Realizza questo circuito inverter a onda sinusoidale pura da 1KVA (1000 watt)

Un circuito inverter a onda sinusoidale pura relativamente semplice da 1000 watt viene spiegato qui utilizzando un amplificatore di segnale e un trasformatore di potenza.

Come si può vedere nel primo diagramma sottostante, la configurazione è basata su un semplice mosfet progettato per amplificare la corrente a +/- 60 volt in modo tale che il trasformatore collegato corrisponda a generare l'uscita di 1kva richiesta.

Funzionamento del circuito

Q1, Q2 forma lo stadio amplificatore differenziale iniziale che innalza opportunamente il segnale sinusoidale 1vpp al suo ingresso ad un livello che diventa idoneo per l'avvio dello stadio driver costituito da Q3, Q4, Q5.

Questa fase aumenta ulteriormente la tensione in modo tale che diventi sufficiente per pilotare i mosfet.

I mosfet sono anche formati nel formato push pull, che mescola efficacemente gli interi 60 volt attraverso gli avvolgimenti del trasformatore 50 volte al secondo in modo che l'uscita del trasformatore generi i 1000 watt CA previsti a livello di rete.

Ogni coppia è responsabile della gestione di 100 watt di uscita, insieme tutte le 10 coppie scaricano 1000 watt nel trasformatore.

Per acquisire l'uscita dell'onda sinusoidale pura prevista, è necessario un ingresso sinusoidale adatto che viene soddisfatto con l'aiuto di un semplice circuito generatore di onde sinusoidali.

È composto da un paio di operazionali e da poche altre parti passive. Deve funzionare con tensioni comprese tra 5 e 12. Questa tensione dovrebbe essere opportunamente derivata da una delle batterie che vengono incorporate per pilotare il circuito inverter.

L'inverter è azionato con tensioni di +/- 60 volt che equivalgono a 120 V CC.

Questo enorme livello di tensione si ottiene mettendo 10 nn. di batterie da 12 volt in serie.

Il circuito del generatore di onde sinusoidali

Il diagramma sotto riportato mostra un semplice circuito generatore di onde sinusoidali che può essere utilizzato per pilotare il circuito inverter di cui sopra, tuttavia poiché l'uscita da questo generatore è esponenziale per natura, potrebbe causare molto riscaldamento dei mosfet.

Un'opzione migliore sarebbe quella di incorporare un circuito basato su PWM che fornirebbe al circuito di cui sopra impulsi PWM opportunamente ottimizzati equivalenti a un segnale sinusoidale standard.

Il circuito PWM che utilizza l'IC555 è stato anche indicato nel diagramma successivo, che può essere utilizzato per attivare il circuito inverter da 1000 watt sopra.

Elenco delle parti per il circuito del generatore sinusoidale

Tutti i resistori sono 1/8 watt, 1%, MFR
R1 = 14K3 (12K1 per 60Hz),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,
R5, R6 = 2K2 (1K9 per 60Hz),
R9 = 20K
C1, C2 = 1µF, TANT.
C3 = 2µF, TANT (DUE 1µF IN PARALLELO)
C4, C6, C7 = 2 µ2 / 25 V,
C5 = 100µ / 50v,
C8 = 22µF / 25V
A1, A2 = TL 072

Elenco delle parti per inverter

Q1, Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4, Q5 = BD139

Tutti i mosfet a canale N sono = K1058

Tutti i mosfet del canale P sono = J162

Trasformatore = 0-60V / 1000 watt / uscita 110 / 220volt 50Hz / 60Hz

L'inverter da 1 kva proposto discusso nelle sezioni precedenti può essere molto snello e di dimensioni ridotte come indicato nel seguente progetto:

Come collegare le batterie

Il diagramma mostra anche il metodo di collegamento della batteria e le connessioni di alimentazione per l'onda sinusoidale o gli stadi dell'oscillatore PWM.

Qui sono stati usati solo quattro mosfet che potrebbero essere IRF4905 per il canale p e IRF2907 per il canale n.

Progettazione completa del circuito inverter da 1 kva con oscillatore sinusoidale da 50 Hz

Nella sezione precedente abbiamo appreso un progetto a ponte completo in cui sono coinvolte due batterie per ottenere l'uscita richiesta da 1 kva. Ora esaminiamo come potrebbe essere costruito un progetto di ponte completo utilizzando un mosfet a 4 canali N e utilizzando una singola batteria.

La sezione seguente mostra come è possibile costruire un circuito inverter da 1 KVA a ponte intero, senza incorporare complicate reti o chip high side driver.

Utilizzando Arduino

Il circuito dell'inverter sinusoidale da 1kva spiegato sopra può anche essere pilotato attraverso un Arduino per ottenere un'uscita sinusoidale quasi perfetta.

Lo schema del circuito completo basato su Arduino può essere visto di seguito:

Il codice del programma è fornito di seguito:

//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
}

Il concetto di inverter a ponte intero

Guidare una rete mosfet full bridge con 4 mosfet a canale N non è mai facile, piuttosto richiede circuiti ragionevolmente complessi che coinvolgono reti di driver high side complesse.

Se studi il seguente circuito che è stato sviluppato da me, scoprirai che dopotutto non è così difficile progettare tali reti e può essere fatto anche con componenti ordinari.

Studieremo il concetto con l'aiuto dello schema circuitale mostrato che è sotto forma di un circuito inverter da 1 kva modificato che impiega 4 mosfet a canale N.

Come tutti sappiamo, quando 4 mosfet a canale N sono coinvolti in un file Rete H-bridge , una rete di bootstrap diventa indispensabile per pilotare il lato alto oi due mosfet superiori i cui scarichi sono collegati al lato alto o alla batteria (+) o al positivo dell'alimentazione data.

Nel progetto proposto, la rete di bootstrap è formata con l'aiuto di sei porte NOT e pochi altri componenti passivi.

Le uscite delle porte NOT configurate come buffer generano una tensione doppia rispetto al range di alimentazione, ovvero se l'alimentazione è 12V, le uscite del gate NOT generano circa 22V.

Questa tensione aumentata viene applicata ai gate dei mosfet del lato alto tramite le piedinature dell'emettitore di due rispettivi transistor NPN.

Poiché questi transistor devono essere commutati in modo tale che i mosfet diagonalmente opposti conducano in un momento mentre i mosfet accoppiati diagonalmente sui due bracci del ponte conducano alternativamente.

Questa funzione è gestita efficacemente dal generatore sequenziale ad alta uscita IC 4017, che tecnicamente è chiamato Johnson divide per 10 contatore / divisore IC.

La rete di bootstrap

La frequenza di pilotaggio per il circuito integrato sopra è derivata dalla rete di bootstrap stessa solo per evitare la necessità di uno stadio oscillatore esterno.

La frequenza della rete di bootstrap deve essere regolata in modo tale che la frequenza di uscita del trasformatore venga ottimizzata al grado richiesto di 50 o 60 Hz, secondo le specifiche richieste.

Durante il sequenziamento, le uscite dell'IC 4017 attivano i mosfet collegati producendo in modo appropriato l'effetto push-pull richiesto sull'avvolgimento del trasformatore collegato che attiva il funzionamento dell'inverter.

Il transistor PNP che può essere visto collegato ai transistor NPN assicura che la capacità di gate dei mosfet venga effettivamente scaricata nel corso dell'azione per consentire un funzionamento efficiente dell'intero sistema.

Le connessioni di pinout ai mosfet possono essere alterate e cambiate secondo le preferenze individuali, questo potrebbe anche richiedere il coinvolgimento della connessione pin # 15 di reset.

Immagini delle forme d'onda

Il progetto di cui sopra è stato testato e verificato da Mr. Robin Peter, uno degli appassionati hobbisti e collaboratore di questo blog, le seguenti immagini della forma d'onda sono state registrate da lui durante il processo di test.