Problème de chute de tension de l'onduleur - Comment résoudre

Chaque fois que PWM est utilisé dans un onduleur pour activer une sortie sinusoïdale, tension de l'onduleur drop devient un problème majeur, surtout si les paramètres ne sont pas calculés correctement.

Sur ce site Web, vous avez peut-être rencontré de nombreux concepts d'onduleurs à onde sinusoïdale et à onde sinusoïdale pure utilisant des alimentations PWM ou des intégrations SPWM. Bien que le concept fonctionne très bien et permette à l'utilisateur d'obtenir les sorties équivalentes d'onde sinusoïdale requises, ils semblent avoir du mal avec des problèmes de chute de tension de sortie, sous charge.

Dans cet article, nous allons apprendre à corriger cela grâce à une compréhension et des calculs simples.

Tout d'abord, nous devons réaliser que la puissance de sortie d'un onduleur est simplement le produit de la tension d'entrée et du courant fourni au transformateur.

Par conséquent, nous devons ici nous assurer que le transformateur est correctement dimensionné pour traiter l'alimentation d'entrée de sorte qu'il produise la sortie souhaitée et soit capable de soutenir la charge sans aucune chute.

À partir de la discussion suivante, nous allons essayer d'analyser par des calculs simples la méthode pour se débarrasser de ce problème, en configurant correctement les paramètres.

Analyse de la tension de sortie dans les onduleurs carrés

Dans un circuit onduleur à onde carrée, nous trouverons généralement la forme d'onde comme indiqué ci-dessous à travers les appareils d'alimentation, qui fournissent le courant et la tension à l'enroulement du transformateur concerné selon le taux de conduction mosfet en utilisant cette onde carrée:

Ici, nous pouvons voir que la tension de crête est de 12 V et le cycle de service est de 50% (temps ON / OFF égal de la forme d'onde).

Pour procéder à l'analyse Nous devons d'abord trouver la tension moyenne induite aux bornes de l'enroulement du transformateur concerné.

Supposons que nous utilisions une prise centrale 12-0-12V / 5 ampères trafo, et en supposant que le cycle de service 12V @ 50% est appliqué à l'un des enroulements 12V, alors la puissance induite dans cet enroulement peut être calculée comme indiqué ci-dessous:

12 x 50% = 6 V

Cela devient la tension moyenne à travers les grilles des dispositifs d'alimentation, qui actionnent en conséquence l'enroulement de trafo à cette même vitesse.

Pour les deux moitiés de l'enroulement trafo, nous obtenons 6V + 6V = 12V (combinant les deux moitiés du trafo central.

Multiplier ce 12 V avec la pleine capacité actuelle de 5 ampères nous donne 60 watts

Maintenant que la puissance réelle du transformateur est également de 12 x 5 = 60 watts, cela signifie que la puissance induite au primaire du trafo est pleine, et donc la sortie sera également pleine, permettant à la sortie de fonctionner sans aucune chute de tension sous charge .

Ces 60 watts sont égaux à la puissance nominale réelle du transformateur, c'est-à-dire 12 V x 5 ampères = 60 watts. par conséquent, la sortie du trafo fonctionne avec une force maximale et ne baisse pas la tension de sortie, même lorsqu'une charge maximale de 60 watts est connectée.

Analyse de la tension de sortie d'un onduleur basé sur PWM

Supposons maintenant que nous appliquions un découpage PWM à travers les portes des mosfets de puissance, disons à un taux de cycle de service de 50% sur les portes des mosfets (qui fonctionnent déjà avec un cycle de service de 50% de l'oscillateur principal, comme indiqué ci-dessus)

Cela implique à nouveau que la moyenne de 6 V précédemment calculée est maintenant affectée en plus par cette alimentation PWM avec un cycle de service de 50%, ce qui réduit la valeur de tension moyenne à travers les portes mosfet à:

6V x 50% = 3V (bien que le pic soit toujours 12V)

En combinant cette moyenne de 3 V pour les deux moitiés de l'enroulement, nous obtenons

3 + 3 = 6 V

Multiplier ce 6V par 5 ampères nous donne 30 watts.

Eh bien, c'est 50% de moins que ce que le transformateur est censé gérer.

Par conséquent, lorsqu'elle est mesurée à la sortie, bien que la sortie puisse afficher un 310 V complet (en raison des pics de 12 V), mais sous charge, cela pourrait rapidement chuter à 150 V, car l'alimentation moyenne au primaire est de 50% inférieure à la valeur nominale.

Pour remédier à ce problème, nous devons nous attaquer à deux paramètres simultanément:

1) Nous devons nous assurer que l'enroulement du transformateur correspond à la valeur de tension moyenne fournie par la source en utilisant le découpage PWM,

2) et le courant de l'enroulement doit être spécifié en conséquence de telle sorte que la sortie AC ne baisse pas sous charge.

Prenons notre exemple ci-dessus où l'introduction d'un 50% PWM a entraîné la réduction de l'entrée de l'enroulement à 3V, pour renforcer et résoudre cette situation, nous devons nous assurer que l'enroulement du trafo doit être évalué en conséquence à 3V. Par conséquent, dans cette situation, le transformateur doit être évalué à 3-0-3V

Spécifications actuelles du transformateur

Compte tenu de la sélection de trafo 3-0-3V ci-dessus, et considérant que la sortie du trafo est destinée à fonctionner avec une charge de 60 watts et un 220V soutenu, nous pouvons avoir besoin que le primaire du trafo soit évalué à 60/3 = 20 ampères , oui c'est 20 ampères que le trafo devra être pour s'assurer que le 220V est soutenu quand une pleine charge de 60 watts est attachée à la sortie.

Rappelez-vous que dans une telle situation, si la tension de sortie est mesurée sans charge, on peut voir une augmentation anormale de la valeur de la tension de sortie qui peut sembler dépasser 600V. Cela peut se produire car bien que la valeur moyenne induite à travers les mosfets soit de 3V, le pic est toujours de 12V.

Mais il n'y a rien à craindre si vous voyez cette haute tension sans charge, car elle se stabiliserait rapidement à 220V dès qu'une charge serait branchée.

Cela dit, si les utilisateurs trouvent un cliquetis de voir un niveau de tension aussi élevé sans charge, cela peut être corrigé en appliquant en plus un circuit de régulateur de tension de sortie dont j'ai déjà discuté dans l'un de mes articles précédents, vous pouvez effectivement appliquer la même chose avec ce concept également.

Alternativement, l'affichage de tension élevée peut être neutralisé en connectant un condensateur de 0,45 uF / 600 V à travers la sortie ou tout condensateur de même valeur nominale, ce qui aiderait également à filtrer les PWM en une forme d'onde sinusoïdale variant en douceur.

Le problème actuel élevé

Dans l'exemple discuté ci-dessus, nous avons vu qu'avec un hachage de 50% PWM, nous sommes obligés d'utiliser un trafo 3-0-3V pour une alimentation 12V, forçant l'utilisateur à opter pour un transformateur de 20 ampères juste pour obtenir 60 watts, ce qui semble tout à fait déraisonnable.

Si 3V demande 20 ampères pour obtenir 60 watts, cela implique que 6V nécessiterait 10 ampères pour générer 60 watts, et cette valeur semble tout à fait gérable ....... ou pour la rendre encore meilleure, un 9V vous permettrait de travailler avec un trafo de 6,66 ampères, ce qui semble encore plus raisonnable.

La déclaration ci-dessus nous dit que si l'induction de tension moyenne sur l'enroulement de trafo est augmentée, l'exigence de courant est diminuée, et puisque la tension moyenne dépend du temps de marche PWM, implique simplement que pour atteindre des tensions moyennes plus élevées sur le primaire de trafo, vous avez juste trop d'augmenter le temps PWM ON, c'est une autre façon alternative et efficace de renforcer correctement le problème de chute de tension de sortie dans les onduleurs PWM.

Si vous avez des questions ou des doutes sur le sujet, vous pouvez toujours utiliser la zone de commentaires ci-dessous et noter vos opinions.