Pretvornik kvadratnih valov pretvorite v pretvornik sinusnih valov

Prispevek pojasnjuje nekaj konceptov vezja, ki jih je mogoče uporabiti za pretvorbo ali spreminjanje katerega koli običajnega pretvornika kvadratnih valov v prefinjeno zasnovo pretvornika s sinusnim valom.

Pred preučevanjem različnih modelov, razloženih v tem članku, bi bilo zanimivo vedeti dejavnike, zaradi katerih je pretvornik sinusnih valov običajno bolj zaželen kot dizajn kvadratnih valov.

Kako deluje frekvenca v pretvornikih

Pretvorniki v bistvu vključujejo frekvenco ali nihanja za izvajanje povečevalnih in inverzijskih ukrepov. Frekvenca, kot jo poznamo, je generiranje impulzov pri enakomernem in izračunanem vzorcu, na primer tipična frekvenca pretvornika je lahko ocenjena na 50 Hz ali 50 pozitivnih impulzov na sekundo.

Osnovna frekvenčna valovna oblika pretvornika je v obliki kvadratnih valovnih impulzov.

Kot vsi vemo, kvadratni val ni nikoli primeren za upravljanje sofisticirane elektronske opreme, kot so televizor, predvajalniki glasbe, računalniki itd.

Omrežje AC (izmenični tok), ki ga pridobimo na domačem omrežju, je prav tako sestavljeno iz frekvence pulzirajočega toka, ki pa je v obliki sinusnih ali sinusnih valov.

Običajno je pri 50 Hz ali 60 Hz, odvisno od specifikacij za posamezne države.

Zgoraj omenjena sinusna krivulja našega domačega AC vala se nanaša na eksponentno naraščajoče vrhove napetosti, ki predstavljajo 50 ciklov frekvence.

Ker se naš domači izmenični tok generira z magnetnimi turbinami, je valovna oblika sama po sebi sinusni val, zato ne zahteva nadaljnje obdelave in postane neposredno uporabna v domovih za vse vrste naprav.

Nasprotno pri pretvornikih so osnovne valovne oblike v obliki kvadratnih valov, ki jih je treba temeljito obdelati, da je enota združljiva z vsemi vrstami opreme.

Razlika med kvadratnim valom in sinusnim valom

Kot je prikazano na sliki, imata kvadratni in sinusni val lahko enake najvišje ravni napetosti, vendar vrednost RMS ali srednja kvadratna vrednost morda ne bo enaka. Ta vidik je tisto, zaradi česar se kvadratni val še posebej razlikuje od sinusnega vala, čeprav je lahko najvišja vrednost enaka.

Zato bi kvadratni valovni pretvornik, ki deluje z 12V DC, ustvaril izhod, enakovreden recimo 330V, tako kot pretvornik s sinusnim valom, ki deluje z isto baterijo, če pa izmerite izhodno efektivno vrednost obeh pretvornikov, bi se ta bistveno razlikoval (330V in 220V).

Slika napačno prikazuje 220V kot vrh, pravzaprav bi moral biti 330V

V zgornjem diagramu je zeleno obarvana valovna oblika sinusna valovna oblika, oranžna pa kvadratno valovno obliko. Osenčeni del je presežek RMS, ki ga je treba izravnati, da sta obe vrednosti RMS čim bližje.

Pretvorba pretvornika kvadratnih valov v ekvivalent sinusnega vala tako v bistvu pomeni, da omogoča kvadratnemu valovalcu, da ustvari zahtevano najvišjo vrednost, recimo 330 V, vendar ima RMS približno enak svojemu kolegu s sinusnim valom.

Kako pretvoriti / spremeniti kvadratno valovno obliko v ekvivalent sinusne valovne oblike

To lahko naredimo tako, da vzorec kvadratnega vala izrežemo v obliko sinusnega vala ali preprosto tako, da vzorec kvadratne valovne oblike sesekljamo na dobro izračunane manjše koščke, tako da se njegova RMS zelo približa standardni vrednosti povprečne efektivne vrednosti AC.

Za rezanje kvadratnega vala v popolni sinusni val lahko uporabimo wien mostni oscilator ali natančneje 'bubba oscilator' in ga dovedemo do stopnje sinusnega procesorja. Ta metoda bi bila preveč zapletena in zato ni priporočljiva ideja za izvedbo obstoječega pretvornika kvadratnih valov v pretvornik sinusnega vala.

Bolj izvedljiva ideja bi bila, da pripadajoči kvadratni val na dnu izhodnih naprav sesekljamo do zahtevane RMS stopnje.

Spodaj je prikazan en klasičen primer:

Prvi diagram prikazuje vezje pretvornika kvadratnega vala. Z dodajanjem preprostega AMV-sekljalnika lahko do potrebne stopnje razbijemo impulze na dnu ustreznih MOSFET-ov.

Modificirana različica zgoraj navedenega vezja z enakovrednim pretvornikom, enakovrednim kvadratnemu in sinusnemu.

Tu spodnji AMV generira impulze pri visoki frekvenci, katerih razmerje med oznako in prostorom je mogoče ustrezno spremeniti s pomočjo vnaprej nastavljene VR1. Ta izhod s kontroliranim PWM se uporablja na vratih MOSFET-ov, da se prilagodi njihova prevodnost predpisani RMS vrednosti.

Pričakovani tipični vzorec valovne oblike iz zgornje spremembe:

Valovna oblika na vratih MOSFET-a:

Valovna oblika na izhodu transformatorja:

Valovna oblika po ustrezni filtraciji z uporabo induktorjev in kondenzatorjev na izhodu transformatorja:

Seznam delov

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K ohmov,
C1, C2 = 0,47uF / 100V metalizirano
C3, C4 = 0,1 uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = kateri koli 30V, 10amp mosfet, N-kanal.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K prednastavitev
Transformator = 9-0-9V, 8 amp ( specifikacije morajo biti izbrane glede na izhodno obremenitev za pravilno optimizacijo praha )
Baterija = 12V, 10AH

Boljša stopnja učinkovitosti

Zgornja pretvorba ali sprememba bo zagotovila približno 70% učinkovitosti z doseženim RMS ujemanjem. Če vas zanima boljše in natančnejše ujemanje, potem verjetno potrebujete IC 556 PWM procesor valovne oblike.

Sklicevali se boste na ta članek, ki prikazuje glavno načelo spreminjanje kvadratne valovne oblike v sinusno valovno obliko z uporabo nekaj IC555.

Izhod iz zgoraj omenjenega vezja se lahko podobno napaja na vrata ali dno ustreznih napajalnih naprav, ki so prisotne v obstoječi kvadratni pretvorniški enoti.

Celovitejši pristop je lahko priča v tem članku, kjer je IC 556 se uporablja za pridobivanje natančnega modificiranega sinusnega vala, ki temelji na PWM ekvivalenti iz vzorčnega vira kvadratnega vala.

Ta valovna oblika je integrirana z obstoječimi izhodnimi napravami za izvedbo predvidenih sprememb.

Zgornji primeri nas učijo enostavnejših metod, s katerimi se lahko kateri koli obstoječi običajni pretvornik kvadratnih valov spremeni v zasnovo pretvornika s sinusnim valom.

Pretvorba v SPWM

V zgornjem članku smo izvedeli, kako lahko valovno obliko pretvornika kvadratnih valov optimiziramo tako, da dobimo takšno valovno obliko s sinusnim valom, tako da kvadratni val razrežemo na manjše odseke.

Vendar poglobljena analiza kaže, da doseganje ustreznega ekvivalenta sinusnih valov morda ne bo mogoče, če sesekljana valovna oblika ne bo oblikovana v obliki SPWM.

Za izpolnitev tega pogoja postane vezje pretvornika SPWM bistvenega pomena za izrezovanje najbolj idealne sinusne oblike iz pretvornika.

Naslednji diagram prikazuje, kako bi to lahko učinkovito izvedli z zgoraj obravnavanimi modeli.

Skozi enega od mojih prejšnjih člankov smo razumeli kako bi lahko opamp uporabili za ustvarjanje SPWM-jev , lahko isto teorijo uporabimo v zgornjem konceptu. Tu se uporabljata dva generatorja trikotnih valov, eden sprejema hitri kvadratni val iz spodnjega stola, drugi pa počasne kvadratne valove iz zgornjega stola in jih obdela v ustrezne izhode hitrega in počasnega trikotnika.

Ti obdelani trikotni valovi se napajajo prek dveh vhodov opampa, ki jih končno pretvori v širine impulzov SPWM ali sinusnega vala.

Ti SPWM se uporabljajo za sekanje signalov na vratih MOSFET-ov, ki na koncu preklopijo valovno obliko preko povezanega navitja transformatorja, da ustvarijo natančno kopijo čistega sinusnega vala na sekundarni strani transformatorja z magnetno indukcijo.