Problema relativo alla caduta di tensione dell'inverter - Come risolverlo

Ogni volta che PWM viene impiegato in un inverter per abilitare un'uscita sinusoidale, tensione inverter la caduta diventa un problema importante, soprattutto se i parametri non vengono calcolati correttamente.

In questo sito Web potresti aver incontrato molti concetti di inverter a onda sinusoidale e sinusoidale pura utilizzando feed PWM o integrazioni SPWM. Sebbene il concetto funzioni molto bene e consenta all'utente di ottenere le uscite equivalenti a onda sinusoidale richieste, sembrano lottare con problemi di caduta della tensione di uscita, sotto carico.

In questo articolo impareremo come correggerlo attraverso semplici calcoli e comprensione.

Per prima cosa dobbiamo renderci conto che la potenza in uscita da un inverter è semplicemente il prodotto della tensione e della corrente in ingresso che vengono fornite al trasformatore.

Quindi qui dobbiamo assicurarci che il trasformatore sia correttamente tarato per elaborare l'alimentazione in ingresso in modo tale che produca l'uscita desiderata e sia in grado di sostenere il carico senza alcuna caduta.

Dalla discussione che segue cercheremo di analizzare attraverso semplici calcoli il metodo per eliminare questo problema, configurando correttamente i parametri.

Analisi della tensione di uscita negli inverter a onda quadra

In un circuito inverter a onda quadra troveremo tipicamente la forma d'onda come mostrato di seguito tra i dispositivi di alimentazione, che forniscono la corrente e la tensione al relativo avvolgimento del trasformatore secondo la velocità di conduzione del mosfet utilizzando questa onda quadra:

Qui possiamo vedere che la tensione di picco è 12V e il duty cycle è del 50% (uguale tempo di ON / OFF della forma d'onda).

Per procedere con l'analisi dobbiamo prima trovare la tensione media indotta ai capi del relativo avvolgimento del trasformatore.

Supponendo di utilizzare una presa centrale 12-0-12 V / 5 amp trafo e supponendo che il ciclo di lavoro 12V @ 50% venga applicato a uno degli avvolgimenti da 12V, la potenza indotta all'interno di quell'avvolgimento può essere calcolata come indicato di seguito:

12 x 50% = 6V

Questa diventa la tensione media ai capi dei dispositivi di potenza, i quali azionano corrispondentemente l'avvolgimento del trafo a questa stessa velocità.

Per le due metà dell'avvolgimento del trafo otteniamo, 6V + 6V = 12V (combinando entrambe le metà del trafo centrale del rubinetto.

Moltiplicando questo 12V con la piena capacità di corrente di 5 amp si ottengono 60 watt

Ora poiché il wattaggio effettivo del trasformatore è anche 12 x 5 = 60 watt, implica che la potenza indotta al primario del trafo è piena, e quindi anche l'uscita sarà piena, consentendo all'uscita di funzionare senza alcuna caduta di tensione sotto carico .

Questo 60 watt è uguale alla potenza nominale effettiva del trasformatore, cioè 12V x 5 amp = 60 watt. quindi l'uscita dal trafo lavora con la massima forza e non fa cadere la tensione di uscita, anche quando è collegato un carico massimo di 60 watt.

Analisi di una tensione di uscita dell'inverter basata su PWM

Supponiamo ora di applicare un PWM chopping attraverso i gate dei mosfet di potenza, diciamo con un tasso di duty cycle del 50% sui gate dei mosfet (che sono già in esecuzione con un duty cycle del 50% dall'oscillatore principale, come discusso sopra)

Ciò implica ancora una volta che la media di 6V calcolata in precedenza è ora ulteriormente influenzata da questo feed PWM con ciclo di lavoro del 50%, riducendo il valore di tensione medio attraverso i gate mosfet a:

6V x 50% = 3V (anche se il picco è ancora 12V)

Combinando questa media di 3V per entrambe le metà dell'avvolgimento otteniamo

3 + 3 = 6V

Moltiplicando questo 6V con 5 ampere si ottengono 30 watt.

Bene, questo è il 50% in meno rispetto a quello che il trasformatore è valutato per gestire.

Pertanto, se misurata in uscita, sebbene l'uscita potrebbe mostrare un pieno di 310 V (a causa dei picchi di 12V), ma sotto carico potrebbe scendere rapidamente a 150 V, poiché l'alimentazione media al primario è inferiore del 50% rispetto al valore nominale.

Per correggere questo problema dobbiamo affrontare due parametri contemporaneamente:

1) Dobbiamo assicurarci che l'avvolgimento del trasformatore corrisponda al valore di tensione medio fornito dalla sorgente utilizzando il taglio PWM,

2) e la corrente dell'avvolgimento deve essere specificata di conseguenza in modo tale che l'uscita AC non cada sotto carico.

Consideriamo il nostro esempio sopra in cui l'introduzione di un PWM al 50% ha causato la riduzione dell'input all'avvolgimento a 3V, per rinforzare e affrontare questa situazione dobbiamo assicurarci che l'avvolgimento del trafo debba essere valutato corrispondentemente a 3V. Pertanto in questa situazione il trasformatore deve essere tarato a 3-0-3V

Specifiche attuali per il trasformatore

Considerando la selezione del trafo 3-0-3V sopra, e considerando che l'uscita dal trafo è destinata a funzionare con un carico di 60 watt e un 220V sostenuto, potrebbe essere necessario che il primario del trafo sia valutato a 60/3 = 20 ampere , sì, sono 20 ampere che il trafo dovrà essere per garantire che la 220V sia sostenuta quando un pieno carico di 60 watt è collegato all'uscita.

Ricordare che in tale situazione se la tensione di uscita viene misurata senza un carico, si potrebbe vedere un aumento anormale del valore della tensione di uscita che potrebbe sembrare superiore a 600 V. Ciò potrebbe accadere perché sebbene il valore medio indotto attraverso i mosfet sia 3V, il picco è sempre 12V.

Ma non c'è nulla di cui preoccuparsi se ti capita di vedere questa alta tensione senza un carico, perché si stabilizzerebbe rapidamente a 220V non appena un carico viene collegato.

Detto questo, se gli utenti trovano fastidioso vedere un livello così elevato di tensioni senza carico, questo può essere corretto applicando anche un circuito regolatore della tensione di uscita di cui ho già discusso in uno dei miei post precedenti, puoi applicare efficacemente lo stesso anche a questo concetto.

In alternativa, la visualizzazione della tensione aumentata può essere neutralizzata collegando un condensatore da 0,45 uF / 600 V attraverso l'uscita o un condensatore di valore simile, che aiuterebbe anche a filtrare i PWM in una forma d'onda sinusoidale variabile.

Il problema dell'alta corrente

Nell'esempio sopra discusso abbiamo visto che con un taglio PWM al 50%, siamo costretti a impiegare un trafo 3-0-3V per un'alimentazione a 12V, costringendo l'utente a scegliere un trasformatore da 20 amp solo per ottenere 60 watt, che sembra abbastanza irragionevole.

Se 3V richiede 20 ampere per ottenere 60 watt, implica che 6V richiederebbe 10 ampere per generare 60 watt, e questo valore sembra abbastanza gestibile ....... o per renderlo ancora migliore un 9V ti permetterebbe di lavorare con un trafo da 6,66 amp, che sembra ancora più ragionevole.

L'affermazione di cui sopra ci dice che se l'induzione di tensione media sull'avvolgimento del trafo viene aumentata, il fabbisogno di corrente viene ridotto, e poiché la tensione media dipende dal tempo di PWM ON, implica semplicemente che per ottenere tensioni medie più elevate sul primario del trafo, devi solo aumentare troppo il tempo PWM ON, questo è un altro modo alternativo ed efficace per rafforzare correttamente il problema della caduta di tensione in uscita negli inverter basati su PWM.

Se hai domande o dubbi specifici sull'argomento, puoi sempre utilizzare la casella dei commenti qui sotto e annotare le tue opinioni.