Проблема падения напряжения на инверторе - как решить

Всякий раз, когда ШИМ используется в инверторе для включения синусоидального выхода, инверторное напряжение падение становится серьезной проблемой, особенно если параметры рассчитаны неправильно.

На этом веб-сайте вы могли встретить множество концепций синусоидальных и чистых синусоидальных инверторов, использующих ШИМ-каналы или интеграции SPWM. Хотя эта концепция работает очень хорошо и позволяет пользователю получить требуемые выходные сигналы, эквивалентные синусоиде, они, похоже, борются с проблемами падения выходного напряжения под нагрузкой.

В этой статье мы узнаем, как это исправить с помощью простых расчетов и понимания.

Во-первых, мы должны понять, что выходная мощность инвертора - это просто произведение входного напряжения и тока, которые подводятся к трансформатору.

Поэтому здесь мы должны убедиться, что трансформатор правильно рассчитан для обработки входного питания, чтобы он давал желаемый выходной сигнал и мог выдерживать нагрузку без каких-либо падений.

В следующем обсуждении мы попытаемся проанализировать с помощью простых вычислений метод избавления от этой проблемы, правильно настроив параметры.

Анализ выходного напряжения в преобразователях прямоугольной формы

В схеме инвертора прямоугольной формы мы обычно обнаруживаем форму волны, показанную ниже, на силовых устройствах, которые подают ток и напряжение на соответствующую обмотку трансформатора в соответствии со скоростью проводимости МОП-транзистора с использованием этой прямоугольной волны:

Здесь мы видим, что пиковое напряжение составляет 12 В, а рабочий цикл составляет 50% (равное времени включения / выключения сигнала).

Чтобы продолжить анализ, нам сначала нужно найти среднее напряжение, индуцированное на соответствующей обмотке трансформатора.

Предположим, мы используем центральный отвод 12-0-12 В / 5 ампер, и предполагая, что 12 В при рабочем цикле 50% применяется к одной из обмоток 12 В, тогда мощность, индуцированная внутри этой обмотки, может быть рассчитана, как указано ниже:

12 х 50% = 6 В

Это становится средним напряжением на затворах силовых устройств, которые, соответственно, управляют обмоткой с такой же скоростью.

Для двух половин обмотки трафарета мы получаем 6В + 6В = 12В (объединяя обе половинки трафо центрального отвода.

Если умножить это 12 В на полную токовую нагрузку 5 А, мы получим 60 Вт.

Теперь, поскольку фактическая мощность трансформатора также составляет 12 x 5 = 60 Вт, это означает, что мощность, наведенная на первичной обмотке трафарета, заполнена, и, следовательно, выход также будет полным, что позволяет выходу работать без какого-либо падения напряжения под нагрузкой. .

Эти 60 ватт равны фактической мощности трансформатора, то есть 12 В x 5 А = 60 Вт. поэтому выход из трафарета работает с максимальной силой и не снижает выходное напряжение, даже когда подключена максимальная нагрузка 60 Вт.

Анализ выходного напряжения инвертора на основе ШИМ

Теперь предположим, что мы применяем прерывание ШИМ на затворах мощных МОП-транзисторов, скажем, со скоростью 50% рабочего цикла на затворах МОП-транзисторов (которые уже работают с 50% -ным рабочим циклом от основного генератора, как обсуждалось выше).

Это снова означает, что на ранее вычисленное среднее значение 6 В теперь дополнительно влияет эта подача ШИМ с рабочим циклом 50%, что снижает среднее значение напряжения на затворах МОП-транзистора до:

6 В x 50% = 3 В (хотя пик все еще 12 В)

Комбинируя это среднее значение 3 В для обеих половин обмотки, мы получаем

3 + 3 = 6 В

Если умножить эти 6 В на 5 ампер, получим 30 Вт.

Что ж, это на 50% меньше, чем рассчитан трансформатор.

Поэтому при измерении на выходе, хотя выход может показывать полные 310 В (из-за пиков 12 В), но под нагрузкой это может быстро упасть до 150 В, поскольку среднее напряжение на первичной обмотке на 50% меньше номинального значения.

Чтобы исправить эту проблему, мы должны одновременно работать с двумя параметрами:

1) Мы должны убедиться, что обмотка трансформатора соответствует среднему значению напряжения, подаваемому источником с использованием прерывания ШИМ,

2) и ток обмотки должен быть соответствующим образом задан так, чтобы выходной переменный ток не падал под нагрузкой.

Давайте рассмотрим наш вышеупомянутый пример, где введение 50% ШИМ привело к уменьшению входного сигнала обмотки до 3 В, чтобы усилить и решить эту ситуацию, мы должны убедиться, что обмотка трафарета должна быть соответственно рассчитана на 3 В. Поэтому в этой ситуации трансформатор должен быть рассчитан на 3-0-3 В.

Текущие характеристики трансформатора

Принимая во внимание вышеупомянутый выбор трафарета 3-0-3В, а также учитывая, что выход трактора предназначен для работы с нагрузкой 60 Вт и постоянным напряжением 220 В, нам может потребоваться, чтобы первичный тракт был рассчитан на 60/3 = 20 ампер. Да, это 20 ампер, которые потребуются трафарету, чтобы гарантировать, что напряжение 220 В будет поддерживаться при полной нагрузке в 60 Вт, подключенной к выходу.

Помните, что в такой ситуации, если выходное напряжение измеряется без нагрузки, можно увидеть аномальное увеличение значения выходного напряжения, которое может превышать 600 В. Это может произойти, потому что, хотя среднее значение, наведенное на МОП-транзисторы, составляет 3 В, пиковое значение всегда составляет 12 В.

Но не о чем беспокоиться, если вы случайно увидите это высокое напряжение без нагрузки, потому что оно быстро упадет до 220 В, как только будет подключена нагрузка.

Сказав это, если пользователям неприятно видеть такой повышенный уровень напряжения без нагрузки, это можно исправить, дополнительно применив схема регулятора выходного напряжения который я уже обсуждал в одном из моих предыдущих постов, вы можете эффективно применить то же самое и к этой концепции.

В качестве альтернативы, повышенное напряжение можно нейтрализовать, подключив к выходу конденсатор 0,45 мкФ / 600 В или любой конденсатор аналогичного номинала, который также поможет отфильтровать ШИМ в плавно меняющуюся синусоидальную форму.

Проблема с высоким уровнем тока

В рассмотренном выше примере мы видели, что при 50% -ном прерывании ШИМ мы вынуждены использовать схему 3-0-3 В для источника питания 12 В, вынуждая пользователя использовать трансформатор на 20 А, чтобы получить 60 Вт, что выглядит совершенно необоснованно.

Если 3V требует 20 ампер для получения 60 ватт, это означает, что 6V потребует 10 ампер для выработки 60 ватт, и это значение выглядит вполне управляемым ....... или, чтобы сделать его еще лучше, 9V позволит вам работать с трафарет на 6,66 А, что выглядит даже более разумно.

Вышеупомянутое утверждение говорит нам, что если средняя индукция напряжения на обмотке трафаретной передачи увеличивается, требования по току уменьшаются, а поскольку среднее напряжение зависит от времени включения ШИМ, просто подразумевается, что для достижения более высоких средних напряжений на первичной обмотке трафо вам просто нужно слишком увеличить время включения ШИМ, это еще один альтернативный и эффективный способ правильно усилить проблему падения выходного напряжения в инверторах на основе ШИМ.

Если у вас есть какие-либо конкретные вопросы или сомнения по теме, вы всегда можете воспользоваться полем для комментариев ниже и записать свое мнение.