Ein Sinus-Wechselrichter, der Verstärker der Klasse D verwendet, funktioniert, indem er eine kleine Sinus-Eingangsfrequenz in äquivalente Sinus-PWMs umwandelt, die schließlich von einem verarbeitet werden H-Bridge BJT-Treiber zum Erzeugen des Sinus-Wechselstromausgangs aus einer Gleichstrombatteriequelle.
Was ist ein Class-D-Verstärker?
Das Arbeitsprinzip von a Klasse-D-Verstärker ist eigentlich einfach und doch äußerst effektiv. Ein analoges Eingangssignal wie ein Audiosignal oder eine sinusförmige Wellenform von einem Oszillator wird in äquivalente PWMs zerlegt, die auch als SPWM bezeichnet werden.
Diese sinusäquivalenten PWMs oder SPWM s wird einer Leistungs-BJT-Stufe zugeführt, wo diese mit hohem Strom verstärkt und an die Primärwicklung eines Aufwärtstransformators angelegt werden.
Der Transformator wandelt schließlich das Sinusäquivalent SPWM in 220 V oder 120 V Sinus AC um, dessen Wellenform genau dem vom Oszillator eingegebenen Sinuswellensignal entspricht.
Vorteile von Class-D-Wechselrichtern
Der Hauptvorteil eines Wechselrichters der Klasse D ist sein hoher Wirkungsgrad (fast 100%) bei relativ geringen Kosten.
Class-D-Verstärker sind einfach zu bauen und einzurichten, wodurch der Benutzer schnell und ohne großen technischen Aufwand effiziente Hochleistungs-Sinus-Wechselrichter herstellen kann.
Da die BJTs mit PWMs arbeiten müssen, können sie kühler und effizienter arbeiten, was wiederum dazu führt, dass sie mit kleineren Kühlkörpern arbeiten können.
Ein praktisches Design
Ein praktisches Design eines Wechselrichterschaltkreises der Klasse D ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Der IC 74HC4066 kann durch den IC 4066 ersetzt werden. In diesem Fall sind keine separaten 5 V erforderlich, und für den gesamten Stromkreis können gemeinsame 12 V verwendet werden.
Die Arbeit des pwm Klasse-D Wechselrichters ist ziemlich einfach. Das Sinuswellensignal wird von der Stufe des Operationsverstärkers A1 auf ausreichende Pegel verstärkt, um die elektronischen Schalter ES1 - ES4 anzusteuern.
Die elektronischen Schalter ES1 - ES4 öffnen und schließen, wodurch abwechselnd Rechteckimpulse über die Basis der Transistoren T1 - T4 Brücke erzeugt werden.
Die PWM oder die Breite der Impulse wird durch das Eingangssinussignal moduliert, was zu Sinus-äquivalenten PWMs führt, die den Leistungstransistoren und dem Transformator zugeführt werden und letztendlich den beabsichtigten 220-V- oder 120-V-Sinusnetz-Wechselstrom am Ausgang der Transformator-Sekundärseite erzeugen .
Das Tastverhältnis eines Rechtecksignals, das von den ES1 - ES4 - Ausgängen erzeugt wird, wird durch die Amplitude des verstärkten Eingangssinuswellensignals moduliert, wodurch ein Ausgangsschalt-SPWM - Signal proportional zum Sinus - Effektivwert verursacht wird. Somit entspricht die Einschaltzeit des Ausgangsimpulses der momentanen Amplitude des Eingangssinussignals.
Das Schaltperiodenintervall der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit zusammen bestimmt die Frequenz, die konstant sein wird.
Folglich wird in Abwesenheit eines Eingangssignals ein gleichmäßig dimensioniertes Rechtecksignal (Rechteckwelle) erzeugt.
Um eine ziemlich gute Sinuswelle am Ausgang des Transformators zu erzielen, sollte die Frequenz der Rechteckwelle von ES1 mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste Frequenz im Sinus-Eingangssignal.
Elektronische Schalter als Verstärker
Die Standardarbeit der PWM-Verstärker wird durch die 4 elektronischen Schalter implementiert, die um ES1 --- ES4 hergestellt werden. Angenommen, der Eingang des Operationsverstärkereingangs auf dem Nullpegel bewirkt, dass sich der Kondensator C7 über R8 auflädt, bis die Spannung an C7 den Pegel erreicht, der ausreicht, um ES1 einzuschalten.
ES1 schließt nun und beginnt mit der Entladung von C7, bis sein Pegel unter den Einschaltpegel von ES1 fällt. ES1 schaltet sich jetzt aus und leitet den C7-Ladevorgang erneut ein. Der Zyklus wird schnell mit einer Rate von 50 kHz ein- und ausgeschaltet, wie durch die Werte von C7 und R8 bestimmt.
Wenn wir nun das Vorhandensein einer Sinuswelle am Eingang des Operationsverstärkers berücksichtigen, bewirkt dies effektiv eine erzwungene Änderung des Ladezyklus von C7, wodurch die PWM-Umschaltung des ES1-Ausgangs gemäß der Anstiegs- und Abfallsequenz von moduliert wird Sinuswellensignal.
Die vom ES1 ausgegebenen rechteckigen Wellen erzeugen nun SPWM, dessen Tastverhältnis nun entsprechend dem Sinus-Eingangssignal variiert.
Dies führt dazu, dass ein Sinuswellen-äquivalentes SPWM abwechselnd über die T1-T4-Brücke geschaltet wird, die wiederum den Transformator primär schaltet, um das erforderliche Wechselstromnetz aus den Sekundärdrähten des Transformators zu erzeugen.
Da die sekundäre Wechselspannung gemäß der primären SPWM-Umschaltung erzeugt wird, ist der resultierende Wechselstrom eine vollkommen äquivalente Sinuswellen-Wechselspannung des Eingangssinussignals.
Sinusoszillator
Wie oben diskutiert, benötigt der Klasse-D-Wechselrichterverstärker ein Sinuswellensignal, das von einer Sinuswellen-Geneartor-Schaltung eingegeben wird.
Das folgende Bild zeigt eine sehr einfache Einzeltransistor-Sinuswellengeneratorschaltung, die effektiv in den PWM-Wechselrichter integriert werden kann.
Die Häufigkeit der oben genannten Sinusgenerator ist ungefähr 250 Hz, aber wir müssen dies ungefähr 50 Hz sein, was geändert werden kann, indem die Werte von C1 - C3 und R3, R4 entsprechend geändert werden.
Sobald die Frequenz eingestellt ist, kann der Ausgang dieser Schaltung mit dem Eingang C1, C2 der Wechselrichterplatine verbunden werden.
Leiterplattendesign und Transformatorverdrahtung
Liste der Einzelteile
Transformator: 0-9 V / 220 V Strom, hängt von der Leistung des Transistors und der Ah-Leistung der Batterie ab
Spezifikationen:
Der vorgeschlagene PWM-Wechselrichter der Klasse D ist ein kleiner Prototyp eines 10-Watt-Testmusters. Die niedrige Leistung von 10 Watt ist auf die Verwendung eines Transistors mit geringer Leistung für T1 --- T4 zurückzuführen.
Die Ausgangsleistung kann leicht auf 100 Watt erhöht werden, indem die Transistoren durch komplementäre TIP147 / TIP142-Paare ersetzt werden.
Sie kann durch Verwendung einer höheren BUS-Gleichstromleitung für die Transistoren zwischen 12 V und 24 V auf noch höhere Werte erhöht werden
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