Feu aquest circuit d'inversor d'ona sinusoïdal pura d'1KVA (1000 watts)

Un circuit inversor d’ona sinusoïdal pura de 1000 watts relativament senzill s’explica aquí mitjançant un amplificador de senyal i un transformador de potència.

Com es pot veure al primer diagrama següent, la configuració és un simple mosfet dissenyat per amplificar el corrent a +/- 60 volts, de manera que el transformador connectat correspongui a generar la sortida d’1kva necessària.

Funcionament del circuit

Q1, Q2 forma l’etapa inicial de l’amplificador diferencial que eleva adequadament el senyal sinusoïdal d’1vpp a la seva entrada a un nivell que esdevé adequat per iniciar l’etapa controladora formada per Q3, Q4, Q5.

Aquesta etapa augmenta encara més la tensió de manera que es fa suficient per conduir els mosquetes.

Els mosfets també es formen en format push pull, que barreja efectivament els 60 volts sencers a través dels bobinats del transformador 50 vegades per segon, de manera que la sortida del transformador genera els 1000 watts de corrent altern previstos a nivell de xarxa.

Cada parell és responsable de manejar 100 watts de sortida, junts tots els 10 parells aboquen 1000 watts al transformador.

Per adquirir la sortida d’ona sinusoïdal pura prevista, es necessita una entrada sinusoïdal adequada que es compleixi amb l’ajut d’un circuit generador d’ona sinusoïdal senzilla.

Està format per un parell d’opamps i algunes altres parts passives. Ha de funcionar amb tensions entre 5 i 12. Aquest voltatge s’ha de derivar adequadament d’una de les bateries que s’incorporen per accionar el circuit de l’inversor.

L'inversor funciona amb tensions de +/- 60 volts que equivalen a 120 V CC.

Aquest enorme nivell de tensió s’obté posant 10 núms. de bateries de 12 volts en sèrie.

El circuit del generador de Sinewave

El diagrama que es mostra a continuació mostra un circuit senzill de generador d'ona sinusoïdal que es pot utilitzar per conduir el circuit inversor anterior, però, atès que la sortida d'aquest generador és exponencial per naturalesa, pot provocar un gran escalfament dels mosfets.

Una millor opció seria incorporar un circuit basat en PWM que subministrés el circuit anterior amb impulsos PWM adequadament optimitzats equivalents a un senyal sinusoïdal estàndard.

El circuit PWM que utilitza l'IC555 també s'ha referit al següent diagrama, que es pot utilitzar per activar el circuit inversor superior a 1000 watts.

Llista de peces per al circuit generador de sinus

Totes les resistències tenen 1/8 de watts, 1%, MFR
R1 = 14K3 (12K1 per a 60Hz),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,
R5, R6 = 2K2 (1K9 per a 60Hz),
R9 = 20.000
C1, C2 = 1µF, TANT.
C3 = 2µF, TANT (DOS 1µF EN PARAL·LEL)
C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,
C5 = 100µ / 50v,
C8 = 22µF / 25V
A1, A2 = TL 072

Llista de peces per a inversor

Q1, Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4, Q5 = BD139

Tots els mosfet de canal N són = K1058

Tots els mosfets del canal P són = J162

Transformador = 0-60V / 1000 watts / sortida 110 / 220volts 50Hz / 60Hz

El convertidor d’1 kva proposat que es discuteix a les seccions anteriors pot ser molt més racional i reduït de mida, tal com s’indica al disseny següent:

Com connectar les bateries

El diagrama també mostra el mètode de connexió de la bateria i les connexions de subministrament per a l'ona sinusoïdal o les etapes de l'oscil·lador PWM.

Aquí només s’han utilitzat quatre mosquetes que podrien ser IRF4905 per al canal p i IRF2907 per al canal n.

Disseny complet del circuit inversor d’1 kva amb oscil·lador sinusoïdal de 50 Hz

A la secció anterior hem après un disseny de pont complet en el qual intervenen dues bateries per aconseguir la sortida d’1kva necessària. Ara anem a investigar com es podria construir un disseny de pont complet amb un mosfet de canal de 4 N i amb una sola bateria.

A la secció següent es mostra com es pot construir un circuit inversor de pont complet d'1 KVA, sense incorporar complicades xarxes de controladors laterals o xips.

Utilitzant Arduino

El circuit inversor d’ona sinusoïdal de 1 kva explicat anteriorment també es pot conduir a través d’un Arduino per aconseguir gairebé una sortida d’ona sinusoïdal de prefecte.

A continuació es pot veure el diagrama complet del circuit basat en Arduino:

A continuació es dóna el codi del programa:

//code modified for improvement from http://forum.arduino.cc/index.php?topic=8563.0
//connect pin 9 -> 10k Ohm + (series with)100nF ceramic cap -> GND, tap the sinewave signal from the point at between the resistor and cap.
float wav1[3]//0 frequency, 1 unscaled amplitude, 2 is final amplitude
int average
const int Pin = 9
float time
float percentage
float templitude
float offset = 2.5 // default value 2.5 volt as operating range voltage is 0~5V
float minOutputScale = 0.0
float maxOutputScale = 5.0
const int resolution = 1 //this determines the update speed. A lower number means a higher refresh rate.
const float pi = 3.14159
void setup()
wav1[0] = 50 //frequency of the sine wave
wav1[1] = 2.5 // 0V - 2.5V amplitude (Max amplitude + offset) value must not exceed the 'maxOutputScale'
TCCR1B = TCCR1B & 0b11111000
void loop() {
time = micros()% 1000000
percentage = time / 1000000
templitude = sin(((percentage) * wav1[0]) * 2 * pi)
wav1[2] = (templitude * wav1[1]) + offset //shift the origin of sinewave with offset.
average = mapf(wav1[2],minOutputScale,maxOutputScale,0,255)
analogWrite(9, average)//set output 'voltage'
delayMicroseconds(resolution)//this is to give the micro time to set the 'voltage'
}
// function to map float number with integer scale - courtesy of other developers.
long mapf(float x, float in_min, float in_max, long out_min, long out_max)
{
return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min
}

El concepte d’inversors de pont complet

Conduir una xarxa de mosfet pont complet amb 4 mosfets de canal N mai és fàcil, sinó que requereix un circuit raonablement complex que impliqui xarxes de controladors de banda alta complexes.

Si estudieu el següent circuit que he desenvolupat jo, descobrireu que al cap i a la fi no és tan difícil dissenyar aquestes xarxes i es pot fer fins i tot amb components normals.

Estudiarem el concepte amb l'ajuda del diagrama de circuits que es mostra en forma d'un circuit inversor d'1 kva modificat que utilitza 4 mosquetes de canal N.

Com tots sabem, quan hi ha 4 mosquetes del canal N implicats en un Xarxa de pont H , es fa imprescindible una xarxa d’arrencada inicial per conduir el costat alt o els dos mosquetons superiors els drenatges dels quals estan connectats al costat alt o a la bateria (+) o el positiu del subministrament donat.

En el disseny proposat, la xarxa d’arrencada inicial es forma amb l’ajut de sis portes NO i d’altres components passius.

La sortida de les portes NOT que es configuren com a memòries intermèdies generen voltatge el doble que el rang d'alimentació, és a dir, si l'alimentació és de 12 V, les sortides de porta NO generen al voltant de 22 V.

Aquesta tensió augmentada s'aplica a les portes dels mosquetets laterals alts mitjançant els pinouts de l'emissor de dos transistors NPN respectius.

Atès que aquests transistors s'han de canviar de manera que els mosquetets diagonalment oposats es conductin alhora, mentre que els mosquetets aparellats diagonalment als dos braços del pont es comporten alternativament.

Aquesta funció és gestionada eficaçment pel generador d’alta sortida seqüencial IC 4017, que tècnicament s’anomena divisió de Johnson per 10 IC de comptador / divisor.

La xarxa d’arrencada

La freqüència de conducció del CI anterior es deriva de la pròpia xarxa d’arrencada per evitar la necessitat d’una etapa d’oscil·lador extern.

La freqüència de la xarxa d’arrencada s’ha d’ajustar de manera que la freqüència de sortida del transformador s’optimitzi al grau requerit de 50 o 60 Hz, segons les especificacions requerides.

Mentre seqüenciaven, les sortides de l'IC 4017 activen els mosfets connectats de manera adequada, produint l'efecte push-pull requerit al bobinatge del transformador adjunt que activa el funcionament del convertidor.

El transistor PNP que es pot veure unit als transistors NPN assegura que la capacitat de la porta dels mosfets es descarregui efectivament en el transcurs de l’acció per permetre un funcionament eficient de tot el sistema.

Les connexions de pinout als mosfets es poden modificar i canviar segons les preferències individuals, això també pot requerir la implicació de la connexió de pin de restabliment # 15.

Imatges de forma d'ona

El disseny anterior va ser provat i verificat pel senyor Robin Peter, un dels aficionats als aficionats i col·laborador d’aquest bloc, les següents imatges de formes d’ona van ser enregistrades per ell durant el procés de proves.