Convierta un inversor de onda cuadrada en un inversor de onda sinusoidal

Convierta un inversor de onda cuadrada en un inversor de onda sinusoidal

La publicación explica algunos conceptos de circuitos que se pueden emplear para convertir o modificar cualquier inversor de onda cuadrada ordinaria en un diseño sofisticado de inversor de onda sinusoidal.

Antes de estudiar los diversos diseños que se explican en este artículo, sería interesante conocer los factores que normalmente hacen que un inversor de onda sinusoidal sea más deseable que un diseño de onda cuadrada.



Cómo funciona la frecuencia en los inversores

Los inversores involucran básicamente frecuencia u oscilaciones para implementar las acciones de impulso e inversión. La frecuencia, como la conocemos, es la generación de pulsos en algún patrón uniforme y calculado, por ejemplo, una frecuencia típica de inversor puede tener una frecuencia nominal de 50 Hz o 50 pulsos positivos por segundo.



La forma de onda de frecuencia fundamental de un inversor tiene la forma de pulsos de onda cuadrada.

Como todos sabemos, una onda cuadrada nunca es adecuada para operar equipos electrónicos sofisticados como televisores, reproductores de música, computadoras, etc.



La red de CA (corriente alterna) que adquirimos en nuestra toma de red doméstica también consta de frecuencia de corriente pulsante, pero estas están en forma de ondas sinusoidales u ondas sinusoidales.

Normalmente es de 50 Hz o 60 Hz, según las especificaciones de servicios públicos del país en particular.

La curva sinusoidal mencionada anteriormente de nuestra forma de onda de CA doméstica se refiere a los picos de voltaje que aumentan exponencialmente y que constituyen los 50 ciclos de la frecuencia.



Dado que nuestra CA doméstica se genera a través de turbinas magnéticas, la forma de onda es inherentemente una onda sinusoidal, por lo que no requiere ningún procesamiento adicional y se puede usar directamente en los hogares para todo tipo de electrodomésticos.

Por el contrario, en los inversores, la forma de onda fundamental tiene la forma de ondas cuadradas, lo que necesita un procesamiento exhaustivo para que la unidad sea compatible con todo tipo de equipos.

Diferencia entre onda cuadrada y onda sinusoidal

Como se muestra en la figura, una onda cuadrada y una onda sinusoidal pueden tener niveles de voltaje pico idénticos, pero el valor RMS o el valor cuadrático medio puede no ser idéntico. Este aspecto es lo que hace que una onda cuadrada sea particularmente diferente de una onda sinusoidal, aunque el valor pico puede ser el mismo.

Por lo tanto, un inversor de onda cuadrada que funcione con 12 V CC generaría una salida equivalente a, por ejemplo, 330 V, como un inversor de onda sinusoidal que funciona con la misma batería, pero si mide la salida RMS de ambos inversores, diferiría significativamente (330 V y 220 V).

La imagen muestra incorrectamente 220 V como el pico, en realidad debería ser 330 V

En el diagrama anterior, la forma de onda de color verde es la forma de onda sinusoidal, mientras que la naranja representa la forma de onda cuadrada. La parte sombreada es el RMS en exceso que debe nivelarse para que ambos valores RMS sean lo más cercanos posible.

Por lo tanto, convertir un inversor de onda cuadrada en un equivalente de onda sinusoidal básicamente significa permitir que el inversor de onda cuadrada produzca el valor pico requerido de, por ejemplo, 330 V, pero que tenga un valor eficaz casi igual al de su contraparte de onda sinusoidal.

Cómo convertir / modificar una forma de onda cuadrada en una forma de onda sinusoidal equivalente

Esto se puede hacer tallando una muestra de onda cuadrada en una forma de onda sinusoidal, o simplemente cortando una forma de onda cuadrada de muestra en piezas más pequeñas bien calculadas, de modo que su valor eficaz se acerque mucho a un valor RMS de CA de la red estándar.

Para tallar una onda cuadrada en una onda sinusoidal perfecta, podemos emplear un oscilador de puente de Viena o más precisamente un 'oscilador bubba' y alimentarlo a una etapa de procesador de onda sinusoidal. Este método sería demasiado complejo y, por lo tanto, no es una idea recomendada para implementar un inversor de onda cuadrada existente en un inversor de onda sinusoidal.

La idea más factible sería cortar la onda cuadrada asociada en la base de los dispositivos de salida al grado RMS requerido.

A continuación se muestra un ejemplo clásico:

El primer diagrama muestra un circuito inversor de onda cuadrada. Al agregar un cortador AMV simple, podemos descomponer los pulsos en la base de los mosfets relevantes en el grado requerido.

circuito inversor de onda cuadrada simple

Versión de inversor equivalente de onda cuadrada modificada a onda sinusoidal del circuito anterior.

Aquí, el AMV más bajo genera pulsos a alta frecuencia cuya relación marca / espacio se puede alterar adecuadamente con la ayuda del VR1 preestablecido. Esta salida controlada por PWM se aplica a las puertas de los mosfets para adaptar su conducción al valor RMS estipulado.

Cómo modificar un inversor de onda cuadrada en un inversor de onda sinusoidal

Patrón de forma de onda típico esperado de la modificación anterior:

Forma de onda en las puertas mosfet:

Forma de onda a la salida del transformador:

Forma de onda después de una filtración adecuada utilizando inductores y condensadores en la salida del transformador:

Lista de partes

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K ohmios,
C1, C2 = 0.47uF / 100V metalizado
C3, C4 = 0,1 uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = cualquier mosfet de 30 V, 10 amperios, canal N.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K preestablecido
Transformador = 9-0-9V, 8 amperios ( Las especificaciones deben seleccionarse según la carga de salida para una correcta optimización de la potencia. )
Batería = 12V, 10AH

Obtener una mejor tasa de eficiencia

La conversión o modificación anterior proporcionará alrededor del 70% de eficiencia con la coincidencia RMS lograda. Si está interesado en obtener una coincidencia mejor y más precisa, probablemente necesitará un procesador de forma de onda IC 556 PWM.

Le gustaría consultar este artículo que muestra el principio detrás modificar una forma de onda cuadrada en una forma de onda sinusoidal usando un par de IC555.

La salida del circuito mencionado anteriormente se puede alimentar de manera similar a la puerta o la base de los dispositivos de potencia relevantes que están presentes en la unidad inversora cuadrada existente.

Se puede observar un enfoque más integral en este artículo, donde IC 556 se utiliza para extraer ondas sinusoidales modificadas basadas en PWM precisas equivalentes de una fuente de muestra de onda cuadrada.

Esta forma de onda está integrada con los dispositivos de salida existentes para implementar las modificaciones previstas.

Los ejemplos anteriores nos enseñan los métodos más simples a través de los cuales cualquier inversor de onda cuadrada ordinario existente puede modificarse en diseños de inversor de onda sinusoidal.

Conversión en SPWM

En el artículo anterior, aprendimos cómo la forma de onda de un inversor de onda cuadrada podría optimizarse para obtener un tipo de onda sinusoidal cortando la onda cuadrada en secciones más pequeñas.

Sin embargo, un análisis más profundo muestra que, a menos que la forma de onda cortada no esté dimensionada en forma de SPWM, es posible que no sea posible lograr un equivalente de onda sinusoidal adecuado.

Para satisfacer esta condición, un circuito convertidor SPWM se vuelve esencial para crear la forma de onda sinusoidal más ideal del inversor.

El siguiente diagrama muestra cómo esto podría implementarse de manera efectiva con los diseños discutidos anteriormente.

Conversión SPWM para un inversor de onda cuadrada

A través de uno de mis artículos anteriores comprendimos cómo se podría usar un opamp para crear SPWM , la misma teoría podría verse aplicada en el concepto anterior. Aquí se utilizan dos generadores de ondas triangulares, uno que acepta la onda cuadrada rápida del astable inferior, mientras que el otro acepta ondas cuadradas lentas del astable superior y las procesa en las correspondientes salidas de onda triangular rápida y lenta, respectivamente.

Estas ondas triangulares procesadas se alimentan a través de las dos entradas de un amplificador operacional, que finalmente las convierte en SPWM o anchos de pulso de onda sinusoidal.

Estos SPWM se utilizan para cortar las señales en la puerta de los mosfets que finalmente cambian la forma de onda sobre el devanado del transformador conectado para crear una réplica exacta de una forma de onda sinusoidal pura en el lado secundario del transformador mediante inducción magnética.




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