Problém s poklesom napätia invertora - ako vyriešiť

Kedykoľvek sa v invertore použije PWM na povolenie výstupu sínusovej vlny, napätie meniča pokles sa stáva hlavným problémom, najmä ak parametre nie sú vypočítané správne.

Na tomto webe ste sa mohli stretnúť s mnohými konceptmi sínusových a čistých sínusových invertorov používajúcich kanály PWM alebo integrácie SPWM. Aj keď koncept funguje veľmi pekne a umožňuje používateľovi získať požadované ekvivalentné výstupy sínusových vĺn, zdá sa, že zápasia s problémami s poklesom výstupného napätia pri zaťažení.

V tomto článku sa dozvieme, ako to napraviť jednoduchým porozumením a výpočtami.

Najprv si musíme uvedomiť, že výstupný výkon z invertora je iba produktom vstupného napätia a prúdu dodávaného do transformátora.

Preto sa tu musíme ubezpečiť, že transformátor je správne dimenzovaný na spracovanie vstupného napájania tak, aby produkoval požadovaný výstup a bol schopný udržať záťaž bez akéhokoľvek poklesu.

Z nasledujúcej diskusie sa pokúsime analyzovať pomocou jednoduchých výpočtov metódu, ako sa zbaviť tohto problému, správnou konfiguráciou parametrov.

Analýza výstupného napätia v invertoroch štvorcových vĺn

V obvode invertora s obdĺžnikovými vlnami zvyčajne nájdeme tvar vlny, ako je znázornené nižšie, na výkonových zariadeniach, ktoré dodávajú prúd a napätie do príslušného vinutia transformátora podľa rýchlosti vedenia mosfetu pomocou tejto štvorcovej vlny:

Tu vidíme, že špičkové napätie je 12V a pracovný cyklus je 50% (rovnaká doba ON / OFF priebehu).

Ak chcete pokračovať v analýze, najskôr musíme zistiť priemerné napätie indukované na príslušnom vinutí transformátora.

Za predpokladu, že používame stredový kohútik 12-0-12V / 5 amp trafo, a za predpokladu, že na jedno z vinutí 12V je aplikovaný pracovný cyklus 12V @ 50%, potom výkon indukovaný v tomto vinutí možno vypočítať takto:

12 x 50% = 6V

Toto sa stane priemerným napätím cez brány silových zariadení, ktoré zodpovedajúcim spôsobom prevádzkujú trafo vinutie rovnakou rýchlosťou.

Pre dve polovice trafo vinutia dostaneme 6V + 6V = 12V (kombinujúce obe polovice stredového odbočovacieho trafa.

Vynásobením tohto 12V s plnou prúdovou kapacitou 5 ampérov nám dávame 60 wattov

Pretože skutočný výkon transformátora je tiež 12 x 5 = 60 W, znamená to, že výkon indukovaný na primárnej časti trafa je plný, a preto bude tiež plný výstup, čo umožní, aby výstup bežal bez poklesu napätia pri zaťažení. .

Týchto 60 wattov sa rovná skutočnému príkonu transformátora, t. J. 12V x 5 amp = 60 wattov. preto výstup z trafa pracuje s maximálnou silou a neklesá na výstupnom napätí, ani keď je pripojené maximálne zaťaženie 60 wattov.

Analýza výstupného napätia invertora na základe PWM

Teraz predpokladajme, že použijeme PWM sekajúci cez brány silových mosfetov, povedzme s 50% pracovným cyklom na brány mosfetov (ktoré už bežia s 50% pracovným cyklom z hlavného oscilátora, ako je uvedené vyššie).

To opäť znamená, že predtým vypočítaný priemer 6 V je teraz dodatočne ovplyvnený týmto napájaním PWM s 50% pracovným cyklom, čo znižuje priemernú hodnotu napätia cez brány mosfet na:

6V x 50% = 3V (aj keď vrchol je stále 12V)

Kombináciou tohto priemeru 3V pre obe polovice vinutia dostaneme

3 + 3 = 6V

Násobením tohto 6V s 5 ampérom nám dá 30 wattov.

To je o 50% menej ako to, s čím je dimenzovaný transformátor.

Preto pri meraní na výstupe môže byť na výstupe úplných 310 V (kvôli špičkám 12 V), ale pri zaťažení by to mohlo rýchlo klesnúť na 150 V, pretože priemerné napájanie na primárnom okruhu je o 50% menšie ako menovitá hodnota.

Aby sme tento problém napravili, musíme sa zaoberať dvoma parametrami súčasne:

1) Musíme sa ubezpečiť, že vinutie transformátora sa zhoduje s priemernou hodnotou napätia dodávanou zdrojom pomocou sekania PWM,

2) a prúd vinutia musí byť zodpovedajúcim spôsobom špecifikovaný tak, aby výstup AC neklesol pri zaťažení.

Uvažujme o našom vyššie uvedenom príklade, keď zavedenie 50% PWM spôsobilo, že vstup do vinutia sa znížil na 3 V, aby sme posilnili a riešili túto situáciu, musíme zabezpečiť, aby vinutie trafa muselo byť zodpovedajúcim spôsobom dimenzované na 3V. Preto v tejto situácii musí byť transformátor dimenzovaný na 3-0-3V

Aktuálna špecifikácia transformátora

Ak vezmeme do úvahy vyššie uvedený výber trafa 3 - 3 - 3 V a vzhľadom na to, že výstup z trafa je určený na prácu so záťažou 60 W a trvalým napätím 220 V, možno bude potrebné, aby bol primárny prúd trafa dimenzovaný na 60/3 = 20 ampérov. , áno, to je 20 ampérov, ktoré bude musieť trafo zabezpečiť, aby bolo udržaných 220V, keď je na výstup pripojené plné zaťaženie 60 wattov.

Pamätajte, že v takom prípade, ak je výstupné napätie merané bez záťaže, môžete vidieť neobvyklé zvýšenie hodnoty výstupného napätia, ktoré sa môže javiť ako vyššie ako 600V. Môže sa to stať, pretože hoci priemerná hodnota indukovaná na mosfetoch je 3 V, vrchol je vždy 12V.

Ak sa však stane, že toto vysoké napätie uvidíte bez záťaže, nemusíte sa ničoho obávať, pretože by sa rýchlo ustálilo na 220 V, akonáhle by sa záťaž zahákla.

Keď to už bude povedané, ak sa používateľom zdá chrastivé vidieť takúto zvýšenú úroveň napätia bez zaťaženia, je to možné napraviť dodatočným použitím obvod regulátora výstupného napätia o ktorom som už hovoril v jednom zo svojich predchádzajúcich príspevkov, môžete s týmto konceptom efektívne použiť to isté.

Alternatívne je možné displej so zvýšeným napätím neutralizovať pripojením kondenzátora 0,45uF / 600V na výstup alebo iného kondenzátora s podobným hodnotením, čo by tiež pomohlo odfiltrovať PWM do plynulo sa meniaceho sínusového priebehu.

Veľký prúdový problém

Vo vyššie diskutovanom príklade sme videli, že pri 50% sekvencii PWM sme nútení použiť trafo 3 - 3 - 3 V pre napájanie 12 V, čo núti používateľa ísť k 20 ampérovému transformátoru, aby získal 60 wattov, čo vyzerá dosť nerozumne.

Ak 3 V požaduje 20 A, aby ste dostali 60 W, znamená to, že 6 V by na generovanie 60 W vyžadovalo 10 A, a táto hodnota vyzerá celkom zvládnuteľne ....... alebo aby to bolo ešte lepšie, 9 V by vám umožnilo pracovať s 6,66 amp trafo, čo vyzerá ešte rozumnejšie.

Vyššie uvedené tvrdenie nám hovorí, že ak sa zvýši priemerná indukcia napätia na vinutí trafa, súčasná požiadavka sa zníži, a keďže priemerné napätie závisí od času PWM ON, jednoducho to znamená, že na dosiahnutie vyšších priemerných napätí na trafo primárnom, práve ste príliš zvýšili PWM ON time, to je ďalší alternatívny a efektívny spôsob, ako správne posilniť problém poklesu výstupného napätia v invertoroch založených na PWM.

Ak máte akékoľvek bližšie otázky alebo pochybnosti týkajúce sa danej témy, môžete kedykoľvek využiť nižšie uvedené políčko pre komentár a uviesť svoje názory.