PIC16F72を使用した正弦波UPS

提案された 正弦波インバーター UPS回路は、PIC16F72マイクロコントローラー、一部のパッシブ電子部品、および関連するパワーデバイスを使用して構築されています。

提供されたデータ：Mr。hishambahaa-aldeen

主な特徴：

説明したPIC16F72正弦波インバータの主な技術的特徴は、次のデータから評価できます。

電力出力（625 / 800va）は完全にカスタマイズされており、他の必要なレベルにアップグレードできます。
バッテリー12V / 200AH
インバータ出力電圧：230v（+ 2％）
インバータ出力周波数：50Hz
インバータ出力波形： PWM変調 Sinewave
高調波歪み：3％未満
クレストファクター：4：1未満
インバーター効率：24vシステムで90％、12vシステムで約85％
可聴ノイズ：1メートルで60db未満

インバータ保護機能

低バッテリシャットダウン
過負荷シャットダウン
出力短絡シャットダウン

低バッテリ検出およびシャットダウン機能

ビープスタートは10.5vで開始されます（3秒ごとにビープ音が鳴ります）
約10vでのインバータシャットダウン（2秒ごとに5パルスのビープ音）
過負荷：120％の負荷でビープ音が鳴ります（2秒の速度でビープ音が鳴ります）
130％の過負荷でのインバータのシャットダウン（2秒ごとに5パルスのビープ音）

LEDインジケータは以下のために提供されています：

インバーターオン
低バッテリー -アラーム付きのローバッテリーモードで点滅
カットオフ中は点灯
過負荷-アラーム付きの過負荷カットオフで点滅
カットオフ中は点灯
充電モード-充電モードで点滅
吸収中は点灯
主電源表示-LEDが点灯

回路仕様

8ビットマイクロコントローラーベースの制御回路
Hブリッジインバータートポロジー
MOSFETスイッチング障害検出
充電アルゴリズム：MosfetPWMベースのスイッチモード充電コントローラー5アンペア/ 15アンペア
2ステップ充電ステップ-1：ブーストモード（LEDフラッシュ）
ステップ2：吸収モード（LEDオン）
充電/ inv操作中の内部冷却のためのDCファンの初期化

回路図：

PICコードを表示できます ここに

PCBの詳細が提供されます ここに

以下の説明は、設計に含まれるさまざまな回路ステージの詳細を示しています。

更新：

これは非常に簡単に作成できることも参照できます 純粋な正弦波Arduinoベースのインバータ回路。

インバータモードの場合

主電源に障害が発生するとすぐに、ICのピン＃22でバッテリーロジックが検出され、コントローラーセクションにシステムをインバーター/バッテリーモードに切り替えるように即座に促します。

このモードでは、コントローラーはピン＃13（ccp out）を介して必要なPWMの生成を開始しますが、PWM生成レートは、コントローラーがピン＃16（INV / UPSスイッチ）でロジックレベルを確認した後にのみ実装されます。

このピンでハイロジックが検出された場合（INVモード）、コントローラーは約70％の完全に変調されたデューティサイクルを開始し、ICの指定されたピン配置でローロジックの場合、コントローラーは生成するように求められる場合があります。 250mS周期のレートで1％から70％の範囲のPWMのバースト。これは、UPSモードでのソフト遅延出力と呼ばれます。

コントローラはPWMと同時に、PICのピン＃13を介して「チャネル選択」ロジックを生成します。これはさらにIC CD4081のピン＃8に適用されます。

パルスの初期期間（つまり10ms）を通して、PWMコントローラーのピン12はハイになり、CD4081のピン10から排他的にPWMを取得でき、10mSの後、コントローラーのピン14はロジックハイになり、PWMはのピン11からアクセスできます。 CD4081は、この方法を使用した結果、MOSFETをオンにするために1対の逆位相PWMにアクセスできるようになります。

それ以外に、PWMコントローラのピン11からハイロジック（5V）にア​​クセスできるようになると、このピンはインバータがオンになるたびにハイになり、インバータがオフになるたびにローになります。このハイロジックは、各MOSFETドライバU1およびU2のピン10（HIピン）に適用され、2つのMOSFETバンクのハイサイドMOSFETをアクティブにします。

提案されたマイクロコントローラーSinewaveUPSをアップグレードするために、以下のデータを使用して適切に実装することができます。

次のデータは、完全なトランス巻線の詳細を提供します。

ヒシャム氏からのフィードバック：

こんにちはスワガタムさん、お元気ですか？

純粋な正弦波インバーターの回路図にはいくつかの間違いがあることをお伝えしたいと思います、220uf ブートストラップコンデンサ （22ufまたは47ufまたは68uf）、、、 2のir2110のピン1とピン2の間に接続されている22ufコンデンサは間違っているため、削除する必要があります。これもeletechと呼ばれる16進コードです。大きなDCファンがある場合は、15秒後にインバーターがシャットダウンし、ビープ音が鳴ります。トランジスタをより高い電流に交換する必要があります。MOSFETの安全性のために、7812レギュレーターを接続することをお勧めします。 ir2110 ...また、d14、d15、d16はアースに接続しないでください。

私はこのインバーターとその本当に純粋な正弦波をテストしました、私は洗濯機を動かし、そしてそれはノイズなしで静かに走りました、私は2.5ufの代わりに出力に220nfコンデンサーを接続しました、冷蔵庫も働いています、私はいくつかの写真を共有しますすぐに。

宜しくお願いします

上記の記事で説明した回路図は、次の画像に示すように、ヒシャム氏によっていくつかの適切な修正を加えてテストおよび変更されました。視聴者は、これらを参照して同じパフォーマンスを向上させることができます。

次に、以下の説明を通じて、MOSFETスイッチングステージを構築する方法を検討しましょう。

MOSFETスイッチング：

確認する MOSFETスイッチング 以下の回路図：

この場合、U1（IR2110）およびU2（IR2110）のハイサイド/ローサイドMOSFETドライバーが使用されます。詳細については、このICのデータシートを確認してください。この場合、ハイサイドMOSFETとローサイドMOSFETを備えた2つのMOSFETバンクは、トランスの一次側スイッチングを目的としています。

この場合、補助的なバンクの駆動が互いに異ならないため、バンクの機能（IC U1を適用）についてのみ説明します。

インバーターがオンになるとすぐに、コントローラーはU1のピン10をロジックハイにし、その後ハイサイドMOSFET（M1-M4）をオンにします。CD4081のピン10からのチャネル1のPWMがドライブIC（U1）のピン12に適用されます。 ）そして同様にそれはR25を介してQ1のベースに投与されます。

PWMがロジックハイである間、U1のピン12もロジックハイであり、バンク1（M9〜M12）のローサイドMOSFETをトリガーし、交互にトランジスタを起動します。

これに対応してU1ロジックのピン10電圧をローにするQ1により、ハイサイドMOSFET（M1〜M4）がオフになります。

したがって、デフォルトでは、のピン11からのハイロジックが マイクロコントローラー 2つのMOSFETアレイ間でハイサイドMOSFETのスイッチがオンになり、関連するPWMがハイの間、ローサイドMOSFETがオンになり、ハイサイドMOSFETがオフになります。これにより、スイッチングシーケンスが繰り返されます。

MOSFETスイッチング保護

U1のピン11は、各ドライバユニットのハードウェアロック機構を実行するために使用できます。

標準の固定モードでは、このピンはローロジックで固定されているように見えますが、どのような状況でもローサイドMOFETスイッチングが開始されない場合は常に（o / p短絡または出力での誤ったパルス生成を介して）、VDS電圧はローサイドMOSFETが起動すると、コンパレータ（U4）の出力ピン1がすぐにハイになり、D27の助けを借りてラッチされ、U1とU2のピン11がハイロジックになり、2つがオフになります。 MOSFETドライバは効果的にステージングし、MOSFETが焼けたり損傷したりするのを防ぎます。

ピン6とピン9はICの+ VCC（+ 5V）、ピン3はMOSFETゲートドライブ電源用の+ 12V、ピン7はハイサイドMOSFETゲートドライブ、ピン5はハイサイドMOSFET受信ルート、ピン1はローサイドMOSFETです。ドライブであり、ピン2はローサイドMOSFET受信パスです。ピン13はIC（U1）のグランドです。

低バッテリー保護：

コントローラがインバータモードで動作している間、コントローラはピン4（BATT SENSE）、ピン7（OVER LOADセンス）、およびピン2（AC MAINセンス）の電圧を繰り返し監視します。

ピン4の電圧が2.6Vを超えると、コントローラーはそれに気付かず、補助センシングモードに逃げるのが見られる場合がありますが、ここでの電圧が約2.5Vに低下するとすぐに、コントローラーステージはこの時点で機能を禁止します。 、低バッテリLEDがオンになるようにインバータモードをオフに切り替えて、 ビープ音を鳴らすブザー 。

過負荷：

過負荷保護は、ほとんどのインバータシステムに実装されている必須機能です。ここでは、負荷が安全負荷仕様を超えた場合にインバーターをカットするために、バッテリー電流が最初に負のラインで検出されます（つまり、ヒューズの両端の電圧降下とローサイドMOSFETバンクの負のパス） ）そして、この大幅に低下した電圧（mV）は、比例して強められます。 コンパレータ U5（ピン12、13、1、14で構成）（回路図を参照）。

コンパレータ（U5）のピン14から出力されるこの増幅された電圧は、反転増幅器として装備され、マイクロコントローラのピン7に適用されます。

ソフトウェアは、電圧をリファレンスと比較します。この特定のピンのリファレンスは2Vです。前に説明したように、コントローラーは、システムをインバーターモードで動作させる以外に、このピンの電圧を検出します。負荷電流が増加するたびに、このピンの電圧が上昇します。

コントローラICのピン7の電圧が2Vを超えると、プロセスはインバータをシャットオフして過負荷モードに切り替え、インバータをシャットオフし、過負荷LEDをオンにしてブザーを鳴らし、9回のビープ音の後にインバータに再度スイッチを入れ、ピン7の電圧をもう一度検査し、コントローラーがピン7の電圧が2V未満であると識別した場合、インバーターを通常モードで動作させ、そうでない場合はインバーターを再び切断するとします。このプロセスは次のとおりです。自動リセットモードとして知られています。

この記事のように、インバーターモードの場合、コントローラーはピン4（ローバットの場合）、ピン7（過負荷の場合）、およびピン2の電圧をACメイン電圧ステータスとして読み取ることを事前に説明しました。システムがツインモード（a）UPSモード、（b）インバーターモードで機能している可能性があることを理解しています。

したがって、PICのピン2電圧を検査する前に、PICのピン16でハイ/ローロジックを検出することにより、ユニットがどのモードで動作しているかを確認する前に、ルーチンを実行します。

主電源へのインバーター切り替え（INV-MODE）：

この特定のモードでは、AC主電圧が140V ACの近くにあることが検出されるとすぐに、 切り替えアクション 実装されていることがわかりますが、この電圧しきい値はユーザーが事前に設定できます。これは、pin2の電圧が0.9Vを超える場合、コントローラーICがインバーターをシャットオフし、メインオンモードに切り替わる可能性があることを意味します。 AC主電源の障害をテストし、充電プロセスを維持するためのpin2電圧。この記事では、後で説明します。

インバーターからバッテリーへの切り替え（UPS-MODE）：

この設定内で、ACメイン電圧が190V ACの近くになるたびに、切り替えがバッテリーモードに強制されることがあります。この電圧しきい値もソフトウェアで事前に設定可能です。つまり、pin2の電圧が1.22Vを超えると、コントローラーはインバーターをオンにし、バッテリールーチンに切り替えると予想されます。このルーチンでは、システムがピン2電圧を検査して、AC電源がないことを確認し、記事の後半で説明する充電スケジュールを操作します。

バッテリーの充電：

MAINS ONの過程で、バッテリーの充電が開始されたように見える場合があります。バッテリー充電モードでは、システムがSMPS技術を使用して機能している可能性があることを理解できるので、その背後にある動作原理を理解しましょう。

バッテリーを充電するために、出力回路（MOSFETとインバータートランス）がブーストコンバーターの形で有効になります。

この場合、2つのMOSFETアレイのすべてのローサイドMOSFETはスイッチングステージとして同期して動作し、インバータトランスの1次側はインダクタとして動作します。

すべてのローサイドMOSFETがオンになるとすぐに、電力はトランスの1次セクションに蓄積され、MOSFETがオフになるとすぐに、この蓄積された電力は、MOSFET内の内蔵ダイオードによって整流されます。 DCはバッテリーパックにキックバックされます。このブーストされた電圧の測定値は、ローサイドMOSFETのオン時間、または充電プロセスに使用されるデューティサイクルのマーク/スペース比に依存します。

PWMワーキング

機器がメインオンモードで動作している間、充電PWM（マイクロのピン13から）は1％から最高仕様まで徐々に増加します。PWMがバッテリーへのDC電圧を上げると、バッテリー電圧も上がります。その結果、バッテリーの充電電流が急増します。

ザ・ バッテリー充電電流 はPCBのDCヒューズと負のレールの両端で監視され、電圧はアンプU5（コンパレータのピン8、ppin9、ピン10）によってさらに増強され、この増幅された電圧または検出された電流がマイクロコントローラのピン5に印加されます。

このピンの電圧はソフトウェアで1Vの形式でスケジュールされます。このピンの電圧が1Vを超えるとすぐに、コントローラーは、このピンの電圧を想定して、最終的に1V未満にプルダウンされるまでPWMデューティサイクルを制限していることがわかります。が1V未満に低下すると、コントローラーは即座に完全なPWM出力の改善を開始し、コントローラーがこのピンの電圧を1Vに維持し、その結果、充電電流制限を維持しながら、プロセスがこのように進行すると予想されます。

SINEWAVEUPSのテストと障害の発見

カードを作成して、すべての配線を確認します。これには、LED接続、ON / OFFスイッチ、インバータトランスを介したフィードバック、CN5への6ボルトのメインセンス、カードへのバッテリーの-VE、大型ヒートシンクへのバッテリーの+ VEが含まれます。

最初は、変圧器の一次側を一対の小さなヒートシンクに接続しないでください。

MCBと50アンペアの電流計を介してバッテリー+ veワイヤーをPCBに接続します。

推奨されるテストに進む前に、のピンの+ VCC電圧を確認してください。

U1-次の順序のU5。

U1：ピン＃8および9：+ 5V、ピン＃3：+ 12V、ピン＃6：+ 12V、
U2：ピン＃8および9：+ 5V、ピン＃3：+ 12V、ピン6：+ 12V、
U3：ピン14：+ 5V、U4：ピン20：+ 5V、ピン1：+ 5V、U5：ピン4：+ 5V。

1）バッテリーMCBの電源を入れ、電流計をチェックし、1アンペアを超えないことを確認します。アンペアが発射される場合は、U1とU2を短時間取り外し、MCBを再度オンにします。

2）インバータのON / OFFスイッチを切り替えて電源を入れ、リレーがONになるかどうかを確認し、「INV」LEDを点灯させます。そうでない場合は、PICのピン＃18の電圧をチェックします。これは5Vであると想定されています。これがない場合は、コンポーネントR37およびQ5を確認してください。これらのいずれかが故障しているか、正しく接続されていない可能性があります。 「INV」LEDがオンにならない場合は、PICのピン＃25の電圧が5Vであるかどうかを確認してください。

上記の状況が正常に実行されていると思われる場合は、以下に説明する次の手順に進みます。

3）PICのオシロスコープテストピン＃13を使用して、インバータスイッチのオン/オフを交互に切り替えると、インバータのメイン入力がオフになるたびに、このピン配置に適切に変調されたPWM信号が表示されることが期待できます。 PICに障害がある、コーディングが正しく実装されていない、またはICがはんだ付けされていないかソケットに挿入されていると見なすことができます。

このピンを介して予想される変更されたPWMフィードを取得することに成功した場合は、ICのピン＃12 / in＃14に移動し、これらのピンで50Hz周波数が利用可能かどうかを確認します。そうでない場合は、PIC構成に何らかの障害があることを示していない場合は、削除して交換してください。これらのピンで肯定的な応答を得る場合は、以下で説明する次の手順に進みます。

4）次のステップは、最終的にMOSFETドライバステージU1およびU2と統合される変調PWMについてIC U3（CD4081）のピン＃10 /ピン＃12をテストすることです。さらに、約3.4Vであると想定されるピン＃9 /ピン＃12での電位差も確認する必要があり、ピン＃8 /ピン＃13で2.5Vであることが確認される場合があります。同様に、ピン＃10/11が1.68Vであることを確認します。

CD4081出力ピン間で変調されたPWMを特定できない場合は、PICからIC CD4081の関連ピンで終端するトラックを確認する必要があります。これは、壊れているか、PWMがU3に到達するのを何らかの形で妨げている可能性があります。 。
すべて問題がなければ、次のレベルに進みましょう。

5）次に、CROをU1ゲートに接続し、インバーターのオン/オフを切り替えます。上記のように、このスポットでM1とM4、およびゲートM9、M12のPWMを確認します。ただし、PWMが発生しても驚かないでください。 M1 / M4と比較してM9 / M12の位相がずれているのが見られますが、これは正常です。

これらのゲートにPWMが完全にない場合は、ローであると予想されるU1のピン＃11を確認できます。ハイであることが判明した場合は、U1がシャットダウンモードで実行されている可能性があります。

この状況を確認するには、U5のピン＃2の電圧が2.5Vである可能性があり、同様にU5のピン＃3が0Vまたは1V未満である可能性があり、1V未満であることが検出された場合は、次に進み、R47 / R48を確認します。ただし、電圧が2.5Vを超えていることが判明した場合は、十分に修正されるまで、D11、D9、MOSFET M9、M12、およびその周辺の関連コンポーネントをチェックして、永続的な問題のトラブルシューティングを行います。

U1のピン＃11がローで検出され、それでもU1のピン＃1とピン＃7からPWMが見つからない場合は、IC U1を交換する必要があります。これにより、問題が修正される可能性があります。次のレベルに移動するように促します。

6）MOSFETアレイM5 / M18およびM13 / M16のゲートについて、上記とまったく同じ手順を繰り返します。トラブルシューティングは説明どおりですが、U2およびこれらのMOSFETに関連する可能性のある他の補完的なステージを参照します。

7）上記のテストと確認が完了したら、正弦波UPS回路図に示されているように、変圧器の1次側をMOSFETヒートシンクに接続します。これが構成されたら、インバータースイッチをオンにし、プリセットVR1を調整して、インバーターの出力端子間で必要な220Vの安定化された一定の正弦波ACにアクセスできるようにします。
出力がこの値を超えているか、この値を下回っており、予想される規制がない場合は、次の問題を探すことができます。

出力がはるかに高い場合は、2.5VであるはずのPICのピン＃3の電圧を確認します。そうでない場合は、インバータトランスからコネクタCN4へのフィードバック信号を確認し、さらにC40の両端の電圧を確認して、問題が修正されるまでのコンポーネントR58、VR1などの正確さ。

8）この後、適切な負荷をインバーターに接続し、レギュレーションを確認します。2〜3％の変動は正常と見なされます。それでもレギュレーションに失敗した場合は、ダイオードD23 ---- D26を確認してください。これらに欠陥があるか、問題を修正するためにC39、C40を交換してみてください。

9）上記の手順が正常に完了したら、LOW-BATTの機能を確認して続行できます。これを視覚化するには、コンポーネント側からピンセットを使用してR54を短絡してみてください。これにより、LOW-Batt LEDが即座に点灯し、ブザーが約9秒間、ビープ音の速度でビープ音を鳴らします。およそ2番目。

上記が起こらない場合は、PICのピン＃4をチェックすることができます。これは通常2.5Vを超えているはずであり、これより低い値は低バット警告表示をトリガーします。ここで無関係な電圧レベルが検出された場合は、R55とR54が正しく機能しているかどうかを確認してください。

10）次は、確認が必要な過負荷トリップ機能です。テストでは、負荷として400 Waitの白熱電球を選択し、インバーター出力に接続できます。 VR2を調整すると、過負荷トリップはプリセット回転のある時点で開始するはずです。

正確には、PICのピン＃7の電圧を確認してください。正しい負荷条件下では、電圧が2Vを超え、このレベルを超えると過負荷カットオフアクションがトリガーされます。

サンプル400ワットで、プリセットを変更し、過負荷カットオフを強制的に開始してみてください。これが発生しない場合は、2.2Vより高いと思われるU5（LM324）のピン＃14の電圧を確認してください。次に、R48、R49、R50、およびR33を確認します。ここですべてが正しい場合は、U5を新しいICに交換して、応答を確認します。

または、R48の値を約470K、560k、680Kなどに増やして、問題の解決に役立つかどうかを確認することもできます。

11）インバーター処理の評価が終了したら、主電源切り替えを実験します。モードスイッチをインバーターモードのままにします（CN1を開いたままにします）スイッチ-インバーターをオンにし、主線をバリアックに接続し、バリアック電圧を140V ACで、主電源への切り替えトリガーが発生するかどうかを確認します。その場合に切り替えが見つからない場合は、マイクロコントローラーのピン2の電圧を確認し、1.24Vを超える必要があります。電圧が1.24Vより小さい場合は、検出トランスの電圧（2次側で6V AC）を調べるか、確認してください。コンポーネントR57、R56で。

切り替えが表示されたので、バリアック電圧を90V未満にスケールダウンし、主電源からインバーターへの切り替えアクションが確立されているかどうかを調べます。マイクロコントローラのピン2の電圧が1V未満になっているため、切り替えが発生するはずです。

12）上記の評価が完了したらすぐに、UPSモードで主電源切り替えを試してください。 UPSモードでモードスイッチを有効にする（CN1を短絡したままにする）ことで、インバーターを起動し、主線をバリアックに接続し、バリアック電圧を約190V ACに上げ、UPSから主電源への切り替えストライクを観察します。切り替えアクションがない場合は、マイクロコントローラーのピン2の電圧を確認し、電圧が1.66V未満である限り、1.66Vを超える必要があります。次に、検出トランスの電圧（2次側で6V AC）を確認します。 ）またはおそらく要素R57、R56を検査します。

切り替えがポップアップした直後に、バリアック電圧を180Vにスケールバックし、主電源からUPSへの切り替えが発生するかどうかを確認します。マイクロコントローラのピン2の電圧が1.5Vを超えることが確認できるようになったため、切り替えが行われるはずです。

13）最終的に、付属のバッテリーのカスタマイズされた充電を見てください。モードスイッチをインバーターモードで保持し、主電源を管理し、バリアック電圧を230V ACに上げ、電流計でスムーズに上昇する充電電流を決定します。

VR3を変化させて充電電流をいじり、電流の変化が約5アンペアから12/15アンペアの中間で変化するのを目撃できるようにします。

充電電流がはるかに高く、好ましいレベルでスケールダウンできる位置にないことがわかった場合は、R51の値を100kに増やしてみてください。それでも充電電流が期待されるレベルに改善されない場合は、次に、R51の値を22Kに下げてみることができます。マイクロコントローラーのピン5で検出された等価電圧が2.5Vになると、マイクロコントローラーはPWMを調整し、その結果、充電電流を調整することが期待されることに注意してください。

充電モードの過程で、MOSFETの上部ブランチがオフになっている間、MOSFETの下部ブランチ（M6 -M12 / M13-M16）が@ 8kHZをスイッチングしていることを覚えておいてください。

14）さらに、FANの動作を検査でき、インバーターがオンになるたびにFANがオンになり、インバーターがオフになるとFANがオフになっていることがわかります。同様に、充電がオンになるとすぐにFANがオンになり、充電がオフになるとFANがオフになります。