Um inversor de onda senoidal usando funções de amplificador classe D, convertendo uma pequena frequência de entrada de onda senoidal em PWMs senoidais equivalentes, que é finalmente processado por um Motorista BJT H-bridge para gerar a saída CA de onda senoidal principal a partir de uma fonte de bateria CC.
O que é amplificador Classe D
O princípio de funcionamento de um amplificador classe D é realmente simples, mas extremamente eficaz. Um sinal analógico de entrada, como um sinal de áudio ou uma forma de onda senoidal de um oscilador, é dividido em PWMs equivalentes, também chamados de SPWM.
Estes PWMs equivalentes ao seno ou SPWM s é alimentado a um estágio BJT de potência, onde são amplificados com alta corrente e aplicados ao primário de um transformador elevador.
O transformador finalmente transforma o equivalente sinusoidal SPWM em onda sinusoidal CA de 220 V ou 120 V, cuja forma de onda está exatamente de acordo com o sinal de onda sinusoidal de entrada do oscilador.
Vantagens do Inversor Classe D
A principal vantagem de um inversor classe D é sua alta eficiência (quase 100%) a um custo razoavelmente baixo.
Amplificadores classe D são fáceis de construir e configurar, o que permite ao usuário produzir inversores de onda senoidal eficientes e de alta potência rapidamente, sem muitos aborrecimentos técnicos.
Como os BJTs precisam trabalhar com PWMs, isso permite que sejam mais frios e eficientes, e isso por sua vez permite que trabalhem com dissipadores de calor menores.
Um Design Prático
Um projeto prático de circuito inversor classe D pode ser testemunhado no seguinte diagrama:
O IC 74HC4066 pode ser substituído pelo IC 4066, nesse caso os 5 V separados não serão necessários e um 12 V comum pode ser usado para todo o circuito.
O funcionamento do inversor classe D pwm é bastante simples. O sinal da onda senoidal é amplificado pelo estágio op amp A1 para níveis adequados para acionar os interruptores eletrônicos ES1 --- ES4.
Os interruptores eletrônicos ES1 --- ES4 abrem e fecham, fazendo com que pulsos retangulares sejam gerados nas bases da ponte dos transistores T1 --- T4 alternadamente.
O PWM ou a largura dos pulsos é modulada pelo sinal senoidal de entrada, resultando em PWMs equivalentes a seno alimentados aos transistores de potência e ao transformador, em última análise, produzindo a corrente senoidal de 220V ou 120V pretendida AC na saída do transformador secundário .
O fator de serviço de um sinal retangular produzido a partir das saídas ES1 --- ES4 é modulado pela amplitude do sinal de onda senoidal de entrada amplificado, que causa uma comutação de saída de sinal SPWM proporcional à onda senoidal RMS. Assim, o tempo de ativação do pulso de saída está de acordo com a amplitude instantânea do sinal senoidal de entrada.
O intervalo do período de comutação do tempo ligado e desligado juntos determina a frequência que será constante.
Consequentemente, um sinal retangular dimensionado uniformemente (onda quadrada) é criado na ausência de um sinal de entrada.
Como forma de obter uma onda senoidal razoavelmente boa na saída do transformador, a frequência da onda retangular de ES1 deve ser pelo menos duas vezes mais alta que a frequência mais alta no sinal senoidal de entrada.
Chaves eletrônicas como amplificadores
O funcionamento padrão do Amplificador PWM é implementado pelas 4 chaves eletrônicas feitas em torno de ES1 --- ES4. Supondo que a entrada do amplificador operacional no nível zero, faça com que o capacitor C7 seja carregado via R8, até que a tensão em C7 atinja o nível suficiente para ligar o ES1.
ES1 agora fecha e começa a descarregar C7 até que seu nível caia abaixo do nível de switch ON de ES1. O ES1 agora é DESLIGADO, iniciando o carregamento do C7 novamente, e o ciclo LIGA / DESLIGA rapidamente a uma taxa de 50 kHz, conforme determinado pelos valores de C7 e R8.
Agora, se considerarmos a presença de uma onda senoidal na entrada do amplificador operacional, ela efetivamente causa uma variação forçada no ciclo de carga de C7, fazendo com que a comutação PWM de saída ES1 seja modulada de acordo com a sequência de subida e descida do sinal de onda senoidal.
As ondas retangulares de saída do ES1 agora produzem SPWM cujo fator de trabalho agora varia de acordo com o sinal senoidal de entrada.
Isso resulta em um SPWM equivalente de onda sinusoidal a ser alternadamente comutado na ponte T1 --- T4, que por sua vez comuta o primário do transformador para gerar a rede CA necessária dos fios secundários do transformador.
Visto que a tensão CA secundária é criada de acordo com a comutação SPWM primária, a CA resultante é uma onda senoidal CA perfeitamente equivalente do sinal senoidal de entrada.
Oscilador de onda senoidal
Conforme discutido acima, o amplificador inversor classe D precisará de uma entrada de sinal de onda senoidal de um circuito gerador de onda senoidal.
A imagem a seguir mostra um circuito gerador de onda senoidal de transistor único muito simples que pode ser integrado de forma eficaz com o inversor PWM.
A frequência do acima gerador de onda senoidal está em torno de 250 Hz, mas precisamos que esteja em torno de 50 Hz, o que pode ser alterado alterando os valores de C1- C3 e R3, R4 de forma adequada.
Uma vez que a frequência é definida, a saída deste circuito pode ser ligada à entrada C1, C2 da placa do inversor.
Projeto de PCB e fiação do transformador
Lista de Peças
Transformador: corrente 0-9V / 220V, dependerá da potência dos transistores e da classificação Ah da bateria
Especificações:
O inversor PWM classe D proposto é um pequeno protótipo de amostra de teste de 10 watts. A baixa saída de 10 watts é devido ao uso de transistor de baixa potência para T1 --- T4.
A saída de energia pode ser facilmente atualizada para 100 watts substituindo os transistores por pares complementares TIP147 / TIP142.
Ele pode ser aumentado para níveis ainda mais altos usando uma linha BUS DC mais alta para os transistores, em qualquer lugar entre 12V e 24V
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