クラスD正弦波インバータ回路

クラスDアンプを使用した正弦波インバーターは、小さな正弦波入力周波数を同等の正弦波PWMに変換することで機能し、最終的には HブリッジBJTドライバー DCバッテリーソースから主正弦波AC出力を生成するため。

クラスDアンプとは

の動作原理 クラスDアンプ 実際にはシンプルですが非常に効果的です。オーディオ信号や発振器からの正弦波形などの入力アナログ信号は、SPWMとも呼ばれる同等のPWMに切り刻まれます。

これらの正弦等価PWMまたは SPWM sはパワーBJTステージに供給され、そこで大電流で増幅され、昇圧トランスの一次側に適用されます。

トランスは最終的に、正弦等価SPWMを220Vまたは120Vの正弦波ACに変換します。その波形は、発振器からの入力正弦波信号に正確に一致します。

クラスDインバーターの利点

クラスDインバーターの主な利点は、合理的な低コストでの高効率（ほぼ100％）です。

クラスDアンプ 構築とセットアップが簡単であるため、ユーザーは多くの技術的な手間をかけずに、効率的で高出力の正弦波インバーターを迅速に製造できます。

BJTはPWMで動作する必要があるため、BJTをより低温で効率的に動作させることができ、これにより、BJTはより小さなヒートシンクで動作することができます。

実用的なデザイン

次の図に、実用的なクラスDインバータ回路の設計を示します。

IC74HC4066をIC4066に置き換えることができます。その場合、個別の5Vは不要であり、回路全体に共通の12Vを使用できます。

pwmクラスDインバーターの動作はかなり簡単です。正弦波信号は、オペアンプA1ステージによって、電子スイッチES1〜ES4を駆動するのに十分なレベルに増幅されます。

電子スイッチES1〜ES4が開閉し、トランジスタT1〜T4ブリッジのベース間に長方形のパルスが交互に生成されます。

PWMまたはパルスの幅は、入力正弦波信号によって変調され、電力トランジスタと変圧器に正弦波等価PWMが供給され、最終的に、変圧器の2次側の出力で目的の220Vまたは120Vの正弦波主ACが生成されます。

ES1〜ES4出力から生成される矩形信号のデューティファクタは、増幅された入力正弦波信号の振幅によって変調されます。これにより、正弦波RMSに比例した出力スイッチングSPWM信号が発生します。したがって、出力パルスのオン時間は、入力正弦波信号の瞬間的な振幅に一致します。

オン時間とオフ時間の切り替え周期間隔によって、一定になる周波数が決まります。

その結果、入力信号がない場合でも、均一な寸法の矩形信号（方形波）が作成されます。

トランスの出力でかなり良好な正弦波を実現する方法として、ES1からの方形波の周波数は、入力正弦波の最高周波数の少なくとも2倍にする必要があります。

アンプとしての電子スイッチ

の標準的な動作 PWMアンプ ES1 --- ES4の周りに作られた4つの電子スイッチによって実装されます。ゼロレベルのオペアンプ入力の入力により、コンデンサC7がR8を介して充電され、C7の両端の電圧がES1をオンにするのに十分なレベルに達すると仮定します。

ES1が閉じ、レベルがES1のスイッチオンレベルを下回るまでC7の放電を開始します。 ES1がオフになり、C7の充電が再開され、C7とR8の値によって決定されるように、サイクルは50kHzのレートで急速にオン/オフになります。

ここで、オペアンプの入力に正弦波が存在することを考慮すると、C7の充電サイクルに効果的に強制変動が発生し、ES1出力のPWMスイッチングがの立ち上がりと立ち下がりのシーケンスに従って変調されます。正弦波信号。

ES1からの出力矩形波は、入力正弦波信号に応じてデューティファクタが変化するSPWMを生成します。

これにより、正弦波に相当するSPWMがT1 --- T4ブリッジ間で交互に切り替えられ、変圧器の1次側が切り替えられ、変圧器の2次線から必要なAC主電源が生成されます。

二次AC電圧は一次SPWMスイッチングに従って生成されるため、結果として得られるACは、入力正弦波信号と完全に等価な正弦波ACになります。

正弦波発振器

上で説明したように、クラスDインバーターアンプには、正弦波ジェネレーター回路からの正弦波信号入力が必要です。

次の画像は、PWMインバーターと効果的に統合できる非常に単純なシングルトランジスタ正弦波ジェネレータ回路を示しています。

上記の頻度 正弦波発生器 は約250Hzですが、これは約50 Hzである必要があります。これは、C1 --- C3、およびR3、R4の値を適切に変更することで変更できます。

周波数が設定されると、この回路の出力はインバータボードのC1、C2入力にリンクできます。

PCB設計とトランス配線

パーツリスト

変圧器：0-9V / 220V電流、トランジスタのワット数とバッテリーのAh定格に依存します

仕様：

提案されているクラスDPWMインバーターは、小さな10ワットのテストサンプルプロトタイプです。 10ワットの低出力は、T1〜T4に低電力トランジスタを使用しているためです。

トランジスタをTIP147 / TIP142相補ペアに置き換えることにより、出力を100ワットに簡単にアップグレードできます。

12Vから24Vの間のどこでも、トランジスタに高いBUS DCラインを使用することで、さらに高いレベルに上げることができます。