Mạch biến tần Sinewave Class-D

Biến tần sinewave sử dụng chức năng khuếch đại class-D bằng cách chuyển đổi một tần số đầu vào sinewave nhỏ thành PWM sin tương đương, cuối cùng được xử lý bởi một Trình điều khiển BJT cầu H để tạo ra đầu ra AC sóng sinewave chính từ nguồn pin DC.

Bộ khuếch đại Class-D là gì

Nguyên lý hoạt động của một bộ khuếch đại class-D thực sự đơn giản nhưng cực kỳ hiệu quả. Một tín hiệu tương tự đầu vào như tín hiệu âm thanh hoặc dạng sóng hình sin từ bộ dao động được cắt thành các PWM tương đương còn được gọi là SPWM.

Các PWM tương đương sin này hoặc SPWM s được đưa đến tầng BJT công suất, ở đó chúng được khuếch đại với dòng điện cao, và được đưa vào sơ cấp của máy biến áp bậc lên.

Cuối cùng máy biến áp biến đổi SPWM sin tương đương thành sóng sin 220V hoặc 120V AC, có dạng sóng chính xác phù hợp với tín hiệu sóng sin đầu vào từ bộ dao động.

Ưu điểm của Biến tần Class-D

Ưu điểm chính của biến tần class-D là hiệu suất cao (gần như 100%) với chi phí hợp lý thấp.

Bộ khuếch đại Class-D dễ xây dựng và thiết lập, cho phép người dùng sản xuất bộ biến tần sóng sin hiệu quả, công suất cao một cách nhanh chóng mà không gặp nhiều phức tạp về kỹ thuật.

Vì các BJT phải làm việc với PWM, nó cho phép chúng mát hơn và hiệu quả hơn, và điều này cho phép chúng hoạt động với các bộ tản nhiệt nhỏ hơn.

Một thiết kế thực tế

Thiết kế mạch biến tần class-D thực tế có thể được chứng kiến ​​trong sơ đồ sau:

Có thể thay IC 74HC4066 bằng IC 4066, trong trường hợp đó sẽ không cần nguồn 5V riêng và có thể sử dụng nguồn 12V chung cho toàn bộ mạch.

Hoạt động của biến tần pwm class-D khá đơn giản. Tín hiệu sóng sin được khuếch đại bởi tầng op amp A1 đến mức phù hợp để điều khiển các công tắc điện tử ES1 --- ES4.

Các công tắc điện tử ES1 --- ES4 mở và đóng khiến các xung hình chữ nhật được tạo ra trên các đế của bóng bán dẫn T1 --- cầu T4 luân phiên.

PWM hoặc độ rộng của xung được điều chế bởi tín hiệu hình sin đầu vào dẫn đến PWM tương đương hình sin được cấp cho các bóng bán dẫn nguồn và máy biến áp, cuối cùng tạo ra nguồn điện AC 220V hoặc 120V sóng sin dự kiến ​​ở đầu ra của máy biến áp thứ cấp .

Hệ số nhiệm vụ của tín hiệu hình chữ nhật được tạo ra từ các đầu ra ES1 --- ES4 được điều chế bởi biên độ của tín hiệu sóng sin đầu vào được khuếch đại, gây ra tín hiệu SPWM chuyển mạch đầu ra tỷ lệ với RMS sóng hình sin. Do đó thời gian đúng của xung đầu ra phù hợp với biên độ tức thời của tín hiệu sin đầu vào.

Khoảng thời gian chuyển đổi của thời gian đúng giờ và thời gian không hoạt động cùng nhau xác định tần số sẽ không đổi.

Do đó, một tín hiệu hình chữ nhật có kích thước đồng nhất (sóng vuông) được tạo ra khi không có tín hiệu đầu vào.

Như một cách để đạt được sóng hình sin khá tốt ở đầu ra của máy biến áp, tần số của sóng hình chữ nhật từ ES1 phải cao ít nhất hai lần so với tần số cao nhất trong tín hiệu hình sin đầu vào.

Công tắc điện tử làm bộ khuếch đại

Hoạt động tiêu chuẩn của Bộ khuếch đại PWM được thực hiện bởi 4 công tắc điện tử được thực hiện xung quanh ES1 --- ES4. Giả sử rằng đầu vào của đầu vào op amp ở mức 0, khiến tụ điện C7 sạc qua R8, cho đến khi điện áp trên C7 đạt mức đủ để BẬT ES1.

Bây giờ ES1 đóng và bắt đầu xả C7 cho đến khi mức của nó giảm xuống dưới mức BẬT của công tắc ES1. ES1 bây giờ TẮT khi bắt đầu sạc lại C7 và chu kỳ BẬT / TẮT nhanh chóng với tốc độ 50 kHz, được xác định bởi các giá trị của C7 và R8.

Bây giờ, nếu chúng ta xem xét sự hiện diện của một sóng sin ở đầu vào của op amp, nó thực sự gây ra một sự thay đổi cưỡng bức đối với chu kỳ sạc của C7, khiến cho chuyển mạch PWM đầu ra ES1 được điều chế theo trình tự tăng và giảm của tín hiệu sóng sin.

Các sóng hình chữ nhật đầu ra từ ES1 hiện tạo ra SPWM có hệ số nhiệm vụ bây giờ thay đổi theo tín hiệu sin đầu vào.

Điều này dẫn đến SPWM tương đương sóng sin được chuyển đổi luân phiên qua cầu T1 --- T4, đến lượt nó chuyển mạch sơ cấp của máy biến áp để tạo ra nguồn điện xoay chiều cần thiết từ các dây thứ cấp của máy biến áp.

Vì điện áp AC thứ cấp được tạo ra phù hợp với chuyển mạch SPWM sơ cấp, nên AC kết quả là AC sóng sin hoàn toàn tương đương của tín hiệu sin đầu vào.

Bộ dao động sóng sin

Như đã thảo luận ở trên, bộ khuếch đại biến tần class-D sẽ cần đầu vào tín hiệu sóng sin từ mạch tạo sóng sin.

Hình ảnh sau đây cho thấy một mạch tạo sóng sin bóng bán dẫn đơn rất đơn giản có thể được tích hợp hiệu quả với biến tần PWM.

Tần suất của trên máy tạo sóng sin là khoảng 250 Hz, nhưng chúng ta sẽ cần tần số này ở khoảng 50 Hz, có thể thay đổi bằng cách thay đổi các giá trị của C1 --- C3 và R3, R4 một cách thích hợp.

Khi tần số được đặt, đầu ra của mạch này có thể được liên kết với đầu vào C1, C2 của bảng biến tần.

Thiết kế PCB và đấu dây biến áp

Danh sách các bộ phận

Biến áp: 0-9V / 220V hiện tại, sẽ phụ thuộc vào công suất bóng bán dẫn và xếp hạng Ah của pin

Thông số kỹ thuật:

Biến tần PWM class-D được đề xuất là một nguyên mẫu thử nghiệm nhỏ 10 watt. Đầu ra thấp 10 watt là do sử dụng bóng bán dẫn công suất thấp cho T1 --- T4.

Có thể dễ dàng nâng cấp công suất đầu ra lên 100 watt bằng cách thay thế các bóng bán dẫn bằng các cặp bổ sung TIP147 / TIP142.

Nó có thể tăng lên mức cao hơn bằng cách sử dụng dòng BUS DC cao hơn cho các bóng bán dẫn, ở bất kỳ đâu giữa 12V và 24V