Большинство известных преобразователей постоянного напряжения в переменное имеют прямоугольный выходной сигнал. Но крутые фронты прямоугольных импульсов создают сильные помехи. Асинхронные двигатели при питании прямоугольным напряжением сильно шумят, нагреваются и имеют низкий К.П.Д. Эти проблемы устраняются, если питать нагрузку синусоидальным напряжением. Известны компьютерные источники бесперебойного питания, имеющие « синусоиду» на выходе с микропроцессорным управлением. Широкого распространения они не получили из-за большой стоимости (в разы большие, чем простые преобразователи). Но многие радиолюбители (и я в том числе) не имеют возможности использовать такую технику. Мало того, что нужно иметь программаторы, писать программы, выявлять и исправлять ошибки. Нужно еще и иметь дорогостоящее оборудование. Для получения «синусоиды» на выходе преобразователя обычно используют широтно-импульсную модуляцию. Мне хотелось получить «синусоиду» без использования микропроцессора и программатора. Проблема заключается в том, что широтно-импульсную модуляцию необходимо менять на каждом полупериоде синусоидального напряжения. На рис.1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя напряжения постоянного напряжения в переменное с синусоидальным выходом на базе обычных цифровых микросхем, причем чтобы устройство мог повторить радиолюбитель средней квалификации. Преобразователь выполнен по схеме полного моста, выполненного на четырех транзисторах VT1-VT4. Синусоидальный выходной сигнал формируется методом широтно-импульсной модуляции. Управляется мост двумя высокочастотными драйверами IR2110, способными перезаряжать затворы полевых транзисторов током до 2х ампер. Входное напряжение для этих драйверов должно находиться в пределах 10-15В. При снижении напряжения ниже 10В драйвер отказывается работать, так как он имеет встроенную схему контроля питающего напряжения. Повышение напряжения выше 15В приводит к выходу из строя драйверов или затворов полевых транзисторов. Максимальное напряжение между затвором и истоком 20В. Задающий генератор выполнен на микросхеме DA1. Частота его колебаний определяется величиной резистора R1, а скважность импульсов равная 2 определяется положением движка резистора R1. Выходной сигнал с задающего генератора поступает на две последовательно соединенные интегрирующие цепочки R5C3 и R6C2, а также на одновибратор, выполненный на D-триггере микросхемы DD1.1. Выходной сигнал интегрирующей цепочки представляет собой приближенную синусоиду с периодом в 10мсек. Выходной сигнал одновибратора – прямоугольный импульс длительностью 0.5 мсек. и периодом в 10мсек. Длительность импульса можно регулировать, изменяя величину резистора R7. На D-триггере микросхемы DD1 построен делитель частоты на 2, т.е. период выходного сигнала равен 20 мсек. (частота 50Гц). Из прямых и инверсных выходных сигналов триггера DD1.2 и выходного сигнала одновибратора DD1.1 логические элементы DD3.1 ,DD3.2 формируют сигналы управления силовыми ключами моста. Широтно-импульсный модулятор построен на микросхеме DD3, содержащей два инвертора и полевые (р-канальные и n-канальные) транзисторы. Западный аналог этой микросхемы-CD4007. Выходное сопротивление этих транзисторов почти линейно зависит от входного напряжения. На инверторах выполнен мультивибратор по стандартной схеме. Полевые транзисторы включены через диоды VD3-VD4 параллельно резистору R8. При высоком уровне на выходе генератора диод VD4 может проводить, т.е. выходное сопротивление р-канала включено параллельно с резистором R7. Подобным образом выходное сопротивление n-канала включается параллельно резистору R7 при низком уровне на выходе генератора. Широтно-импульсный модулятор реализуется изменением скважности импульсов генератора в соответствии с входным напряжением, поступающим с интегрирующей цепочки R5C3,R6C2. Само изменение частоты колебаний минимально зависит от скважности, т.к. выходное сопротивление одного транзистора возрастает, а другого всегда уменьшается при любой величине управляющего напряжения. Таким образом, среднее за период значение шунтирующего резистор R7 сопротивления остается постоянным. Частота колебаний генератора соответствует 2 кГц. Увеличение управляющего напряжения, поступающего на модулятор приводит к увеличению длительности выходных импульсов. Уменьшение управляющего напряжения соответственно к уменьшению длительности импульсов выходного сигнала. Частота колебаний остается неизменной. На рис.2 представлены временные диаграммы сигналов в определенных точках преобразователя, где: 1 –выходной сигнал задающего генератора. 2-выходной сигнал одновибратора. 3- выходной сигнал делителя на 2 (DD1.2) вывод13. 4- инверсный выходной сигнал делителя на 2 (DD1.2) вывод12. 5-результ сложения прямого сигнала делителя на 2 и выходного сигнала одновибратора. 6- результат сложения инверсного сигнала делителя на 2 и выходного сигнала одновибратора.7- выходной сигнал логического элемента DD3.1 без высокочастного заполнения с широтно-импульсного модулятора, 9- с заполнением. 8- выходной сигнал логического элемента DD3.2 без высокочастотного заполнения с широтно-импульсного модулятора, 10 – с заполнением. 12 – сигнал на первичной обмотке трансформатора TV1. От длительности импульса одновибратора зависит величина зазора между включением силовых ключей. Это необходимо для того, чтобы силовые ключи не оказались одновременно открытыми. Диоды VD7-VD10 устанавливаются в том случае, когда силовые транзисторы не имеют внутреннего диода. Мощность преобразователя зависит от типа примененных полевых транзисторов. Полевые транзисторы, а также транзисторы IGBT можно ставить параллельно для увеличения мощности преобразователя. Если требуется преобразователь напряжения на другую частоту, скажем на 400Гц, то необходимо изменить частоту задающего генератора и довести её до 800Гц, путем уменьшения величины резистора R1. Кроме этого необходимо уменьшить величину резистора R6, чтобы уменьшить величину зазора между импульсами. Частота широтно-импульсного модулятора также должна быть увеличена до 5 кГц, путем уменьшения величины конденсатора С4 до 470пФ. Трансформатор TV1 должен быть выбран на соответствующую рабочую частоту преобразователя. Дроссель L1 служит для устранения влияния работы силовых ключей на питающее напряжение платы управления. Диод VD11препятствует разряду конденсатора С5 на источник питания преобразователя в момент включения силовых ключей. Драйверы DA2,DA3 имеют вход SD, при подаче на него сигнала высокого уровня они запираются, и преобразователь не работает. Это можно использовать для защиты преобразователя от перегрузки. Печатная плата имеет размеры 105мм*51мм.
Широтно-импульсный модулятор на одной КМОП микросхеме. Электроника №13, 1977г, с.55.
