¿Cómo se convierte una señal PWM a Sine usando un transformador?

Aquí hay una señal PWM enviada a un transformador y superpuesta en este diagrama es la onda sinusoidal que representa el PWM: -

Elsecundariodeltransformadorgeneralmentetieneuninductoryuncondensadorqueformanunfiltrodepasobajodesegundoorden,convirtiendoasílaseñalPWMen(másomenos)unaondasinusoidalbastantedecente.

Porejemplo,sitomaelcontenidodealtafrecuenciadelaformadeondaPWM,separeceaunaondacuadradaconunciclodetrabajovariableypuedefiltrarelpasobajoconbastantefacilidadparaobteneresto:-

Alaizquierdaestálaondacuadradaoriginal.Enelmediohaocurridounpocodefiltradoy,aladerecha,elfiltradoesmuchomayor.

Porlotanto,losbordesdealtafrecuenciadelaseñalPWMpuedenreducirseengranmedidadejandoelcontenidodebajafrecuenciaquerepresentalaondasinusoidal.Enefecto,obtienesalgoquenormalmenteseveasí:-

AúnpuedesverquelaformadeondatieneunpocodelaseñalPWMpero,engeneral,esunaondasinusoidal.

SisufrecuenciaPWMesde60kHzysuCAesde60Hz,podríacolocarunfiltroparateneruncortede600Hzyhabría2décadasentreély60kHz.Unfiltrodesegundoordenatenuaríalos60kHzen80dB(40dBpordécada):-

Puede notar que mencioné un filtro con un corte de 600 Hz y me pregunto por qué es la posición diez veces más alta que la AC 60Hz. Puede preguntar por qué no tenerlo a 60 Hz y esta sería una buena pregunta. La razón por la que no está en 60Hz es doble: -

1. Habría una atenuación 3dB del AC
2. Si el filtro fuera extremadamente resonante, consumiría grandes cantidades de corriente porque, en efecto, también es un circuito resonante en serie a través de la línea.

Debe colocarse lo más lejos posible de 60 Hz para evitar grandes corrientes circulantes en la L y en la C del filtro, PERO no quiere que se cierre a 60 kHz porque no filtrará la Contenido de alta frecuencia muy bien. Yo diría que el mínimo es de 100 Hz y debería estar al menos a una década de la frecuencia PWM más baja (¡alerta de generalismo!).

La respuesta básica es mediante el filtrado de paso bajo . El "promedio" más lento de la forma de onda PWM es la señal de frecuencia de línea deseada (como 60 Hz). Sobre esta señal se superpone el corte de PWM de alta frecuencia.

La inductancia del transformador junto con cierta capacitancia en la salida forman un filtro de paso bajo L-C. Este filtro pasa la componente de 60 Hz con poca atenuación, pero atenúa en gran medida la frecuencia de corte de PWM a muchos kHz.

La conmutación de las fuentes de alimentación en general trabaja en este concepto. La señal de pulso contiene un componente deliberado de baja frecuencia, que idealmente es todo lo que llega a la salida.

Tienes dos opciones:
1. La CC de bajo voltaje se convierte en un paso a paso con PWM push-pull y transformador de ferrita step-up a alta frecuencia, también puede ser un convertidor de retorno o un convertidor PWM de fase desplazada en lugar de push-pull. En el secundario del transformador HF hay un rectificador con tapas y se obtiene el voltaje de CC de alto voltaje. La segunda etapa es el puente H con PWM de onda sinusoidal que debe tener un filtro LC de paso bajo de salida para filtrar la alta frecuencia.
2. El voltaje de CC se invierte con la PWM de onda sinusoidal, luego se filtra con un filtro LC de paso bajo y luego se transforma en un transformador clásico.

Solo una pequeña adición a la respuesta de Andy. Si diseña con cuidado la forma de onda PWM, es posible mover la energía de los armónicos a frecuencias más altas para que sea más fácil filtrarlas. Echa un vistazo a la modulación de ancho de pulso de eliminación armónica. He hecho un pequeño escrito sobre esto. enlace