8-900-374-94-44
Схема, изображённая на Рис.1, а также комментарии к ней заимствованы из книги М. А. Шустова «Практическая схемотехника», раздел — «Преобразователи напряжения».
«Максимальная выходная мощность преобразователя — 100 Вт, КПД — до 50%.
Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 (КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах ѴТ3 и ѴТ4 (КТ825). Эти транзисторы устанавливают без изолирующих прокладок на общий радиатор.
Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 А. В качестве силового использован готовый сетевой трансформатор на 100 Вт (сечение центральной части железного сердечника — около 10 см2). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8В/10А каждая. Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R1 и R2″.
Так как мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, а мощные эмиттерные повторители повторяют эту форму, то и в нагрузке будет протекать переменный ток, напоминающий по форме синусоиду и дополнительных мер по сглаживанию не требуется.
Значительно повысить КПД инвертора можно, если применить в качестве силовых каскадов не повторители напряжения, а транзисторы, работающие в ключевом режиме.
Такая модификация преобразователя приведена на Рис.2.
Принцип работы преобразователя такой же, как и у предыдущего устройства. Задающий генератор (Т1, Т2) формирует два пара-фазных напряжения с частотой 50 Гц. Напряжения с выходов задающего генератора подаются на два однотипных ключевых каскада (Т3, Т4), которые коммутируют напряжение на первичной обмотке трансформатора. Поскольку мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, ключевые транзисторы срабатывают с некоторой задержкой, обуславливая формирование на выходе инвертора подобие модифицированного синусоидального напряжения.
С указанными на схеме элементами выходная мощность преобразователя составляет около 200 Вт. Дальнейшего повышения КПД и увеличения мощности инвертора можно добиться простой заменой биполярных ключевых элементов на мощные MOSFET транзисторы, как это показано на Рис.
2.
Многочисленные и довольно популярные схемы инверторов, построенные на специализированных микросхемах для импульсных источников питания (типа TL494, TL594 и др.) обладают следующими преимуществами: высоким КПД и не менее высокой стабильность частоты, мало зависящей от напряжения питания и внешних условий.
Приведём для примера подобную схему импульсного преобразователя напряжения +12V в
«Эквивалентная частота генерации составляет 50 Гц и задаётся величиной сопротивления резистора R5 и ёмкостью конденсатора С5. Резистором R4 регулируется скважность выходных импульсов. Им можно регулировать выходное напряжение.
На выходах микросхемы (выводы 9 и 10) выделяются противофазные импульсы, немного задержанные относительно друг друга, чтобы не вызывать сквозного тока в схеме выходного каскада в моменты переключения. Импульсы поступают на мощные ключевые полевые транзисторы VT1 и VT2. Диоды VD2 и VD3 защищают эти транзисторы от выбросов отрицательной ЭДС на первичной обмотке импульсного трансформатора Т1.
Трансформатор Т1 — готовый низкочастотный силовой трансформатор номинальной мощностью 100W с одной первичной обмоткой на 220V и вторичной обмоткой на 18V с отводом от середины. Можно попробовать и трансформатор с вторичной обмоткой на 12V с отводом от середины или на 24V с отводом от середины. Но во втором случае, боюсь, что выходное напряжение окажется несколько ниже 220V.
Трансформатор включён «задом на перёд», то есть, его вторичная низковольтная обмотка теперь служит первичной, а высоковольтная первичная — вторичной.
Подключив нагрузку и мультиметр, резистором R4 выставить напряжение на нагрузке 220V».
Многие схемы, построенные на TL494, TL594 и т. д., при всех своих достоинствах, часто обладают одним, но существенным недостатком. Если не позаботиться о корректной установке «мёртвого времени» ИМС (в приведённой схеме — резистором R4), то напряжения на выходе преобразователей будет иметь форму, близкую к форме меандра со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Причём, никакие дополнительные дроссели, а также конденсаторы во вторичной обмотке трансформатора — к существенному результату не приведут!
А вот уважаемый товарищ А.П. Семьян в своей книжке «500 схем для радиолюбителей» порадовал нас оригинальным схемотехническим решением с формированием модифицированного синуса посредством цифровой микросхемы 561ИЕ8 (Рис.4).
Рис.4 Схема простого импульсного преобразователя напряжения на микросхеме 561ИЕ8
На элементах DD1.1, DD1.2 собран задающий генератор с частотой 500 Гц. Делитель на DD2 формирует две импульсные последовательности частотой 50 Гц со сдвинутыми на 180° фазами для управления силовыми ключами VT1 и VT2 двухтактного преобразователя.
Чтобы избежать сквозных токов переключения между выключением одного ключа и включением другого существует «мёртвая зона», равная 10% длительности периода. При подаче высокого уровня (логической «1») на вход «Блокировка» оба выходных ключа запираются.
Выходная мощность преобразователя ограничена мощностью силового трансформатора Т1 и максимальным допустимым током выходных транзисторов.
Коэффициент трансформации силового трансформатора Кт = 20.
В качестве выходных транзисторов подойдут IRFZ034 (15А), IRFZ044 и RG723A (30A), IRFZ046 (50A), IRFP064 (100А). Для надёжности устройства рекомендуется иметь двойной запас по току и тройной — по напряжению. Силовые цепи должны быть по возможности короче и выполнены проводами соответствующего сечения.
Создание преобразователей с чистым 50-герцовым синусом обычно сопряжено с использованием микроконтроллерных прибамбасов, что делает рассмотрение этого вопроса (для нас доблестных электронщиков) не таким уж и простым и в рамках данной статьи — нецелесообразным.
Источник
В статье дается описание схемы преобразователя выполненного на современной элементной базе, содержащего минимальное количество деталей и позволяющего получить в нагрузке значительную мощность.
Вот уже много лет на страницах радиотехнических изданий публикуются схемы, позволяющие от автомобильного аккумулятора получить переменное напряжение 220В для питания различной аппаратуры в «полевых» условиях. Конечно, можно всегда купить преобразователь напряжения 12 220, но на много интереснее сделать преобразователь напряжения своими руками.
Схемотехника таких преобразователей достаточно проста: задающий генератор управляет работой мощных выходных транзисторов, «раскачивающих» выходной трансформатор. Генератор, как правило, выполнялся на микросхемах малой степени интеграции К155, К561 и им подобных и содержал от двух до четырех корпусов.
Для согласования мощных выходных транзисторов с этими микросхемами приходилось вводить дополнительные каскады на транзисторах малой и средней мощности. Выходные транзисторы, в качестве которых использовались чаще всего КТ819ГМ, приходилось ставить на достаточно большой радиатор.
Современная элементная база позволяет существенно упростить подобные схемы.
Предлагаемая схема, по сравнению с только что описанными, содержит минимальное количество деталей.
В качестве задающего генератора используется специализированная микросхема КР1211ЕУ1. Кстати, микросхема отечественная и импортных аналогов у нее нет.
В качестве выходных ключей используются мощные полевые транзисторы IRL2505, которые часто применяются в различных автомобильных устройствах.
КР1211ЕУ1 имеет два выхода – прямой и инверсный. Это выводы 4 и соответственно 6. Уровень сигнала на этих выходах достаточен для непосредственного управления выходными транзисторами: транзисторы открываются импульсами высокого уровня. Причем между ними самой микросхемой формируется пауза (низкий уровень), которая на некоторый промежуток времени, иногда его называют «мертвым временем», удерживает оба транзистора в закрытом состоянии. Это сделано для того, чтобы исключить появление сквозного тока при открытии обоих ключей сразу.
Электрическая принципиальная схема преобразователя 12В в 220В 50Гц
Необходимая частота генератора задается цепочкой R1 – C1, цепь R2 – C2 используется в качестве пусковой.
Вывод 1 микросхемы позволяет отключить генерацию импульсов, для чего на него следует подать высокий уровень. Это свойство можно использовать для дистанционного управления или для защиты. В данной схеме эти функции не используются, поэтому вывод 1 просто соединен с общим проводом.
Выходной двухтактный каскад выполнен на трансформаторе Т1 и ключевых транзисторах VT1, VT2, в качестве которых используются IRL2505. Сопротивление открытого канала этих транзисторов 0,008 Ом. Это соизмеримо с сопротивлением механических контактов, поэтому мощность, рассеиваемая транзистором в открытом состоянии невелика, даже при больших токах, что позволяет в ряде случаев отказаться от применения радиаторов.
Постоянный ток IRL2505 до 104А, импульсный 360А. такие параметры позволяют применить выходной трансформатор мощностью до 1000Вт, при котором можно снять в нагрузку до 400Вт при напряжении 220В.
Достоинством данного преобразователя является то, что можно применить любой готовый трансформатор, у которого есть две выходные обмотки на 12В.
Мощность трансформатора зависит от нагрузки и должна быть в 2,5 раза выше: предположим, что мощность нагрузки 30Вт. Тогда мощность трансформатора должна быть не менее 30*2,5 = 75Вт.
При выходной мощности не более 200Вт транзисторы можно на радиаторы не ставить.
О деталях. Микросхема А1 получает питание от параметрического стабилизатора R3, VD1, C3. В качестве стабилитрона VD1 подойдет любой с напряжением стабилизации 8…10В.
Электролитические конденсаторы импортные. Если нет конденсаторов на 10000мкф, (С4, С5) их можно заменить конденсаторами емкостью 4700мкф, включив их параллельно.
Конденсатор С6 служит для подавления на выходе высокочастотных импульсов. Он может быть типа К-73-17 или подобный ему импортный.
При монтаже не следует забывать о том, что уже при мощности в 400Вт ток, потребляемый от аккумулятора по цепи 12В, может достигать 40А, поэтому провода для присоединения к аккумулятору должны быть достаточного сечения и минимально возможной длины.
Источник
Инвертор предназначен для получения 220-вольтового переменного напряжения из невысокого постоянного. Подключается к любому 12-вольтовому источнику, в т.ч. к автомобильному аккумулятору через гнездо прикуривателя. Мощность нагрузки может достигать 2500 Вт и лимитируется преимущественно мощностью выходного трансформатора и нагрузочной способностью гнезда прикуривателя.
В качестве ключевого компонента устройства использован интегральный управляемый мультивибратор СD4047BD с элементами подстройки частоты следования генерируемых импульсов, силовая часть собрана на спаренных полевых транзисторах. Для получения выходного напряжения 220 В использован повышающий трансформатор, входы первичных обмоток которого подключены непосредственно к выводам D (стокам) силовых транзисторных сборок.
Силовые оконечные каскады А собраны на спаренных полевых транзисторах.
Схема оконечного каскада показана далее.
200-омные резисторы в цепи затвора обеспечивают выравнивание токов по отдельным транзисторам.
Компоненты слаботочной части схемы рекомендуется монтировать на печатной плате-«слепыше». Для установки микросхемы мультивибратора целесообразно применить 14 или 16 контактную монтажную колодку.
Полевые транзисторы силовых модулей «А» устанавливаются в одни или два ряда на медном или алюминиевом радиаторе. В случае рядной установки его функции вполне может выполнять брусок длиной порядка 10 см и сечением 1,5 х 1,5 см, в котором сверлятся и нарезаются отверстия для крепления транзисторов «под винт».
Часть схемы собирается навесным монтажом.
Трансформатор взят от сломанного источника бесперебойного питания.
Припаиваем плату к транзисторам.
При настройке схемы переменным резистором частота генерации импульсов устанавливается на 50 Гц.
Наблюдается некоторое отличие формы выходного напряжения от синусоидального, т.к. мультивибратор CD4047BD генерирует прямоугольные импульсы, фронты которых частично сглаживаются трансформатором. Повышенный коэффициент нелинейных искажений не имеет значения для основной массы нагрузок.
Источник
А что, если есть «правильная синусоида в инверторе, то может быть неправильная» ?
И вообще, что, синусоиды могут быть разные ?
И какие критерии этой «правильности» ?
Вот так, сразу, мы задали три вопроса. Огорошили неподготовленного читателя. На самом деле вопросов, связанных с рассматриваемой нами сегодня темой, больше, но это ключевые. И по хорошему, вопросы задаем не мы, а нам.
Мы просто их знаем заранее. Поэтому и хотим ответить.
А возникают вопросы от непонимания причин появления искаженной синусоиды. И приведенная ниже разъяснительная информация надеемся будет не просто полезна, а может даже поможет выбрать нужную модель инвертора (или другого ИБП — источника бесперебойного питания) с одной стороны, а с другой — сохранить в работоспособном состоянии разнородные, подключенные к нему нагрузки.
Дадим первоначальные сведения о чистой или правильной синусоиде для покупателей бесперебойной техники с целью энергоснабжения электричеством домов и офисов.
А тех, кто в теме, продвинутый в электротехнике, и понимает, о чем идет речь, мы не смеем задерживать. Хотя не исключено, что и они могут почерпнуть дополнительную информацию, которая прежде не встречалась на их профессиональном пути.
А тема эта актуальная, особенно для тех, кто решил обзавестись собственным бесперебойным источником электрической энергии, т.е. альтернативой розетке 220 Вольт.
И причины не так важны. Временные ли это отключения света или захотелось сделать свой вклад в зеленую энергетику, переходя на солнечные батареи с аккумуляторными накопителями и поставив у себя дома гибридный инвертор с отдаваемой мощностью до 5 КВт.
Когда в торговых сетях ажиотаж (дайте мне хоть какой-нибудь генератор, бизнес стоит или надоело сидеть дома в темноте !), образуется дефицит, поставщики теребят производителей, а последние не справляются с количеством заказов на всевозможные бесперебойники, спрос на которые возрос на несколько порядков в 2022 году, а электричество нужно сегодня, если не вчера, когда целые микрорайоны городов погружаются во тьму, далеко не все вдаются в тонкости, а с правильной синусоидой у меня инвертор или нет ? Или даже давайте так — а не слишком велик у меня на клеммах ИБП коэффициент гармоник ? Это уже совсем темный лес… Только теперь уже в переносном смысле. Берут или точнее сказать, расхватывают все, даже не вникая в технические характеристики.
220 Вольт дает ? Дает ! Киловаттов хватает для моих нужд ? Хватает ! А вот потом, когда начинаются проблемы, тогда и начинают думать. Вникать в тему, консультироваться у специалистов. 220 В то есть, но что-то они не совсем такие…
Винить никого нельзя.
Сначала буквально пару фраз из азов.
Если подключить щупы осциллографа в клеммы розетки, то на выходе мы увидим синусоидальный сигнал с известными всем параметрами. Частота 50 Гц, действующее (или так называемое тепловое) значение напряжения 220 В. Его покажет мультиметр или вольтметр переменного тока. На самом деле, амплитудное значение в верхней точке положительной полуволны или нижней отрицательной составляет 311 В, но сегодня речь не об этом.
Визуальная проверка формы выходного сигнала, который и питает всю аппаратуру, с помощью осциллографа вещь хорошая, но не точная. И определяется чувствительностью прибора, разрешающей способностью его экрана.
Но в любом случае электроэнергия в сети отвечает всем стандартам, принятым в Украине. Что и позволяет ее использоваться для питания всего спектра техники на 100 %. Со всеми типами нагрузок: активной, емкостной, индуктивной. За этим следят соответствующие контрольные службы. А вот частному лицу при покупке автономного источника придется надеяться только на себя…
И поскольку пусть незримо, но красной нитью через наше сегодняшнее повествование проводит тема аварийного отключения (что поделать, если периодически россия обстреливает нас шахедами и ракетами, целясь в подстанции да объекты генерации), то возникает следующий вопрос.
А правильная ли синусоида на выходе источника бесперебойного питания ?
И сейчас не так важно, о генераторе ли бензиновом мы говорим или о дешевом бесперебойнике мощностью в 500 Вт или может про востребованные ныне автономные инверторы под нагрузку на выходе 2-5 Квт, которая может питать стабильной энергией домашних потребителей в течение 6-8 часов, и что важно — дает на выходе желаемую не модифицированную синусоиду.
На приведенных графиках мы видим, что если например оцифровывать как линейную функцию (слева), так и нелинейную (справа) — такую как синусоида и вообще любую, то неизбежна потеря информации. Это определяется частотой выборки или «количеством ступенек».
Чем чаще за единицу времени мы будем «снимать» сигнал, в данном случае значение напряжения, тем ближе к первоначальной функции будет наша, оцифрованная величина. В интервалах между двумя соседними ступеньками, информация не определена, она нам неизвестна.
Также не идеальная синусоида будет присутствовать и в недорогих автономных источниках питания, где модифицированную синусоиду производят электронные транзисторные ключи. Чтобы сгладить волны и максимально приблизить синусоиду к чистой, понадобятся как полупроводниковые компоненты, например диоды так и пассивные, такие как конденсаторы или индуктивности.
Последние способны подавить высшие гармоники и получить чистый синусоидальный сигнал, являясь компонентами LC-фильтра.
Конденсаторы разной емкости (как и катушки с разной индуктивностью) хуже или лучше пропускают те или иные чистоты.
Одни гасятся, другие проходят почти без ослабления.
Например во входных фильтрах блоков питания стоит обычно как минимум пара конденсаторов. Первый, большой емкости, измеряемой микрофарадами, а то и десятками микрофарад (а если нагрузка подключается мощная, то и тысячи микрофарада) – сглаживает сигнал частотой 50Гц, получая на выходе почти ровное постоянное напряжение. С минимальным уровнем пульсаций. Когда кстати, конденсатор «высыхает», т.е. стареет, в колонках радиоприемной или телевизионной аппаратуры и появляется низкочастотный гул. Второй же, емкостью в пикофарады или даже нанофарады, «вылавливает» оставшиеся высокочастотные помехи.
Чем больше частота выборки, т.е. количество ступенек, тем больше форма синусоиды будет приближена к идеальной (чистой, правильной)
И как следствие – расширяется перечень техники, которую можно подключать к клеммам такого инвертора (генератора, бесперебойника – в зависимости от того, что у вас есть в наличии из источников аварийного энергоснабжения).
Постепенно расширяем понятие неправильной синусоиды, и забегая вперед скажем, что если «степень ее неправильности» не очень высока, то в принципе ничего страшного нет.
С точки зрения математики, периодическую функцию (а синусоида относится к таковым) можно разложить в ряд Фурье.
То есть синусоида является суммой других функций с разными частотами и периодами. Количество этих составляющих является бесконечным. И если бы этой бесконечности можно было бы достичь, то мы бы получили в результате суммирования нашу исходную синусоиду.
Но достичь бесконечности, это тоже самое, что добраться до последнего знака числа ПИ. То есть это сделать невозможное. Но можно приблизиться.
Указанные функции или составляющие сигнала называются гармониками. И вот процент наличия этих гармоник и определяет «чистоту синусоиды». Чем это процент меньше, тем лучше. Но и достичь его сложнее, а схема инвертора будет дороже.
Справочно:
В дешевых китайских бесперебойниках ни о какой чистоте синусоиды и речи быть не может.
“Простите», Вы можете возразить. «Но я питаю ноутбук и монитор от такого дешевого ИБП. Да, он не долго протянет по времени, но никаких проблем с ноутбуком нет.”
Да, это правда. Проблем нет. Потому что Ваш ноутбук «не знает» о том, каким не качественным электричеством Вы его кормите. А «забыть» этот факт ему помогает импульсный блок питания. Это своеобразный страж на входе. Не вдаваясь глубоко в принцип его действия, отметим, что ИБП преобразует входное (пусть даже корявое и несинусоидальное) напряжение в постоянное, а потом снова в переменное, но с заданной частотой. То есть все недостатки, включая не синусоидальность, уходят в никуда.
Понятно, еще раз повторимся, что в идеале это должна быть электросеть, но поскольку наша тема посвящена инверторам, как аварийным временным источникам переменного напряжения, то следует купить такой бесперебойник, даже не считаясь с затратами, чтобы он выдал правильную синусоиду.
А вот лампы накаливания, не так чувствительны к чистоте синусоиды. Более этого, например чайник может питаться даже от прямоугольного сигнала, как и электроплитка.
Потому что там нет никаких вращающих частей, то есть статора и ротора, и обмоток, которые конструктивно рассчитаны именно на синусоидалый сигнал идеальной формы.
И ТЕНу, т.е. нагревателю, без разницы, что на него подается. Постоянный ток, переменный, синусоида, меандр (т.е. повторяющийся прямоугольный сигнал или даже треугольный).
А кому «не нравится» не правильная синусоида ? Частично мы уже об этом сказали. А сейчас дополним список:
А что все-таки произойдет, если их подключить к инвертору с модифицированной, грубоватой с точки зрения формы сигнала, то есть не чистой синусоиде ? Это как автомобиль заправлять плохим топливом.
В лучшем случае не удастся достичь заданных характеристик (например числа оборотов), а в худшем — электроприбор выйдет из строя. Может не сразу, но срок службы может сократиться в несколько раз. Вот вам и форма синусоиды…
Между прочим это важная подсказка для интернет-магазинов, которые дают гарантию на товар. Пришла пора прописать в гарантийных условиях (если этого еще не сделали): «гарантия распространяется только при подключении к источникам питания с правильной синусоидой».
Покупатель целиком правомерно спросит: «а как мне узнать, я подключаю свой инструмент к правильной синусоиде или не правильной ?»
И будет прав.
Говоря о правильной синусоиде, надо понимать, что на самом деле есть определенный «процент правильности». А если говорить более предметно, дотошно, как технические педанты или перфекционисты, помешанные на преобразовании DC-AC (в хорошем смысле), то они уж точно знают, что на 100 % правильной синусоиды в природе не бывает.
А есть ли предел правильности ?
Возвращаемся к проценту гармоник в выходном сигнале. Можно привести хорошую аналогию с шумами. Если радиоприемник играет музыку практически идеально, без шумов (связанных с тем, что сигнал близкий и мощный, без помех и фильтры блока питания идеально фильтруют напряжения без гула, чем грешат старые телевизоры и опять же радиоприемники), то можно сказать, что процент шума близок к нулю.
Хотя конечно он присутствует. Ну это может быть в идеальном случае 1-2 %, что почти не различимо на слух.
Так вот приходилось видеть разные цифры, касательно чистого, правильного синусоидального сигнала на выходе инвертора 220 Вольт. Одни пишут, что нормально не более 2,5 % гармоник, другие, что допускается до 8 %.
Несмотря на такой разнобой, приблизительно понятен порядок цифр в правильной синусоиде. Это не 20 и не 50 %. Во всяком случае меньше 10 %, а 5% это еще лучше, но не забываем, что чем более чистой должна быть синусоида, тем более сложная потребуется схемотехника, чтобы сглаживать сигнал и синусоида стала максимально близкой к натуральной.
А следовательно будет расти и цена инвертора.
И в завершении, приведем и другие встречающиеся названия синусоиды, которая стремится изо всех сил стать правильной:
Но как мы отметили, синусоида, выходящая из недр источника автономного электропитания, таковой никогда не станет. Только с заданной степенью приближения…
В посте объясняется несколько концепций схемы, которые можно использовать для преобразования или модификации любого обычного инвертора прямоугольной формы в сложный синусоидальный инвертор.
Перед изучением различных конструкций, описанных в этой статье, было бы интересно узнать факторы, которые обычно делают синусоидальный инвертор более предпочтительным, чем прямоугольный.
Инверторы в основном используют частоту или колебания для реализации действий усиления и инверсии.
Частота, как мы знаем, представляет собой генерацию импульсов по некоторому единообразному и рассчитанному шаблону, например, типичная частота инвертора может быть номинальной 50 Гц или 50 положительных импульсов в секунду.
Форма сигнала основной частоты инвертора имеет форму прямоугольных импульсов.
Как мы все знаем, прямоугольная волна никогда не подходит для работы сложного электронного оборудования, такого как телевизоры, музыкальные проигрыватели, компьютеры и т. д. , но они имеют форму синусоидальных или синусоидальных волн.
Обычно это 50 Гц или 60 Гц в зависимости от технических характеристик конкретной страны.
Вышеупомянутая синусоида нашего домашнего переменного тока относится к экспоненциально нарастающим пикам напряжения, которые составляют 50 циклов частоты.
Поскольку наш домашний переменный ток генерируется с помощью магнитных турбин, форма волны по своей сути является синусоидальной, поэтому не требует дальнейшей обработки и может быть непосредственно использована в домах для всех типов приборов.
В инверторах, наоборот, основной сигнал имеет форму прямоугольных сигналов, которые требуют тщательной обработки, чтобы сделать устройство совместимым со всеми типами оборудования.
Как показано на рисунке, прямоугольная и синусоидальная волны могут иметь одинаковые пиковые уровни напряжения, но среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение могут не совпадать. Именно этот аспект делает прямоугольную волну особенно отличной от синусоидальной волны, даже если пиковое значение может быть таким же.
Таким образом, инвертор прямоугольной формы, работающий от 12 В постоянного тока, будет генерировать выходной сигнал, эквивалентный, скажем, 330 В, точно так же, как синусоидальный инвертор, работающий от одной и той же батареи, но если вы измерите среднеквадратичное значение выходного сигнала обоих инверторов, оно будет значительно различаться (330 В и 220 В). ).
Изображение неправильно показывает пиковое напряжение 220 В, на самом деле оно должно быть 330 В.
Заштрихованная часть — это избыточное среднеквадратичное значение, которое необходимо выровнять, чтобы максимально приблизить оба значения RMS.
Преобразование инвертора прямоугольной формы в эквивалент синусоидальной волны, таким образом, в основном означает, что инвертор прямоугольной формы обеспечивает требуемое пиковое значение, скажем, 330 В, при этом среднеквадратичное значение почти равно его синусоидальному аналогу.
Это можно сделать либо путем преобразования образца прямоугольного сигнала в синусоидальную форму, либо просто путем разделения образца прямоугольного сигнала на хорошо рассчитанные более мелкие части, чтобы его среднеквадратичное значение становится очень близким к стандартному среднеквадратичному значению сетевого переменного тока.
Чтобы преобразовать прямоугольную волну в идеальную синусоиду, мы можем использовать осциллятор моста Вина или, точнее, «осциллятор Бабба» и подавать его на каскад синусоидального процессора.
Этот метод был бы слишком сложным и поэтому не рекомендуется для преобразования существующего инвертора прямоугольной формы в инвертор синусоидального сигнала.
Более осуществимой идеей было бы обрезать соответствующую прямоугольную волну на базе выходных устройств до требуемой степени среднеквадратичного значения.
Один из классических примеров показан ниже:
На первой диаграмме показана схема инвертора прямоугольной формы. Добавив простой прерыватель AMV, мы можем сломать импульсы на базе соответствующих мосфетов до необходимой степени.
Модифицированная версия инвертора, эквивалентная прямоугольной и синусоидальной, описанной выше схеме.
Здесь нижний AMV генерирует импульсы высокой частоты, соотношение метка/промежуток которых может быть соответственно изменено с помощью предустановки VR1. Этот управляемый ШИМ выход подается на затворы полевых МОП-транзисторов, чтобы привести их проводимость в соответствие с заданным среднеквадратичным значением.
Ожидаемый типичный образец формы сигнала для приведенной выше модификации:
Форма сигнала на затворах MOSFET:
Форма сигнала на выходе трансформатора:
Форма сигнала после надлежащей фильтрации с использованием катушек индуктивности и конденсаторов на выходе трансформатора:
R1, R2, = 27 кОм,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1 кОм,
C1,C2 = 0,47 мкФ/100 В металлизированный
C3, C4 = 0,1 мкФ
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = любой MOSFET 30 В, 10 ампер, N-канальный.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = предустановка 47K
Трансформатор = 9–0–9 В, 8 А (спецификации должны быть выбраны в соответствии с выходной нагрузкой для правильной оптимизации мощности)
Аккумулятор = 12 В, 10 Ач
Объясненное выше преобразование или модификация обеспечит около 70% эффективности при достигнутом согласовании среднеквадратичных значений. Если вы заинтересованы в лучшем и точном согласовании, то, вероятно, потребуется процессор сигналов ШИМ IC 556.
Вам следует обратиться к этой статье, в которой показан принцип преобразования прямоугольного сигнала в синусоидальный с помощью пары микросхем IC555.
Выход из вышеупомянутой схемы может быть аналогичным образом подведен к затвору или базе соответствующих силовых устройств, которые присутствуют в существующем квадратном инверторном блоке.
Более комплексный подход можно увидеть в этой статье, где IC 556 используется для извлечения точных эквивалентов модифицированной синусоидальной волны на основе ШИМ из источника выборки прямоугольной формы.
Этот сигнал интегрируется с существующими устройствами вывода для реализации предполагаемых модификаций.
Приведенные выше примеры учат нас более простым методам, с помощью которых любой существующий обычный прямоугольный инвертор может быть преобразован в конструкцию синусоидального инвертора.
В приведенной выше статье мы узнали, как можно оптимизировать форму волны прямоугольного инвертора для получения синусоидальной волны путем разделения прямоугольной волны на более мелкие части.
Однако более глубокий анализ показывает, что до тех пор, пока обрезанный сигнал не будет иметь размеры в форме SPWM, достижение надлежащего эквивалента синусоидального сигнала может оказаться невозможным.
Чтобы удовлетворить этому условию, схема преобразователя SPWM становится необходимой для получения от инвертора наиболее идеальной формы синусоидального сигнала.
Основная идея состоит в том, чтобы отключать выходные силовые устройства с широтно-импульсной модуляцией синусоидальной волны, чтобы силовые устройства заставляли обмотку трансформатора также колебаться в режиме SPWM и в конечном итоге генерировали оптимизированную чистую синусоидальную волну на вторичной стороне. Магнитная индукция импульсного ШИМ на обмотке трансформатора окончательно приобретает форму чистой синусоиды за счет индуктивной фильтрации обмотки трансформатора.
На следующей диаграмме показано, как это можно эффективно реализовать с помощью описанной выше концепции.
В одной из моих предыдущих статей мы поняли, как можно использовать операционный усилитель для создания SPWM, та же теория может быть применена в приведенной выше концепции.
Здесь используются два генератора треугольных волн, один принимает быстрые прямоугольные волны от нижнего нестабильного, а другой принимает медленные прямоугольные волны от верхнего нестабильного и обрабатывает их в соответствующие выходные быстрые и медленные треугольные волны, соответственно.
Эти обработанные треугольные волны подаются на два входа операционного усилителя, который, наконец, преобразует их в ШИМ или ширину синусоидальных импульсов.
Эти SPWM используются для прерывания сигналов на затворах полевых МОП-транзисторов, которые в конечном итоге переключают форму волны на подключенной обмотке трансформатора для создания точной копии чистой синусоидальной формы волны на вторичной стороне трансформатора за счет магнитной индукции.
Опубликовано by Blogthor
В этом посте мы собираемся построить модифицированную схему синусоидального инвертора, используя IC 555 и IC 4017. Модифицированный синусоидальный инвертор, иногда также известный как модифицированный прямоугольный сигнал, представляет собой конструкцию инвертора верхнего сегмента, выше простого типа прямоугольного сигнала. Разберем предложенную схему инвертора поэтапно.
Мы увидим:
Модифицированный синусоидальный инвертор — это класс инверторов мощности, форма волны и качество мощности которых превосходят базовый прямоугольный инвертор.
Форма волны модифицированного синусоидального инвертора остается равной нулю в течение некоторого времени перед изменением полярности.
Ниже приведена форма волны для сравнения прямоугольной волны и модифицированной синусоидальной волны:
Прямоугольная волна Модифицированная синусоидаФорма волны зеленого цвета представляет собой прямоугольную волну, а красный цвет представляет модифицированную синусоиду.
Прямоугольная волна резко меняет свою полярность, но модифицированная синусоида остается в промежуточной точке (ноль вольт) до любого изменения полярности. Просто удерживая форму волны в нулевой точке в течение нескольких миллисекунд, это уменьшит шум на выходе, но модифицированную синусоиду нельзя сравнивать с чистой синусоидой.
Теперь вы видите основную разницу между прямоугольной волной и модифицированной синусоидой.
Схема цепи модифицированного синусоидального инвертора: Схема цепи модифицированного синусоидального инвертора Деконструкция схемы модифицированного инвертора: Приведенный выше инвертор создает на выходе модифицированную синусоиду.
Предлагаемую схему можно разделить на следующие этапы:
Схема генератора вырабатывает необходимый тактовый сигнал для этого инвертора, поэтому мы можем назвать этот каскад сердцем инвертора.
Таймер 555 — это постоянно развивающаяся микросхема, и мы используем ее в качестве генератора. Наше требование состоит в том, чтобы произвести прямоугольную волну частотой 200 Гц при рабочем цикле 50%, который будет разделен на четыре с помощью IC 4017, чтобы получить модифицированную синусоидальную волну переменного тока 50 Гц.
IC 555 подключен к RC-цепочке из двух резисторов 36 кОм и одного конденсатора 0,1 мкФ, а диод подключен к контактам 6 и 7, чтобы получить 50% рабочего цикла от IC 555.
Мы можем рассчитать частоту IC 555. с диодом между контактами 6 и 7 по следующей формуле:
Применяя значения на принципиальной схеме в приведенной выше формуле, мы получаем, 9-6
Частота = 200 Гц
Рабочий цикл = 36000 / (36000 + 36000) = 0,5
Duty Cycle = 0,5 x 100% = 50% . это на осциллографе:
IC 555 outputКак мы видим на осциллографе, что математика не лгала, мы получаем значения, близкие к нашим требованиям. Выходные значения немного отличаются на небольшой запас из-за допусков компонентов.
Важное примечание. Не пропускайте конденсатор 0,1 мкФ на выводе № 5 IC 555, который обеспечивает устойчивость к внешним помехам. Пропуск сдвинет частоту и рабочий цикл по сравнению с тем, что мы рассчитали.
Вас может заинтересовать: Простая схема инвертора IC 555 модифицированная синусоида, давайте рассмотрим подробнее.
Схема контактов IC 4017:
Схема контактов IC 4017IC 4017 имеет 10 выходных контактов и один входной контакт (14). Если мы подадим тактовый сигнал на входной контакт, каждый из 10 выходных контактов будет последовательно получать высокий уровень. Например, если мы применяем 5 тактовых импульсов, выход 5 th получит ВЫСОКИЙ уровень, а остальная часть входного контакта получит НИЗКИЙ уровень; если мы применим 3 входных импульса, соответствующий контакт 3 rd станет ВЫСОКИМ, а остальные контакты останутся НИЗКИМИ.
Контакт 15 можно использовать для обнуления счетчика, если мы не хотим использовать все 10 выходов. Например: здесь мы используем только 4 выходных контакта № 3, № 2, № 4, № 7, которые являются выходами Q0, Q1, Q2, Q3. Контакт № 15 подключен к выходу № Q4 или контакту № 10, теперь выходные контакты № 3, № 2, № 4 и № 7 останутся активными, остальные 6 выходных контактов остаются неактивными.
Теперь сигнал 200 Гц подается на тактовый вывод IC 4017, мы используем только два альтернативных выхода Q0/вывод №3 и Q2/вывод №4, а два других контакта остаются неподключенными.
Теперь, подключив осциллограф к контактам 3 и 4, мы можем наблюдать такую форму волны:
Модифицированная синусоидаКак мы видим, мы получили модифицированную синусоиду на этих двух контактах; это будет применяться к MOSFET для усиления.
Значения сгенерированной формы волны: Показания модифицированной синусоидыПо показаниям осциллографа видно, что мы очень близко подошли к требуемой частоте 50 Гц и рабочему циклу 50 %, этого достаточно для маломощного инвертора.
MOSFET Stage:Вас может заинтересовать: Простая схема инвертора IC 555
Теперь у нас есть 50 Гц, 50% скважность сигнала в модифицированной синусоидальной форме, слишком выходной сигнал от ИС для обработки трансформатора, поэтому нам нужно усилить сигнал, чтобы мы могли управлять трансформатором.
Для этого нам помогают полевые МОП-транзисторы, которые могут переключать большой ток на обмотку трансформатора с сигналом малой мощности от микросхемы. Мы используем IRF540N, которого достаточно для передачи 200 Вт нагрузки.
МОП-транзистор, установленный на радиаторе:
МОП-транзистор Трансформаторный каскад:Мы используем обычный понижающий трансформатор в обратном порядке для повышения низкого напряжения до стандартного 230 В/110 В переменного тока. Если мы неправильно выберем спецификацию трансформатора, мы не получим желаемого выходного напряжения.
Здесь мы выбрали трансформатор 6-0-6В/20А, вы можете спросить почему?
Вот ответ: Из осциллографа мы видим, что среднеквадратичное значение выходного сигнала на микросхеме составляет 9 В переменного тока от 12-вольтовой батареи, МОП-транзистор упадет на несколько вольт от 12-вольтовой батареи, и мы получим среднеквадратичное значение от 6 до 8 В на низком уровне.
сторону напряжения трансформатора.
Если мы используем трансформатор 6В, мы получим желаемое выходное напряжение даже при небольшой нагрузке.
Какую мощность мы можем получить от этого инвертора?Если предположить, что мы будем использовать аккумулятор 12 В 7 Ач для этого инвертора, то он может выдавать до 100 Вт выходной мощности в течение часа (приблизительно). Около 100 Вт — это предел, иначе батарея скоро выйдет из строя.
Для трансформатора:
Если вы модернизируете аккумулятор с глубоким циклом, вы также можете увеличить мощность трансформатора, чтобы получить больше мощности от этого инвертора.