Warum zwei Wechselrichter parallel?

Mein Kurslehrer für elektronische Instrumente stellte mir bei einer Prüfung das folgende Problem vor:

$\hskip{75pt}$

a) Welche Bedeutung hat es, die Parallelität zwischen den und für diese Schaltung herzustellen?$N7$$N8$

b) Wie hoch ist die effektive Spannung, die auf den Emissor des Stromkreises ausgeübt wird, wenn dies durch eine simetrische PWM stimuliert wird (Tastverhältnis = 50%)?

Ich studiere Physik und habe selbst in den Kursen des Kurses noch nie davon gehört. Nach der Prüfung sagte mein Lehrer, dass durch paralleles Anlegen von zwei Wechselrichtern die Impedanz um die Hälfte verringert wird, wodurch der Strom zum Emissor dupliziert wird, wodurch auch die Leistung dupliziert wird. Ich weiß, dass diese Eigenschaft analog zur Parallele zweier Widerstände mit demselben Wert ist. Mein Problem ist, wie man das visualisiert. Wechselrichteranschlüsse sind zu komplex, um mit Widerständen verglichen zu werden.

Wie würden Sie diese Fragen beantworten?

Diese "Logik-Ports" (ich würde sie "Wechselrichter" nennen, und einige Leute nennen sie "keine Gates") haben eine begrenzte Strom- / Leistungsabgabe. Durch paralleles Anschließen mehrerer Einheiten multiplizieren Sie einfach die aktuelle Laufwerksfähigkeit. Sie können mit zwei Pferden (oder Maultieren oder Ochsen) eine schwerere Last ziehen als mit einem.

Und als separate Angelegenheit multipliziert das Ansteuern jeder Seite des Wandlers mit einer Vollspannung, aber einem Gegenphasensignal auch die tatsächlich an die Last gelieferte Leistung. Das nennt man eine brückengebundene Last. Es ist häufig in Audioverstärkern zu finden, die mit begrenzter Leistung arbeiten. Vor allem Soundsysteme in Fahrzeugen, die bei einer Nennversorgung von 12 V große Leistungsmengen entwickeln.

Ref: https://en.wikipedia.org/wiki/Bridge-tied_load

Ein Treiber hat eine maximale Ausgangsstromkapazität. Wenn Sie zwei Treiber parallel schalten, wird die Ausgangsstromkapazität idealerweise verdoppelt. In der Realität wird es aufgrund von Beeinträchtigungen nicht immer genau verdoppelt, aber der Ausgangsstrom ist nahezu doppelt so hoch wie der Strom, den jeder Fahrer alleine liefern kann.

In Bezug auf die Spannung, wenn ein Treiber hoch (~ Vcc) ausgibt, gibt der andere niedrig aus und umgekehrt. Die Spannungsauslenkung des Ausgangs liegt also nahe bei 2 * Vcc.

Die Wechselrichter sind parallel geschaltet, so dass zusammen ein größerer Strom angesteuert werden kann, der idealerweise doppelt so hoch ist wie die Leistung des einzelnen Wechselrichters. Tatsächlich kann jeder Wechselrichter einen begrenzten Strom ansteuern, und dieser Wert ist im Gerätedatenblatt angegeben.

Ich möchte jedoch darauf hinweisen, dass diese Schaltung nur dann korrekt funktioniert, wenn die parallelen Wechselrichter vom Typ CMOS und nicht vom Typ TTL sind. In der Tat können Sie ohne Kompensationswiderstand nicht zwei BJTs parallel schalten, um einen größeren Strom zu erzielen: Aufgrund einer Nichtübereinstimmung von Gerät zu Gerät leitet einer der beiden BJTs einen größeren Teil des Stroms und er selbstständig Hitze. Dies wiederum erhöht den Strom, den BJT in einem positiven Feedback mit offensichtlichen Konsequenzen antreibt.

Um zu verdeutlichen, warum das Parallelschalten von zwei CMOS-Wechselrichtern einem "größeren Wechselrichter" entspricht, reicht es aus, die internen Schaltpläne des Wechselrichters (siehe unten) zu zeichnen und zwei davon parallel zu schalten.

Sie werden feststellen, dass die beiden pMOSFETs parallel sind. In ähnlicher Weise sind die beiden nMOSFETs parallel. Ich werde nur die nMOSFETs betrachten, aber das gleiche gilt für die pMOSFETs. Bei gegebenen VGS- und VDS-Werten (dh den Spannungen in Bezug auf Vss am Knoten A bzw. Q) ist der Strom der beiden MOSFETs gleich (unter der Annahme einer perfekten Übereinstimmung der Eigenschaften). Dies bedeutet, dass die resultierende Parallelschaltung der beiden Wechselrichter einen Strom ansteuern kann, der gegenüber einem Wechselrichter allein doppelt so hoch ist.

Man könnte sich fragen, warum es hier (im Gegensatz zu BJTs) sicher ist, parallele MOSFETs einzubauen. Dies liegt daran, dass bei steigender Temperatur der Drainstrom abnimmt. Mit anderen Worten, wenn es ein Ungleichgewicht der beiden Drainströme gibt, erwärmt sich der MOSFET, der den größeren Strom ansteuert. Dies führt zu einer negativen Rückkopplung (anstelle einer positiven), da der äquivalente Widerstand zunimmt und der Strom verringert wird.

Um den Punkt B zu beantworten, reicht es zu sehen, dass N7-8 von N6 angesteuert werden, wodurch der von N9-10 gesehene Logikpegel invertiert wird. Wenn N7-8 einen "hohen" Logikpegel ausgibt, gibt N9-10 daher einen "niedrigen" Logikpegel aus (und umgekehrt). Daher erhalten Sie eine symmetrische Rechteckwelle mit einer Amplitude von VDD-VSS (Spitze-Spitze-Wert: 2 * (VDD-VSS)). Der Kondensator C5 hat die Funktion, jegliche verbleibende Gleichstromkomponente zu blockieren, die aufgrund einer nicht perfekten Anpassung aller Wechselrichter und / oder aufgrund eines nicht perfekten Arbeitszyklus von 50% entstehen würde.

Wenn SENS1 - C5 nur von N7-8 (und nicht auch von N9-10) angesteuert worden wäre, wäre der SENS1 mit einer AC-Rechteckwelle mit Amplitude (VDD-VSS) / 2 (Spitze-Spitze-Wert von VDD-) angesteuert worden VSS. C5 würde nur die DC-Komponente entfernen (dh VDD-VSS).