Obvod sinusových měničů třídy D

Sinusový měnič využívající zesilovač třídy D funguje převedením malé vstupní sinusové frekvence na ekvivalentní sinusové PWM, které je nakonec zpracováno Řidič H-můstku BJT pro generování síťového sinusového střídavého výstupu ze zdroje stejnosměrné baterie.

Co je to zesilovač třídy D.

Pracovní princip a zesilovač třídy D je ve skutečnosti jednoduchý, ale extrémně efektivní. Vstupní analogový signál, jako je zvukový signál nebo sinusový průběh z oscilátoru, je nasekán na ekvivalentní PWM nazývané také SPWM.

Tyto sinusově ekvivalentní PWM nebo SPWM s je napájen do výkonového BJT stupně, kde jsou zesíleny vysokým proudem a aplikovány na primární část zesilovacího transformátoru.

Transformátor nakonec transformuje sinusový ekvivalent SPWM na sinusovou vlnu 220 V nebo 120 V, jejíž tvar vlny je přesně v souladu se vstupním signálem sinusové vlny z oscilátoru.

Výhody střídače třídy D

Hlavní výhodou střídače třídy D je jeho vysoká účinnost (téměř 100%) za rozumně nízkou cenu.

Zesilovače třídy D jsou snadno sestavitelné a nastavitelné, což umožňuje uživateli rychle vyrábět efektivní, vysoce výkonné sinusové měniče bez mnoha technických potíží.

Vzhledem k tomu, že BJT musí pracovat s PWM, umožňuje jim to být chladnější a efektivnější, což jim zase umožňuje pracovat s menšími chladiči.

Praktický design

Praktický návrh obvodu invertoru třídy D lze vidět na následujícím schématu:

IC 74HC4066 lze nahradit IC 4066, v takovém případě nebude zapotřebí samostatných 5 V a pro celý obvod lze použít společné 12V.

Práce střídače třídy pwm třídy D je poměrně jednoduchá. Signál sinusové vlny je zesílen stupněm operačního zesilovače A1 na odpovídající úrovně pro řízení elektronických spínačů ES1 --- ES4.

Elektronické spínače ES1 --- ES4 se otevírají a zavírají, což způsobuje střídavé generování obdélníkových pulzů přes základny můstků tranzistorů T1 --- T4.

PWM nebo šířka pulzů je modulována vstupním sinusovým signálem, což má za následek sinusově ekvivalentní PWM napájené do výkonových tranzistorů a transformátor, který nakonec produkuje zamýšlenou sinusovitou síť 220 V nebo 120 V na výstupu sekundárního transformátoru .

Činitel obdélníkového signálu produkovaného z výstupů ES1 --- ES4 je modulován amplitudou zesíleného vstupního signálu sinusové vlny, což způsobí, že výstup přepne signál SPWM úměrně sinusové vlně RMS. Čas zapnutí výstupního impulzu je tedy v souladu s okamžitou amplitudou vstupního sinusového signálu.

Interval spínací periody doby zapnutí a vypnutí společně určuje frekvenci, která bude konstantní.

V důsledku toho je při absenci vstupního signálu vytvořen rovnoměrně dimenzovaný obdélníkový signál (čtvercová vlna).

Jako způsob, jak dosáhnout poměrně dobré sinusové vlny na výstupu transformátoru, by měla být frekvence obdélníkové vlny z ES1 minimálně dvakrát tak vysoká jako nejvyšší frekvence ve vstupním sinusovém signálu.

Elektronické spínače jako zesilovače

Standardní fungování PWM zesilovač je implementován 4 elektronickými spínači vyrobenými kolem ES1 --- ES4. Za předpokladu, že vstup vstupu operačního zesilovače na nulové úrovni způsobí nabití kondenzátoru C7 přes R8, dokud napětí na C7 nedosáhne úrovně, která je dostatečná pro zapnutí ES1.

ES1 se nyní zavírá a začne vybíjet C7, dokud jeho úroveň neklesne pod úroveň zapnutí ES1. ES1 se nyní vypne a znovu zahájí nabíjení C7 a cyklus se rychle zapne / vypne rychlostí 50 kHz, jak je určeno hodnotami C7 a R8.

Nyní, když vezmeme v úvahu přítomnost sinusové vlny na vstupu operačního zesilovače, účinně to způsobí vynucenou změnu nabíjecího cyklu C7, což způsobí, že přepínání výstupu ES1 PWM bude modulováno podle posloupnosti vzestupu a pádu sinusový signál.

Výstupní obdélníkové vlny z ES1 nyní produkují SPWM, jehož činitel se nyní mění podle vstupního sinusového signálu.

To má za následek střídavé přepínání sinusových vln SPWM přes můstek T1 --- T4, který zase přepíná primární transformátor, aby generoval požadovanou střídavou síť ze sekundárních vodičů transformátoru.

Vzhledem k tomu, že sekundární střídavé napětí je vytvářeno v souladu s primárním přepínáním SPWM, je výsledné střídavé napětí dokonale ekvivalentní sinusové střídavé napětí vstupního sinusového signálu.

Sinusový oscilátor

Jak již bylo uvedeno výše, invertorový zesilovač třídy D bude potřebovat vstup signálu sinusové vlny z obvodu geneartoru sinusových vln.

Následující obrázek ukazuje velmi jednoduchý obvod generátoru sinusových vln s jedním tranzistorem, který lze účinně integrovat do měniče PWM.

Četnost výše uvedeného generátor sinusových vln je kolem 250 Hz, ale budeme potřebovat, aby to bylo kolem 50 Hz, což lze změnit změnou hodnot C1 - C3, a R3, R4 odpovídajícím způsobem.

Jakmile je nastavena frekvence, může být výstup tohoto obvodu spojen se vstupem C1, C2 na desce střídače.

Návrh desek plošných spojů a zapojení transformátoru

Seznam dílů

Transformátor: proud 0-9V / 220V, bude záviset na výkonu tranzistoru a jmenovitém výkonu baterie Ah

Specifikace:

Navrhovaný střídač PWM třídy D je malý prototyp zkušebního vzorku o výkonu 10 W. Nízký výkon 10 wattů je způsoben použitím tranzistoru s nízkým výkonem pro T1 --- T4.

Výstupní výkon lze snadno upgradovat na 100 wattů nahrazením tranzistorů doplňkovými páry TIP147 / TIP142.

Může se zvýšit na ještě vyšší úrovně použitím vyšší sběrnice BUS DC pro tranzistory kdekoli mezi 12V a 24V