Ένα σχετικά απλό κύκλωμα μετατροπέα καθαρού ημιτονοειδούς κύματος 1000 watt εξηγείται εδώ χρησιμοποιώντας έναν ενισχυτή σήματος και έναν μετασχηματιστή ισχύος.

Όπως φαίνεται στο πρώτο διάγραμμα παρακάτω, η διαμόρφωση είναι μια απλή βασισμένη σε mosfet σχεδιασμένη για ενίσχυση ρεύματος στα +/- 60 βολτ έτσι ώστε ο συνδεδεμένος μετασχηματιστής να αντιστοιχεί στη δημιουργία της απαιτούμενης εξόδου 1kva.

Λειτουργία κυκλώματος

Τα Q1, Q2 σχηματίζουν το αρχικό στάδιο διαφορικού ενισχυτή που αυξάνει καταλλήλως το ημιτονοειδές σήμα 1vpp στην είσοδό του σε επίπεδο που καθίσταται κατάλληλο για εκκίνηση του σταδίου οδήγησης που αποτελείται από Q3, Q4, Q5.

Αυτό το στάδιο αυξάνει περαιτέρω την τάση έτσι ώστε να επαρκεί για την οδήγηση των mosfets.

Τα mosfets σχηματίζονται επίσης με τη μορφή ώθησης έλξης, η οποία ανακατεύει αποτελεσματικά ολόκληρα τα 60 βολτ κατά μήκος των περιελίξεων του μετασχηματιστή 50 φορές το δευτερόλεπτο έτσι ώστε η έξοδος του μετασχηματιστή να παράγει το επιδιωκόμενο 1000 Watt AC στο επίπεδο δικτύου.

Κάθε ζεύγος είναι υπεύθυνο για το χειρισμό 100 watt εξόδου, μαζί και τα 10 ζεύγη ρίχνουν 1000 watt στον μετασχηματιστή.

Για την απόκτηση της προβλεπόμενης παραγωγής καθαρού ημιτονοειδούς κυκλώματος, απαιτείται κατάλληλη ημιτονοειδής είσοδος η οποία ικανοποιείται με τη βοήθεια ενός απλού κυκλώματος δημιουργίας ημιτονοειδών κυμάτων.

Αποτελείται από μερικά opamps και μερικά άλλα παθητικά μέρη. Πρέπει να λειτουργεί με τάσεις μεταξύ 5 και 12. Αυτή η τάση πρέπει να προέρχεται κατάλληλα από μία από τις μπαταρίες που ενσωματώνονται για την οδήγηση του κυκλώματος μετατροπέα.

Ο μετατροπέας κινείται με τάσεις +/- 60 βολτ που ανέρχονται σε 120 V DC.

Αυτό το τεράστιο επίπεδο τάσης επιτυγχάνεται με την τοποθέτηση 10 nos. 12 volt μπαταριών σε σειρά.

Κύκλωμα μετατροπέα ημιτονοειδούς κύματος 1000 watt ή 1kva

Το κύκλωμα γεννήτριας Sinewave

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει ένα απλό κύκλωμα γεννήτριας ημιτονοειδούς κυκλώματος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση του παραπάνω κυκλώματος μετατροπέα, ωστόσο επειδή η έξοδος από αυτήν τη γεννήτρια είναι εκθετική από τη φύση της, μπορεί να προκαλέσει πολλή θέρμανση των mosfets.

Μια καλύτερη επιλογή θα ήταν να ενσωματωθεί ένα κύκλωμα βασισμένο σε PWM το οποίο θα τροφοδοτεί το παραπάνω κύκλωμα με κατάλληλα βελτιστοποιημένους παλμούς PWM ισοδύναμους με ένα τυπικό ημιτονοειδές σήμα.

Το κύκλωμα PWM που χρησιμοποιεί το IC555 έχει επίσης αναφερθεί στο επόμενο διάγραμμα, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση του παραπάνω κυκλώματος μετατροπέα 1000 watt.

Λίστα ανταλλακτικών για το κύκλωμα γεννήτριας ημιτόνου

Όλες οι αντιστάσεις είναι 1/8 watt, 1%, MFR
R1 = 14K3 (12K1 για 60Hz),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,
R5, R6 = 2K2 (1K9 για 60Hz),
R9 = 20Κ
C1, C2 = 1µF, TANT.
C3 = 2µF, TANT (ΔΥΟ 1μF IN PARALLEL)
C4, C6, C7 = 2μ2 / 25V,
C5 = 100μ / 50v,
C8 = 22µF / 25V
A1, A2 = TL 072

Λίστα ανταλλακτικών για μετατροπέα

Q1, Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4, Q5 = BD139

Όλα τα N-channel mosfet είναι = K1058

Όλα τα mosfets P-καναλιών είναι = J162

Μετασχηματιστής = 0-60V / 1000 watt / έξοδος 110 / 220volts 50Hz / 60Hz

Ο προτεινόμενος μετατροπέας 1 kva που συζητήθηκε στις παραπάνω ενότητες μπορεί να είναι πολύ απλοποιημένος και μειωμένος σε μέγεθος όπως δίνεται στον ακόλουθο σχεδιασμό:

Πώς να συνδέσετε μπαταρίες

Το διάγραμμα δείχνει επίσης τη μέθοδο σύνδεσης της μπαταρίας και τις συνδέσεις τροφοδοσίας για τα στάδια ημιτονοειδούς κύματος ή ταλαντωτή PWM.

Εδώ έχουν χρησιμοποιηθεί μόνο τέσσερα mosfets που θα μπορούσαν να είναι IRF4905 για το κανάλι p και IRF2907 για κανάλι n.

“Διάγραμμα κυκλώματος ελέγχου ταχύτητας κινητήρα 12 volt ”

Ολοκληρώστε το σχεδιασμό κυκλώματος μετατροπέα 1 kva με ταλαντωτή ημιτόνου 50 Hz

Στην παραπάνω ενότητα μάθαμε μια σχεδίαση γεμάτης γέφυρας στην οποία εμπλέκονται δύο μπαταρίες για την επίτευξη της απαιτούμενης εξόδου 1kva. Τώρα ας διερευνήσουμε πώς θα μπορούσε να κατασκευαστεί ένας σχεδιασμός πλήρους γέφυρας χρησιμοποιώντας mosfet καναλιών 4 Ν και χρησιμοποιώντας μία μπαταρία.

Η ακόλουθη ενότητα δείχνει πώς μπορεί να κατασκευαστεί ένα κύκλωμα μετατροπέα 1 KVA με πλήρη γέφυρα χρησιμοποιώντας, χωρίς να ενσωματώνει πολύπλοκα δίκτυα ή μάρκες υψηλών πλευρών.

Χρησιμοποιώντας το Arduino

Το παραπάνω εξηγημένο κύκλωμα μετατροπέα 1kva sinewave μπορεί επίσης να οδηγηθεί μέσω ενός Arduino για την επίτευξη σχεδόν εξόδου ενός νομαρχιακού σήματος.

Το πλήρες διάγραμμα κυκλωμάτων Arduino μπορεί να δει παρακάτω:

Μετατροπέας Sine Wave 1 kva χρησιμοποιώντας το Arduino

“τι υπάρχει στην κάρτα sim ”

Ο κωδικός προγράμματος δίνεται παρακάτω:

//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 }

Η έννοια του μετατροπέα πλήρους γέφυρας

Η οδήγηση ενός δικτύου γεφυρών mosfet με 4 mosfets καναλιών Ν δεν είναι ποτέ εύκολη, αλλά απαιτεί εύλογα περίπλοκα κυκλώματα που περιλαμβάνουν πολύπλοκα δίκτυα οδηγών υψηλής πλευράς.

Αν μελετήσετε το παρακάτω κύκλωμα που έχει αναπτυχθεί από εμένα, θα ανακαλύψετε ότι τελικά δεν είναι τόσο δύσκολο να σχεδιάσετε τέτοια δίκτυα και μπορεί να γίνει ακόμη και με συνηθισμένα εξαρτήματα.

Θα μελετήσουμε την ιδέα με τη βοήθεια του απεικονιζόμενου διαγράμματος κυκλώματος που έχει τη μορφή ενός τροποποιημένου κυκλώματος μετατροπέα 1 kva που χρησιμοποιεί 4 N-channel mosfets.

Όπως όλοι γνωρίζουμε, όταν 4 N-channel mosfets εμπλέκονται σε ένα Δίκτυο H-Bridge , ένα δίκτυο bootstrapping καθίσταται επιτακτικό για την οδήγηση της υψηλής πλευράς ή των δύο άνω mosfets των οποίων οι αποχετεύσεις συνδέονται στην υψηλή πλευρά ή η μπαταρία (+) ή το θετικό της δεδομένης τροφοδοσίας.

Στην προτεινόμενη σχεδίαση, το δίκτυο bootstrapping διαμορφώνεται με τη βοήθεια έξι πυλών NOT και μερικών άλλων παθητικών στοιχείων.

Η έξοδος των πυλών NOT που έχουν διαμορφωθεί ως buffer παράγει τάση διπλάσια από το εύρος τροφοδοσίας, που σημαίνει ότι εάν η τροφοδοσία είναι 12V, οι έξοδοι πύλης NOT παράγουν περίπου 22V.

Αυτή η ενισχυμένη τάση εφαρμόζεται στις πύλες των υψηλών πλευρών mosfets μέσω των pinout εκπομπού δύο αντίστοιχων NPN τρανζίστορ.

Δεδομένου ότι αυτά τα τρανζίστορ πρέπει να εναλλάσσονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα διαγώνια αντίθετα mosfets να διεξάγονται κάθε φορά, ενώ τα διαγώνια ζευγαρμένα mosfets στους δύο βραχίονες της γέφυρας οδηγούν εναλλάξ.

Αυτή η λειτουργία αντιμετωπίζεται αποτελεσματικά από τη διαδοχική έξοδο υψηλής γεννήτριας IC 4017, η οποία τεχνικά ονομάζεται Johnson διαιρέστε με 10 μετρητή / διαχωριστικό IC.

Το Δίκτυο Bootstrapping

Η συχνότητα οδήγησης για το παραπάνω IC προέρχεται από το ίδιο το bootstrapping δίκτυο μόνο για να αποφευχθεί η ανάγκη εξωτερικού ταλαντωτή.

Η συχνότητα του δικτύου εκκίνησης θα πρέπει να προσαρμόζεται έτσι ώστε η συχνότητα εξόδου του μετασχηματιστή να βελτιστοποιείται στον απαιτούμενο βαθμό 50 ή 60 Hz, σύμφωνα με τις απαιτούμενες προδιαγραφές.

Κατά την αλληλουχία, οι έξοδοι του IC 4017 ενεργοποιούν τα συνδεδεμένα mosfets παράγοντας κατάλληλα το απαιτούμενο εφέ ώθησης-τραβήγματος στο συνημμένο τύλιγμα μετασχηματιστή που ενεργοποιεί τη λειτουργία του μετατροπέα.

Το τρανζίστορ PNP που μπορεί να αποδειχθεί συνδεδεμένο με τα τρανζίστορ NPN διασφαλίζει ότι η χωρητικότητα της πύλης των mosfets εκφορτώνεται αποτελεσματικά κατά τη διάρκεια της δράσης για την αποτελεσματική λειτουργία ολόκληρου του συστήματος.

Οι συνδέσεις pinout στα mosfets μπορούν να τροποποιηθούν και να αλλάξουν σύμφωνα με τις μεμονωμένες προτιμήσεις, αυτό μπορεί επίσης να απαιτεί τη συμμετοχή της σύνδεσης επαναφοράς pin # 15.

Εικόνες κυματομορφής

Το παραπάνω σχέδιο δοκιμάστηκε και επαληθεύτηκε από τον κ. Robin Peter έναν από τους άπληστους χομπίστες και συνεισφέροντας σε αυτό το blog, οι ακόλουθες εικόνες κυματομορφής καταγράφηκαν από αυτόν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας δοκιμής.