Convertiți un invertor de undă pătrată într-un invertor de undă sinusoidală

Postul explică câteva concepte de circuite care pot fi utilizate pentru conversia sau modificarea oricărui invertor obișnuit de undă pătrată într-un design sofisticat al invertorului cu undă sinusoidală.

Înainte de a studia diferitele modele explicate în acest articol, ar fi interesant să cunoaștem factorii care fac de obicei un invertor cu undă sinusoidală mai de dorit decât un design cu undă pătrată.

Cum funcționează frecvența în invertoare

Invertoarele implică practic frecvență sau oscilații pentru implementarea acțiunilor de creștere și inversare. Frecvența așa cum știm este generarea de impulsuri la un model uniform și calculat, de exemplu, o frecvență tipică a invertorului poate fi evaluată la 50Hz sau 50 de impulsuri pozitive pe secundă.

Forma de undă de frecvență fundamentală a unui invertor este sub forma impulsurilor de undă pătrată.

După cum știm cu toții, un val pătrat nu este niciodată potrivit pentru operarea echipamentelor electronice sofisticate, cum ar fi TV, playere muzicale, computere etc.

Rețeaua de curent alternativ (curent alternativ) pe care o achiziționăm la ieșirea din rețeaua noastră internă constă și din frecvența curentului pulsatoriu, dar acestea sunt sub formă de unde sinusoidale sau unde sinusoidale.

În mod normal, este la 50Hz sau 60Hz, în funcție de specificațiile specifice ale utilității țării.

Curba sinusoidală menționată mai sus a formei de undă AC de acasă se referă la vârfurile de tensiune în creștere exponențială care constituie cele 50 de cicluri ale frecvenței.

Deoarece AC-ul nostru intern este generat prin turbine magnetice, forma de undă este în mod inerent o undă sinusoidală, deci nu necesită procesare suplimentară și devine utilizabilă direct în case pentru toate tipurile de aparate.

În schimb, la invertoare, forma de undă fundamentală are forma undelor pătrate care necesită o prelucrare aprofundată pentru a face unitatea compatibilă cu toate tipurile de echipamente.

Diferența dintre Unda pătrată și Unda sinusoidală

După cum se arată în figură, o undă pătrată și o undă sinusoidală pot avea niveluri de tensiune de vârf identice, dar valoarea RMS sau valoarea pătrată medie a rădăcinii poate să nu fie identice. Acest aspect este ceea ce face o undă pătrată deosebit de diferită de o undă sinusoidală, chiar dacă valoarea de vârf poate fi aceeași.

Prin urmare, un invertor cu undă pătrată care funcționează cu 12V DC ar genera o ieșire echivalentă cu 330V la fel ca un invertor cu undă sinusoidală care funcționează cu aceeași baterie, dar dacă măsurați ieșirea RMS a ambelor invertoare, ar diferi semnificativ (330V și 220V).

Imaginea arată incorect 220V ca vârf, de fapt ar trebui să fie 330V

În diagrama de mai sus, forma de undă de culoare verde este forma de undă sinusoidală, în timp ce portocaliul descrie forma de undă pătrată. Porțiunea umbrită este RMS în exces care trebuie nivelat pentru a face ambele valori RMS cât mai apropiate.

Conversia unui invertor cu undă pătrată într-un echivalent cu undă sinusoidală înseamnă, în principiu, permiterea invertorului cu undă pătrată să producă valoarea de vârf necesară, de exemplu 330V, dar având un RMS aproape egal cu omologul său de undă sinusoidală.

Cum se convertește / se modifică o formă de undă pătrată în formă de undă sinusoidală echivalentă

Acest lucru se poate face fie prin tăierea unui eșantion de undă pătrată într-o formă de undă sinusoidală, fie pur și simplu prin tăierea unei forme de undă pătrată a eșantionului în bucăți mai mici bine calculate, astfel încât RMS-ul său să devină foarte apropiat de o valoare de rețea AC standard de rețea.

Pentru a tăia o undă pătrată într-o undă sinusoidală perfectă, putem folosi un oscilator de punte wien sau mai exact un „oscilator bubba” și îl putem alimenta într-un stadiu de procesor cu undă sinusoidală. Această metodă ar fi prea complexă și, prin urmare, nu este o idee recomandată pentru implementarea unui invertor cu undă pătrată existent la un invertor cu undă sinusoidală.

Ideea mai fezabilă ar fi tăierea undei pătrate asociate la baza dispozitivelor de ieșire la gradul RMS necesar.

Un exemplu clasic este prezentat mai jos:

Prima diagramă arată un circuit invertor cu undă pătrată. Prin adăugarea unui tocător AMV simplu putem descompune impulsurile de la baza mosfetelor relevante la gradul necesar.

Versiune invertor echivalentă cu undă pătrată la undă sinusoidală modificată a circuitului de mai sus.

Aici AMV-ul inferior generează impulsuri la frecvență înaltă al căror raport de marcă / spațiu poate fi modificat în mod adecvat cu ajutorul VR1 prestabilit. Această ieșire controlată PWM este aplicată la porțile mosfetelor pentru a adapta conducerea acestora la valoarea RMS stipulată.

Model tipic de formă de undă așteptat din modificarea de mai sus:

Forma de undă la porțile mosfetului:

Forma de undă la ieșirea transformatorului:

Forma de undă după filtrarea adecvată folosind inductoare și condensatoare la ieșirea transformatorului:

Lista de componente

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K ohmi,
C1, C2 = 0,47uF / 100V metalizat
C3, C4 = 0,1uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = orice mosfet de 30V, 10amp, canal N.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K presetat
Transformator = 9-0-9V, 8 amp ( specificațiile trebuie selectate conform sarcinii de ieșire pentru optimizarea corectă a puterii )
Baterie = 12V, 10AH

Obținerea unei rate de eficiență mai bune

Conversia sau modificarea de mai sus va oferi aproximativ 70% din eficiență cu potrivirea RMS realizată. Dacă sunteți interesat să obțineți o potrivire mai bună și mai precisă, probabil că ar fi necesar un procesor IC 556 PWM cu formă de undă.

Ați dori să faceți referire la acest articol care arată principiul din spatele modificarea unei forme de undă pătrată într-o formă de undă sinusoidală folosind câteva IC555.

Ieșirea din circuitul menționat mai sus poate fi alimentată în mod similar la poartă sau la baza dispozitivelor de alimentare relevante care sunt prezente în unitatea de invertor pătrată existentă.

O abordare mai cuprinzătoare poate fi asistată în acest articol, unde un IC 556 este utilizat pentru extragerea undei sinusoidale modificate bazate pe PWM precise echivalenți dintr-o sursă de probă de undă pătrată.

Această formă de undă este integrată cu dispozitivele de ieșire existente pentru implementarea modificărilor intenționate.

Exemplele de mai sus ne învață metodele mai simple prin care orice invertor de undă pătrată obișnuit existent poate fi modificat într-un design de invertor cu undă sinusoidală.

Conversia într-un SPWM

În articolul de mai sus am aflat cum forma de undă a unui invertor de undă pătrată ar putea fi optimizată pentru a obține un fel de undă sinusoidală de formă de undă prin tăierea undei pătrate în secțiuni mai mici.

Cu toate acestea, o analiză mai profundă arată că, cu excepția cazului în care forma de undă tăiată nu este dimensionată sub formă de SPWM, este posibil să nu fie posibilă obținerea unui echivalent adecvat în sine sinusoidal.

Pentru a îndeplini această condiție, un circuit convertor SPWM devine esențial pentru a realiza cea mai ideală formă sinusoidală din invertor.

Următoarea diagramă arată cum acest lucru ar putea fi implementat în mod eficient cu proiectele discutate mai sus.

Prin unul dintre articolele mele anterioare am înțeles cum ar putea fi utilizat un opamp pentru crearea SPWM-urilor , aceeași teorie ar putea fi văzută aplicată în conceptul de mai sus. Aici se utilizează două generatoare de unde triunghiulare, unul acceptând unda pătrată rapidă de la astabilul inferior, în timp ce celălalt acceptă unde pătrate lente de la astabilul superior și le procesează în ieșiri corespunzătoare de undă triunghiulară rapidă și respectiv, respectiv.

Aceste unde triunghiulare procesate sunt alimentate prin cele două intrări ale unui opamp, care le transformă în cele din urmă în lățimi ale impulsurilor de undă sinusoidală.

Aceste SPWM sunt utilizate pentru tăierea semnalelor de la poarta mosfetelor care în cele din urmă comută forma de undă peste înfășurarea transformatorului conectat pentru a crea o replică exactă a unei forme de undă sinusoidală pură pe partea secundară a transformatorului prin inducție magnetică.