Převeďte měnič čtvercových vln na měnič sinusových vln

Příspěvek vysvětluje několik koncepcí obvodů, které lze použít k převodu nebo úpravě jakéhokoli běžného měniče obdélníkových vln na sofistikovaný design měniče sinusových vln.

Před prozkoumáním různých návrhů vysvětlených v tomto článku by bylo zajímavé znát faktory, díky nimž je sinusový invertor obvykle žádanější než design čtvercových vln.

Jak frekvence pracuje v měničích

Střídače v zásadě zahrnují frekvenci nebo oscilace pro implementaci akcí zesílení a inverze. Frekvence, jak víme, je generování pulzů s určitým jednotným a vypočítaným vzorem, například typická frekvence invertoru může být dimenzována na 50 Hz nebo 50 pozitivních pulzů za sekundu.

Základní kmitočtový průběh střídače je ve formě pulzů obdélníkového průběhu.

Jak všichni víme, obdélníková vlna není nikdy vhodná pro provoz sofistikovaných elektronických zařízení, jako je televize, hudební přehrávače, počítače atd.

Síť střídavého proudu (střídavý proud), kterou získáváme na našem domácím síťovém výstupu, také sestává z frekvence pulzujícího proudu, ale ty jsou ve formě sinusových vln nebo sinusových vln.

Normálně je to 50 Hz nebo 60 Hz v závislosti na specifikacích užitné země.

Výše uvedená sinusová křivka našeho domácího střídavého průběhu se týká exponenciálně rostoucích napěťových špiček, které tvoří 50 cyklů frekvence.

Protože naše domácí střídavé napětí je generováno magnetickými turbínami, je vlnová forma ze své podstaty sinusová vlna, takže nevyžaduje žádné další zpracování a stává se přímo použitelnou v domácnostech pro všechny typy spotřebičů.

Naopak v invertorech má základní tvar vlny tvar čtvercových vln, které je třeba důkladně zpracovat, aby byla jednotka kompatibilní se všemi typy zařízení.

Rozdíl mezi čtvercovými a sinusovými vlnami

Jak je znázorněno na obrázku, čtvercová vlna a sinusová vlna mohou mít identické úrovně špičkového napětí, ale hodnota RMS nebo hodnota střední kvadratické hodnoty nemusí být identické. Tento aspekt je tím, co dělá obdélníkovou vlnu zvlášť odlišnou od sinusové, i když špičková hodnota může být stejná.

Proto by obdélníkový invertor pracující s 12V DC generoval výstup ekvivalentní řekněme 330V stejně jako sinusový invertor pracující se stejnou baterií, ale pokud změříte výstupní RMS obou střídačů, výrazně by se lišil (330V a 220V).

Obrázek nesprávně zobrazuje vrchol 220 V, ve skutečnosti by měl být 330 V.

Ve výše uvedeném diagramu je zeleně zbarvený průběh sinusový průběh, zatímco oranžový zobrazuje čtvercový průběh. Stínovaná část je přebytek RMS, který je třeba vyrovnat, aby byly obě hodnoty RMS co nejblíže.

Převod měniče čtvercových vln na ekvivalent sinusových vln tedy v zásadě znamená umožnit měniči čtvercových vln produkovat požadovanou špičkovou hodnotu řekněme 330 V, přestože má RMS přibližně stejný jako jeho protějšek sinusových vln.

Jak převést / upravit čtvercový průběh na ekvivalent sinusového průběhu

Toho lze dosáhnout buď vyřezáním vzorku čtvercové vlny do formy sinusové vlny, nebo jednoduše nasekáním vzorku čtvercové vlny do dobře vypočítaných menších kousků, takže jeho RMS se velmi blíží standardní hodnotě AC RMS v síti.

Pro vyřezávání obdélníkové vlny na dokonalou sinusovou vlnu můžeme použít wienský můstkový oscilátor nebo přesněji „bubbův oscilátor“ a přivést jej do fáze sinusového procesoru. Tato metoda by byla příliš složitá, a proto není doporučeným nápadem pro implementaci existujícího invertoru s obdélníkovými vlnami do sinusového měniče.

Realizovatelnějším nápadem by bylo naseknout přidruženou čtvercovou vlnu na základně výstupních zařízení na požadovaný stupeň RMS.

Jeden klasický příklad je uveden níže:

První diagram ukazuje obvod střídače s obdélníkovými vlnami. Přidáním jednoduchého vrtulníku AMV můžeme rozbít pulsy na základně příslušných mosfetů na požadovaný stupeň.

Verze střídače s ekvivalentní čtvercovou a sinusovou vlnou výše uvedeného obvodu.

Zde dolní AMV generuje impulzy s vysokou frekvencí, jejichž poměr značka / prostor lze vhodně změnit pomocí přednastaveného VR1. Tento PWM řízený výstup se aplikuje na brány mosfetů, aby se jejich vedení přizpůsobilo stanovené hodnotě RMS.

Očekávaný typický vzor průběhu od výše uvedené úpravy:

Průběh u bran mosfetu:

Křivka na výstupu transformátoru:

Křivka po správné filtraci pomocí induktorů a kondenzátorů na výstupu transformátoru:

Seznam dílů

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K Ohmů,
C1, C2 = 0,47 uF / 100 V metalizováno
C3, C4 = 0,1 uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = libovolný 30V, 10amp mosfet, N-kanál.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K předvolba
Transformátor = 9-0-9V, 8 amp ( specifikace musí být vybrány podle výstupního zatížení pro správnou optimalizaci výkonu )
Baterie = 12V, 10AH

Lepší míra efektivity

Výše uvedená konverze nebo modifikace poskytne přibližně 70% účinnosti s dosaženou shodou RMS. Pokud máte zájem o lepší a přesnější párování, pravděpodobně by byl vyžadován procesor IC 556 PWM.

Chtěli byste se odvolat na tento článek, který ukazuje základní princip modifikace čtvercového průběhu do sinusového průběhu pomocí pár IC555.

Výstup z výše uvedeného obvodu může být podobně přiváděn na bránu nebo základnu příslušných výkonových zařízení, která jsou přítomna ve stávající čtvercové invertorové jednotce.

Komplexnější přístup může být svědkem tohoto článku, kde IC 556 se používá k extrakci přesné modifikované sinusové vlny založené na PWM ekvivalenty ze zdroje se čtvercovými vlnami.

Tento průběh je integrován s existujícími výstupními zařízeními pro provádění zamýšlených úprav.

Výše uvedené příklady nás učí jednodušší metody, kterými lze libovolný běžný měnič obdélníkových vln modifikovat do podoby sinusových měničů.

Konverze do SPWM

Ve výše uvedeném článku jsme se dozvěděli, jak lze tvar vlny invertoru s obdélníkovými vlnami optimalizovat pro získání typu sinusového průběhu rozdělením obdélníkové vlny na menší části.

Hlubší analýza však ukazuje, že pokud není sekaná křivka dimenzována ve formě SPWM, nemusí být možné dosáhnout správného sinusového ekvivalentu.

Pro splnění této podmínky je obvod převodníku SPWM nezbytný pro vybrání nejideálnějšího sinusového průběhu ze střídače.

Následující diagram ukazuje, jak by to mohlo být efektivně implementováno pomocí návrhů diskutovaných výše.

Prostřednictvím jednoho z mých dřívějších článků jsme pochopili jak by mohl být operační zesilovač použit pro vytváření SPWM , ve výše uvedeném konceptu lze vidět stejnou teorii. Zde se používají dva generátory trojúhelníkových vln, jeden přijímá rychlé obdélníkové vlny od dolního astabilního, zatímco druhý přijímá pomalé čtvercové vlny od horního astabilního a zpracovává je do odpovídajících výstupů rychlých a pomalých trojúhelníkových vln.

Tyto zpracované trojúhelníkové vlny jsou napájeny přes dva vstupy operačního zesilovače, který je nakonec převádí na šířky pulzů sinusových vln.

Tyto SPWM se používají k sekání signálů na bráně mosfetů, které nakonec přepínají tvar vlny přes připojené vinutí transformátoru a vytvářejí přesnou repliku čistého sinusového průběhu na sekundární straně transformátoru pomocí magnetické indukce.