Qué es un inversor PWM : Tipos y sus aplicaciones

Los inversores de anchura de pulso modulada (inversores PWM) han sustituido a las antiguas versiones de los inversores y tienen una amplia gama de aplicaciones. Prácticamente se utilizan en los circuitos de electrónica de potencia. Los inversores basados en la tecnología PWM poseen MOSFETs en la etapa de conmutación de la salida. La mayoría de los inversores disponibles hoy en día poseen esta tecnología PWM y son capaces de producir una tensión alterna de diferentes magnitudes y frecuencias. Hay múltiples circuitos de protección y control en este tipo de inversores. La implementación de la tecnología PWM en los inversores los hace adecuados e ideales para las distintas cargas conectadas.


¿Qué es un inversor PWM?

Un inversor cuya funcionalidad depende de la tecnología de modulación del ancho de pulso se denomina inversor PWM. Estos son capaces de mantener las tensiones de salida como las tensiones nominales según el país, independientemente del tipo de carga conectada. Esto se puede conseguir cambiando la anchura de la frecuencia de conmutación en el oscilador.

Diagrama del circuito del inversor PWM

El diagrama del circuito del inversor PWM se muestra en el siguiente diagrama

Diagrama del circuito del inversor PWM

Hay varios circuitos utilizados en los inversores PWM. Algunos de ellos se enumeran a continuación

Circuito del sensor de corriente de carga de la batería

La finalidad de este circuito es detectar la corriente utilizada en la carga de la batería y mantenerla en el valor nominal. Es importante evitar las fluctuaciones para proteger la vida útil de las baterías.

Circuito de detección de la tensión de la batería

Este circuito se utiliza para detectar el voltaje necesario para cargar la batería cuando se agota y para iniciar la carga por goteo de la batería una vez que está completamente cargada.

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Circuito de detección de la red de CA

Este circuito sirve para detectar la disponibilidad de la red eléctrica de CA Si está disponible, el inversor estará en estado de carga y en ausencia de red el inversor estará en modo batería.

Circuito de arranque suave

Se utiliza para retrasar la carga de 8 a 10 segundos después de reanudar la alimentación. Sirve para proteger los MOSFETs de las altas corrientes. También se denomina retardo de la red.

Circuito de conmutación

En función de la disponibilidad de la red, este circuito cambia el funcionamiento del inversor entre el modo de batería y el de carga.

Circuito de desconexión

Este circuito sirve para vigilar de cerca el inversor y apagarlo cuando se produzca alguna anomalía.

Circuito controlador PWM

Para regular la tensión en la salida se utiliza este controlador. Los circuitos necesarios para realizar las operaciones PWM están incorporados en los CI y están presentes en este circuito.

Circuito de carga de la batería

Este circuito controla el proceso de carga de la batería en el inversor. La salida generada por el circuito sensor de la red eléctrica y los circuitos sensores de la batería son las entradas de este circuito.

Circuito oscilador

Este circuito se incorpora con el CI de PWM. Se utiliza para generar las frecuencias de conmutación.

Circuito conductor

La salida del inversor es accionada por este circuito en función de la señal de conmutación de frecuencia generada. Es similar al de un circuito preamplificador.

Sección de salida

Esta sección de salida está formada por un transformador elevador y se utiliza para accionar la carga.

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Principio de funcionamiento

El diseño de un inversor implica varias topologías de circuitos de potencia y los métodos para controlar la tensión. La parte más concentrada del inversor es su forma de onda generada en la salida. Para filtrar la forma de onda se utilizan inductores y condensadores. Para reducir los armónicos de la salida se utilizan filtros de paso bajo.

Si el inversor posee un valor fijo de frecuencias de salida, se utilizan filtros resonantes. Para las frecuencias ajustables en la salida, los filtros se sintonizan por encima del valor máximo de la frecuencia fundamental. La tecnología PWM modifica las características de la onda cuadrada. Los impulsos utilizados para la conmutación se modulan y regulan antes de suministrarlos a la carga conectada. Cuando no hay necesidad de controlar la tensión, se utiliza una anchura fija del impulso.

Tipos de inversores PWM y formas de onda

La técnica de PWM en un inversor consta de dos señales. Una señal es la de referencia y la otra será la portadora. El impulso necesario para conmutar el modo del inversor puede generarse mediante la comparación entre esas dos señales. Existen varias técnicas de PWM.

Modulación de ancho de pulso simple (SPWM)

Por cada medio ciclo, sólo hay un pulso disponible para controlar la técnica. La señal de onda cuadrada será de referencia y una onda triangular será la portadora. El pulso de puerta generado será el resultado de la comparación de la portadora y las señales de referencia. El mayor inconveniente de esta técnica son los armónicos elevados.

Modulación de ancho de pulso simple
Modulación de ancho de pulso simple

Modulación de ancho de pulso múltiple (MPWM)

La técnica MPWM se utiliza para superar el inconveniente de la SPWM. En lugar de un solo pulso, se utilizan múltiples pulsos para cada medio ciclo de la tensión en la salida. La frecuencia en la salida se controla controlando la frecuencia de la portadora.

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Modulación de ancho de pulso múltiple
Modulación de ancho de pulso múltiple

Modulación de anchura de pulso sinusoidal

En este tipo de técnica PWM, en lugar de una onda cuadrada, se utiliza una onda sinusoidal como referencia y la portadora será una onda triangular. La onda sinusoidal será la salida y su valor RMS de tensión está controlado por el índice de modulación.

Modulación de ancho de pulso sinusoidal
Modulación de la anchura de los impulsos sinusoidales

Modulación de ancho de pulso sinusoidal modificada

La onda portadora se aplica durante el primer y el último intervalo de sesenta grados por cada medio ciclo. Esta modificación se introduce para mejorar las características armónicas. Disminuye la pérdida por conmutación y aumenta la componente fundamental.

Modulación de ancho de pulso sinusoidal modificada
Modulación de ancho de pulso sinusoidal modificada

Aplicaciones

Los inversores PWM se utilizan habitualmente en los variadores de velocidad de CA, donde la velocidad del variador depende de la variación de la frecuencia de la tensión aplicada. La mayoría de los circuitos de la electrónica de potencia se pueden controlar mediante señales PWM. Para generar las señales en forma analógica a partir de dispositivos digitales como microcontroladoresla técnica PWM es beneficiosa. Además, hay varias aplicaciones en las que se utiliza la tecnología PWM en diferentes circuitos.

Así pues, se trata de una visión general del inversor PWM, sus tipos, su funcionamiento y sus aplicaciones. ¿Puedes describir cómo se utiliza la tecnología PWM en las telecomunicaciones?

Javired
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