Problema de caída de voltaje del inversor: cómo solucionarlo

Siempre que se emplee PWM en un inversor para habilitar una salida de onda sinusoidal, voltaje del inversor La caída se convierte en un problema importante, especialmente si los parámetros no se calculan correctamente.

En este sitio web, es posible que se haya encontrado con muchos conceptos de inversor de onda sinusoidal y de onda sinusoidal pura que utilizan fuentes PWM o integraciones SPWM. Aunque el concepto funciona muy bien y permite al usuario obtener las salidas equivalentes de onda sinusoidal requeridas, parecen tener problemas con la caída de voltaje de salida, bajo carga.

En este artículo aprenderemos cómo corregir esto a través de una comprensión y cálculos simples.

Primero, debemos darnos cuenta de que la potencia de salida de un inversor es simplemente el producto del voltaje de entrada y la corriente que se suministra al transformador.

Por lo tanto, aquí debemos asegurarnos de que el transformador esté clasificado correctamente para procesar el suministro de entrada de manera que produzca la salida deseada y pueda sostener la carga sin ninguna caída.

A partir de la siguiente discusión intentaremos analizar mediante cálculos simples el método para deshacernos de este problema, configurando los parámetros correctamente.

Análisis del voltaje de salida en inversores de onda cuadrada

En un circuito inversor de onda cuadrada, normalmente encontraremos la forma de onda como se muestra a continuación en los dispositivos de potencia, que entregan la corriente y el voltaje al devanado del transformador relevante según la tasa de conducción del mosfet utilizando esta onda cuadrada:

Aquí podemos ver que el voltaje máximo es de 12V y el ciclo de trabajo es del 50% (igual tiempo de ENCENDIDO / APAGADO de la forma de onda).

Para continuar con el análisis Primero necesitamos encontrar el voltaje promedio inducido a través del devanado del transformador relevante.

Suponiendo que estamos usando una toma central de 12-0-12V / 5 amperios, y asumiendo que un ciclo de trabajo de 12V @ 50% se aplica a uno de los devanados de 12V, entonces la potencia inducida dentro de ese devanado se puede calcular como se indica a continuación:

12 x 50% = 6 V

Este se convierte en el voltaje promedio a través de las puertas de los dispositivos de potencia, que en consecuencia operan el devanado de tráfico a esta misma velocidad.

Para las dos mitades del devanado trafo obtenemos, 6V + 6V = 12V (combinando ambas mitades del trafo del grifo central.

Multiplicar este 12V con la capacidad de corriente total de 5 amperios nos da 60 vatios

Ahora, dado que el vataje real del transformador también es 12 x 5 = 60 vatios, implica que la potencia inducida en el primario del trafo está completa y, por lo tanto, la salida también estará completa, lo que permitirá que la salida funcione sin ninguna caída de voltaje bajo carga. .

Estos 60 vatios son iguales a la potencia nominal real del transformador, es decir, 12 V x 5 amperios = 60 vatios. por lo tanto, la salida del trafo funciona con la máxima fuerza y ​​no baja el voltaje de salida, incluso cuando se conecta una carga máxima de 60 vatios.

Análisis de un voltaje de salida de inversor basado en PWM

Ahora suponga que aplicamos un corte de PWM a través de las puertas de los mosfets de potencia, digamos a una tasa del ciclo de trabajo del 50% en las puertas de los mosfets (que ya se están ejecutando con un ciclo de trabajo del 50% del oscilador principal, como se discutió anteriormente)

Esto nuevamente implica que el promedio de 6V calculado anteriormente ahora se ve afectado adicionalmente por esta alimentación PWM con un ciclo de trabajo del 50%, lo que reduce el valor de voltaje promedio en las puertas mosfet a:

6V x 50% = 3V (aunque el pico sigue siendo 12V)

Combinando este promedio de 3V para ambas mitades del devanado obtenemos

3 + 3 = 6V

Multiplicar este 6V por 5 amperios nos da 30 vatios.

Bueno, esto es un 50% menos de lo que puede manejar el transformador.

Por lo tanto, cuando se mide en la salida, aunque la salida puede mostrar un total de 310 V (debido a los picos de 12 V), pero bajo carga, esto puede caer rápidamente a 150 V, ya que el suministro promedio en el primario es 50% menor que el valor nominal.

Para solucionar este problema, tenemos que abordar dos parámetros simultáneamente:

1) Debemos asegurarnos de que el devanado del transformador coincida con el valor de voltaje promedio entregado por la fuente usando el corte PWM,

2) y la corriente del devanado debe especificarse en consecuencia de modo que la CA de salida no caiga bajo carga.

Consideremos nuestro ejemplo anterior donde la introducción de un 50% PWM provocó que la entrada al devanado se redujera a 3V, para reforzar y abordar esta situación debemos asegurarnos de que el devanado del trafo debe tener una clasificación correspondiente de 3V. Por lo tanto, en esta situación, el transformador debe tener una clasificación de 3-0-3V.

Especificaciones actuales del transformador

Teniendo en cuenta la selección de trafo 3-0-3V anterior, y considerando que la salida del trafo está diseñada para funcionar con una carga de 60 vatios y una carga sostenida de 220 V, es posible que necesitemos que el primario del trafo tenga una potencia nominal de 60/3 = 20 amperios. , sí, son 20 amperios que el trafo necesitará para garantizar que los 220 V se mantengan cuando se conecta una carga completa de 60 vatios a la salida.

Recuerde que en tal situación, si el voltaje de salida se mide sin carga, es posible que se observe un aumento anormal en el valor del voltaje de salida que podría parecer que excede los 600V. Esto puede suceder porque, aunque el valor medio inducido en los mosfets es de 3 V, el pico siempre es de 12 V.

Pero no hay nada de qué preocuparse si ve este alto voltaje sin carga, porque rápidamente se estabilizaría en 220V tan pronto como se conecte una carga.

Dicho esto, si a los usuarios les resulta molesto ver un nivel tan elevado de voltajes sin carga, esto se puede corregir aplicando adicionalmente un circuito regulador de voltaje de salida que ya he discutido en una de mis publicaciones anteriores, también puede aplicar lo mismo con este concepto.

Alternativamente, la pantalla de voltaje elevado se puede neutralizar conectando un capacitor de 0.45uF / 600V a través de la salida o cualquier capacitor de clasificación similar, lo que también ayudaría a filtrar los PWM en una forma de onda sinusoidal que varíe suavemente.

El problema de la alta corriente

En el ejemplo discutido anteriormente, vimos que con un corte de PWM del 50%, nos vemos obligados a emplear un trafo de 3-0-3V para un suministro de 12V, lo que obliga al usuario a elegir un transformador de 20 amperios solo para obtener 60 vatios, lo que parece bastante irrazonable.

Si 3V requiere 20 amperios para obtener 60 vatios, implica que 6V requeriría 10 amperios para generar 60 vatios, y este valor parece bastante manejable ... o para hacerlo aún mejor, un 9V le permitiría trabajar con un trafo de 6.66 amperios, que parece aún más razonable.

La declaración anterior nos dice que si la inducción de voltaje promedio en el devanado de trafo aumenta, el requisito de corriente disminuye, y dado que el voltaje promedio depende del tiempo de encendido de PWM, simplemente implica que para lograr voltajes promedio más altos en el primario de trafo, simplemente tiene que aumentar el tiempo de encendido de PWM, esa es otra forma alternativa y efectiva de reforzar correctamente el problema de caída de voltaje de salida en inversores basados ​​en PWM.

Si tiene alguna consulta o duda específica sobre el tema, siempre puede hacer uso del cuadro de comentarios a continuación y anotar sus opiniones.