Un inversor d’ona sinusoïdal que utilitza funcions d’amplificador de classe D mitjançant la conversió d’una petita freqüència d’entrada d’ona sinusoïdal en PWM sinusals equivalents, que finalment és processada per un Controlador BJT del pont H per generar la sortida de CA d’ona sinusoïdal de xarxa des d’una font de bateria de CC.
Què és l'amplificador de classe D
El principi de funcionament d'un amplificador de classe D. en realitat és senzill però extremadament eficaç. Un senyal analògic d'entrada, com ara un senyal d'àudio o una forma d'ona sinusoïdal d'un oscil·lador, es trenca en PWM equivalents també anomenats SPWM.
Aquests PWM o sinus equivalents SPWM s alimenta a una etapa BJT de potència, on aquestes s’amplifiquen amb un alt corrent i s’apliquen al primari d’un transformador de pujada.
El transformador transforma finalment el SPWM sinus equivalent en ona sinusoïdal de 220 V o 120 V, la forma d'ona de la qual és exactament d'acord amb el senyal d'ona sinusoïdal d'entrada de l'oscil·lador.
Avantatges del convertidor de classe D
El principal avantatge d’un inversor de classe D és la seva alta eficiència (gairebé el 100%) a un cost raonablement baix.
Amplificadors de classe D són fàcils de construir i configurar, cosa que permet a l'usuari produir inversors d'ona sinusoïdal d'alta eficiència i eficaç ràpidament sense moltes molèsties tècniques.
Com que els BJT han de treballar amb PWM, els permet ser més frescos i més eficients, i això, al seu torn, els permet treballar amb dissipadors de calor més petits.
Un disseny pràctic
Es pot observar un disseny pràctic del circuit inversor de classe D al següent esquema:
L'IC 74HC4066 es pot substituir per IC 4066, en aquest cas no es necessitaran 5V separats i es pot utilitzar un 12V comú per a tot el circuit.
El funcionament de l’inversor pwm class-D és bastant senzill. El senyal d’ona sinusoïdal s’amplifica amb l’amplificador op opcional A1 fins a nivells adequats per conduir els commutadors electrònics ES1 --- ES4.
Els commutadors electrònics ES1 --- ES4 s’obren i es tanquen fent que es generin polsos rectangulars a través de les bases dels transistors pont T1 --- T4 alternativament.
El PWM o l’amplada dels polsos es modula mitjançant el senyal sinusoïdal d’entrada que dóna lloc a un PWM equivalent al seno alimentat als transistors de potència i al transformador, produint en última instància la xarxa de xarxa d’ona sinusoïdal de 220V o 120V a la sortida del transformador secundari .
El factor de treball d'un senyal rectangular produït a partir de les sortides ES1 --- ES4 està modulat per l'amplitud del senyal d'ona sinusoïdal d'entrada amplificada, que provoca una sortida de commutació del senyal SPWM proporcional a l'ona sinusoïdal RMS. Per tant, el temps d’impulsió de sortida és d’acord amb l’amplitud instantània del senyal sinusoïdal d’entrada.
L’interval de període de commutació de l’hora d’activació i de l’aturada determina la freqüència que serà constant.
En conseqüència, es crea un senyal rectangular de dimensió uniforme (ona quadrada) en absència d'un senyal d'entrada.
Com a manera d’aconseguir una ona sinusoïdal bastant bona a la sortida del transformador, la freqüència de l’ona rectangular d’ES1 hauria de ser com a mínim dues vegades més alta que la freqüència més alta del senyal sinusoïdal d’entrada.
Commutadors electrònics com a amplificadors
El funcionament estàndard del Amplificador PWM s’implementa mitjançant els 4 commutadors electrònics realitzats al voltant d’ES1 --- ES4. Suposant que l’entrada de l’amplificador operatiu al nivell zero, fa que el condensador C7 es carregui mitjançant R8, fins que el voltatge a través de C7 assoleixi el nivell suficient per encendre ES1.
ES1 ara es tanca i comença a descarregar C7 fins que el seu nivell cau per sota del nivell d’interruptor d’ES1. ES1 ara s’APAGA iniciant la càrrega C7 de nou, i el cicle s’encén / apaga ràpidament a una velocitat de 50 kHz, tal com determinen els valors de C7 i R8.
Ara, si tenim en compte la presència d’una ona sinusoïdal a l’entrada de l’amplificador operatiu, provoca efectivament una variació forçada del cicle de càrrega de C7, provocant que la commutació PWM de sortida ES1 es moduli segons la seqüència de pujada i baixada de la senyal d’ona sinusoïdal.
Les ones rectangulars de sortida de l’ES1 produeixen ara SPWM el factor de treball ara varia d’acord amb el senyal sinusoïdal d’entrada.
Això resulta en un SPWM equivalent a ona sinusoïdal que es commuta alternativament a través del pont T1 --- T4, que al seu torn commuta el transformador primari per generar la xarxa de CA necessària a partir dels cables secundaris del transformador.
Atès que la tensió de CA secundària es crea d'acord amb la commutació SPWM primària, la CA resultant és una ona sinusoïdal AC perfectament equivalent del senyal de senyal d'entrada.
Oscil·lador d’ona sinusoïdal
Com s'ha comentat anteriorment, l'amplificador inversor de classe D necessitarà una entrada de senyal d'ona sinusoïdal d'un circuit genealitzador d'ona sinusoïdal.
La imatge següent mostra un circuit generador d’ona sinusoïdal de transistor senzill molt senzill que es pot integrar eficaçment amb l’inversor PWM.
La freqüència de l’anterior generador d'ona sinusoïdal és d’uns 250 Hz, però necessitarem que sigui d’uns 50 Hz, cosa que es pot canviar alterant els valors de C1 --- C3 i R3, R4 adequadament.
Un cop definida la freqüència, la sortida d’aquest circuit es podria relacionar amb l’entrada C1 i C2 de la placa inversora.
Disseny de PCB i cablejat del transformador
Llista de peces
Transformador: 0-9V / 220V actual, dependrà de la potència dels transistors i de la bateria Ah
Especificacions:
L’inversor PWM de classe D proposat és un petit prototip de mostra de 10 watts. La potència baixa de 10 watts es deu a l’ús de transistors de baixa potència per a T1 --- T4.
La potència de sortida es pot actualitzar fàcilment a 100 watts substituint els transistors per parells complementaris TIP147 / TIP142.
Pot augmentar fins a nivells encara més alts mitjançant l'ús d'una línia BUS DC més alta per als transistors, entre 12V i 24V
Anterior: Descripció de l’àrea d’operació segura o SOA de MOSFET Següent: Com funciona un autotransformador: com es fa
