Problém s poklesem napětí střídače - jak řešit

Kdykoli se v měniči používá PWM k povolení výstupu sinusové vlny, napětí střídače pokles se stává hlavním problémem, zvláště pokud nejsou parametry správně vypočítány.

Na tomto webu jste možná narazili na mnoho konceptů invertorů sinusových a čistých sinusových vln pomocí PWM kanálů nebo SPWM integrací. Ačkoli koncept funguje velmi pěkně a umožňuje uživateli získat požadované ekvivalentní výstupy sinusových vln, zdá se, že při zatížení zápasí s problémy s poklesem výstupního napětí.

V tomto článku se naučíme, jak to napravit pomocí jednoduchého porozumění a výpočtů.

Nejprve si musíme uvědomit, že výstupní výkon z měniče je pouze produktem vstupního napětí a proudu dodávaného do transformátoru.

Proto zde musíme zajistit, aby byl transformátor správně dimenzován na zpracování vstupního napájení tak, aby produkoval požadovaný výstup a byl schopen udržet zátěž bez jakéhokoli poklesu.

Z následující diskuse se pokusíme analyzovat pomocí jednoduchých výpočtů metodu, jak se tohoto problému zbavit, a to správnou konfigurací parametrů.

Analýza výstupního napětí ve střídačích s obdélníkovými vlnami

V obvodu invertoru s obdélníkovými vlnami obvykle najdeme průběh, jak je znázorněno níže, na výkonových zařízeních, která dodávají proud a napětí do příslušného vinutí transformátoru podle rychlosti vedení MOSFET pomocí této obdélníkové vlny:

Zde vidíme, že špičkové napětí je 12V a pracovní cyklus je 50% (stejná doba zapnutí / vypnutí tvaru vlny).

Chcete-li pokračovat v analýze Nejprve musíme najít průměrné napětí indukované napříč příslušným vinutím transformátoru.

Předpokládejme, že používáme centrální odbočku 12-0-12V / 5 amp trafo, a za předpokladu, že na jedno z vinutí 12V je aplikován pracovní cyklus 12V @ 50%, lze výkon indukovaný v tomto vinutí vypočítat, jak je uvedeno níže:

12 x 50% = 6V

Toto se stane průměrným napětím přes brány výkonových zařízení, která odpovídajícím způsobem ovládají trafo vinutí stejnou rychlostí.

Pro dvě poloviny vinutí trafa dostaneme 6V + 6V = 12V (kombinace obou polovin středového odbočkového trafa.

Násobení tohoto 12V s plnou proudovou kapacitou 5 amp nám dává 60 wattů

Vzhledem k tomu, že skutečný výkon transformátoru je také 12 x 5 = 60 W, znamená to, že výkon indukovaný na primární části trafa je plný, a proto bude také plný výstup, což umožní, aby výstup běžel bez jakéhokoli poklesu napětí při zatížení .

Tento 60 wattů se rovná skutečnému výkonu transformátoru, tj. 12V x 5 amp = 60 wattů. proto výstup z trafa pracuje s maximální silou a nesnižuje výstupní napětí, i když je připojeno maximální zatížení 60 wattů.

Analýza výstupního napětí střídače na základě PWM

Nyní předpokládejme, že použijeme PWM sekání přes brány výkonových mosfetů, řekněme s rychlostí 50% pracovního cyklu na branách mosfetů (které již běží s 50% pracovním cyklem z hlavního oscilátoru, jak je popsáno výše)

To opět znamená, že dříve vypočítaný průměr 6 V je nyní ovlivněn dodatečně tímto napájením PWM s 50% pracovním cyklem, což snižuje průměrnou hodnotu napětí napříč branami MOSFET na:

6V x 50% = 3V (i když vrchol je stále 12V)

Kombinováním tohoto průměru 3V pro obě poloviny vinutí dostaneme

3 + 3 = 6V

Násobení tohoto 6V 5 ampérů nám dává 30 wattů.

To je o 50% méně než to, co transformátor zvládá.

Proto při měření na výstupu může výstup vykazovat celých 310 V (kvůli špičkám 12 V), ale při zatížení by to mohlo rychle klesnout na 150 V, protože průměrné napájení na primárním okruhu je o 50% menší než jmenovitá hodnota.

Abychom tento problém napravili, musíme řešit dva parametry současně:

1) Musíme se ujistit, že vinutí transformátoru odpovídá průměrné hodnotě napětí dodávané zdrojem pomocí sekání PWM,

2) a proud vinutí musí být odpovídajícím způsobem specifikován tak, aby výstup AC neklesl pod zátěží.

Uvažujme náš výše uvedený příklad, kdy zavedení 50% PWM způsobilo, že vstup do vinutí byl snížen na 3V, abychom tuto situaci posílili a řešili, musíme zajistit, aby vinutí trafa muselo být odpovídajícím způsobem hodnoceno na 3V. V této situaci proto musí být transformátor dimenzován na 3-0-3V

Aktuální specifikace transformátoru

Vzhledem k výše uvedenému výběru trafa 3–0–3 V a vzhledem k tomu, že výstup z trafa je určen pro práci se zátěží 60 wattů a trvalým napětím 220 V, můžeme potřebovat, aby primární trafo bylo dimenzováno na 60/3 = 20 ampérů. , ano, to je 20 zesilovačů, které bude muset trafo zajistit, aby bylo udrženo napětí 220V, když je k výstupu připojeno plné zatížení 60 wattů.

Pamatujte, že v takové situaci, pokud je výstupní napětí měřeno bez zátěže, může dojít k abnormálnímu zvýšení hodnoty výstupního napětí, které se může zdát vyšší než 600V. To se může stát, protože ačkoli průměrná hodnota indukovaná na mosfetech je 3V, vrchol je vždy 12V.

Pokud se však stane, že uvidíte toto vysoké napětí bez zátěže, není se čeho bát, protože jakmile se zátěž zahákne, rychle se usadí na 220V.

Když to řeknete, pokud uživatelé shledají, že vidí takovou zvýšenou úroveň napětí bez zátěže, lze to napravit dodatečným použitím obvod regulátoru výstupního napětí o kterém jsem již hovořil v jednom ze svých dřívějších příspěvků, můžete s tímto konceptem efektivně použít totéž.

Alternativně může být displej se zvýšeným napětím neutralizován připojením kondenzátoru 0,45uF / 600V přes výstup nebo jakéhokoli podobně dimenzovaného kondenzátoru, což by také pomohlo odfiltrovat PWM do plynule se měnícího sinusového průběhu.

Velmi aktuální problém

Ve výše diskutovaném příkladu jsme viděli, že s 50% PWM sekáním jsme nuceni použít 3-0-3V trafo pro napájení 12V, což nutí uživatele jít na 20 amp transformátor, jen aby získal 60 wattů, což vypadá docela nerozumně.

Pokud 3V volá po 20 ampérech, aby získal 60 wattů, znamená to, že 6V by vyžadovalo 10 ampérů pro generování 60 wattů a tato hodnota vypadá docela zvládnutelně ....... nebo ještě lépe 9V by vám umožnilo pracovat s 6,66 amp trafo, což vypadá ještě rozumněji.

Výše uvedené prohlášení nám říká, že pokud se zvýší průměrná indukce napětí na vinutí trafa, sníží se aktuální požadavek a protože průměrné napětí závisí na době zapnutí PWM, jednoduše to znamená, že k dosažení vyšších průměrných napětí na primárním trafu, právě jste příliš zvýšili dobu zapnutí PWM, to je další alternativní a efektivní způsob, jak správně posílit problém poklesu výstupního napětí v měničích založených na PWM.

Máte-li jakékoli konkrétní dotazy nebo pochybnosti týkající se daného tématu, můžete vždy použít níže uvedené pole pro komentář a vyjádřit své názory.