Sirkuit Inverter Sinewave Kelas-D

Inverter gelombang sinus menggunakan fungsi penguat kelas-D dengan mengubah frekuensi input gelombang gelombang kecil menjadi PWM sinus ekuivalen, yang akhirnya diproses oleh sebuah Pengemudi BJT H-bridge untuk menghasilkan output AC gelombang sinus utama dari sumber baterai DC.

Apa itu Amplifier Kelas-D

Prinsip kerja a penguat kelas-D sebenarnya sederhana namun sangat efektif. Sinyal analog input seperti sinyal audio atau bentuk gelombang sinusoidal dari osilator dipotong menjadi PWM yang setara yang juga disebut SPWM.

PWMs setara sinus ini atau SPWM s diumpankan ke tingkat daya BJT, di mana ini diperkuat dengan arus tinggi, dan diterapkan ke primer transformator step up.

Transformator akhirnya mengubah SPWM ekivalen sinus menjadi gelombang sinus 220V atau 120V, yang bentuk gelombangnya persis sesuai dengan sinyal gelombang sinus masukan dari osilator.

Keunggulan Inverter Kelas-D

Keuntungan utama dari inverter kelas-D adalah efisiensinya yang tinggi (hampir 100%) dengan biaya yang cukup rendah.

Amplifier Kelas-D mudah untuk dibangun dan diatur, yang memungkinkan pengguna untuk menghasilkan inverter gelombang sinus berdaya tinggi yang efisien dengan cepat tanpa banyak gangguan teknis.

Karena BJT harus bekerja dengan PWM, ini memungkinkannya menjadi lebih dingin dan lebih efisien, dan ini pada gilirannya memungkinkan mereka untuk bekerja dengan heatsink yang lebih kecil.

Sebuah Desain Praktis

Rancangan rangkaian inverter class-D yang praktis dapat disaksikan pada diagram berikut:

IC 74HC4066 dapat diganti dengan IC 4066, dalam hal ini 5V terpisah tidak diperlukan, dan 12V umum dapat digunakan untuk seluruh rangkaian.

Cara kerja inverter pwm class-D cukup sederhana. Sinyal gelombang sinus diperkuat oleh tingkat op amp A1 ke tingkat yang memadai untuk menggerakkan sakelar elektronik ES1 --- ES4.

Sakelar elektronik ES1 --- ES4 buka dan tutup menyebabkan pulsa persegi panjang dihasilkan melintasi basis transistor T1 --- T4 secara bergantian.

PWM atau lebar pulsa dimodulasi oleh sinyal input sinus yang menghasilkan PWM ekuivalen sinus yang diumpankan ke transistor daya, dan transformator, yang pada akhirnya menghasilkan AC utama gelombang sinus 220V atau 120V yang dimaksudkan pada output transformator sekunder .

Faktor tugas dari sinyal persegi panjang yang dihasilkan dari keluaran ES1 --- ES4 dimodulasi oleh amplitudo sinyal gelombang sinus masukan yang diperkuat, yang menyebabkan sinyal SPWM pengalih keluaran sebanding dengan gelombang sinus RMS. Jadi tepat waktu pulsa keluaran sesuai dengan amplitudo sesaat dari sinyal sinus masukan.

Interval periode switching on-time dan off -time bersama-sama menentukan frekuensi yang akan konstan.

Akibatnya, sinyal persegi panjang berdimensi seragam (gelombang persegi) dibuat tanpa adanya sinyal input.

Sebagai cara untuk mencapai gelombang sinus yang cukup baik pada keluaran transformator, frekuensi gelombang persegi panjang dari ES1 harus paling sedikit dua kali lebih tinggi dari frekuensi tertinggi dalam sinyal sinus masukan.

Sakelar Elektronik sebagai amplifier

Standar kerja Penguat PWM diimplementasikan oleh 4 sakelar elektronik yang dibuat di sekitar ES1 --- ES4. Misalkan masukan dari masukan op amp pada tingkat nol, menyebabkan kapasitor C7 untuk mengisi melalui R8, sampai tegangan C7 mencapai tingkat yang cukup untuk mengaktifkan ES1.

ES1 sekarang menutup dan mulai menggunakan C7 hingga levelnya turun di bawah level sakelar ON dari ES1. ES1 sekarang mati dan memulai pengisian C7 lagi, dan siklus dengan cepat ON / OFF pada kecepatan 50 kHz, seperti yang ditentukan oleh nilai C7 dan R8.

Sekarang, jika kita mempertimbangkan keberadaan gelombang sinus pada input op amp, itu secara efektif menyebabkan variasi paksa pada siklus pengisian C7, menyebabkan switching PWM output ES1 dimodulasi sesuai urutan naik dan turun dari arus listrik. sinyal gelombang sinus.

Gelombang persegi panjang keluaran dari ES1 sekarang menghasilkan SPWM yang faktor tugasnya sekarang bervariasi sesuai dengan sinyal sinus masukan.

Hal ini menghasilkan gelombang sinus yang setara dengan SPWM untuk dialihkan secara bergantian melintasi jembatan T1 --- T4, yang pada gilirannya akan mengalihkan utama transformator untuk menghasilkan sumber listrik AC yang diperlukan dari kabel sekunder transformator.

Karena tegangan AC sekunder dibuat sesuai dengan sakelar SPWM primer, AC yang dihasilkan adalah AC gelombang sinus yang setara sempurna dari sinyal sinus input.

Osilator Gelombang Sinus

Seperti yang telah dibahas di atas, penguat inverter kelas-D akan membutuhkan input sinyal gelombang sinus dari rangkaian pembuat gelombang sinus.

Gambar berikut menunjukkan rangkaian generator gelombang sinus transistor tunggal yang sangat sederhana yang dapat diintegrasikan secara efektif dengan inverter PWM.

Frekuensi di atas generator gelombang sinus sekitar 250 Hz, tetapi kita akan membutuhkannya menjadi sekitar 50 Hz, yang dapat diubah dengan mengubah nilai C1 --- C3, dan R3, R4 secara tepat.

Setelah frekuensi diatur, output dari rangkaian ini dapat dihubungkan dengan input C1, C2 dari papan inverter.

Desain PCB dan Pengkabelan Transformer

Daftar Bagian

Transformer: Arus 0-9V / 220V, akan tergantung pada watt transistor dan peringkat Ah baterai

Spesifikasi:

Inverter PWM kelas-D yang diusulkan adalah prototipe sampel uji 10 watt kecil. Output rendah 10 watt disebabkan oleh penggunaan transistor daya rendah untuk T1 --- T4.

Output daya dapat dengan mudah ditingkatkan menjadi 100 watt dengan mengganti transistor dengan pasangan pelengkap TIP147 / TIP142.

Ini dapat ditingkatkan ke level yang lebih tinggi dengan menggunakan jalur BUS DC yang lebih tinggi untuk transistor, di mana saja antara 12V dan 24V