インバーターの電圧降下の問題–解決方法

正弦波出力を可能にするためにインバーターにPWMが採用されている場合は常に、 インバーター電圧 特にパラメータが正しく計算されていない場合、ドロップは大きな問題になります。

このWebサイトでは、PWMフィードまたはSPWM統合を使用した多くの正弦波および純粋な正弦波インバーターの概念に出くわした可能性があります。このコンセプトは非常にうまく機能し、ユーザーは必要な正弦波相当の出力を得ることができますが、負荷がかかると、出力電圧降下の問題に苦労しているようです。

この記事では、簡単な理解と計算を通じてこれを修正する方法を学びます。

まず、インバーターからの出力電力は、変圧器に供給されている入力電圧と電流の積にすぎないことを理解する必要があります。

したがって、ここでは、トランスが入力電源を処理するように正しく定格されていることを確認して、必要な出力を生成し、低下することなく負荷を維持できるようにする必要があります。

以下の説明から、パラメーターを正しく構成することにより、この問題を取り除く方法を簡単な計算で分析してみます。

方形波インバータの出力電圧の分析

方形波インバータ回路では、通常、パワーデバイス全体で以下に示すような波形が見られます。これらの波形は、この方形波を使用して、MOSFETの導通率に従って関連するトランス巻線に電流と電圧を供給します。

ここでは、ピーク電圧が12Vで、デューティサイクルが50％（波形のオン/オフ時間に等しい）であることがわかります。

分析を進めるには、まず、関連するトランス巻線に誘導される平均電圧を見つける必要があります。

センタータップ12-0-12V / 5アンペアの変圧器を使用していて、12V @ 50％のデューティサイクルが12V巻線の1つに適用されていると仮定すると、その巻線内に誘導される電力は次のように計算できます。

12 x 50％= 6V

これは、パワーデバイスのゲート間の平均電圧になります。パワーデバイスは、これに対応して、この同じレートで変圧器巻線を動作させます。

変圧器巻線の2つの半分について、6V + 6V = 12V（センタータップの変圧器の両方の半分を組み合わせたもの）。

この12Vに最大電流容量5アンペアを掛けると、60ワットになります。

変圧器の実際のワット数も12x 5 = 60ワットであるため、trafoの1次側で誘導される電力がいっぱいになり、出力もいっぱいになり、負荷がかかっても電圧が低下することなく出力を実行できるようになります。 。

この60ワットは、トランスフォーマーの実際のワット数定格に等しくなります。つまり、12V x5アンペア= 60ワットです。したがって、最大負荷60ワットが接続されている場合でも、変圧器からの出力は最大の力で動作し、出力電圧を低下させません。

PWMベースのインバータ出力電圧の分析

ここで、パワーMOSFETのゲート全体にPWMチョッピングを適用するとします。たとえば、MOSFETのゲートに50％のデューティサイクルのレートで（前述のように、メインオシレータから50％のデューティサイクルですでに実行されています）。

これは、以前に計算された6V平均が、50％のデューティサイクルのこのPWMフィードによってさらに影響を受け、MOSFETゲート間の平均電圧値が次のように減少することを意味します。

6V x 50％= 3V（ただし、ピークはまだ12Vです）

巻線の両方の半分についてこの3V平均を組み合わせると、

3 + 3 = 6V

この6Vに5アンペアを掛けると、30ワットになります。

まあ、これは変圧器が処理する定格よりも50％少ないです。

したがって、出力で測定すると、出力は完全な310Vを示す場合がありますが（12Vのピークのため）、負荷がかかると、一次側の平均電源が定格値より50％少ないため、これはすぐに150Vに低下する可能性があります。

この問題を修正するには、2つのパラメータに同時に取り組む必要があります。

1）トランス巻線がPWMチョッピングを使用してソースから供給される平均電圧値と一致することを確認する必要があります。

2）それに応じて、負荷時に出力ACが低下しないように巻線の電流を指定する必要があります。

50％PWMの導入により巻線への入力が3Vに減少した上記の例を考えてみましょう。この状況を強化して対処するには、トランスの巻線の定格を3Vにする必要があります。したがって、この状況では、トランスの定格は3-0-3Vである必要があります

変圧器の現在の仕様

3-0-3Vを超える変圧器の選択を考慮し、変圧器からの出力が60ワットの負荷と持続的な220Vで動作することを意図していることを考慮すると、変圧器の1次側の定格を60/3 = 20アンペアにする必要があります。 、はい、それは20アンペアであり、60ワットの全負荷が出力に接続されているときに220Vが維持されることを保証するためにtrafoが必要になります。

このような状況で無負荷で出力電圧を測定すると、600Vを超えているように見える出力電圧値の異常な増加が見られる場合があることを覚えておいてください。これは、MOSFET全体で誘導される平均値が3Vであるにもかかわらず、ピークが常に12Vであるために発生する可能性があります。

しかし、負荷がない状態でこの高電圧が発生した場合でも、負荷がかかるとすぐに220Vに落ち着くため、心配する必要はありません。

これを言ったが、ユーザーが無負荷でこのような電圧レベルの上昇を見るのがガタガタしていることに気付いた場合、これは追加で 出力電圧レギュレータ回路 以前の投稿の1つですでに説明しましたが、この概念でも同じことを効果的に適用できます。

あるいは、出力の両端に0.45uF / 600Vのコンデンサを接続するか、同様の定格のコンデンサを接続することで、高電圧表示を中和できます。これは、PWMを滑らかに変化する正弦波形にフィルタリングするのにも役立ちます。

高電流の問題

上記の例では、50％PWMチョッピングでは、12V電源に3-0-3Vのトラフォを使用する必要があり、ユーザーは60ワットを得るために20アンペアの変圧器を使用する必要があります。かなり不合理に見えます。

3Vが60ワットを取得するために20アンペアを必要とする場合、6Vが60ワットを生成するために10アンペアを必要とすることを意味し、この値は非常に扱いやすいように見えます.......またはそれをさらに良くするために9Vで作業できるようになります6.66アンペアのトランス。これはさらに合理的に見えます。

上記のステートメントは、トラフォ巻線の平均電圧誘導が増加すると、必要な電流が減少し、平均電圧がPWM ON時間に依存するため、トラフォ一次側でより高い平均電圧を達成することを意味します。 PWMオン時間を長くしすぎているだけです。これは、PWMベースのインバーターの出力電圧降下の問題を正しく強化するためのもう1つの代替的かつ効果的な方法です。

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