Esquema do Inversor de onda senoidal Classe D

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 driver BJT de ponte H para gerar a saída CA de onda senoidal principal de uma fonte de bateria DC.

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 seno ou SPWM s é alimentado a um andar de potência BJT, onde estes são amplificados com alta corrente, e aplicada ao primário de um transformador passo acima. 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.

Os 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 eles 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 diagrama a seguir:

projeto prático de circuito inversor classe D pode ser testemunhado no 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.


As chaves eletrônicas ES1 — ES4 abrem e fecham fazendo com que pulsos retangulares sejam gerados através das bases da ponte dos transistores T1 — T4 alternadamente.

O PWM ou a largura dos pulsos é modulada pelo sinal senoidal de entrada, resultando em um equivalente senoidal PWMs 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 da onda senoidal de entrada amplificada, que causa uma comutação de saída do 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 uma forma de obter uma onda senoidal razoavelmente boa na saída do transformador, a frequência da onda retangular do 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 do ES1 — ES4. Supondo que a entrada da 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 serviço agora varia de acordo com o sinal senoidal de entrada.

Isso resulta em um SPWM equivalente de onda sinusoidal a ser alternadamente comutado através da ponte T1 — T4, que por sua vez comuta o primário do transformador para gerar a rede CA necessária dos fios secundários do transformador.

Como 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.

circuito gerador de onda senoidal de transistor único muito simples

A frequência do gerador de onda senoidal acima é em torno de 250 Hz, mas precisaremos que seja em torno de 50 Hz, o que pode ser alterado alterando os valores de C1- C3 e R3, R4 apropriadamente.

Uma vez que a frequência é definida, a saída deste circuito pode ser conectada com a entrada C1, C2 da placa do inversor.

Projeto PCB e fiação do transformador

 

Lista de Peças

Resistores (5%):

R1, R4 – 2K2

R2, R3, R7 – 100K

R5 – 180K

R6 – 22K

R8; R9 – 1KO

R10 … R13 incl. – 68R

R14 … R17 incl. – 39R

P1 – 10k potenciômetro logarítmico

Capacitores:

C1; C2; C4 – 10n

C3 – 47µ 16 V

C5 – 180p

C6 – 1µ0 16 V

C7 –  330p

C8 – 4700µ 16 V

Semicondutores:

D1, D2 – 1N4001

D3 … D8 incl. – 1N4148

T1, T2 – BD131 ou BD226

T3, T4 = BD132 ou BD227

IC1 – CA3130

IC2 – 74HC4066

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 saída baixa 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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Circuito inversor de onda senoidal pura do Arduino com código completo do programa(Abre numa nova aba do navegador)

 


FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto) Pode conter erros de tradução
Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o post. Status (Não Revisado)
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