Wie lege ich ein PWM-Signal auf die Primärseite eines Transformators, um auf der Sekundärseite eine synthetisierte Sinuswelle zu erhalten?

Ich versuche, ein sinusförmiges Signal zu erhalten ( F S ich N = 50 H z ) durch Verwendung eines Ferrittransformators. Ich werde ein PWM-Signal an der Primärseite anlegen ( 100 k H z ≤ F P W M ≤ 300 k H z ). Ich werde eine (oder zwei?) H-Brücken zum Ansteuern des Transformators verwenden. Welche Art von Schaltungstopologie sollte ich zum Anwenden dieser PWM verwenden?

Ich habe drei Möglichkeiten im Kopf, aber jede hat aus meiner Sicht ihren eigenen Fehler.

Wahl 1

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Bei diesem ersten Schema wird ein PWM-Signal in einer jeweiligen Richtung angelegt, um jeden positiven und negativen Zyklus der Sinuswelle zu erhalten. Meine Sorge ist die Gleichstromvorspannung an den Wicklungen, die den Transformatorkern sättigen oder ihn nahe dem Sättigungspunkt arbeiten lassen kann.

Wahl 2

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Die Primärspannung schwingt zwischen positiven und negativen Werten. Meine Sorge ist, dass während der Nulldurchgänge der Sinuswelle viel Energie zwischen den Sekundärwicklungen und dem LC-Filter schwingt (verschwendet wird?), da das Tastverhältnis der PWM etwa 0,5 beträgt.

Wahl 3

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Ähnlich wie beim ersten. Ich muss wegen der zusätzlichen Primärwicklungen zwei H-Brücken und mehr Fensterfläche des Transformators verwenden.

Welche dieser Topologien sind problematisch? Gibt es andere häufig verwendete Topologien? Wann jeweils verwenden?

Antworten (2)

Es gibt keinen wirklichen Unterschied zwischen "Wahl 1" und "Wahl 3", außer beim Antriebsmechanismus.

Es gibt keine echte "DC-Vorspannung", da sie nur für eine halbe Periode der Ausgangswellenform anhält. Dies ist nicht schlechter, als den Transformator mit einer tatsächlichen Sinuswelle anzutreiben.

Beachten Sie, dass der Transformator so konstruiert sein muss, dass er den Leistungspegel bei der Ausgangsfrequenz verarbeiten kann , nicht die PWM-Frequenz. Dies ist einer der Gründe, warum USVs im Allgemeinen kräftige Leistungstransformatoren in sich haben.

"Wahl 2" wird im Allgemeinen nur verwendet, wenn die Verzerrung der Wellenform das Hauptanliegen ist, wie bei Audio-Leistungsverstärkern der Klasse D. Ansonsten sind die beiden anderen Konfigurationen tendenziell effizienter.

Ich habe den Grund für das, was Sie in Ihrem dritten Absatz gesagt haben, nicht verstanden. Der Transformator überträgt die hochfrequenten PWM-Impulse, warum muss er für die niederfrequente Sinuswelle ausgelegt sein? Können Sie mir bitte einen Link geben, um mehr darüber zu lesen?
Der Transformator verarbeitet eine Überlagerung mehrerer Signale. Ja, das PWM-Signal auf der Primärseite ist eines davon, aber auch die Ausgangssinuswellenform auf der Sekundärseite. Man kann sich das so vorstellen, dass die Spannungswellenform das von der H-Brücke erzeugte PWM-Signal ist, die Stromwellenform jedoch die Ausgangssinuswelle. Mit anderen Worten, selbst wenn die PWM-Wellenform 0 Volt beträgt, fließt immer noch ein kräftiger Strom durch den Transformator und die H-Brücke (Sie können ihn nicht einfach öffnen). Der Transformator muss all dies ohne Sättigung bewältigen können.

Dave hat Ihre Frage gut beantwortet, aber ich möchte auf ein zusätzliches Problem mit Auswahl 3 hinweisen.

Wahl 3 ist eine absolut praktikable Alternative, aber die Spannungen werden normalerweise umgedreht. Der Hauptvorteil des Ansteuerns eines Primärschalters mit Mittelabgriff besteht darin, dass beide Schalter auf der niedrigen Seite liegen können, was das Ansteuern im Allgemeinen erleichtert. Beispielsweise können sie NPN-Bipolartransistoren oder N-Kanal-FETs mit geerdetem Emitter (bipolar) oder Source (FET) sein. Der Mittelabgriff wird dann direkt mit der Stromversorgung verbunden.

Der Nachteil ist, dass die nicht angetriebene Seite der Primärseite wie eine Sekundärseite wirkt. Eine andere Möglichkeit, sich das vorzustellen, ist, dass die Primärwicklung wie ein Spartransformator funktioniert. Das Ergebnis ist, dass das nicht angesteuerte Ende der Primärseite auf die doppelte Versorgungsspannung geht. Das bedeutet, dass Ihre Low-Side-Schalter der doppelten Spannung standhalten müssen, als wenn eine normale Primärwicklung mit so etwas wie einer H-Brücke angesteuert würde.

Diese höhere Spannungsbelastung der Schalter ist einer der Gründe, warum Sie bei niedriger Eingangsspannung häufiger Primärkreise mit Mittenabgriff sehen. Wenn der Strom beispielsweise von einer 12-V-Batterie kommt, müssen die Schalter nur etwa 30 V handhaben. Es gibt viele nette FETs mit einer so niedrigen Nennspannung zur Auswahl. Wenn die Stromversorgung jedoch gleichgerichteter Wechselstrom ist, wären das zumindest hier in den USA 170 V. Die Schalter müssten mindestens 340 V aushalten, also wohl 400 V Geräte in der Praxis. Die verfügbaren Transistoren werden weniger sein, weniger wünschenswerte Eigenschaften haben und teurer sein. Wenn die Stromversorgung irgendwo auf der Welt gleichgerichtete Netzspannung ist, werden die Nennspannungen der Schalter wirklich unbequem.

Wie lege ich ein PWM-Signal auf die Primärseite eines Transformators, um auf der Sekundärseite eine synthetisierte Sinuswelle zu erhalten?
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