Zrób to 1KVA (1000 watów) czystego obwodu falownika sinusoidalnego

Stosunkowo prosty 1000-watowy obwód falownika o czystej fali sinusoidalnej został tutaj wyjaśniony przy użyciu wzmacniacza sygnału i transformatora mocy.

Jak widać na pierwszym schemacie poniżej, konfiguracja jest oparta na prostym mosfecie, zaprojektowanym do wzmacniania prądu przy +/- 60 V, tak aby podłączony transformator odpowiadał za generowanie wymaganej mocy wyjściowej 1 kva.

Działanie obwodu

Q1, Q2 tworzy początkowy różnicowy stopień wzmacniacza, który odpowiednio podnosi sygnał sinusoidalny 1vpp na swoim wejściu do poziomu, który staje się odpowiedni do zainicjowania stopnia sterującego składającego się z Q3, Q4, Q5.

Ten etap dodatkowo podnosi napięcie tak, że staje się wystarczające do napędzania mosfetów.

Mosfety są również tworzone w formacie push pull, który skutecznie przetasowuje całe 60 woltów na uzwojeniach transformatora 50 razy na sekundę, tak że wyjście transformatora generuje zamierzone 1000 watów prądu przemiennego na poziomie sieci.

Każda para jest odpowiedzialna za obsługę 100 watów mocy wyjściowej, razem wszystkie 10 par zrzuca 1000 watów do transformatora.

Aby uzyskać zamierzony czysty sygnał sinusoidalny, wymagane jest odpowiednie wejście sinusoidalne, które jest realizowane za pomocą prostego obwodu generatora przebiegu sinusoidalnego.

Składa się z kilku wzmacniaczy operacyjnych i kilku innych części pasywnych. Musi być eksploatowany z napięciami od 5 do 12. Napięcie to powinno być odpowiednio wyprowadzone z jednej z baterii, które są włączone do zasilania obwodu falownika.

Falownik jest zasilany napięciem +/- 60 V, czyli 120 V DC.

Ten ogromny poziom napięcia uzyskuje się poprzez umieszczenie 10 nn. akumulatorów 12 V połączonych szeregowo.

Obwód generatora fal sinusoidalnych

Poniższy schemat przedstawia prosty obwód generatora fali sinusoidalnej, który może być użyty do sterowania powyższym obwodem falownika, jednak ponieważ moc wyjściowa z tego generatora jest z natury wykładnicza, może powodować duże nagrzewanie się mosfetów.

Lepszą opcją byłoby włączenie obwodu opartego na PWM, który dostarczałby do powyższego obwodu odpowiednio zoptymalizowane impulsy PWM równoważne standardowemu sygnałowi sinusoidalnemu.

Obwód PWM wykorzystujący IC555 został również omówiony na następnym schemacie, który może być użyty do wyzwalania powyższego obwodu falownika o mocy 1000 W.

Lista części obwodu generatora sinusoidalnego

Wszystkie rezystory mają moc 1/8 wata, 1%, MFR
R1 = 14K3 (12K1 dla 60 Hz),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1 K,
R5, R6 = 2K2 (1K9 dla 60 Hz),
R9 = 20 tys
C1, C2 = 1 uF, TANT.
C3 = 2 µF, TANT (DWA 1 µF RÓWNOLEGŁE)
C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,
C5 = 100 µ / 50 v,
C8 = 22 µF / 25 V.
A1, A2 = TL 072

Lista części dla falownika

Q1, Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4, Q5 = BD139

Wszystkie mosfety z kanałem N mają wartość = K1058

Wszystkie mosfety kanału P mają wartość = J162

Transformator = 0-60 V / 1000 W / moc wyjściowa 110/220 V 50 Hz / 60 Hz

Proponowany falownik 1 kva omówiony w powyższych sekcjach może być znacznie usprawniony i zmniejszony, jak podano w następującym projekcie:

Jak podłączyć baterie

Schemat pokazuje również sposób podłączenia akumulatora oraz podłączenia zasilania dla przebiegu sinusoidalnego lub stopni oscylatora PWM.

Tutaj zastosowano tylko cztery mosfety, które mogą być IRF4905 dla kanału p i IRF2907 dla kanału n.

Kompletny projekt obwodu falownika 1 kVA z oscylatorem sinusoidalnym 50 Hz

W powyższej sekcji poznaliśmy projekt pełnego mostu, w którym do uzyskania wymaganej mocy wyjściowej 1 kva zaangażowane są dwie baterie. Przyjrzyjmy się teraz, jak można zbudować projekt pełnego mostu przy użyciu 4-kanałowego mosfetu i jednej baterii.

W poniższej sekcji pokazano, jak można zbudować obwód falownika o mocy 1 kVA w trybie pełnego mostka bez stosowania skomplikowanych sieci sterowników lub układów scalonych.

Korzystanie z Arduino

Wyżej wyjaśniony obwód falownika sinusoidalnego 1kva może być również napędzany przez Arduino, aby uzyskać prawie idealne wyjście fali sinusoidalnej.

Pełny schemat obwodu oparty na Arduino można zobaczyć poniżej:

Kod programu jest podany poniżej:

//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
}

Koncepcja falownika z pełnym mostkiem

Prowadzenie sieci mosfet z pełnym mostkiem, posiadającej 4 N-kanałowe mosfety, nigdy nie jest łatwe, wymaga raczej dość skomplikowanych obwodów, obejmujących złożone sieci sterowników high side.

Jeśli przestudiujesz poniższy obwód, który został przeze mnie opracowany, odkryjesz, że w końcu zaprojektowanie takich sieci nie jest takie trudne i można to zrobić nawet ze zwykłymi komponentami.

Przeanalizujemy tę koncepcję za pomocą pokazanego schematu obwodu, który ma postać zmodyfikowanego obwodu falownika 1 kva wykorzystującego 4 N-kanałowe mosfety.

Jak wszyscy wiemy, gdy 4 N-kanałowe mosfety są zaangażowane w Sieć mostka H. , sieć ładowania początkowego staje się niezbędna do napędzania strony wysokiego lub dwóch górnych mosfetów, których odpływy są podłączone do strony wysokiego napięcia lub akumulatora (+) lub plusa danego zasilania.

W proponowanym projekcie sieć ładowania początkowego jest tworzona za pomocą sześciu bramek NOT i kilku innych elementów pasywnych.

Wyjście bramek NOT, które są skonfigurowane jako bufory, generuje napięcie dwukrotnie większe niż zakres zasilania, co oznacza, że ​​jeśli napięcie wynosi 12 V, wyjścia bramki NOT generują około 22 V.

To podwyższone napięcie jest doprowadzane do bramek mosfetów z wysokim napięciem poprzez wyprowadzenia emitera dwóch odpowiednich tranzystorów NPN.

Ponieważ tranzystory te muszą być przełączane w taki sposób, aby mosfety po przekątnej przewodziły w czasie, podczas gdy mosfety sparowane po przekątnej na obu ramionach mostka działały naprzemiennie.

Ta funkcja jest efektywnie obsługiwana przez sekwencyjny generator wysokiego napięcia wyjściowego IC 4017, który technicznie nazywa się Johnson dzielenie przez 10 liczników / dzielników IC.

Sieć ładowania początkowego

Częstotliwość sterująca dla powyższego układu scalonego pochodzi z samej sieci ładowania początkowego, aby uniknąć potrzeby stosowania zewnętrznego stopnia oscylatora.

Częstotliwość sieci ładowania początkowego powinna być dostosowana tak, aby częstotliwość wyjściowa transformatora została zoptymalizowana do wymaganego stopnia 50 lub 60 Hz, zgodnie z wymaganymi specyfikacjami.

Podczas sekwencjonowania, wyjścia układu IC 4017 wyzwalają podłączone mosfety odpowiednio, wytwarzając wymagany efekt przeciwsobny na dołączonym uzwojeniu transformatora, który aktywuje działanie falownika.

Tranzystor PNP, który można obserwować dołączony do tranzystorów NPN, zapewnia, że ​​pojemność bramki mosfetów jest skutecznie rozładowywana w trakcie działania, umożliwiając sprawne działanie całego układu.

Połączenia pinów z mosfetami mogą być zmieniane i zmieniane zgodnie z indywidualnymi preferencjami, może to również wymagać zaangażowania połączenia pin # 15 resetowania.

Obrazy przebiegów

Powyższy projekt został przetestowany i zweryfikowany przez pana Robina Petera, jednego z zapalonych hobbystów i współautora tego bloga, podczas procesu testowania zarejestrował następujące obrazy fal.