Verander een blokgolf-omvormer in een sinusomvormer

De post legt een paar circuitconcepten uit die kunnen worden gebruikt voor het omzetten of wijzigen van elke gewone blokgolfomvormer naar een geavanceerd sinusomvormerontwerp.

Alvorens de verschillende ontwerpen te bestuderen die in dit artikel worden uitgelegd, zou het interessant zijn om de factoren te kennen die een sinusomvormer doorgaans wenselijker maken dan een blokgolfontwerp.

Hoe frequentie werkt in omvormers

Omvormers maken in feite gebruik van frequentie of oscillaties voor het implementeren van de boost- en inversie-acties. De frequentie zoals we weten is het genereren van pulsen met een uniform en berekend patroon, een typische inverterfrequentie kan bijvoorbeeld worden geschat op 50 Hz of 50 positieve pulsen per seconde.

De grondfrequentiegolfvorm van een omvormer heeft de vorm van blokgolfpulsen.

Zoals we allemaal weten, is een blokgolf nooit geschikt voor het bedienen van geavanceerde elektronische apparatuur zoals tv, muziekspelers, computers enz.

De wisselstroom (wisselstroom) die we bij ons huishoudelijk stopcontact aanschaffen, bestaat ook uit pulserende stroomfrequentie, maar deze heeft de vorm van sinusvormige golven of sinusgolven.

Het is normaal gesproken op 50Hz of 60Hz, afhankelijk van de specifieke specificaties van het specifieke land.

De bovengenoemde sinuscurve van onze AC-golfvorm thuis verwijst naar de exponentieel stijgende spanningspieken die de 50 cycli van de frequentie vormen.

Omdat onze huishoudelijke AC wordt opgewekt door magnetische turbines, is de golfvorm inherent een sinusgolf, dus vereist geen verdere verwerking en wordt deze direct bruikbaar in huizen voor alle soorten apparaten.

Omgekeerd heeft bij omvormers de fundamentele golfvorm de vorm van blokgolven die grondig moeten worden verwerkt om de eenheid compatibel te maken met alle soorten apparatuur.

Verschil tussen blokgolf en sinusgolf

Zoals weergegeven in de afbeelding, kunnen een blokgolf en een sinusgolf identieke piekspanningsniveaus hebben, maar de RMS-waarde of de wortelgemiddelde kwadraatwaarde is mogelijk niet identiek. Dit aspect maakt een blokgolf in het bijzonder anders dan een sinusgolf, ook al kan de piekwaarde hetzelfde zijn.

Daarom zou een blokgolfomvormer die werkt met 12V DC een output genereren die equivalent is aan bijvoorbeeld 330V, net als een sinusomvormer die met dezelfde batterij werkt, maar als je de output-RMS van beide omvormers meet, zou deze aanzienlijk verschillen (330V en 220V).

De afbeelding toont ten onrechte 220V als piek, eigenlijk zou het 330V moeten zijn

In het bovenstaande diagram is de groen gekleurde golfvorm de sinusgolfvorm, terwijl de oranje de vierkante golfvorm weergeeft. Het gearceerde gedeelte is de overtollige RMS die moet worden geëgaliseerd om beide RMS-waarden zo dicht mogelijk te maken.

Het omzetten van een blokgolfomvormer in een sinusgolfequivalent betekent dus in feite dat de blokgolfomvormer de vereiste piekwaarde van bijvoorbeeld 330V kan produceren, maar toch een RMS heeft die ongeveer gelijk is aan zijn sinusgolf-tegenhanger.

Een vierkante golfvorm converteren / wijzigen in sinusgolfvormequivalent

Dit kan worden gedaan door een blokgolfmonster in een sinusgolfvorm te snijden, of door simpelweg een blokgolfvorm in goed berekende kleinere stukken te hakken, zodat de RMS zeer dicht bij een standaard AC RMS-waarde van het lichtnet komt.

Voor het snijden van een blokgolf tot een perfecte sinusgolf, kunnen we een wien bridge-oscillator of meer precies een 'bubba-oscillator' gebruiken en deze naar een sinusgolfprocessor-stadium voeren. Deze methode zou te complex zijn en is daarom geen aanbevolen idee voor het implementeren van een bestaande blokgolfomvormer naar een sinusomvormer.

Het meer haalbare idee zou zijn om de bijbehorende blokgolf aan de basis van de uitvoerapparaten in de vereiste RMS-graad te hakken.

Een klassiek voorbeeld wordt hieronder getoond:

Het eerste diagram toont een blokgolf-invertercircuit. Door een eenvoudige AMV-chopper toe te voegen, kunnen we de pulsen aan de basis van de relevante mosfets in de vereiste mate afbreken.

Gemodificeerde blokgolf naar sinusgolf-equivalente inverterversie van het bovenstaande circuit.

Hier genereren de lagere AMV pulsen met een hoge frequentie waarvan de mark / space-verhouding op geschikte wijze kan worden gewijzigd met behulp van de preset VR1. Deze PWM-gestuurde output wordt toegepast op de poorten van de mosfets om hun geleiding af te stemmen op de voorgeschreven RMS-waarde.

Verwacht typisch golfvormpatroon van de bovenstaande wijziging:

Golfvorm bij de mosfet-poorten:

Golfvorm aan de uitgang van transformator:

Golfvorm na juiste filtratie met behulp van inductoren en condensatoren aan de uitgang van de transformator:

Onderdelen lijst

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K ohm,
C1, C2 = 0.47uF / 100V gemetalliseerd
C3, C4 = 0,1 uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = elke 30V, 10amp mosfet, N-kanaal.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K voorinstelling
Transformator = 9-0-9V, 8 ampère ( specificaties moeten worden geselecteerd volgens de uitgangsbelasting voor een juiste stroomoptimalisatie ​
Batterij = 12V, 10AH

Betere efficiëntie krijgen

De bovenstaande conversie of aanpassing zal ongeveer 70% van de efficiëntie opleveren met de behaalde RMS-matching. Als u geïnteresseerd bent in betere en nauwkeurige afstemming, dan is waarschijnlijk een IC 556 PWM-golfvormprocessor vereist.

U zou willen verwijzen naar dit artikel dat het principe erachter laat zien het wijzigen van een vierkante golfvorm in een sinusgolf met behulp van een paar IC555.

De output van de bovengenoemde schakeling kan op dezelfde manier worden toegevoerd aan de poort of de basis van de relevante voedingsapparaten die aanwezig zijn in de bestaande vierkante invertereenheid.

Een meer alomvattende benadering kan worden gezien in dit artikel waar een IC 556 wordt gebruikt voor het extraheren van precieze op PWM gebaseerde gemodificeerde sinusgolf equivalenten van een blokgolfmonsterbron.

Deze golfvorm is geïntegreerd met de bestaande uitvoerapparaten om de beoogde wijzigingen door te voeren.

De bovenstaande voorbeelden leren ons de eenvoudigere methoden waarmee elke bestaande gewone blokgolfomvormer kan worden gewijzigd in een sinusomvormerontwerp.

Omzetten in een SPWM

In het bovenstaande artikel hebben we geleerd hoe de golfvorm van een blokgolfomvormer kan worden geoptimaliseerd om een ​​sinusgolfvorm te krijgen door de blokgolf in kleinere secties te hakken.

Een diepere analyse toont echter aan dat, tenzij de gehakte golfvorm niet gedimensioneerd is in de vorm van SPWM's, het bereiken van een correct sinusgolfequivalent wellicht niet mogelijk is.

Om aan deze voorwaarde te voldoen, wordt een SPWM-omzettercircuit essentieel voor het verkrijgen van de meest ideale sinusgolf uit de omvormer.

Het volgende diagram laat zien hoe dit effectief kan worden geïmplementeerd met de hierboven besproken ontwerpen.

Door een van mijn eerdere artikelen hebben we het begrepen hoe een opamp kan worden gebruikt voor het maken van SPWM's kan dezelfde theorie worden toegepast in het bovenstaande concept. Twee driehoeksgolfgeneratoren worden hier gebruikt, de ene accepteert de snelle blokgolf van de onderste astabiel, terwijl de andere langzame blokgolven van de bovenste astabiel accepteert en deze verwerkt in respectievelijk overeenkomstige snelle en langzame driehoeksgolfuitgangen.

Deze verwerkte driehoeksgolf wordt over de twee ingangen van een opamp gevoerd, die ze uiteindelijk omzet in SPWM's of sinusgolfpulsbreedtes.

Deze SPWM's worden gebruikt voor het afhakken van de signalen aan de poort van de mosfets die uiteindelijk de golfvorm over de aangesloten transformatorwikkeling schakelen om een ​​exacte replica te creëren van een zuivere sinusgolfvorm aan de secundaire zijde van de transformator door middel van magnetische inductie.