Схема синусоидального инвертора класса D

Синусоидальный инвертор, использующий функции усилителя класса D, преобразует малую синусоидальную входную частоту в эквивалентные синусоидальные ШИМ, которые, наконец, обрабатываются Драйвер H-bridge BJT для генерации сетевого синусоидального переменного тока на выходе от аккумуляторной батареи постоянного тока.

Что такое усилитель класса D

Принцип работы усилитель класса D на самом деле прост, но чрезвычайно эффективен. Входной аналоговый сигнал, такой как аудиосигнал или синусоидальная форма волны от генератора, прерывается в эквивалентные ШИМ, также называемые SPWM.

Эти синусоидальные эквивалентные ШИМ или SPWM s подается на силовой каскад BJT, где они усиливаются сильным током и подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора.

В конечном итоге трансформатор преобразует синусоидальный эквивалент SPWM в синусоидальный сигнал переменного тока 220 В или 120 В, форма волны которого точно соответствует входному синусоидальному сигналу от генератора.

Преимущества инвертора класса D

Основное преимущество инвертора класса D - его высокий КПД (почти 100%) при умеренно низкой стоимости.

Усилители класса D просты в сборке и настройке, что позволяет пользователю быстро создавать эффективные синусоидальные инверторы высокой мощности без особых технических проблем.

Поскольку BJT должны работать с ШИМ, это позволяет им быть холоднее и эффективнее, а это, в свою очередь, позволяет им работать с меньшими радиаторами.

Практичный дизайн

Практическая схема инвертора класса D показана на следующей схеме:

IC 74HC4066 можно заменить на IC 4066, в этом случае отдельные 5 В не потребуются, а для всей схемы можно использовать общее 12 В.

Инвертор PWM класса D работает довольно просто. Синусоидальный сигнал усиливается каскадом операционного усилителя A1 до уровней, достаточных для управления электронными переключателями ES1 --- ES4.

Электронные переключатели ES1 - ES4 открываются и закрываются, вызывая попеременно генерацию прямоугольных импульсов на базах транзисторов T1 - T4 моста.

ШИМ или ширина импульсов модулируется входным синусоидальным сигналом, что приводит к синусоидальному эквиваленту ШИМ, подаваемому на силовые транзисторы и трансформатор, в конечном итоге производя предполагаемый синусоидальный сетевой переменный ток 220 В или 120 В на выходе вторичной обмотки трансформатора. .

Коэффициент заполнения прямоугольного сигнала, создаваемого выходами ES1 - ES4, модулируется амплитудой усиленного входного синусоидального сигнала, что вызывает SPWM-сигнал переключения выхода, пропорциональный среднеквадратичному синусоидальному сигналу. Таким образом, время включения выходного импульса соответствует мгновенной амплитуде входного синусоидального сигнала.

Интервал периода переключения между включенным и выключенным временем вместе определяет частоту, которая будет постоянной.

Следовательно, при отсутствии входного сигнала создается прямоугольный сигнал с одинаковыми размерами (прямоугольная волна).

Чтобы получить достаточно хорошую синусоиду на выходе трансформатора, частота прямоугольной волны от ES1 должна быть как минимум в два раза выше, чем самая высокая частота входного синусоидального сигнала.

Электронные переключатели как усилители

Стандартная работа ШИМ усилитель реализуется четырьмя электронными переключателями на базе ES1 --- ES4. Предположим, что вход операционного усилителя на нулевом уровне, заставляет конденсатор C7 заряжаться через R8, пока напряжение на C7 не достигнет уровня, достаточного для включения ES1.

ES1 теперь закрывается и начинает разряжать C7, пока его уровень не упадет ниже уровня включения ES1. ES1 теперь выключается, снова инициируя зарядку C7, и цикл быстро включается / выключается с частотой 50 кГц, что определяется значениями C7 и R8.

Теперь, если мы рассмотрим наличие синусоидальной волны на входе операционного усилителя, она фактически вызывает принудительное изменение цикла заряда C7, в результате чего выходное ШИМ-переключение ES1 модулируется в соответствии с последовательностью нарастания и спада синусоидальный сигнал.

Выходные прямоугольные волны от ES1 теперь создают SPWM, коэффициент заполнения которого теперь изменяется в соответствии с входным синусоидальным сигналом.

Это приводит к тому, что SPWM, эквивалентный синусоиде, попеременно переключается через мост T1 --- T4, который, в свою очередь, переключает первичную обмотку трансформатора для генерации необходимой сети переменного тока из вторичных проводов трансформатора.

Поскольку вторичное переменное напряжение создается в соответствии с первичным переключением SPWM, результирующий переменный ток является полностью эквивалентным синусоидальному переменному току входного синусоидального сигнала.

Генератор синусоидальной волны

Как обсуждалось выше, для инверторного усилителя класса D потребуется входной сигнал синусоидальной волны от схемы генератора синусоидальной волны.

На следующем изображении показана очень простая схема генератора синусоидальной волны на одном транзисторе, которую можно эффективно интегрировать с инвертором ШИМ.

Частота вышеперечисленных генератор синусоидальной волны составляет около 250 Гц, но нам нужно, чтобы это было около 50 Гц, которое можно изменить, соответствующим образом изменив значения C1 --- C3 и R3, R4.

После установки частоты выход этой схемы может быть связан с входами C1, C2 платы инвертора.

Конструкция печатной платы и разводка трансформатора

Список деталей

Трансформатор: ток 0-9 В / 220 В, будет зависеть от мощности транзисторов и номинала батареи в Ач

Характеристики:

Предлагаемый инвертор PWM класса D представляет собой небольшой прототип тестового образца мощностью 10 Вт. Низкая выходная мощность 10 Вт обусловлена ​​использованием транзистора малой мощности для T1 - T4.

Выходную мощность можно легко увеличить до 100 Вт, заменив транзисторы комплементарными парами TIP147 / TIP142.

Его можно увеличить до еще более высоких уровней, используя более высокую линию постоянного тока шины для транзисторов, в диапазоне от 12 В до 24 В.