PWM-omvormer – ideaal voor de verschillende aangesloten belastingen

PWM (Pulse Width Modulated Inverters) diende als vervanging voor oudere typen omvormers. Om deze reden hebben ze een breed scala aan realtime toepassingen. In de meeste gevallen gebruiken bedrijven ze bij het maken van elektronische vermogenscircuits. Pulsbreedte-gemoduleerde omvormers gebruiken meestal MOSFET, en daarom worden ze gewoonlijk PWM MOSFET-omvormers genoemd. De meeste omvormers passen inderdaad PWM-technologie toe om AC-uitgangsspanning te produceren voor verschillende frequenties en groottes. In dit artikel bespreken we de werking van een PWM-omvormer. We zullen ook ingaan op de circuits die u in een PWM-omvormer kunt vinden en enkele typen PWM-omvormers uitleggen.

Wat is een PWM-omvormer?

Kortom, dit is een omvormer die pulsbreedtemodulatietechnologie gebruikt om te werken. Daarom kunnen PWM-omvormers de uitgangsspanning op de nominale wisselspanning behouden, ongeacht de aangesloten belasting. Het werkt door de breedte van de uitgangsspanningsfrequentie te wijzigen.

Het werkingsprincipe van PWM-omvormer

FIg 1:Een industriële omvormer

Bij conventionele omvormers verandert de uitgangsspanning afhankelijk van de belastingveranderingen. Een PWM-spanningsomvormer corrigeert de uitgangsfasespanning met behulp van de waarde van een belasting die op de uitgang is aangesloten.

Het werkt door een deel van de uitgangssignalen terug te sturen naar het PWM-controller-IC. De PWM-controller zal de feedbackspanning gebruiken om de pulsbreedte die wordt gegenereerd in het oscillatorgebied te corrigeren.

De aanpassing in de breedte van de puls zal eventuele veranderingen in het signaal aan de uitgang elimineren. De golfvorm van de uitgangsspanning blijft dus hetzelfde, ongeacht eventuele belastingsvariaties.

Welke circuits worden gebruikt in de PWM-omvormer?

FIg 2:Een PWM-omvormerschakelschema

Als u een schakelschema van een PWM-omvormer bekijkt, zult u zich realiseren dat deze meerdere circuits gebruikt. Deze omvatten:

Accu Laadstroom Sensor Circuit

Dit circuit handhaaft de stroom die wordt gebruikt om de batterij op te laden en houdt deze op een nominale waarde. Het voorkomt schommelingen die de levensduur van de batterij kunnen verkorten.

Accuspanningsdetectiecircuit

In sommige gevallen kan de batterij leeg raken. Dit circuit detecteert de omvormerspanning die nodig is om de batterij op te laden als dit gebeurt. Het helpt ook bij het druppelsgewijs opladen van de batterij zodra deze volledig is opgeladen.

AC-detectiecircuit

Deze detecteert of het lichtnet aanwezig is. Stel dat deze aanwezig is, dan schakelt de omvormer naar een laadtoestand. Bij afwezigheid gaat het naar de batterijmodus.

Soft-startcircuit

Dit circuit vertraagt ​​het opladen gedurende een periode van acht tot tien seconden nadat de stroomtoevoer is hervat. Het beschermt MOSFET's tegen hoog wisselstroomvermogen.

Circuit wijzigen

Het schakelt de bedrijfsmodi van de omvormer. Dit kan de oplaad- of batterijmodus zijn en is gebaseerd op de beschikbaarheid van het lichtnet.

Circuit afsluiten

Het controleert hoe de omvormer werkt en schakelt het uit in het geval dat het een afwijking detecteert. Het krijgt input van verschillende sensorcircuits.

PWM-controllercircuit

Hier regelt de schakeling de spanning aan de uitgang van de PWM-spanningsomvormer. In de meeste gevallen gebruiken ze een enkele IC zoals LM494 of KA3535. Alle circuits die nodig zijn voor de PWM-werking zijn meestal ingebouwd in die IC's.

Oplaadcircuit batterij

Deze schakeling regelt het laadproces van de batterij in de omvormer. Het ontvangt input van het stroomdetectiecircuit en de batterijsensorcircuits.

Oscillatorcircuit

In dit geval produceert de schakeling de schakelfrequentie. Het is meestal ingebouwd in het IC van de PWM.

Bestuurderscircuit

Hier stuurt de schakeling de uitgang aan op basis van het schakelsignaal van de omvormer. Het lijkt op het circuit van de voorversterker.

Typen PWM-omvormers

Kortom, een PWM-omvormer werkt onder twee signalen, namelijk het referentiesignaal en het draaggolfsignaal. Ze genereren de puls die nodig is om de modus van de omvormer te schakelen door deze signalen te vergelijken. Er zijn verschillende PWM-technieken. Deze omvatten:

Single Pulse Width Modulation (SPWM)

Fig 3:Een grafiek van SPWM

In dit geval gebruiken ze een enkele puls om de techniek in elke halfwaardetijd te reguleren. Hier gebruikt het een driehoekige golf als de drager en een blokgolf als het referentiesignaal.

Daarom is de gegenereerde poortpuls het resultaat van het vergelijken van deze signalen. Maar het veroorzaakt hogere harmonischen.

Meerdere pulsbreedtemodulatie (MPWM)

Fig 4: DC Motor PWM Snelheidsregelaar

Hier gebruiken ze deze techniek om het probleem te voorkomen dat kan ontstaan ​​door het gebruik van SPWM. Op dezelfde manier vervangen meerdere pulsen de enkele puls in elke halve cyclus van de uitgangsspanning. Bovendien regelen ontwikkelaars de uitgangsfrequentie door de frequentie van de draaggolf tijdens de montage te regelen.

MPWM-technologie wordt voornamelijk gebruikt door omvormers die motorbesturingssystemen met variabele frequentie aandrijven. Dit zorgt voor veel uitgangsfrequentie- en spanningsaanpassingen. Over het algemeen verbetert deze technologie de kwaliteit van de golfvorm.

Sinusvormige pulsbreedtemodulatie

Fig 5: Eenvoudige sinusgolf

In dit geval vervangt een sinusgolf de blokgolf als referentiesignaal. Ondertussen blijft de drager als een driehoekige golf. De uitvoer zal dus sinusvormige golfvormen zijn. Aan de andere kant regelt de modulatie-index de RMS-waarde van de spanning.

Sinusoïdale pulsbreedtemodulatie heeft echter twee belangrijke nadelen. Ten eerste kan het geen uitgangsspanning produceren die zo hoog is als de lijnvoeding. Ten tweede, als de output volledig sinusoïdaal PWM moet zijn; het is essentieel om kleine pulsen op te nemen. Bedrijven doen dit als de piekmodulatiegolf bijna hetzelfde niveau heeft als de piekdraaggolfspanning.

Het toevoegen van kleine pulsen kan bijna onmogelijk zijn vanwege de tijd die nodig is om apparaten aan en uit te zetten. Daarom elimineren de meeste industrieën de kleine pulsen om efficiëntieredenen.

Gewijzigde sinusvormige pulsbreedtemodulatie

Hier wordt het draaggolfsignaal in elke eerste en laatste halve cyclus binnengelaten 60° intervallen. Als zodanig verbetert deze wijziging de harmonische kenmerken van de uitvoer. De omschakeling vermindert het verlies en de overspanningen van de fundamentele component.

Conclusie

Concluderend, pulsbreedte-omvormers gebruiken PWM-technologie om de output op een nominale waarde te regelen, ongeacht de belasting. Vanwege hun efficiëntie hebben ze veel industriële toepassingen, bijvoorbeeld in DC-motor PWM-snelheidsregelaars. Hier regelt de frequentievariatie van de aangelegde spanning de snelheid van de omvormer.

Dat gezegd hebbende, dit is ons overzicht van hoe de PWM-omvormer werkt.

Als u echter vragen heeft, neem dan gerust contact met ons op.