Problema de caiguda de voltatge del inversor: com es resol

Sempre que s’utilitza PWM en un inversor per habilitar una sortida d’ona sinusoïdal, voltatge de l’inversor la caiguda esdevé un problema important, sobretot si els paràmetres no es calculen correctament.

En aquest lloc web és possible que us hagueu trobat amb molts conceptes d’inversors d’ona sinusoïdal i pura d’ona sinusoïdal mitjançant feeds PWM o integracions SPWM. Tot i que el concepte funciona molt bé i permet a l’usuari obtenir les sortides equivalents d’ona sinusoïdal necessàries, sembla que tenen problemes per caure el voltatge de sortida, sota càrrega.

En aquest article aprendrem com corregir-ho mitjançant una comprensió i càlculs senzills.

Primer ens hem d’adonar que la potència de sortida d’un inversor és només el producte de la tensió d’entrada i del corrent que s’està subministrant al transformador.

Per tant, aquí hem d'assegurar-nos que el transformador tingui una puntuació correcta per processar el subministrament d'entrada de manera que produeixi la sortida desitjada i sigui capaç de mantenir la càrrega sense cap tipus de caiguda.

A partir de la discussió següent, intentarem analitzar mitjançant càlculs senzills el mètode per eliminar aquest problema configurant correctament els paràmetres.

Analitzar la tensió de sortida en inversors d’ona quadrada

En un circuit inversor d’ones quadrades, normalment trobarem la forma d’ona que es mostra a continuació a través dels dispositius de potència, que subministren el corrent i el voltatge al bobinatge del transformador corresponent segons la taxa de conducció del mosfet mitjançant aquesta ona quadrada:

Aquí podem veure que la tensió màxima és de 12V i el cicle de treball és del 50% (temps d'engegada / apagada igual de la forma d'ona).

Per continuar amb l’anàlisi Primer hem de trobar la tensió mitjana induïda a través del bobinatge del transformador corresponent.

Suposant que estem utilitzant una presa central de 12-0-12V / 5 amp trafo, i suposant que el cicle de treball del 12V @ 50% s'aplica a un dels bobinats de 12V, la potència induïda dins d'aquest bobinatge es pot calcular tal i com es mostra a continuació:

12 x 50% = 6V

Aquesta es converteix en la tensió mitjana a través de les portes dels dispositius de potència, que corresponen operar el bobinatge del trafo a aquesta mateixa velocitat.

Per a les dues meitats de l’enrotllament del trafo obtenim, 6V + 6V = 12V (combinant les dues meitats del trafo central de l’aixeta.

Multiplicar aquest 12V amb la capacitat de corrent completa de 5 amples ens proporciona 60 watts

Ara, ja que la potència real del transformador també és de 12 x 5 = 60 watts, implica que la potència induïda al primari del trafo és plena i, per tant, la sortida també estarà plena, cosa que permetrà que la sortida funcioni sense cap caiguda de tensió sota càrrega. .

Aquest 60 watts és igual a la potència real del transfomer, és a dir, 12V x 5 amp = 60 watts. per tant, la sortida del trafo funciona amb la màxima força i no baixa la tensió de sortida, fins i tot quan es connecta una càrrega màxima de 60 watts.

Analitzar un voltatge de sortida del convertidor basat en PWM

Ara suposem que apliquem un tall de PWM a les portes dels mosfets de potència, per exemple, a un ritme del 50% del cicle de treball a les portes dels mosfets (que ja s’executen amb un cicle de treball del 50% des de l’oscil·lador principal, com s’ha comentat anteriorment)

Això implica de nou que la mitjana calculada anteriorment de 6 V ara es veu afectada addicionalment per aquest aliment PWM amb un cicle de treball del 50%, reduint el valor mitjà de la tensió a través de les portes del mosfet a:

6V x 50% = 3V (tot i que el pic segueix sent de 12V)

Combinant aquesta mitjana de 3V per a les dues meitats de la bobina que obtenim

3 + 3 = 6V

Multiplicar aquest 6V per 5 amplificadors ens proporciona 30 watts.

Bé, això suposa un 50% menys del que el transformador està manejat.

Per tant, quan es mesura a la sortida, tot i que la sortida pot mostrar un 310V complet (a causa dels pics de 12V), però sota càrrega, això pot baixar ràpidament a 150V, ja que el subministrament mitjà a la primària és un 50% inferior al valor nominal.

Per corregir aquest problema, hem d'abordar dos paràmetres simultàniament:

1) Hem d’assegurar-nos que l’enrotllament del transformador coincideixi amb el valor mitjà de la tensió subministrada per la font mitjançant la picada PWM,

2) i s’ha d’especificar el corrent del bobinatge de manera que la sortida de corrent altern no caigui sota càrrega.

Considerem el nostre exemple anterior on la introducció d’un 50% de PWM va fer que l’entrada al bobinatge es reduís a 3V, per reforçar i abordar aquesta situació, hem d’assegurar-nos que el bobinatge del trafo s’ha de classificar en 3V corresponentment. Per tant, en aquesta situació, el transformador s’ha de classificar en 3-0-3V

Especificacions actuals del transformador

Tenint en compte la selecció de trafo superior a 3-0-3V, i tenint en compte que la sortida del trafo està pensada per funcionar amb una càrrega de 60 watts i una continuïtat de 220 V, és possible que necessitem que el primari del trafo es classifiqui en 60/3 = 20 amperes , sí, són 20 amperes que haurà de ser el trafo per assegurar-se que el 220V es manté quan es connecta una càrrega completa de 60 watts a la sortida.

Recordeu en aquesta situació si la tensió de sortida es mesura sense càrrega, es pot veure un augment anormal del valor de la tensió de sortida que pot semblar superar els 600V. Això pot passar perquè, tot i que el valor mitjà induït a través dels mosquetets és de 3V, el pic sempre és de 12V.

Però no hi ha res de què preocupar-se si es pot veure aquesta alta tensió sense càrrega, perquè es reduiria ràpidament a 220V tan bon punt es connecti una càrrega.

Dit això, si als usuaris els resulta sorollent veure un augment del nivell de tensions sense càrrega, això es pot corregir aplicant addicionalment un circuit regulador de tensió de sortida que ja he comentat en una de les meves publicacions anteriors, també podeu aplicar el mateix amb aquest concepte.

Alternativament, la pantalla de tensió elevada es pot neutralitzar connectant un condensador de 0,45uF / 600V a través de la sortida o qualsevol condensador similar, cosa que també ajudaria a filtrar els PWM en una forma d’ona sinusoïdal que variés sense problemes.

L’alt número actual

En l’exemple comentat anteriorment, vam veure que, amb un 50% de trituració de PWM, ens veiem obligats a emprar un trafo de 3-0-3V per a un subministrament de 12V, obligant l’usuari a buscar un transformador de 20 A només per aconseguir 60 watts, que sembla bastant poc raonable.

Si 3V demana 20 amperes per obtenir 60 watts, implica que 6V requeririen 10 amperes per generar 60 watts, i aquest valor sembla bastant manejable ....... o per fer-lo encara millor, un 9V permetria treballar amb un trafo de 6,66 amp, que sembla encara més raonable.

L’afirmació anterior ens indica que si s’incrementa la inducció de tensió mitjana del bobinatge del trafo, es redueix el requisit de corrent i, atès que el voltatge mitjà depèn del temps d’ACTIVACIÓ de PWM, simplement implica que per aconseguir tensions mitjanes més altes al trafo primari, només heu d’augmentar massa el temps d’ACTIVACIÓ de PWM, aquesta és una altra forma alternativa i eficaç de reforçar correctament el problema de caiguda de tensió de sortida als inversors basats en PWM.

Si teniu cap pregunta o dubte especificat sobre el tema, sempre podeu fer servir el quadre de comentaris que hi ha a continuació i anotar les vostres opinions.