Pretvornik sinusnih valov z ojačevalnimi funkcijami razreda D s pretvorbo majhne vhodne frekvence sinusnega vala v enakovredne sinusne PWM, ki jih končno obdela H-most BJT voznik za generiranje omrežnega izhoda izmeničnega toka iz vira enosmerne baterije.
Kaj je ojačevalnik razreda D
Načelo dela a ojačevalnik razreda D je pravzaprav preprost, a izjemno učinkovit. Vhodni analogni signal, kot je zvočni signal ali sinusoidna valovna oblika oscilatorja, je sesekljan v enakovredne PWM, imenovane tudi SPWM.
Ti sinusno ekvivalentni PWM oz SPWM s se napaja na stopnjo moči BJT, kjer se te ojačajo z velikim tokom in se nanesejo na primarni korak transformatorja.
Transformator končno pretvori sinusni ekvivalent SPWM v 220V ali 120V sinusni AC, katerega valovna oblika je natančno v skladu z vhodnim sinusnim signalom iz oscilatorja.
Prednosti pretvornika razreda D
Glavna prednost pretvornika razreda D je njegova visoka učinkovitost (skoraj 100%) ob razmeroma nizkih stroških.
Ojačevalniki razreda D so enostavni za izdelavo in namestitev, kar uporabniku omogoča hitro izdelavo učinkovitih pretvornikov sinusnih valov visoke moči brez številnih tehničnih težav.
Ker morajo BJT-ji delati s PWM-ji, jim to omogoča, da so hladnejši in učinkovitejši, to pa jim omogoča delo z manjšimi hladilniki.
Praktično oblikovanje
Praktična zasnova pretvornika razreda D je razvidna iz naslednjega diagrama:
IC 74HC4066 je mogoče zamenjati z IC 4066, v tem primeru ločenih 5V ne bo treba, za celotno vezje pa se lahko uporabi skupni 12V.
Delovanje pretvornika pwm razreda-D je dokaj preprosto. Signal sinusnega vala ojača stopnja op amp A1 do ustreznih ravni za pogon elektronskih stikal ES1 --- ES4.
Elektronska stikala ES1 --- ES4 se odpirajo in zapirajo, zaradi česar se pravokotni impulzi generirajo čez osnove tranzistorjev T1 --- T4 mostu izmenično.
PWM ali širina impulzov se modulira z vhodnim sinusnim signalom, kar povzroči sinusno enakovredne PWM, napajane na močnostne tranzistorje, in transformator, ki na koncu proizvede predvideni 220V ali 120V sinusni omrežni signal na izhodu sekundarnega transformatorja .
Delovni faktor faktorja pravokotnika, proizvedenega iz izhodov ES1 --- ES4, je moduliran z amplitudo ojačenega vhodnega signala sinusnega vala, kar povzroči izhodni preklopni signal SPWM, ki je sorazmeren RMS sinusnega vala. Tako je čas vključitve izhodnega impulza v skladu s trenutno amplitudo vhodnega sinusnega signala.
Interval preklopnega obdobja med vklopom in izklopom določa frekvenco, ki bo konstantna.
Posledično se v odsotnosti vhodnega signala ustvari enakomerno dimenzioniran pravokotni signal (kvadratni val).
Kot način za doseganje dokaj dobrega sinusnega vala na izhodu transformatorja mora biti frekvenca pravokotnega vala iz ES1 vsaj dvakrat višja od najvišje frekvence v vhodnem sinusnem signalu.
Elektronska stikala kot ojačevalniki
Standardno delovanje Ojačevalnik PWM je izveden s 4 elektronskimi stikali, narejenimi okoli ES1 --- ES4. Če predpostavimo, da vhod vhoda op amp na ničelni ravni povzroči, da se kondenzator C7 polni prek R8, dokler napetost na C7 ne doseže nivoja, ki zadostuje za vklop ES1.
ES1 se zdaj zapre in začne prazniti C7, dokler njegova raven ne pade pod raven stikala ON ES1. ES1 se zdaj izklopi in znova sproži polnjenje C7, cikel pa se hitro vklopi / izklopi s hitrostjo 50 kHz, kot je določeno z vrednostmi C7 in R8.
Če upoštevamo prisotnost sinusnega vala na vhodu operacijskega ojačevalnika, to dejansko povzroči prisilno spremembo polnilnega cikla C7, zaradi česar se preklop stikala PWM ES1 modulira glede na zaporedje naraščanja in padanja signal sinusnega vala.
Izhodni pravokotni valovi iz ES1 zdaj proizvajajo SPWM, katerega delovni faktor se zdaj spreminja v skladu z vhodnim sinusnim signalom.
Rezultat tega je, da se sinusno valni ekvivalent SPWM izmenično preklopi čez most T1 --- T4, ta pa transformator preklopi primarno, da ustvari zahtevano omrežje izmeničnega toka iz sekundarnih žic transformatorja.
Ker je sekundarna izmenična napetost ustvarjena v skladu s primarnim preklopom SPWM, je posledična izmenična napetost popolnoma enakovredna sinusna napetost AC vhodnega sinusnega signala.
Oscilator sinusnega vala
Kot smo že omenili, bo pretvorniški ojačevalnik razreda D potreboval vhodni signal sinusnega vala iz generatorskega vezja sinusnega vala.
Naslednja slika prikazuje zelo preprosto vezje generatorja sinusnega vala z enim tranzistorjem, ki ga je mogoče učinkovito integrirati s pretvornikom PWM.
Pogostost zgoraj navedenega generator sinusnega vala je približno 250 Hz, vendar bomo potrebovali približno 50 Hz, kar lahko spremenimo tako, da ustrezno spremenimo vrednosti C1 --- C3 in R3, R4.
Ko je frekvenca nastavljena, je izhod tega vezja lahko povezan z vhodom C1, C2 pretvorniške plošče.
Oblikovanje tiskanih vezij in ožičenje transformatorjev
Seznam delov
Transformator: tok 0-9V / 220V, bo odvisen od moči tranzistorjev in nazivne vrednosti baterije Ah
Specifikacije:
Predlagani pretvornik PWM razreda D je majhen prototip vzorca 10 W. Nizka izhodna moč 10 W je posledica uporabe tranzistorja z majhno močjo za T1 --- T4.
Izhodno moč je mogoče enostavno nadgraditi na 100 vatov z zamenjavo tranzistorjev s kompleti TIP147 / TIP142.
Lahko se poveča na še višje ravni z uporabo višjega enosmernega vodila BUS za tranzistorje, kjer koli med 12V in 24V
Prejšnji: Razumevanje varnega operacijskega območja MOSFET ali SOA Naprej: Kako deluje avtotransformator - kako narediti
