클래스 D 사인파 인버터 회로

작은 사인파 입력 주파수를 동등한 사인 PWM으로 변환하여 클래스 D 증폭기 기능을 사용하는 사인파 인버터 H- 브리지 BJT 드라이버 DC 배터리 소스에서 주 사인파 AC 출력을 생성합니다.

클래스 D 증폭기 란?

A의 작동 원리 클래스 D 증폭기 실제로 간단하지만 매우 효과적입니다. 오실레이터의 오디오 신호 또는 정현파 파형과 같은 입력 아날로그 신호는 SPWM이라고도하는 동등한 PWM으로 잘립니다.

이러한 사인 등가 PWM 또는 SPWM s는 전력 BJT 스테이지에 공급되며, 여기서 이들은 고전류로 증폭되고 승압 변압기의 1 차측에 적용됩니다.

트랜스포머는 최종적으로 정현파 SPWM을 220V 또는 120V 정현파 AC로 변환합니다. 그 파형은 발진기의 입력 사인파 신호와 정확히 일치합니다.

D 급 인버터의 장점

D 급 인버터의 가장 큰 장점은 합리적으로 저렴한 비용으로 높은 효율 (거의 100 %)입니다.

클래스 D 증폭기 사용자가 많은 기술적 번거 로움없이 효율적인 고전력 사인파 인버터를 신속하게 생산할 수 있도록 구축 및 설정이 쉽습니다.

BJT는 PWM과 함께 작동해야하므로 더 시원하고 효율적으로 작동 할 수 있으며,이를 통해 더 작은 히트 싱크로 작동 할 수 있습니다.

실용적인 디자인

실용적인 클래스 D 인버터 회로 설계는 다음 다이어그램에서 확인할 수 있습니다.

IC 74HC4066은 IC 4066으로 대체 할 수 있으며,이 경우 별도의 5V가 필요하지 않으며 전체 회로에 공통 12V를 사용할 수 있습니다.

pwm 클래스 D 인버터의 작동은 매우 간단합니다. 사인파 신호는 연산 증폭기 A1 단계에 의해 전자 스위치 ES1 --- ES4를 구동하기에 적절한 수준으로 증폭됩니다.

전자 스위치 ES1 --- ES4가 열리고 닫히면 트랜지스터 T1 --- T4 브리지의베이스에서 직사각형 펄스가 교대로 생성됩니다.

PWM 또는 펄스의 폭은 입력 사인 신호에 의해 변조되어 파워 트랜지스터와 트랜스포머에 공급되는 사인 등가 PWM을 생성하여 궁극적으로 트랜스포머 2 차측의 출력에서 ​​의도 한 220V 또는 120V 사인파 주 AC를 생성합니다. .

ES1 --- ES4 출력에서 ​​생성 된 직사각형 신호의 듀티 팩터는 증폭 된 입력 사인파 신호의 진폭에 의해 변조되어 출력 스위칭 SPWM 신호가 사인파 RMS에 비례합니다. 따라서 출력 펄스의 온-타임은 입력 사인 신호의 순간 진폭에 따릅니다.

on-time과 off-time의 스위칭주기 간격은 함께 일정한 주파수를 결정합니다.

결과적으로 입력 신호가 없을 때 균일 한 크기의 직사각형 신호 (구형파)가 생성됩니다.

트랜스포머 출력에서 ​​상당히 좋은 사인파를 얻기위한 방법으로 ES1에서 나오는 사각 파의 주파수는 입력 사인 신호의 최고 주파수보다 최소 2 배 높아야합니다.

증폭기로서의 전자 스위치

표준 작업 PWM 증폭기 ES1 --- ES4를 중심으로 만들어진 4 개의 전자 스위치로 구현됩니다. 0 레벨에서 연산 증폭기 입력의 입력이 C7 양단의 전압이 ES1을 켜기에 충분한 레벨에 도달 할 때까지 커패시터 C7이 R8을 통해 충전되도록한다고 가정합니다.

ES1은 이제 닫히고 레벨이 ES1의 스위치 ON 레벨 아래로 떨어질 때까지 C7을 방전하기 시작합니다. ES1은 이제 C7 충전을 시작하면서 OFF로 전환되고 C7 및 R8의 값에 따라 결정된대로 50kHz의 속도로 사이클이 빠르게 ON / OFF됩니다.

이제 연산 증폭기의 입력에서 사인파의 존재를 고려하면 C7의 충전주기에 강제적 인 변동을 효과적으로 유발하여 ES1 출력 PWM 스위칭이 전류의 상승 및 하강 시퀀스에 따라 변조되도록합니다. 사인파 신호.

ES1의 출력 사각 파는 이제 입력 사인 신호에 따라 듀티 계수가 달라지는 SPWM을 생성합니다.

그 결과 정현파 등가 SPWM이 T1 --- T4 브리지를 통해 교대로 전환되고, 차례로 변압기 1 차를 전환하여 변압기의 2 차 전선에서 필요한 AC 주전원을 생성합니다.

2 차 AC 전압은 1 차 SPWM 스위칭에 따라 생성되기 때문에 결과 AC는 입력 사인 신호와 완벽하게 동등한 사인파 AC입니다.

사인파 발진기

위에서 논의한 바와 같이, 클래스 D 인버터 증폭기에는 사인파 생성기 회로에서 입력 된 사인파 신호가 필요합니다.

다음 이미지는 PWM 인버터와 효과적으로 통합 할 수있는 매우 간단한 단일 트랜지스터 사인파 생성기 회로를 보여줍니다.

위의 주파수 사인파 발생기 약 250Hz이지만 약 50Hz가 필요하며 C1 --- C3 및 R3, R4의 값을 적절하게 변경하여 변경할 수 있습니다.

주파수가 설정되면이 회로의 출력이 인버터 보드의 C1, C2 입력과 연결될 수 있습니다.

PCB 설계 및 변압기 배선

부품 목록

변압기 : 0-9V / 220V 전류, 트랜지스터 와트 및 배터리 Ah 등급에 따라 다름

명세서:

제안 된 클래스 D PWM 인버터는 소형 10 와트 테스트 샘플 프로토 타입입니다. 10 와트 저출력은 T1 --- T4에 저전력 트랜지스터를 사용하기 때문입니다.

트랜지스터를 TIP147 / TIP142 보완 쌍으로 교체하여 전력 출력을 100 와트로 쉽게 업그레이드 할 수 있습니다.

12V에서 24V 사이의 트랜지스터에 더 높은 BUS DC 라인을 사용하여 더 높은 레벨로 증가시킬 수 있습니다.