Probleem met spanningsverlies omvormer - hoe op te lossen

Wanneer PWM wordt gebruikt in een omvormer om een ​​sinusgolfuitgang mogelijk te maken, omvormerspanning drop wordt een groot probleem, vooral als de parameters niet correct worden berekend.

Op deze website bent u mogelijk veel sinus- en zuivere sinusomvormerconcepten tegengekomen die gebruik maken van PWM-feeds of SPWM-integraties. Hoewel het concept erg goed werkt en de gebruiker in staat stelt om de vereiste sinusgolf-equivalente uitgangen te krijgen, lijken ze onder belasting te worstelen met problemen met uitgangsspanningsval.

In dit artikel zullen we leren hoe we dit kunnen corrigeren door middel van eenvoudig begrip en berekeningen.

Ten eerste moeten we ons realiseren dat het uitgangsvermogen van een omvormer slechts het product is van ingangsspanning en -stroom die aan de transformator wordt geleverd.

Daarom moeten we er hier voor zorgen dat de transformator de juiste classificatie heeft om de ingangsvoeding te verwerken, zodat deze de gewenste uitvoer produceert en de belasting zonder enige val kan ondersteunen.

In de volgende discussie zullen we proberen om door middel van eenvoudige berekeningen de methode te analyseren om van dit probleem af te komen, door de parameters correct te configureren.

Analyse van de uitgangsspanning in blokgolf-omvormers

In een blokgolf-invertercircuit zullen we typisch de golfvorm vinden zoals hieronder weergegeven over de stroomapparaten, die de stroom en spanning leveren aan de relevante transformatorwikkeling volgens de mosfet-geleidingssnelheid met behulp van deze blokgolf:

Hier kunnen we zien dat de piekspanning 12V is en de inschakelduur 50% (gelijk aan AAN / UIT-tijd van de golfvorm).

Om verder te gaan met de analyse, moeten we eerst de gemiddelde spanning vinden die is geïnduceerd over de relevante transformatorwikkeling.

Stel dat we een middenaftakking gebruiken van 12-0-12V / 5 ampère trafo, en ervan uitgaande dat 12V @ 50% inschakelduur wordt toegepast op een van de 12V-wikkelingen, dan kan het geïnduceerde vermogen binnen die wikkeling worden berekend zoals hieronder wordt weergegeven:

12 x 50% = 6V

Dit wordt de gemiddelde spanning over de poorten van de voedingsapparaten, die de trafowikkeling dienovereenkomstig met dezelfde snelheid laten werken.

Voor de twee helften van de trafowikkeling krijgen we, 6V + 6V = 12V (een combinatie van beide helften van de middenaftakkingstransformator.

Als we deze 12V vermenigvuldigen met de volledige stroomcapaciteit van 5 ampère, krijgen we 60 watt

Omdat het werkelijke wattage van de transformator ook 12 x 5 = 60 watt is, betekent dit dat het vermogen dat wordt geïnduceerd aan de primaire van de trafo vol is, en daarom zal de uitvoer ook vol zijn, waardoor de uitvoer kan draaien zonder enige spanningsval onder belasting .

Deze 60 watt is gelijk aan het werkelijke wattage van de transfomer, d.w.z. 12V x 5 amp = 60 watt. daarom werkt de output van de trafo met maximale kracht en valt de uitgangsspanning niet weg, zelfs niet als er een maximale belasting van 60 watt is aangesloten.

Analyse van een op PWM gebaseerde omvormeruitgangsspanning

Stel nu dat we een PWM-haksel toepassen over de poorten van de power mosfets, bijvoorbeeld met een snelheid van 50% inschakelduur op de poorten van de mosfets (die al draaien met een 50% inschakelduur van de hoofdoscillator, zoals hierboven besproken)

Dit impliceert opnieuw dat het eerder berekende gemiddelde van 6V nu extra wordt beïnvloed door deze PWM-voeding met een inschakelduur van 50%, waardoor de gemiddelde spanningswaarde over de mosfet-poorten wordt verlaagd tot:

6V x 50% = 3V (hoewel de piek nog steeds 12V is)

Door dit 3V-gemiddelde te combineren voor beide helften van de wikkeling die we krijgen

3 + 3 = 6V

Als we deze 6V vermenigvuldigen met 5 ampère, krijgen we 30 watt.

Dit is 50% minder dan wat de transformator aankan.

Daarom, gemeten aan de uitgang, hoewel de uitgang een volle 310V kan weergeven (vanwege de 12V-pieken), kan dit onder belasting snel dalen tot 150V, aangezien de gemiddelde voeding aan de primaire 50% minder is dan de nominale waarde.

Om dit probleem op te lossen, moeten we twee parameters tegelijkertijd aanpakken:

1) We moeten ervoor zorgen dat de transformatorwikkeling overeenkomt met de gemiddelde spanningswaarde die door de bron wordt geleverd met behulp van de PWM-chopping,

2) en de stroom van de wikkeling moet dienovereenkomstig worden gespecificeerd, zodat de AC-uitgang onder belasting niet daalt.

Laten we ons bovenstaande voorbeeld bekijken waarbij de introductie van een 50% PWM ervoor zorgde dat de input naar de wikkeling werd verminderd tot 3V, om deze situatie te versterken en aan te pakken, moeten we ervoor zorgen dat de wikkeling van de trafo dienovereenkomstig moet worden beoordeeld op 3V. Daarom moet in deze situatie de transformator een vermogen hebben van 3-0-3V

Huidige specificaties voor de transformator

Gezien de bovenstaande 3-0-3V trafo-selectie, en gezien het feit dat de output van de trafo bedoeld is om te werken met een belasting van 60 watt en een aanhoudende 220V, kan het nodig zijn dat de primaire van de trafo een vermogen heeft van 60/3 = 20 ampère , ja dat is 20 ampère die de trafo zal moeten zijn om ervoor te zorgen dat de 220V aanhoudt wanneer een volledige belasting van 60 watt aan de uitgang is aangesloten.

Onthoud dat in een dergelijke situatie, dat als de uitgangsspanning wordt gemeten zonder belasting, men een abnormale toename van de uitgangsspanning kan zien die de 600V kan overschrijden. Dit kan gebeuren omdat hoewel de gemiddelde waarde die over de mosfets wordt geïnduceerd 3V is, de piek altijd 12V is.

Maar er is niets om je zorgen over te maken als je deze hoge spanning toevallig ziet zonder belasting, want het zou snel naar 220V gaan zodra een belasting wordt aangesloten.

Dit gezegd hebbende, als gebruikers het ratelen om zo'n verhoogd spanningsniveau zonder belasting te zien, kan dit worden gecorrigeerd door een extra uitgangsspanningsregelaar circuit die ik al heb besproken in een van mijn eerdere berichten, kunt u hetzelfde effectief ook toepassen met dit concept.

Als alternatief kan het display met verhoogde spanning worden geneutraliseerd door een condensator van 0,45 uF / 600 V over de uitgang of een gelijkwaardige condensator aan te sluiten, wat ook zou helpen om de PWM's uit te filteren in een vloeiend variërende sinusgolfvorm.

De hoge huidige kwestie

In het hierboven besproken voorbeeld hebben we gezien dat we met een 50% PWM-hakking gedwongen zijn om een ​​3-0-3V-trafo te gebruiken voor een 12V-voeding, waardoor de gebruiker gedwongen wordt om voor een transformator van 20 ampère te gaan om 60 watt te krijgen, wat ziet er nogal onredelijk uit.

Als 3V 20 ampère vereist om 60 watt te krijgen, betekent dit dat 6V 10 ampère nodig zou hebben om 60 watt te genereren, en deze waarde ziet er redelijk beheersbaar uit ... of om het nog beter te maken, zou een 9V je in staat stellen om mee te werken een trafo van 6,66 ampère, die er nog redelijker uitziet.

De bovenstaande verklaring vertelt ons dat als de gemiddelde spanningsinductie op de trafo-wikkeling wordt verhoogd, de stroomvereiste afneemt, en aangezien de gemiddelde spanning afhankelijk is van de PWM AAN-tijd, impliceert dit eenvoudig dat om hogere gemiddelde spanningen op de trafo-primaire te bereiken, je hoeft alleen maar de PWM ON-tijd te verlengen, dat is een andere alternatieve en effectieve manier om het probleem van de uitgangsspanning in PWM-gebaseerde omvormers correct te versterken.

Als u specifieke vragen of twijfels heeft over het onderwerp, kunt u altijd gebruik maken van het opmerkingenveld hieronder en uw mening noteren.