Converteix un inversor d’ona quadrada en un inversor d’ona sinusoïdal

Converteix un inversor d’ona quadrada en un inversor d’ona sinusoïdal

El missatge explica alguns conceptes de circuits que es poden utilitzar per convertir o modificar qualsevol inversor d’ona quadrada ordinari a un sofisticat disseny d’inversors d’ona sinusoïdal.



Abans d’estudiar els diferents dissenys explicats en aquest article, seria interessant conèixer els factors que normalment fan que un inversor d’ona sinusoïdal sigui més desitjable que un disseny d’ona quadrada.

Com funciona la freqüència als inversors

Els inversors impliquen bàsicament freqüències o oscil·lacions per implementar les accions d’increment i inversió. La freqüència, com sabem, és la generació d’impulsos segons un patró uniforme i calculat, per exemple, una freqüència d’inversor típica es pot classificar a 50 Hz o 50 impulsos positius per segon.





La forma d’ona de freqüència fonamental d’un inversor té la forma d’impulsos d’ona quadrada.

Com tots sabem, una ona quadrada mai no és adequada per operar equips electrònics sofisticats com TV, reproductors de música, ordinadors, etc.



La xarxa de corrent altern (corrent altern) que adquirim a la presa de corrent domèstica també consisteix en una freqüència de corrent polsant, però en forma d’ones sinusoïdals o sinusoïdals.

Normalment és a 50Hz o 60Hz segons les especificacions del país.

L’esmentada corba sinusoïdal de la nostra forma d’ona de corrent altern es refereix als pics de tensió que augmenten exponencialment i que constitueixen els 50 cicles de la freqüència.

Com que el nostre corrent altern domèstic es genera a través de turbines magnètiques, la forma d'ona és intrínsecament una ona sinusoïdal, de manera que no requereix cap processament addicional i es fa directament útil a les llars per a tot tipus d'aparells.

Per contra, en els inversors, la forma d’ona fonamental té la forma d’ones quadrades que necessiten un processament exhaustiu per fer compatible la unitat amb tot tipus d’equips.

Diferència entre ona quadrada i ona sinusoidal

Com es mostra a la figura, una ona quadrada i una ona sinusoïdal poden tenir nivells de voltatge màxims idèntics, però el valor RMS o el valor quadrat mitjà de l’arrel poden no ser idèntics. Aquest aspecte és el que fa que una ona quadrada sigui particularment diferent d'una ona sinusoïdal, tot i que el valor màxim pot ser el mateix.

Per tant, un inversor d’ona quadrada que funcioni amb 12V CC generaria una sortida equivalent a 330V igual que un inversor d’ona sinusoïdal que funciona amb la mateixa bateria, però si mesureu el RMS de sortida dels dos inversors, diferiria significativament (330V i 220V).

La imatge mostra incorrectament 220V com a pic, en realitat hauria de ser de 330V

Al diagrama anterior, la forma d'ona de color verd és la forma d'ona sinusoïdal, mentre que el taronja representa la forma d'ona quadrada. La porció ombrejada és l'excés de RMS que cal anivellar per fer que els dos valors de RMS siguin el més propers possible.

Convertir un inversor d’ona quadrada en un equivalent d’ona sinusoïdal significa bàsicament permetre que l’inversor d’ona quadrada produeixi el valor màxim requerit, per exemple, de 330 V, però que tingui un RMS gairebé igual al seu homòleg d’ona sinusoïdal.

Com convertir / modificar una forma d'ona quadrada en una forma d'ona sinusoidal equivalent

Això es pot fer tallant una mostra d'ona quadrada en una forma d'ona sinusoïdal, o simplement tallant una forma d'ona quadrada de mostra en peces més petites ben calculades, de manera que el seu RMS s'aproximi molt al valor de RMS CA de xarxa estàndard.

Per tallar una ona quadrada a una ona sinusoïdal perfecta, podem emprar un oscil·lador de pont vienès o, més exactament, un 'oscil·lador bubba' i alimentar-lo a una etapa de processador d'ona sinusoïdal. Aquest mètode seria massa complex i, per tant, no és una idea recomanable per implementar un inversor d’ona quadrada existent en un inversor d’ona sinusoïdal.

La idea més factible seria tallar l’ona quadrada associada a la base dels dispositius de sortida al grau RMS requerit.

A continuació es mostra un exemple clàssic:

El primer diagrama mostra un circuit inversor d’ona quadrada. Si afegim un simple chopper AMV, podem descompondre els polsos a la base dels mosfet corresponents fins al grau requerit.

circuit inverter d’ona quadrada simple

Versió d’inversor equivalent d’ona quadrada a ona sinusoïdal modificada del circuit anterior.

Aquí, els AMV inferiors generen polsos a alta freqüència, la relació de qualificació de l'espai es pot alterar adequadament amb l'ajut del VR1 predefinit. Aquesta sortida controlada per PWM s’aplica a les portes dels mosfets per tal d’adaptar la seva conducció al valor RMS estipulat.

Com es pot modificar un inversor d’ona quadrada en un inversor d’ona sinusoïdal

Patró de forma d'ona típic esperat de la modificació anterior:

Forma d'ona a les portes del mosfet:

Forma d'ona a la sortida del transformador:

Forma d'ona després d'una filtració adequada mitjançant inductors i condensadors a la sortida del transformador:

Llista de peces

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K ohms,
C1, C2 = 0,47uF / 100V metal·litzats
C3, C4 = 0,1uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = qualsevol mosfet de 30V, 10amp, canal N.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K predefinit
Transformador = 9-0-9V, 8 amp ( cal seleccionar les especificacions segons la càrrega de sortida per a una correcta optimització de potència )
Bateria = 12V, 10AH

Millorar la taxa d’eficiència

La conversió o modificació anterior proporcionarà al voltant del 70% d’eficiència amb la concordança RMS aconseguida. Si esteu interessats en obtenir una concordança millor i precisa, probablement us caldria un processador de forma d'ona IC 556 PWM.

Voleu fer referència a aquest article que mostra el principi que hi ha darrere modificant una forma d'ona quadrada en una forma d'ona sinusoïdal utilitzant un parell d'IC555.

La sortida del circuit esmentat anteriorment es pot alimentar de manera similar a la porta o a la base dels dispositius de potència rellevants que estan presents a la unitat inverter quadrada existent.

En aquest article es pot constatar un enfocament més complet on IC 556 s’utilitza per extreure una ona sinusoïdal modificada basada en PWM precisa equivalents d'una font de mostra d'ona quadrada.

Aquesta forma d'ona s'integra amb els dispositius de sortida existents per implementar les modificacions previstes.

Els exemples anteriors ens ensenyen els mètodes més senzills mitjançant els quals qualsevol inversor d’ona quadrada ordinària existent es pot modificar en dissenys d’inversors d’ona sinusoïdal.

Conversió en un SPWM

A l'article anterior vam aprendre com la forma d'ona d'un inversor d'ona quadrada es podia optimitzar per obtenir una forma d'ona sinusoïdal tallant l'ona quadrada en seccions més petites.

No obstant això, una anàlisi més profunda mostra que, tret que la forma d'ona tallada no estigui dimensionada en forma de SPWM, és possible que no sigui possible aconseguir un equivalent d'ona sinusoïdal adequat.

Per satisfer aquesta condició, un circuit convertidor SPWM esdevé essencial per esculpir la forma d’ona sinusoïdal més ideal de l’inversor.

El següent diagrama mostra com es podria implementar de manera efectiva amb els dissenys comentats anteriorment.

Conversió SPWM per a un inversor d’ona quadrada

A través d’un dels meus articles anteriors vam entendre com es podria utilitzar un opamp per crear SPWM , la mateixa teoria es podria veure aplicada en el concepte anterior. Aquí s’utilitzen dos generadors d’ones triangulars, un accepta l’ona quadrada ràpida de l’astable inferior, mentre que l’altre accepta ones quadrades lentes de l’astable superior i els processa en sortides d’ona triangular ràpida i lenta corresponents, respectivament.

Aquestes ones triangulars processades s’alimenten a través de les dues entrades d’un opamp, que finalment les converteix en amplades de pols d’ona sinusoïdal o SPWM.

Aquests SPWM s’utilitzen per picar els senyals a la porta dels mosfets que, finalment, canvien la forma d’ona sobre l’enrotllament del transformador connectat per crear una rèplica exacta d’una forma d’ona sinusoïdal pura al costat secundari del transformador mitjançant la inducció magnètica.




Anterior: Circuit de control de díodes làser Següent: Circuit de temporitzador únic Mosfet