Преобразователь напряжения чистый синус своими руками

Преобразователь напряжения чистый синус своими руками

Преобразователь 12/220В с синусом на выходе.

Автор: Евдокимов А.В.
Опубликовано 25.11.2008

Предисловие.
Около месяца назад я искал в нете схему простого преобразователя 12/220в с «чистым» синусом на выходе и к своему удивлению обнаружил, что её нет. Всё что обычно предлагается, сводится либо к получению псевдосинуса путём преобразования без использования низкочастотного повышающего трансформатора, либо к совету использовать усилитель D-класса, управляемый опорным синусоидальным напряжением. В качестве устройства управления и генерации синусоиды предлагается применять микроконтроллер. Либо даётся ссылка на смартапс. В общем, получается не слишком просто. Пришлось потратить довольно много отпускного времени, чтобы разработать схему более отвечающую требованиям простоты и «чистоты» синуса.

Характеристики:
Входное напряжение 12. 14В
Выходное напряжение 50Гц 220+/-2В
Максимальная мощность 50Вт
КПД 84. 90%.

Работа.
Задающий генератор, источник опорного напряжения и компаратор собраны на DA2. Внешние элементы DD1 и DD2 повторяют внутреннюю структуру TL494, в той её части, которая неустойчиво работает на низких частотах (ложные срабатывания D-триггера).
Далее с помощью ФНЧ подавляются верхние гармонические составляющие ШИМ. ФНЧ состоит из двух частей. Первая- DA1.1, ФНЧ с гладкой характеристикой АЧХ. Второй- DA1.2 режекторный фильтр с частотой подавления 150Гц. Анализ показывает, что в ШИМ содержаться только первая и нечётные гармоники, потому такого фильтра оказывается достаточно, чтобы сформировать «красивый» синус (осциллограмма 2). А, поскольку уровень первой гармоники практически линейно зависим от скважности, то получаем хорошо управляемый синус с точной постоянной составляющей, равной +2,5В. Далее, дополнительно получаем инверсную синусоиду (вывод 14 DA1.4).
На DA3, DA5, VT1, VT2 собран первый канал УНЧ класса D. Второй канал соответственно собран на DA4, DA7, VT3, VT4. На выходе первого и второго канала УНЧ формируются противофазные синусоиды (осциллограмма 3).
С выхода трансформатора, через диодный мост подаётся обратная связь по выходному напряжению. Таким образом выходное напряжение стабилизируется.

Конструкция и детали.
Трансформатор TV1 это доработанный ТП60-2, который применялся в знаменитом видеомагнитофоне «Электроника ВМ-12». С трансформатора сматываются все вторичные обмотки, и вместо них наматывается одна обмотка, содержащая 33 витка обмоточного провода диаметром 0,7мм, сложенного всемеро. Можно использовать и медную шину, подходящую по площади сечения. При подаче напряжения 220В на вторичной (в преобразователе она первичная) обмотке трансформатора, на холостом ходу, напряжение составляет 6,5В.
Дроссели L1 и L2 наматываются на ферритовых кольцах типоразмера 24*13*9,7мм и содержат 22 витка обмоточного провода диаметром 1,5мм. К сожалению марка и магнитная проницаемость этих ферритовых колец мне неизвестна. Они используются во вторичных цепях импульсных компьютерных блоков питания типа ATX.
Транзисторы и микросхемы драйверов DA5, DA7 можно найти на материнских платах.
Все транзисторы устанавливаются на один радиатор площадью 15. 20см2. Для их изоляции от радиатора используются слюдяные прокладки.
Конденсаторы С21. С24 типа К73-17 на напряжение 63В.
Конденсатор С25 типа К73-17 на напряжение 630В.
Диоды можно использовать любые, с максимальным обратным напряжением не менее 400В.
Резисторы R44, R45 мощностью не менее 0,25Вт.

Настройка.
1. Отсоединить первичную обмотку трансформатора.
2. Резистором R9 установить частоту следования импульсов 100Гц на выходе DA2 (осциллограмма 1).
3. Проверить наличие синусоидального сигнала (осциллограмма 2) на выводах 7 и 14 DA1. Сигналы должны быть противофазны, но одинаковы по форме.
4. Резисторами R22 и R31 установить сигнал на выходе первого канала УНЧ согласно осциллограмме 3. Тоже проделать со вторым каналом (R24 и R34).
5. Установить подвижный контакт резистора R4 в верхнее по схеме положение.
6. Подключить к выходу преобразователя эквивалент нагрузки. Можно использовать лампу накаливания мощностью 25Вт.
7. Подключить первичную обмотку трансформатора.
8. Резистором R4 установить напряжение 220В на выходе преобразователя.

Источник

Две схемы инвертора 12 -220 вольт на ардуино

Теория
Достижение выхода синусоидальной волны довольно сложно и не может быть рекомендовано для инверторов, потому что электронные устройства обычно не «любят» экспоненциально возрастающие токи или напряжения. Поскольку инверторы в основном изготавливаются с использованием твердотельных электронных устройств, синусоидальная форма волны обычно исключается.

Электронные силовые устройства при работе с синусоидальными волнами дают неэффективные результаты, так как устройства, как правило, греются по сравнению при работе с прямоугольными импульсами.

Таким образом, лучший вариант для реализации синусоидальной волны на инверторе это — ШИМ, что означает широтно-импульсную модуляцию или PWM .

PWM-это усовершенствованный способ (цифровой вариант) выставления экспоненциальной формы волны через пропорционально изменяющиеся квадратные ширины импульсов, чистое значение которых вычисляется точно в соответствии с чистым значением выбранной экспоненциальной формы волны, здесь «чистое» значение относится к СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОМУ значению. Поэтому вычисленная ШИМ со ссылкой на данную синусоидальную волну может использоваться в качестве идеального эквивалента для репликации данной синусоиды. Кроме того, PWMs будет идеально совместимым с электронными приборами силы (mosfets, BJTs, IGBTS) и позволяет использование их с минимальным тепловыделением.

Что такое SPWM
Самый обычный метод производить PWM sinewaver (синусоидную волну) или SPWM, путем подачи нескольких экспоненциально изменчивых сигналов к входу операционного усилителя для необходимой обработки. Среди двух входных сигналов один должен быть намного выше по частоте по сравнению с другим.

Использование двух входных сигналов
Как упоминалось в предыдущем разделе, процедура включает подачу двух экспоненциально изменяющихся сигналов на входы операционного усилителя.
Здесь операционный усилитель сконфигурирован как типичный компаратор, поэтому мы можем предположить, что операционный усилитель мгновенно начнет сравнивать мгновенные уровни напряжения этих двух наложенных сигналов в тот момент, когда они появляются или применяются к его входам.

Для того чтобы операционный усилитель мог правильно реализовать необходимые синусоидальные ШИМ на своем выходе, необходимо, чтобы один из сигналов имел гораздо более высокую частоту, чем другой. Более медленная частота здесь-та, которая должна быть синусоидальной волной образца, которая должна имитироваться (реплицироваться) PWMs.

В идеале, оба сигнала должны быть синусоидальными (один с более высокой частотой, чем другой), однако то же самое может быть реализовано путем включения треугольной волны (высокая частота) и синусоидальной волны (выборочная волна с низкой частотой). Как видно на следующих изображениях, высокочастотный сигнал неизменно подается на инвертирующий вход ( — ) операционного усилителя, в то время как другой более медленный синусоидальный сигнал подается на не инвертирующий ( + ) вход операционного усилителя. В худшем случае оба сигнала могут быть треугольными волнами с рекомендуемыми уровнями частоты, как описано выше. Тем не менее, это поможет в достижении достаточно хорошего эквивалента PWM sinewave.

Сигнал с более высокой частотой называется несущим сигналом, в то время как более медленный сигнал выборки называется модулирующим входом.

Создание SPWM с треугольной и сухожильной волной
Обращаясь к приведенному выше рисунку, возможно ясно визуализировать через нанесенные точки различные совпадающие или перекрывающиеся точки напряжения двух сигналов в течение заданного промежутка времени. Горизонтальная ось показывает период времени формы волны, пока вертикальная ось показывает уровни напряжения тока 2 одновременно бежит, наложенной формы волны. Рисунок информирует нас о том, как операционный усилитель будет реагировать на показанные совпадающие мгновенные уровни напряжения двух сигналов и производить соответственно меняющуюся синусоидальную ШИМ на своем выходе. Операционный усилитель (ОУ) просто сравнивает, уровни напряжения тока волны быстрого треугольника меняя мгновенно синусоидальную волну (это может также быть волна треугольника), и проверяет случаи, во время которых напряжение тока формы волны треугольника может быть ниже, чем напряжение тока волны синуса и отвечает немедленно создавать высокую логику на своих выходах.

Это сохраняется до тех пор, пока потенциал волны треугольника продолжает быть ниже потенциала волны синуса, и момент, когда потенциал волны синуса обнаружен, чтобы быть ниже, чем мгновенный потенциал волны треугольника, выходы возвращаются с минимумом и выдерживают, пока ситуация не повторяется.

Это непрерывное сравнение мгновенных уровней потенциала двух наложенных друг на друга волновых форм на двух входах операционных усилителей приводит к созданию соответственно изменяющихся ШИМ, которые могут точно повторять синусоидальную форму, приложенную к не инвертирующему входу операционного усилителя.

Операционный усилитель и SPWM
На следующем рисунке показано моделирование вышеуказанной операции:

Здесь мы можем наблюдать, как реализуется практически, и именно так операционный усилитель будет выполнять то же самое (хотя и с гораздо большей скоростью, в МС).

Операция вполне очевидна и отчетливо показывает, как операционный усилитель должен обрабатывать синусоидальную волну ШИМ путем сравнения двух одновременно меняющихся сигналов на его входах, как описано в предыдущих разделах.

На самом деле операционный усилитель будет обрабатывать синусоидальные ШИМ гораздо более точно, чем показанное выше моделирование, может быть в 100 раз лучше, создавая чрезвычайно однородные и хорошо измеренные ШИМ, соответствующие подаваемому образцу. Синусоида.

Инвертор на ардуино две схемы

Конструкция на самом деле очень проста, как показано на следующем рисунке.

Pin#8 и pin#9 создают ШИМ альтернативно и переключают Мосфеты с такой же ШИМ.
Мосфет в свою очередь наводит на трансформатор сильно токовую форму волны SPWM, используя силу батареи, заставляя вторичку трансформатора произвести идентичную форму волны.

Предлагаемая схема инвертора Arduino может быть обновлена до любого предпочтительного более высокого уровня мощности, просто заменив Мосфеты и трансформатор соответственно, в качестве альтернативы вы также можете преобразовать это в полный мост или Н-мостовой синусоидальный инвертор
Питание платы Arduino

Поскольку плата Arduino будет производить выход 5V, это может быть не идеальное значение для непосредственного управления МОП-транзисторами.

Поэтому необходимо поднимать уровень строба к 12V так, что Мосфеты будут работать правильно без нагрева приборов.

Добавление автоматического регулятора напряжения
Так же, как и на любом другом инверторе, на выходе этой конструкции ток может подняться до небезопасных пределов, когда батарея полностью заряжена.

Чтобы контролировать это добавим автоматический регулятор напряжения тока.
Коллекторы BC547 должны быть подключены к основаниям левой пары BC547, которые подключены к Arduino через резисторы 10K.

Источник

Как сделать простой инвертор 12-220 В мощностью 2500 Вт частотой 50 Гц

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.

Электрическая схема инвертора

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.

Электронные компоненты, используемые в устройстве

Особенности сборки и настройки схемы инвертора

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.

Смотрите видео

Источник