この1KVA(1000ワット)の純粋な正弦波インバータ回路を作成します

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ここでは、信号増幅器と電源トランスを使用して、比較的単純な1000ワットの純粋な正弦波インバータ回路について説明します。

下の最初の図に見られるように、構成は、接続された変圧器が必要な1kva出力を生成するように対応するように、+ /-60ボルトで電流を増幅するように設計された単純なMOSFETベースです。



回路動作

Q1、Q2は、入力の1vpp正弦波信号を、Q3、Q4、Q5で構成されるドライバステージの開始に適したレベルまで適切に上げる初期差動アンプステージを形成します。

この段階でさらに電圧が上昇し、MOSFETを駆動するのに十分になります。



MOSFETはプッシュプル形式でも形成されており、変圧器の出力が主電源レベルで目的の1000ワットのACを生成するように、変圧器の巻線全体で60ボルト全体を1秒間に50回効果的にシャッフルします。

各ペアは100ワットの出力を処理する責任があり、10ペアすべてが一緒になって1000ワットを変圧器にダンプします。

意図した純粋な正弦波出力を取得するには、単純な正弦波発生器回路の助けを借りて満たされる適切な正弦波入力が必要です。

それは、いくつかのオペアンプと他のいくつかのパッシブパーツで構成されています。 5〜12の電圧で動作する必要があります。この電圧は、インバータ回路を駆動するために組み込まれているバッテリの1つから適切に導出する必要があります。

インバーターは、120 VDCに相当する+/- 60ボルトの電圧で駆動されます。

この巨大な電圧レベルは、10個の番号を付けることによって得られます。直列の12ボルトのバッテリーの。

1000ワットまたは1kvaの正弦波インバーター回路

正弦波発生回路

以下の図は、上記のインバータ回路を駆動するために使用できる単純な正弦波発生器回路を示していますが、この発生器からの出力は本質的に指数関数的であるため、MOSFETの多くの加熱を引き起こす可能性があります。

より良いオプションは、標準の正弦波信号と同等の適切に最適化されたPWMパルスを上記の回路に供給するPWMベースの回路を組み込むことです。

IC555を利用するPWM回路も次の図で参照されており、上記の1000ワットのインバータ回路をトリガーするために使用できます。

正弦波発生回路の部品リスト

すべての抵抗器は1/8ワット、1%、MFRです
R1 = 14K3(60Hzの場合は12K1)、
R2、R3、R4、R7、R8 = 1K、
R5、R6 = 2K2(60Hzの場合は1K9)、
R9 = 20K
C1、C2 = 1µF、TANT。
C3 = 2µF、TANT(並列に2つの1µF)
C4、C6、C7 = 2µ2 / 25V、
C5 = 100µ / 50v、
C8 = 22µF / 25V
A1、A2 = TL 072

インバーターの部品リスト

Q1、Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4、Q5 = BD139

すべてのNチャネルMOSFETは= K1058です

すべてのPチャネルMOSFETは= J162です

変圧器= 0-60V / 1000ワット/出力110/220ボルト50Hz / 60Hz

上記のセクションで説明した提案された1kvaインバーターは、次の設計で示すように、大幅に合理化してサイズを縮小することができます。

バッテリーの接続方法

この図には、バッテリの接続方法と、正弦波またはPWM発振器ステージの電源接続も示されています。

ここでは、pチャネルにはIRF4905、nチャネルにはIRF2907の4つのMOSFETが使用されています。

50Hzの正弦波発振器を備えた完全な1kvaインバータ回路設計

上記のセクションでは、必要な1kva出力を達成するために2つのバッテリーが関与する完全なブリッジ設計を学習しました。次に、4NチャネルMOSFETと単一のバッテリーを使用して完全なブリッジ設計を構築する方法を調べてみましょう。

次のセクションでは、複雑なハイサイドドライバネットワークやチップを組み込むことなく、フルブリッジ1KVAインバータ回路を使用して構築する方法を示します。

Arduinoの使用

上で説明した1kva正弦波インバーター回路は、ほぼ完璧な正弦波出力を実現するためにArduinoを介して駆動することもできます。

完全なArduinoベースの回路図を以下に示します。

Arduinoを使用した正弦波1kvaインバーター

プログラムコードを以下に示します。

//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
}

フルブリッジインバーターのコンセプト

4つのNチャネルMOSFETを備えたフルブリッジMOSFETネットワークを駆動することは決して容易ではなく、複雑なハイサイドドライバネットワークを含むかなり複雑な回路を必要とします。

私が開発した次の回路を調べてみると、結局のところ、そのようなネットワークを設計することはそれほど難しくなく、通常のコンポーネントでも実行できることがわかります。

示されている回路図を使用して、4つのNチャネルMOSFETを使用する修正された1kvaインバーター回路の形式で概念を研究します。

ご存知のように、4つのNチャネルMOSFETが関与している場合 Hブリッジネットワーク 、ブートストラップネットワークは、ドレインがハイサイドまたはバッテリー(+)または特定の電源のプラスに接続されているハイサイドまたは上部の2つのMOSFETを駆動するために不可欠になります。

提案された設計では、ブートストラップネットワークは、6つのNOTゲートと他のいくつかの受動部品の助けを借りて形成されます。

バッファとして構成されたNOTゲートの出力は、電源範囲の2倍の電圧を生成します。つまり、電源が12Vの場合、NOTゲート出力は約22Vを生成します。

このステップアップされた電圧は、2つのそれぞれのNPNトランジスタのエミッタピン配列を介してハイサイドMOSFETのゲートに印加されます。

これらのトランジスタは、対角線上に対角線上にあるMOSFETが一度に導通し、ブリッジの2つのアームにある対角線上にペアになったMOSFETが交互に導通するように切り替える必要があるためです。

この機能は、技術的にはジョンソン除算10カウンタ/除算器ICと呼ばれるシーケンシャル出力高ジェネレータIC4017によって効果的に処理されます。

ブートストラップネットワーク

上記のICの駆動周波数は、外部発振器ステージの必要性を回避するために、ブートストラップネットワーク自体から導出されます。

ブートストラップネットワークの周波数は、変圧器の出力周波数が必要な仕様に従って必要な50または60Hzの程度に最適化されるように調整する必要があります。

シーケンシング中、IC 4017の出力は、接続されたMOSFETを適切にトリガーし、接続された変圧器巻線に必要なプッシュプル効果を生成して、インバーターの機能をアクティブにします。

NPNトランジスタに接続されているのを目撃できるPNPトランジスタは、システム全体の効率的な機能を可能にするために、アクションの過程でMOSFETのゲート容量が効果的に放電されることを確認します。

MOSFETへのピン配列接続は、個々の好みに応じて変更および変更できます。これには、リセットピン#15接続の関与も必要になる場合があります。

波形画像

上記のデザインは、熱心な愛好家の1人であり、このブログの寄稿者であるRobin Peter氏によってテストおよび検証されました。次の波形画像は、テストプロセス中に彼によって記録されました。




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