Problem med inverterspændingsfald - Sådan løses

Når PWM anvendes i en inverter til aktivering af sinusbølgeoutput, inverter spænding drop bliver et stort problem, især hvis parametrene ikke beregnes korrekt.

På dette websted er du muligvis stødt på mange sinusbølger og rene sinusbølgeomformerkoncepter ved hjælp af PWM-feeds eller SPWM-integrationer. Selvom konceptet fungerer meget pænt og giver brugeren mulighed for at få de krævede sinusækvivalente udgange, ser de ud til at kæmpe med udgangsspændingsfaldsproblemer under belastning.

I denne artikel lærer vi at rette op på dette gennem enkel forståelse og beregninger.

Først skal vi indse, at udgangseffekt fra en inverter kun er produktet af indgangsspænding og strøm, der tilføres transformeren.

Derfor skal vi her sørge for, at transformatoren er korrekt klassificeret til at behandle indgangsforsyningen, så den producerer det ønskede output og er i stand til at opretholde belastningen uden fald.

Fra den følgende diskussion vil vi forsøge at analysere metoden til at slippe af med dette problem ved hjælp af enkle beregninger ved at konfigurere parametrene korrekt.

Analyse af udgangsspænding i firkantbølger

I et firkantbølge inverter kredsløb finder vi typisk bølgeformen som vist nedenfor på tværs af kraftenhederne, som leverer strømmen og spændingen til den relevante transformatorvikling i henhold til mosfet ledningsrate ved hjælp af denne firkantbølge:

Her kan vi se, at spændingen er 12V, og driftscyklussen er 50% (lig TIL / FRA-tid for bølgeformen).

For at fortsætte med analysen skal vi først finde den gennemsnitlige spænding induceret på tværs af den relevante transformatorvikling.

Antager vi, at vi bruger en centerhane 12-0-12V / 5 amp trafo, og forudsat at 12V @ 50% driftscyklus anvendes på en af ​​12V-viklingen, så kan den effekt, der induceres inden for denne vikling, beregnes som angivet nedenfor:

12 x 50% = 6V

Dette bliver den gennemsnitlige spænding på tværs af portene til kraftenhederne, som tilsvarende betjener trafo-viklingen med samme hastighed.

For de to halvdele af trafo-viklingen får vi, 6V + 6V = 12V (kombinerer begge halvdele af den midterste tap-trafo.

Multiplicering af denne 12V med den fulde strømkapacitet 5 amp giver os 60 watt

Da transformatorens faktiske wattforbrug også er 12 x 5 = 60 watt, betyder det, at den effekt, der induceres ved den primære del af trafo, er fuld, og derfor vil udgangen også være fuld, så udgangen kan køre uden fald i spænding under belastning .

Disse 60 watt er lig med transfomerens faktiske wattværdi, dvs. 12V x 5 amp = 60 watt. derfor fungerer output fra trafo med maksimal kraft og falder ikke udgangsspændingen, selv når en maksimal belastning på 60 watt er tilsluttet.

Analyse af en PWM-baseret inverterudgangsspænding

Antag nu, at vi anvender en PWM, der hugger på tværs af portene til kraftmosfeterne, siger med en hastighed på 50% duty cycle på portene til mosfeterne (som allerede kører med en 50% duty cycle fra hovedoscillatoren som beskrevet ovenfor)

Dette indebærer igen, at det tidligere beregnede 6V gennemsnit nu påvirkes yderligere af dette PWM-feed med 50% driftscyklus, hvilket reducerer den gennemsnitlige spændingsværdi over mosfetportene til:

6V x 50% = 3V (skønt toppen stadig er 12V)

Kombinerer dette 3V gennemsnit for begge halvdele af viklingen, vi får

3 + 3 = 6V

Multiplikation af denne 6V med 5 amp giver os 30 watt.

Nå, dette er 50% mindre end hvad transformatoren er klassificeret til at håndtere.

Derfor målt ved udgangen, selvom udgangen muligvis viser en fuld 310V (på grund af 12V toppe), men under belastning kan dette hurtigt falde til 150V, da den gennemsnitlige forsyning ved den primære er 50% mindre end den nominelle værdi.

For at rette op på dette problem skal vi tackle to parametre samtidigt:

1) Vi skal sørge for, at transformatorviklingen matcher den gennemsnitlige spændingsværdi, der leveres af kilden ved hjælp af PWM-hakning,

2) og viklingens strøm skal angives i overensstemmelse hermed, således at udgangen AC ikke falder under belastning.

Lad os overveje vores ovenstående eksempel, hvor introduktionen af ​​en 50% PWM forårsagede, at indgangen til viklingen blev reduceret til 3V, for at forstærke og tackle denne situation skal vi sikre, at viklingen af ​​trafo skal vurderes tilsvarende til 3V. Derfor skal transformatoren i denne situation vurderes til 3-0-3V

Nuværende specifikationer til transformeren

I betragtning af ovenstående 3-0-3V trafo-valg, og i betragtning af at output fra trafo er beregnet til at arbejde med 60 watt belastning og en vedvarende 220V, skal vi muligvis have den primære af trafo til at blive bedømt til 60/3 = 20 ampere , ja det er 20 ampere, som trafo'en skal være for at sikre, at 220V opretholdes, når en fuld belastning på 60 watt er fastgjort til udgangen.

Husk i en sådan situation, at hvis udgangsspændingen måles uden belastning, kan man se en unormal stigning i udgangsspændingsværdien, som måske synes at overstige 600V. Dette kan ske, for selvom den gennemsnitlige værdi induceret over mosfeterne er 3V, er toppen altid 12V.

Men der er intet at være bekymret for, hvis du tilfældigvis ser denne højspænding uden belastning, fordi den hurtigt vil slå sig ned til 220V, så snart en belastning bliver tilsluttet.

Når det er sagt, hvis brugerne finder det raslende at se et sådant øget niveau af spændinger uden belastning, kan dette korrigeres ved yderligere at anvende en udgangsspændingsregulator kredsløb som jeg allerede har diskuteret i et af mine tidligere indlæg, kan du også anvende det samme med dette koncept.

Alternativt kan skærmen med hævet spænding neutraliseres ved at forbinde en 0.45uF / 600V kondensator på tværs af udgangen eller en hvilken som helst lignende kondensator, hvilket også vil hjælpe med at filtrere PWM'erne ud i en jævnt varierende sinusbølgeform.

Den høje aktuelle udgave

I det ovenfor diskuterede eksempel så vi, at vi med en 50% PWM-huggning er tvunget til at anvende en 3-0-3V trafo til en 12V forsyning, hvilket tvinger brugeren til at gå til en 20 amp transformer bare for at få 60 watt, hvilket ser ret urimelig ud.

Hvis 3V kræver 20 ampere for at få 60 watt, betyder det, at 6V kræver 10 ampere for at generere 60 watt, og denne værdi ser ret håndterbar ud ....... eller for at gøre det endnu bedre ville en 9V give dig mulighed for at arbejde med en 6,66 amp trafo, der ser endnu mere rimelig ud.

Ovenstående erklæring fortæller os, at hvis den gennemsnitlige spændingsinduktion på trafo-viklingen øges, reduceres strømkravet, og da den gennemsnitlige spænding er afhængig af PWM ON-tiden, betyder det simpelthen, at for at opnå højere gennemsnitlige spændinger på trafo-primæren, du har bare for at øge PWM ON-tiden, det er en anden alternativ og effektiv måde at forstærke udgangsspændingsfaldsproblemet korrekt i PWM-baserede invertere.

Hvis du har specifikke spørgsmål eller tvivl angående emnet, kan du altid benytte kommentarfeltet nedenfor og skrive i dine meninger.