Vytvořte tento obvod 1 kVA (1 000 W) čistého sinusového měniče

Relativně jednoduchý 1000 wattový čistý sinusový měnič je zde vysvětlen pomocí signálního zesilovače a výkonového transformátoru.

Jak je vidět na prvním níže uvedeném schématu, konfigurace je založena na jednoduchém MOSFETu určeném pro zesílení proudu při +/- 60 voltech tak, aby připojený transformátor odpovídal generování požadovaného výstupu 1 kva.

Obvodový provoz

Q1, Q2 tvoří počáteční stupeň diferenciálního zesilovače, který vhodně zvyšuje sinusový signál 1vpp na svém vstupu na úroveň, která se stane vhodnou pro zahájení budicího stupně složeného z Q3, Q4, Q5.

Tato fáze dále zvyšuje napětí tak, aby se stalo dostatečným pro řízení mosfetů.

Mechfety jsou také vytvořeny ve formátu push pull, který efektivně zamíchá celých 60 voltů napříč vinutí transformátoru 50krát za sekundu, takže výstup transformátoru generuje zamýšlených 1000 wattů AC na úrovni sítě.

Každý pár je zodpovědný za zpracování 100 wattů výstupu, společně všech 10 párů vypustí 1000 wattů do transformátoru.

Pro získání zamýšleného výstupu čisté sinusové vlny je vyžadován vhodný sinusový vstup, který je splněn pomocí jednoduchého obvodu generátoru sinusových vln.

Skládá se z několika opamps a několika dalších pasivních částí. Musí být provozováno s napětím mezi 5 a 12. Toto napětí by mělo být vhodně odvozeno od jedné z baterií, které jsou zabudovány pro pohon obvodu měniče.

Střídač je napájen napětím +/- 60 voltů, které činí 120 V DC.

Tato obrovská úroveň napětí se získá vložením 10 nosů. 12 voltových baterií v sérii.

Obvod generátoru sinusové vlny

Níže uvedený diagram ukazuje jednoduchý obvod generátoru sinusových vln, který lze použít k řízení výše uvedeného obvodu invertoru, ale protože výstup z tohoto generátoru je přirozeně exponenciální, může způsobit velké zahřívání mosfetů.

Lepší možností by bylo začlenit obvod založený na PWM, který by zásoboval výše uvedený obvod vhodně optimalizovanými PWM impulzy ekvivalentními standardnímu sinusovému signálu.

Obvod PWM využívající IC555 byl také uveden v dalším diagramu, který může být použit pro spuštění výše uvedeného 1000 wattového invertorového obvodu.

Seznam dílů pro obvod sinusového generátoru

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

Seznam dílů pro střídač

Q1, Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4, Q5 = BD139

Všechny N-kanálové MOSFETy jsou = K1058

Všechny M-kanály s kanálem P jsou = J162

Transformátor = 0-60V / 1000 wattů / výstup 110 / 220voltů 50Hz / 60Hz

Navrhovaný střídač o výkonu 1 kva popsaný ve výše uvedených částech může být mnohem efektivnější a menší, jak je uvedeno v následujícím návrhu:

Jak připojit baterie

Diagram také ukazuje způsob připojení baterie a připojení napájení pro sinusovou vlnu nebo oscilátor PWM.

Zde byly použity pouze čtyři mosfety, které by mohly být IRF4905 pro p-kanál a IRF2907 pro n-kanál.

Kompletní design obvodu invertoru 1 kva s 50 Hz sinusovým oscilátorem

Ve výše uvedené části jsme se dozvěděli design celého můstku, do kterého jsou zapojeny dvě baterie pro dosažení požadovaného výkonu 1 kva. Nyní prozkoumejme, jak by bylo možné zkonstruovat návrh celého mostu pomocí 4N kanálového MOSFETu a pomocí jediné baterie.

Následující část ukazuje, jak lze vytvořit obvod můstku 1 KVA s plným můstkem, aniž by bylo nutné začlenit komplikované sítě nebo čipy vysokých ovladačů.

Používání Arduina

Výše vysvětlený obvod 1kva sinusového měniče lze také řídit přes Arduino pro dosažení téměř prefektního sinusového výstupu.

Kompletní schéma zapojení založené na Arduinu je vidět níže:

Programový kód je uveden níže:

//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
}

Koncept Full-Bridge Inverter

Řízení celé mostní sítě MOSFET se 4 N-kanálovými MOSFETy není nikdy snadné, spíše vyžaduje přiměřeně složité obvody zahrnující složité sítě vysokých ovladačů.

Pokud studujete následující obvod, který jsem vyvinul já, zjistíte, že koneckonců není tak těžké navrhnout takové sítě a lze to udělat i s běžnými součástmi.

Budeme studovat koncept pomocí zobrazeného schématu zapojení, které je ve formě upraveného invertorového obvodu 1 kva využívajícího 4 N-kanálové mosfety.

Jak všichni víme, když jsou 4 N-kanálové mosfety zapojeny do Síť H-Bridge , síť bootstrappingu se stává nezbytnou pro řízení vysoké strany nebo horních dvou mosfetů, jejichž odtoky jsou připojeny k vysoké straně nebo k baterii (+) nebo pozitivu daného napájení.

V navrhovaném designu je bootstrappingová síť vytvořena pomocí šesti NOT bran a několika dalších pasivních komponent.

Výstup brány NOT, které jsou konfigurovány jako vyrovnávací paměti, generují napětí dvakrát větší než rozsah napájení, což znamená, že pokud je napájení 12V, výstupy brány NOT generují kolem 22V.

Toto zesílené napětí se přivádí na brány vysokofrekvenčních mosfetů prostřednictvím vývodů emitorů dvou příslušných tranzistorů NPN.

Protože tyto tranzistory musí být přepínány takovým způsobem, aby diagonálně protilehlé mosfety vedly současně, zatímco diagonálně spárované mosfety na obou ramenech mostu vedly střídavě.

Tuto funkci efektivně zvládá vysoký generátor IC 4017 se sekvenčním výstupem, který se odborně nazývá Johnson děleno 10 čítačem / děličem IC.

Bootstrapping Network

Frekvence řízení výše uvedeného integrovaného obvodu je odvozena ze samotné bootstrappingové sítě, aby se zabránilo potřebě externího oscilátorového stupně.

Frekvence bootstrappingové sítě by měla být upravena tak, aby se výstupní frekvence transformátoru optimalizovala na požadovaný stupeň 50 nebo 60 Hz, podle požadovaných specifikací.

Během sekvenování spouštějí výstupy IC 4017 připojené mosfety odpovídajícím způsobem a vytvářejí požadovaný push-pull efekt na připojeném vinutí transformátoru, který aktivuje funkci měniče.

Tranzistor PNP, který lze připojit k tranzistorům NPN, zajišťuje, že hradlová kapacita mosfetů je v průběhu akce účinně vybita, což umožňuje efektivní fungování celého systému.

Připojení pinoutů k mosfetům lze měnit a měnit podle individuálních preferencí, což může také vyžadovat zapojení připojení resetovacího kolíku # 15.

Obrázky vln

Výše uvedený design byl testován a ověřen panem Robinem Peterem, jedním z vášnivých fandů a přispěvatelem do tohoto blogu, během procesu testování zaznamenal následující obrázky křivek.