar we hebben dit nodig om rond de 50 Hz te zijn, wat kan worden gewijzigd door de waarden van C1 --- C3 en R3, R4 op de juiste manier te wijzigen.
Zodra de frequentie is ingesteld, kan de uitgang van dit circuit worden verbonden met de C1, C2-ingang van de inverterkaart.
PCB-ontwerp en transformatorbedrading
Onderdelen lijst
Transformator: 0-9V / 220V stroom, hangt af van het wattage van de transistors en de Ah-classificatie van de batterij
Specificaties:
De voorgestelde klasse-D PWM-omvormer is een klein prototype van een 10 watt testvoorbeeld. Het lage vermogen van 10 watt is te danken aan het gebruik van een transistor met laag vermogen voor T1 --- T4.
Het uitgangsvermogen kan eenvoudig worden opgewaardeerd tot 100 watt door de transistors te vervangen door complementaire TIP147 / TIP142-paren.
Het kan worden verhoogd tot nog hogere niveaus door een hogere BUS DC-lijn te gebruiken voor de transistors, ergens tussen 12V en 24V
Vorige: MOSFET Safe Operating Area of SOA begrijpen Volgende: Hoe een autotransformator werkt - Hoe te maken
