Vytvorte tento obvod invertora s čistou sínusovou vlnou 1 kVA (1 000 W)

Tu je vysvetlený pomerne jednoduchý obvod invertora s čistou sínusovou vlnou s výkonom 1 000 W, ktorý používa zosilňovač signálu a výkonový transformátor.

Ako je vidieť na prvom diagrame nižšie, konfigurácia je jednoduchá na báze mosfetov určených na zosilnenie prúdu pri +/- 60 voltoch tak, aby pripojený transformátor zodpovedal generovaniu požadovaného výstupu 1 kva.

Prevádzka obvodu

Q1, Q2 tvoria počiatočný stupeň diferenciálneho zosilňovača, ktorý vhodne zvyšuje sínusový signál 1vpp na svojom vstupe na úroveň, ktorá je vhodná na spustenie budiaceho stupňa zloženého z Q3, Q4, Q5.

Tento stupeň ďalej zvyšuje napätie tak, aby bolo dostatočné na napájanie mosfetov.

Mechfety sú tiež vytvorené vo formáte push-pull, ktorý efektívne zamieša celých 60 voltov na vinutia transformátora 50-krát za sekundu, takže výstup transformátora generuje zamýšľaných 1 000 wattov striedavého prúdu na úrovni siete.

Každý pár je zodpovedný za spracovanie 100 wattov výstupu, spolu všetkých 10 párov vypustí 1 000 wattov do transformátora.

Na získanie zamýšľaného výstupu čistej sínusovej vlny je potrebný vhodný sínusový vstup, ktorý je splnený pomocou jednoduchého obvodu generátora sínusových vĺn.

Skladá sa z niekoľkých opampov a niekoľkých ďalších pasívnych častí. Musí sa prevádzkovať s napätím od 5 do 12. Toto napätie by malo byť vhodne odvodené od jednej z batérií, ktoré sú súčasťou napájania obvodu meniča.

Menič je napájaný napätím +/- 60 voltov, ktoré predstavuje 120 V ss.

Táto obrovská úroveň napätia sa získa vložením 10 nosov. 12 voltových batérií v sérii.

Obvod generátora sinusovej vlny

Nižšie uvedený diagram zobrazuje jednoduchý obvod generátora sínusových vĺn, ktorý sa môže použiť na riadenie vyššie uvedeného obvodu invertora, pretože však výstup z tohto generátora je svojou povahou exponenciálny, môže spôsobiť veľké zahriatie mosfetov.

Lepšou možnosťou by bolo zabudovať obvod na báze PWM, ktorý by napájal vyššie uvedený obvod primerane optimalizovanými PWM impulzmi ekvivalentnými štandardnému sínusovému signálu.

Obvod PWM využívajúci IC555 bol tiež uvedený v nasledujúcom diagrame, ktorý je možné použiť na spustenie vyššie uvedeného 1000-wattového invertorového obvodu.

Zoznam náhradných dielov pre obvod sínusového generátora

Všetky rezistory sú 1/8 wattu, 1%, MFR
R1 = 14K3 (12K1 pre 60 Hz),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,
R5, R6 = 2K2 (1K9 pre 60 Hz),
R9 = 20 tis
C1, C2 = 1 uF, TANT.
C3 = 2µF, TANT (DVA 1 µF V PARALELNE)
C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,
C5 = 100µ / 50v,
C8 = 22 uF / 25V
A1, A2 = TL 072

Zoznam náhradných dielov pre invertor

Q1, Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4, Q5 = BD139

Všetky N-kanálové MOSFETy sú = K1058

Všetky mosfety s kanálom P sú = J162

Transformátor = 0-60V / 1000 wattov / výstup 110 / 220voltov 50Hz / 60Hz

Navrhovaný invertor s výkonom 1 kva, o ktorom sa hovorí v predchádzajúcich častiach, môže byť výrazne zjednodušený a zmenšený, ako je uvedené v nasledujúcom návrhu:

Ako pripojiť batérie

Schéma tiež zobrazuje spôsob pripojenia batérie a napájacie prípojky pre sínusovú vlnu alebo stupne PWM oscilátora.

Tu sa použili iba štyri mosfety, ktoré by mohli byť IRF4905 pre p-kanál a IRF2907 pre n-kanál.

Kompletný návrh obvodu invertora 1 kva so sínusovým oscilátorom 50 Hz

V predchádzajúcej časti sme sa naučili návrh úplného mostíka, v ktorom sú zapojené dve batérie na dosiahnutie požadovaného výkonu 1 kva. Teraz poďme preskúmať, ako by bolo možné skonštruovať návrh úplného mosta pomocou 4 N kanálového mosfetu a použitia jednej batérie.

V nasledujúcej časti je znázornené, ako je možné zostaviť obvod invertora 1 KVA s úplným premostením bez zabudovania zložitých sietí alebo čipov vysokej strany vodiča.

Pomocou Arduina

Vyššie vysvetlený obvod 1kva sínusového invertora možno tiež riadiť cez Arduino, aby sa dosiahol takmer prefektný výstup sínusového signálu.

Kompletnú schému zapojenia založenú na Arduine si môžete pozrieť nižšie:

Programový kód je uvedený nižšie:

//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
}

Koncepcia invertora celého mosta

Riadenie celej mostovej siete MOSFET so 4 N-kanálovými MOSFETmi nie je nikdy ľahké, skôr si vyžaduje primerane zložité obvody, ktoré zahŕňajú zložité siete ovládačov na vysokej strane.

Ak si preštudujete nasledujúci obvod, ktorý som vyvinul ja, zistíte, že nakoniec nie je také ťažké navrhnúť takéto siete a dá sa to zvládnuť aj s bežnými komponentmi.

Koncept preštudujeme pomocou znázornenej schémy zapojenia, ktorá má podobu upraveného invertorového obvodu s výkonom 1 kva využívajúceho 4 N-kanálové mosfety.

Ako všetci vieme, keď sú 4 N-kanálové mosfety zapojené do Sieť H-mostov , bootstrappingová sieť sa stáva nevyhnutnou pre riadenie vysokej strany alebo horných dvoch mosfetov, ktorých odtoky sú pripojené k vysokej strane alebo k batérii (+) alebo pozitívu daného napájania.

V navrhovanom dizajne je bootstrappingová sieť tvorená pomocou šiestich NOT brán a niekoľkých ďalších pasívnych komponentov.

Výstup hradiel NOT, ktoré sú nakonfigurované ako vyrovnávacie pamäte, generuje napätie dvojnásobné oproti napájaciemu rozsahu, čo znamená, že ak je napájanie 12V, výstupy brány NOT generujú okolo 22V.

Toto zosilnené napätie sa privádza na brány vysokofrekvenčných mosfetov prostredníctvom vývodov vysielača dvoch príslušných tranzistorov NPN.

Pretože tieto tranzistory musia byť prepínané tak, aby diagonálne protichodné mosfety postupovali súčasne, zatiaľ čo diagonálne spárované mosfety na dvoch ramenách mosta striedavo.

Túto funkciu efektívne zvláda vysoký generátor IC 4017 so sekvenčným výstupom, ktorý sa odborne nazýva Johnson delený 10 čítačom / deličom IC.

Sieť bootstrappingu

Hnacia frekvencia vyššie uvedeného integrovaného obvodu je odvodená od samotnej bootstrapovacej siete, aby sa zabránilo potrebe externého stupňa oscilátora.

Frekvencia bootstrapovacej siete by mala byť nastavená tak, aby sa výstupná frekvencia transformátora optimalizovala na požadovaný stupeň 50 alebo 60 Hz podľa požadovaných parametrov.

Počas sekvenovania výstupy IC 4017 spúšťajú pripojené mosfety, ktoré primerane vytvárajú požadovaný push-pull efekt na pripojenom vinutí transformátora, ktorý aktivuje fungovanie invertora.

Tranzistor PNP, ktorý je možné vidieť pripojený k tranzistorom NPN, zaisťuje, že hradlová kapacita mosfetov je v priebehu činnosti účinne vybitá, čo umožňuje efektívne fungovanie celého systému.

Pripojenie pinov k mosfetom je možné meniť a meniť podľa individuálnych preferencií, čo si tiež môže vyžadovať zapojenie resetovacieho kolíka # 15.

Obrazy kriviek

Vyššie uvedený návrh bol testovaný a overený pánom Robinom Petrom, jedným z nadšených fanúšikov a prispievateľom do tohto blogu, počas procesu testovania zaznamenal nasledujúce obrázky kriviek.