www.elektronik.si

[Serđ]

Pozdravljeni elektroniki!
Vsi, ki že imate kakršnekoli izkušnje z inverterji, rabim pomoč. Pred kratkem sem si zamislil izdelavo inverterja z Arduinom in SPWM (sinusoidal pulse width modulation) impulzi. SPWM impulze sem preračunal za prvi in drugi pin Arduina. Na prvem pinu so pulzi razdeljeni in skupno trajajo 10ms. Ko 10ms preteče, se aktivirajo razdeljeni pulzi na drugem pinu in prav tako trajajo 10ms. Skupno je tako čas periode 20ms za doseženo frekvenco 50Hz. Arduino je nato povezan na tranzistorsko vezje, tranzistorji odpirajo MOSFETE IRF540, ti pa dovajajo SPWM napetost na transformator s sredinskim odcepom npr. 12-0-12V (zato tudi ni uporabljenega H-bridga). Zanima me kakšen transformator, bi bil najbolj primeren, 6-0-6V, 9-0-9V, 12-0-12V..? Ker so v uporabi PWM signali vem, da mi MOSFETI ne bodo preklapljali polnih 12V (vir je akumulator) in bo ta napetost nižja zaradi izgub... Vendar, kakšna bo potem generirana RMS napetost na vhodu transformatorja, mi lahko kdo točno poda to vrednost, da bom nabavil transformator prave vrednosti? Nekaj sem že računal po podanih formulah, ki so v priponki, vendar bi se rad o tem prepričal z izkušnjami nekoga, ki se je s tako zadevo že srečal... Vse zrisane načrte prilagam v priponki za lažjo predstavo Lp. Serđ

[int47]

Bojim se, da si si zadal pretežko nalogo.

Če bi rad vsaj približno konstantno napetost, potrebuješ povratno vezavo iz 230V dela.
Če vzameš, da ima polna baterija cca 13V in prazna 10,8V, to pomeni, da ti izhodna napetost niha za cca 17% samo zaradi baterije. Temu dodaj še padce napetosti zaradi spreminjajoče se obremenitve.

Način, s katerim krmiliš MOSFET tranzistorja je primeren za počasne preklope. Stikalne izgube bodo (pre)velike.

Izhodni filter je (odvisno od uporabljenega transformatorja) verjetno neustrezen. Sam bi uporabil LC filter.
V najboljšem primeru boš potreboval (glede na moč razsmernika) predimenzioniran kondenzator.

Vezje ni zaščiteno pred preobremenitvijo, kratkim stikom in prenizko napajalno napetostjo.
Preveč globoko praznenje baterije je škodljivo za baterijo.
Prenizka napetost bo povečala preklopne izgube na MOSFETIH, iz katerih bo nato pri malo večji obremenitvi ušel dim.

Če navitji transformatorja ne bosta enaki, boš spravil jedro v zasičenje. V najboljšem primeru bo imelo vezje veliko lastno rabo. V malo slabšem se bo pokadilo.

Če bi na izhodu rad imel sinus, moraš pri (skoraj) prazni bateriji in nazivni obremenitvi doseči vršno napetost Vpeak = Vrms * SQRT(2).
Upoštevaj še izgube (Padci napetosti na 12V povezavah, MOSFET, navitje transformatorja , izhodni filter).
Brez upoštevanja izgub je max. napetost transformatorja 10,8/SQRT(2) = 7,6V.

Veliko lažje bo, če na ebay-u poiščeš "EGS002 EG8010 + IR2110 Module".

[v.j.]

Dodal bi še to, da tistih 7 PWM impulzov za polperiodo 10ms bo premalo, že zaradi tega se bo jedro čudno obnašalo.

[jozkoc]

Transformator je 2×9V, ker je pri sinusu maksimalna napetost na izhodu 325Vp = (koren 2) × 230Vef.

Kondenzator daj na primar transformatorja (2×9V stran, samo enega in ne dveh vezanih na nulo). Tako ne boš obremenjeval jedra transformatorja z visokofrekvenčnimi impulzi. Vrednost mora biti pravšnja da je kondenzator v resonanci s primarnim navitjem, to ugotoviš tako da meriš porabo toka v mirovnem delovanju. Pravšnja vrednost kondenzatorja je tista pri kateri boš dosegel najmanjši tok.

Na izhodu ne dajej nobenih LC filtrov, ker če izhod ne bo obremenjen z bremenom ti bo napetost napumpalo na višje vrednosti. LC filter bi prišel v poštev samo če bi imel kontrolo izhodne napetosti in nato s povratno vezavo peljal to informacijo nazaj na regulacijo (Arduin).

[Serđ]

int47, zavedam se, da bodo velika nihanja napetosti na akumulatorju kot si opisal, v prihodnje imam namen, da zadevo rešim z zaznavanjem napetosti na samem akumulatorju.
Mislim, da z načinom krmiljenja MOSFETOV ni nič narobe in bi morala zadeva delovati ok... , imaš kaj boljšega v mislih? To pa moram preveriti na protoboardu, praktično.
Vezje bo zaščiteno pred kratkim stikom z ustreznimi Schottky diodami na priključnih sponkah inverterja, varovalkami... Preobremenitve, prenizko napajalno napetost bom nadzoroval z dodatnim Atmega328, ki bo vezje izklopil tako da preklopnih izgub na MOSFETIH ne bi smelo biti (je pa to zadeva, ki je pri padcu napetosti res problematična).
Za enaki navitji transformatorja ne bi smel biti problem saj ga bom kupil že narejenega, ne bom ga navijal sam, s tem ne bi smelo priti do nasičenja in s tem posledično "radiator efekta" .
Glede modula, point vsega je, da zadevo naredim brez podobnih China boardov - kupi, sestavi, dela... - naučil sem se nič...

jozkoc, strinjam se s tabo. Tudi meni se zdi, da bi bil 9-0-9V transformator najbolj primeren. Malo sem preračunaval, signal v celi periodi je ON skupno 14ms, perioda traja 20ms.
Duty cycle je: D= 14/20= 0,7= 70%. Tako bi naj bilo teh 70% od 12V na transformatorju sepravi: Vrms= Vp×0,7= 12V×0,7= 8,4V.
Če uporabim klasično enačbo sinusa je: Vrms-ef= Vp/sqrt(2) = 12/1,41= 8,5V.
Prav tako LC filter na izhodu - res je, zvišalo bi mi napetost, bolje da dodam filtracijo pred izhodom, izhod premerim in po potrebi na izhodu dodam manjši kondenzator . Bi mi razložil glede vezave kondenzatorja nisem razumel natančno in s katero vrednostjo naj sploh začnem?

LP, vsaka izkušnja in ideja je dobrodošla.

[jozkoc]

Evo, skica kako se veže kondenzator. Sem "padu not" pa sem vse lepo narisal.

Ko pridem iz wikenda domov bom pogledal vrednost kondenzatorja v mojem inverterju, pa sporočim.

[Serđ]

jozkoc, hvala ti za tole skico, s tem si mi povedal več kot tisoč besed in zadeva mi je takoj 100% jasna .
Za vrednost kondenzatorja pa bi te še lepo prosil...

LP.

[igo]

Frekvenčniki imajo ponavadi na izbiro nosilne PWM frekvence nekje med 3 in 12 kHz, v korakih po kakšnih 1,5 kHz. Pač različno od znamke.
Potem se izbere najmanjšo, pri kateri motor ne piska in cvili. Višja frekvenca povečuje izgube v frekvenčniku in motorju ter obremenjuje izolacijo navitij.

PWM od Arduinota je na izbiro med okrog 400 (navaden) in okrog 800 Hz (fast PWM). To je cca 16-krat v eni polperiodi, konstantno. Potrebuješ pa po sinusu gor in dol.

Zato si s PWM knjižnico ne boš mogel dosti pomagati, ampak boš moral kar sam narediti tabelo dTCNT[n] po sinusu 0 do 360 (se hitreje bere kot 0...90, programskega prostora pa je itak dovolj).
TCNT je 16-bitni register. Ko je vrednost v Timerju enaka TCNT, se sproži prekinitev, ki spremeni stanje izhodnega pina in registru prišteje čas do naslednje prekinitve
TCNT = TCNT + dTCNT[n];
n++;
if (n > ...) n= 0;

MOSFET poganjaj z driverjem, saj se sedaj odpira skozi upor, ko se tranzistor pred njim počasi zapira. Vsak bipolarni tranzistor namreč rahlo zmanjša strmino spreminjanja signala, ki že iz Arduinota ni povsem neskončna (navpična). MOSFET je treba na silo odpreti in na silo zapreti, drugače se bo samo grel.

Na en ADC vhod preko uporovnega delilnika 14,44V/5V (51k in 27k) pripelješ napetost iz akumulatorja. Če je napetost manjša kot 14,44 V, je treba PWM duty-cycle korigirati, da bo imel tok skozi navitje trafota večjo amplitudo. Pri prenizki napetosti pa se izklopi.

Na drug ADC vhod bi pa načeloma moral pripeljati izhod optosklopnika s katerim bi zaznaval temensko vrednost od 230 V na izhodu ( cca 325 V)
Če napetost ni dosežena, se spet poveča amplituda toka skozi trafo.

S programom se boš ukvarjal kasneje, vezje si pa že sedaj pripravi.

[Serđ]

igo, hvala za odgovor. Mislim, da se v nadgradnjo PWM-a ne bi rad preveč spuščal, saj bi se mi potem stvar res zakomplicirala, bi kar pustil takšen kot je.
Glede poganjanja MOSFET-ov, bi se strinjal s tabo, tole z tranzistorji res ni najbolj primerno . Mogoče veš kateri driver bi bil najbolj primeren?
Na spremljanje napetosti z uporovnim delilnikom sem že razmišljal, o povratni vezavi z optocouplerjem pa še res nisem razmišljal, imaš mogoče kakšno shemo povratne vezave, ki bi bila najbolj primerna?

LP.

[jozkoc]

Končno uspel, je bil kondenzator tako obrnjen da se ni videlo napisa, poseg se je posledično časovno zavlekel.

Kondenzator - 4,7uF poliester.
Transformator - 200W toroid.

Moj inverter nima SPWM ampak navadno kvadratno obliko izmenične napetosti in s kondenzatorjem te vrednosti nisem dosegel niti malo nečemu kar bi bilo podobno sinusni obliki, da ne bi zavajal, ampak samo nekoliko manjšo porabo toka v mirovnem delovanju in nepotrebno obremenjevanje (segrevanje) jedra transformatorja s tokovnimi impulzi ki nastanejo pri prehodu iz ene polperiode v drugo.

[int47]

Upoštevaj, da s prilagajanjem cikla vplivaš na efektivno vrednost. Vršna bo takšna, kot bo glede na prestavno razmerje transformatorja in napetost baterije.

Če bi rad dve identični navitji transformatorja, moraš to pri naročilu posebaj zahtevat. Navaden 2x9V transformator ima dve ne čisto enaki navitji.

Uporabi MOSFET, ali IGBT driver.
Predlagam, da preučiš teorijo. Kaj mora biti kje in zakaj.

Potrebuješ pretokovno zaščito z merjenjem toka.

Varovalka na baterijski strani je žal, vsaj pri komercialnih izdelkih, bolj slaba zaščita komponent pred kratkim stikom. Tranzistor pregori veliko hitreje.
Varovalka je navadno v vezju le za to, da omeji škodo (požar).
Pri manjših UPS-ih z baterijsko napetostjo do 36V v 14-h letih še nisem videl primerka s prekinjeno varovalko in celimi tranzistorji. Praviloma je bila varovalka cela, koščke tranzistorjev pa sem lahko stresel iz ohišja.

Tudi, če uporabiš predlagani modul, se lahko kaj naučiš in imaš še vedno kar nekaj dela.

[Serđ]

jozkoc, hvala ti za informacijo o kondenzatorju .

int47, hvala ti za informacije, vidim da imaš s temi zadevami že kar nekaj izkušenj, zato bom poskušal maksimalno upoštevati tvoje nasvete . Malo sem gledal za MOSFET driverje, našel sem ICL7667. Podatki mi pravijo, da bi bil primeren? S tem bi se moral izogniti "zaspanosti" tranzistorjev. Datasheet sem dodal v priponko.

Lp.

[MOND]

Za N-kanalne MOSFET-e ne potrebuješ velike znanosti pri driverjih. Preverjeno dobro deluje s kombinacijo PNP in NPN bipolarnega tranzistorja.
Beri:
https://www.diodes.com/assets/App-Note-Files/zetex/dn80.pdf

(namesto ZXT-jev so dobri tudi BC-ji)

[Serđ]

MOND, potem naj bi bila takšna vezava z BC547 in BC558 povsem ok? Sem priložil v priponki.

[MOND]

Itak.
No če smo že natančni je fino vzet komplementarni par. BC 547 in BC557, oziroma BC 548 in BC558. Razlika med paroma je samo v Uce in Ucb. Poglej v datašitih. En par je 30V, drugi pa 45V.
Bazni upor 5K1 ali 4K7 bo bolje dati zaporedno med bazi bipolarnih tranzistorjev in izhod Arduina, obenem omejiš tok v bazo in zaščitiš izhod kontrolerja. Upor v vratih MOSFET-a bo pa pomojem 1K čisto preveč. Komot je 10krat manjši.

Glede na to, da bo Arduino izhod 5V, na MOSFET-u pa boš imel cca 12V, Če MOSFET ne bo TTL level Gate, potem za proženje potrebuješ polnih 12V. Potreben bo še en NPN med driverjem in izhodom Arduina.