Aquí se explica un circuito inversor de onda sinusoidal pura relativamente simple de 1000 vatios utilizando un amplificador de señal y un transformador de potencia.
Como se puede ver en el primer diagrama a continuación, la configuración es un simple mosfet diseñado para amplificar la corriente a +/- 60 voltios de modo que el transformador conectado corresponda a generar la salida requerida de 1kva.
Operación del circuito
Q1, Q2 forma la etapa de amplificador diferencial inicial que eleva apropiadamente la señal sinusoidal de 1vpp en su entrada a un nivel que se vuelve adecuado para iniciar la etapa de excitación compuesta por Q3, Q4, Q5.
Esta etapa aumenta aún más el voltaje de modo que sea suficiente para impulsar los mosfets.
Los mosfets también se forman en el formato push pull, que baraja efectivamente los 60 voltios completos a través de los devanados del transformador 50 veces por segundo, de modo que la salida del transformador genera los 1000 vatios de CA previstos a nivel de la red.
Cada par es responsable de manejar 100 vatios de salida, juntos los 10 pares descargan 1000 vatios en el transformador.
Para adquirir la salida de onda sinusoidal pura deseada, se requiere una entrada sinusoidal adecuada que se cumple con la ayuda de un circuito generador de onda sinusoidal simple.
Se compone de un par de amplificadores operacionales y algunas otras partes pasivas. Debe ser operado con voltajes entre 5 y 12. Este voltaje debe derivarse adecuadamente de una de las baterías que se están incorporando para accionar el circuito inversor.
El inversor funciona con voltajes de +/- 60 voltios que equivalen a 120 V CC.
Este enorme nivel de voltaje se obtiene poniendo 10 nos. de baterías de 12 voltios en serie.
El circuito generador de onda sinusoidal
El diagrama que se muestra a continuación muestra un circuito generador de onda sinusoidal simple que se puede usar para impulsar el circuito inversor anterior, sin embargo, dado que la salida de este generador es exponencial por naturaleza, podría causar mucho calentamiento de los mosfets.
Una mejor opción sería incorporar un circuito basado en PWM que suministre al circuito anterior pulsos de PWM adecuadamente optimizados equivalentes a una señal sinusoidal estándar.
El circuito PWM que utiliza el IC555 también se ha mencionado en el siguiente diagrama, que puede usarse para activar el circuito inversor de 1000 vatios anterior.
Lista de piezas para el circuito generador sinusoidal
Todas las resistencias son 1/8 vatios, 1%, MFR
R1 = 14K3 (12K1 para 60Hz),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,
R5, R6 = 2K2 (1K9 para 60Hz),
R9 = 20K
C1, C2 = 1 µF, TANT.
C3 = 2µF, TANT (DOS 1µF EN PARALELO)
C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,
C5 = 100µ / 50v,
C8 = 22 µF / 25 V
A1, A2 = TL 072
Lista de piezas para inversor
Q1, Q2 = BC556
Q3 = BD140
Q4, Q5 = BD139
Todos los mosfet de canal N son = K1058
Todos los mosfets de canal P son = J162
Transformador = 0-60V / 1000 vatios / salida 110 / 220voltios 50Hz / 60Hz
El inversor de 1 kva propuesto que se analiza en las secciones anteriores puede simplificarse y reducirse mucho como se indica en el siguiente diseño:
Cómo conectar las baterías
El diagrama también muestra el método de conexión de la batería y las conexiones de suministro para la onda sinusoidal o las etapas del oscilador PWM.
Aquí solo se han utilizado cuatro mosfets que podrían ser IRF4905 para el canal p e IRF2907 para el canal n.
Diseño completo de circuito inversor de 1 kva con oscilador sinusoidal de 50 Hz
En la sección anterior hemos aprendido un diseño de puente completo en el que están involucradas dos baterías para lograr la salida requerida de 1kva. Ahora investiguemos cómo se podría construir un diseño de puente completo usando un mosfet de canal 4 N y usando una sola batería.
La siguiente sección muestra cómo se puede construir un circuito inversor de puente completo de 1 KVA sin incorporar complicadas redes o chips de controladores de lado alto.
Usando Arduino
El circuito inversor de onda sinusoidal de 1kva explicado anteriormente también se puede manejar a través de un Arduino para lograr una salida de onda sinusoidal casi perfecta.
El diagrama de circuito completo basado en Arduino se puede ver a continuación:
El código del programa se proporciona a continuación:
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El concepto de inversor de puente completo
Conducir una red mosfet de puente completo con 4 mosfets de canal N nunca es fácil, sino que requiere un circuito razonablemente complejo que involucre redes complejas de controladores del lado alto.
Si estudia el siguiente circuito desarrollado por mí, descubrirá que, después de todo, no es tan difícil diseñar tales redes y se puede hacer incluso con componentes ordinarios.
Estudiaremos el concepto con la ayuda del diagrama de circuito mostrado, que tiene la forma de un circuito inversor de 1 kva modificado que emplea 4 mosfets de canal N.
Como todos sabemos, cuando 4 mosfets de canal N están involucrados en un Red de puente H , una red de bootstrapping se vuelve imperativa para conducir el lado alto o los dos mosfets superiores cuyos drenajes están conectados al lado alto o la batería (+) o el positivo del suministro dado.
En el diseño propuesto, la red de arranque se forma con la ayuda de seis puertas NOT y algunos otros componentes pasivos.
La salida de las puertas NOT que están configuradas como búfer generan voltaje dos veces mayor que el del rango de suministro, lo que significa que si el suministro es de 12V, las salidas de la puerta NOT generan alrededor de 22V.
Este voltaje aumentado se aplica a las puertas de los mosfets del lado alto a través de los pines del emisor de dos transistores NPN respectivos.
Dado que estos transistores deben conmutarse de tal manera que los mosfets diagonalmente opuestos conduzcan a la vez, mientras que los mosfets emparejados diagonalmente en los dos brazos del puente conduzcan alternativamente.
Esta función es manejada de manera efectiva por el generador de alta salida secuencial IC 4017, que técnicamente se denomina IC de división por 10 / divisor de Johnson.
La red de Bootstrapping
La frecuencia de activación para el IC anterior se deriva de la propia red de arranque solo para evitar la necesidad de una etapa de oscilador externo.
La frecuencia de la red de arranque debe ajustarse de manera que la frecuencia de salida del transformador se optimice al grado requerido de 50 o 60 Hz, según las especificaciones requeridas.
Durante la secuenciación, las salidas del IC 4017 activan los mosfets conectados produciendo apropiadamente el efecto push-pull requerido en el devanado del transformador adjunto que activa el funcionamiento del inversor.
El transistor PNP que se puede presenciar conectado con los transistores NPN asegura que la capacitancia de la puerta de los mosfets se descargue de manera efectiva en el curso de la acción para permitir el funcionamiento eficiente de todo el sistema.
Las conexiones de pinout a los mosfets se pueden alterar y cambiar según las preferencias individuales, esto también puede requerir la participación de la conexión de reinicio del pin # 15.
Imágenes de forma de onda
El diseño anterior fue probado y verificado por el Sr. Robin Peter, uno de los ávidos aficionados y colaborador de este blog, las siguientes imágenes de forma de onda fueron registradas por él durante el proceso de prueba.
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