Un onduleur sinusoïdal utilisant des fonctions d'amplificateur de classe D en convertissant une petite fréquence d'entrée sinusoïdale en PWM sinusoïdales équivalentes, qui est finalement traitée par un Pilote BJT pont en H pour générer la sortie CA sinusoïdale du secteur à partir d'une source de batterie CC.
Qu'est-ce que l'amplificateur de classe D
Le principe de fonctionnement d'un amplificateur de classe D est en fait simple mais extrêmement efficace. Un signal analogique d'entrée tel qu'un signal audio ou une forme d'onde sinusoïdale d'un oscillateur est découpé en PWM équivalents également appelés SPWM.
Ces PWM équivalents sinusoïdaux ou SPWM s est alimenté à un étage de puissance BJT, où ceux-ci sont amplifiés avec un courant élevé, et appliqués au primaire d'un transformateur élévateur.
Le transformateur transforme finalement le SPWM équivalent sinusoïdal en onde sinusoïdale 220V ou 120V AC, dont la forme d'onde est exactement conforme au signal sinusoïdal d'entrée de l'oscillateur.
Avantages de l'onduleur de classe D
Le principal avantage d'un onduleur de classe D est son rendement élevé (presque 100%) à un coût raisonnablement bas.
Amplificateurs de classe D sont faciles à construire et à installer, ce qui permet à l'utilisateur de produire rapidement des onduleurs sinusoïdaux efficaces et de haute puissance sans trop de problèmes techniques.
Étant donné que les BJT doivent fonctionner avec des PWM, cela leur permet d'être plus froids et plus efficaces, ce qui leur permet de travailler avec des dissipateurs thermiques plus petits.
Un design pratique
Une conception pratique de circuit d'inverseur de classe D peut être observée dans le schéma suivant:
L'IC 74HC4066 peut être remplacé par l'IC 4066, dans ce cas, le 5V séparé ne sera pas nécessaire, et un 12V commun peut être utilisé pour l'ensemble du circuit.
Le fonctionnement de l'onduleur pwm class-D est assez simple. Le signal sinusoïdal est amplifié par l'étage de l'amplificateur opérationnel A1 à des niveaux adéquats pour commander les commutateurs électroniques ES1 --- ES4.
Les commutateurs électroniques ES1 --- ES4 s'ouvrent et se ferment, provoquant la génération d'impulsions rectangulaires à travers les bases des transistors T1 --- T4 en pont alternativement.
Le PWM ou la largeur des impulsions est modulé par le signal sinusoïdal d'entrée résultant en un PWM équivalent sinusoïdal alimenté aux transistors de puissance et au transformateur, produisant finalement le secteur sinusoïdal 220V ou 120V prévu à la sortie du secondaire du transformateur .
Le facteur de marche d'un signal rectangulaire produit à partir des sorties ES1 --- ES4 est modulé par l'amplitude du signal sinusoïdal d'entrée amplifié, ce qui provoque un signal SPWM de commutation de sortie proportionnel à l'onde sinusoïdale RMS. Ainsi, le temps de marche de l'impulsion de sortie est conforme à l'amplitude instantanée du signal sinusoïdal d'entrée.
L'intervalle de période de commutation de l'heure de marche et de l'heure d'arrêt détermine ensemble la fréquence qui sera constante.
Par conséquent, un signal rectangulaire de dimension uniforme (onde carrée) est créé en l'absence de signal d'entrée.
Afin d'obtenir une onde sinusoïdale assez bonne à la sortie du transformateur, la fréquence de l'onde rectangulaire de ES1 doit être au moins deux fois plus élevée que la fréquence la plus élevée du signal sinusoïdal d'entrée.
Commutateurs électroniques comme amplificateurs
Le fonctionnement standard du Amplificateur PWM est implémenté par les 4 interrupteurs électroniques réalisés autour de ES1 --- ES4. Supposons que l'entrée de l'entrée de l'amplificateur opérationnel au niveau zéro provoque la charge du condensateur C7 via R8, jusqu'à ce que la tension aux bornes de C7 atteigne le niveau suffisant pour activer ES1.
ES1 se ferme maintenant et commence à décharger C7 jusqu'à ce que son niveau tombe en dessous du niveau de commutation ON de ES1. ES1 s'éteint maintenant en initiant à nouveau la charge C7, et le cycle passe rapidement ON / OFF à une fréquence de 50 kHz, comme déterminé par les valeurs de C7 et R8.
Maintenant, si nous considérons la présence d'une onde sinusoïdale à l'entrée de l'ampli opérationnel, cela provoque effectivement une variation forcée sur le cycle de charge de C7, provoquant la modulation de la commutation PWM de sortie ES1 selon la séquence de montée et de descente du signal sinusoïdal.
Les ondes rectangulaires de sortie de l'ES1 produisent maintenant SPWM dont le facteur de marche varie maintenant en fonction du signal sinusoïdal d'entrée.
Il en résulte qu'un SPWM équivalent à une onde sinusoïdale est alternativement commuté sur le pont T1 --- T4, qui à son tour commute le primaire du transformateur pour générer le secteur CA requis à partir des fils secondaires du transformateur.
Puisque la tension alternative secondaire est créée conformément à la commutation SPWM primaire, le courant alternatif résultant est une onde sinusoïdale AC parfaitement équivalente du signal sinusoïdal d'entrée.
Oscillateur sinusoïdal
Comme indiqué ci-dessus, l'amplificateur inverseur de classe D aura besoin d'une entrée de signal sinusoïdal provenant d'un circuit générateur d'onde sinusoïdale.
L'image suivante montre un circuit générateur d'onde sinusoïdale à transistor unique très simple qui peut être intégré efficacement avec l'onduleur PWM.
La fréquence de ce qui précède générateur d'onde sinusoïdale est d'environ 250 Hz, mais nous aurons besoin que cela soit d'environ 50 Hz, ce qui peut être modifié en modifiant les valeurs de C1 --- C3 et R3, R4 de manière appropriée.
Une fois la fréquence réglée, la sortie de ce circuit pourrait être reliée à l'entrée C1, C2 de la carte onduleur.
Conception de PCB et câblage de transformateur
Liste des pièces
Transformateur: courant 0-9V / 220V, dépendra de la puissance des transistors et de la cote Ah de la batterie
Caractéristiques:
L'onduleur PWM de classe D proposé est un petit prototype d'échantillon de test de 10 watts. La faible puissance de sortie de 10 watts est due à l'utilisation d'un transistor de faible puissance pour T1 --- T4.
La puissance de sortie peut être facilement augmentée à 100 watts en remplaçant les transistors par des paires complémentaires TIP147 / TIP142.
Il peut être augmenté à des niveaux encore plus élevés en utilisant une ligne BUS DC plus élevée pour les transistors, n'importe où entre 12V et 24V
Précédent: Comprendre la zone d'exploitation sûre MOSFET ou SOA Suivant: Comment fonctionne un autotransformateur - Comment faire
