Un inverter sinusoidale che utilizza un amplificatore di classe D funziona convertendo una piccola frequenza di ingresso sinusoidale in PWM sinusoidali equivalenti, che viene infine elaborato da un Driver BJT H-bridge per generare l'uscita CA sinusoidale di rete da una fonte di batteria CC.
Cos'è l'amplificatore in classe D.
Il principio di funzionamento di a amplificatore in classe D. è in realtà semplice ma estremamente efficace. Un segnale analogico in ingresso come un segnale audio o una forma d'onda sinusoidale da un oscillatore viene tagliato in PWM equivalenti chiamati anche SPWM.
Questi PWM sinusoidali o equivalenti SPWM s viene alimentato ad uno stadio BJT di potenza, dove questi vengono amplificati con corrente elevata, e applicati al primario di un trasformatore elevatore.
Il trasformatore trasforma infine l'SPWM sinusoidale equivalente in un'onda sinusoidale CA da 220 V o 120 V, la cui forma d'onda è esattamente conforme al segnale dell'onda sinusoidale in ingresso dall'oscillatore.
Vantaggi dell'inverter di classe D
Il vantaggio principale di un inverter di classe D è la sua alta efficienza (quasi il 100%) a un costo ragionevolmente basso.
Amplificatori in classe D. sono facili da costruire e configurare, il che consente all'utente di produrre inverter sinusoidali efficienti e ad alta potenza rapidamente senza molti problemi tecnici.
Poiché i BJT devono funzionare con i PWM, consente loro di essere più freschi ed efficienti, e questo a sua volta consente loro di lavorare con dissipatori di calore più piccoli.
Un design pratico
Un pratico progetto di circuito inverter di classe D può essere visto nel seguente diagramma:
L'IC 74HC4066 può essere sostituito con l'IC 4066, in tal caso non sarà necessario il 5V separato e si può utilizzare un 12V comune per l'intero circuito.
Il funzionamento dell'inverter pwm classe D è abbastanza semplice. Il segnale sinusoidale viene amplificato dallo stadio amplificatore operazionale A1 a livelli adeguati per pilotare gli interruttori elettronici ES1 --- ES4.
Gli interruttori elettronici ES1 --- ES4 si aprono e si chiudono provocando la generazione di impulsi rettangolari attraverso le basi dei transistori T1 --- T4 bridge alternativamente.
Il PWM o l'ampiezza degli impulsi è modulato dal segnale sinusoidale in ingresso risultante in un PWM sinusoidale equivalente alimentato ai transistor di potenza e al trasformatore, producendo in definitiva la rete sinusoidale da 220 V o 120 V prevista all'uscita del secondario del trasformatore .
Il duty factor di un segnale rettangolare prodotto dalle uscite ES1 --- ES4 è modulato dall'ampiezza del segnale dell'onda sinusoidale in ingresso amplificato, che provoca un segnale SPWM di commutazione in uscita proporzionale all'onda sinusoidale RMS. Pertanto il tempo di attivazione dell'impulso di uscita è conforme all'ampiezza istantanea del segnale sinusoidale di ingresso.
L'intervallo del periodo di commutazione del tempo di accensione e del tempo di spegnimento insieme determina la frequenza che sarà costante.
Di conseguenza, un segnale rettangolare di dimensioni uniformi (onda quadra) viene creato in assenza di un segnale di ingresso.
Come modo per ottenere un'onda sinusoidale abbastanza buona all'uscita del trasformatore, la frequenza dell'onda rettangolare da ES1 dovrebbe essere almeno due volte più alta della frequenza più alta nel segnale sinusoidale in ingresso.
Interruttori elettronici come amplificatori
Il funzionamento standard di Amplificatore PWM è implementato dai 4 interruttori elettronici realizzati attorno a ES1 --- ES4. Supponendo che l'ingresso dell'amplificatore operazionale a livello zero, fa caricare il condensatore C7 tramite R8, fino a quando la tensione ai capi di C7 raggiunge il livello sufficiente per accendere ES1.
ES1 ora si chiude e inizia a scaricare C7 fino a quando il suo livello non scende al di sotto del livello di accensione di ES1. ES1 ora si spegne avviando di nuovo la carica del C7 e il ciclo si accende / spegne rapidamente a una velocità di 50 kHz, come determinato dai valori di C7 e R8.
Ora, se consideriamo la presenza di un'onda sinusoidale all'ingresso dell'amplificatore operazionale, essa provoca effettivamente una variazione forzata sul ciclo di carica di C7, facendo sì che la commutazione PWM dell'uscita ES1 venga modulata secondo la sequenza di salita e discesa del segnale sinusoidale.
Le onde rettangolari in uscita da ES1 ora producono SPWM il cui fattore di carico ora varia in base al segnale sinusoidale in ingresso.
Ciò si traduce in un'onda sinusoidale equivalente SPWM da commutare alternativamente attraverso il ponte T1 --- T4, che a sua volta commuta il primario del trasformatore per generare la rete CA richiesta dai fili secondari del trasformatore.
Poiché la tensione CA secondaria viene creata in conformità con la commutazione SPWM primaria, la CA risultante è un'onda sinusoidale CA perfettamente equivalente del segnale sinusoidale in ingresso.
Oscillatore sinusoidale
Come discusso in precedenza, l'amplificatore inverter di classe D avrà bisogno di un segnale in ingresso a onda sinusoidale da un circuito generatore di onde sinusoidali.
L'immagine seguente mostra un circuito generatore di onde sinusoidali a transistor singolo molto semplice che può essere efficacemente integrato con l'inverter PWM.
La frequenza di quanto sopra generatore di onde sinusoidali è di circa 250 Hz, ma avremo bisogno che sia di circa 50 Hz, che può essere modificato alterando i valori di C1 --- C3 e R3, R4 in modo appropriato.
Una volta impostata la frequenza, l'uscita di questo circuito può essere collegata all'ingresso C1, C2 della scheda inverter.
Progettazione PCB e cablaggio trasformatore
Elenco delle parti
Trasformatore: corrente 0-9V / 220V, dipenderà dalla potenza dei transistor e dalla potenza nominale della batteria
Specifiche:
L'inverter PWM di classe D proposto è un piccolo prototipo di prova da 10 watt. La bassa potenza di 10 watt è dovuta all'uso di transistor a bassa potenza per T1 --- T4.
La potenza in uscita può essere facilmente aumentata a 100 watt sostituendo i transistor con coppie complementari TIP147 / TIP142.
Può essere aumentato a livelli ancora più alti utilizzando una linea BUS DC più alta per i transistor, ovunque tra 12V e 24V
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