Miglioramento di un circuito inverter a onda quadra con ne555

[topolo]

Buonasera a tutti,

ho reperito il seguente schema elettrico di un semplice inverter, utilizzando il timer ne555 e due MOSFET. In output ottengo in modo evidente un segnale ad onda quadra.

Come sappiamo, inverter a onda quadra sono considerati ormai obsoleti e poco efficienti e sicuri. Esiste un modo per implementare questo circuito e ottenere un' onda sinusoidale? 

Ho trovato in rete schemi elettrici che utilizzano resistori e condensatori per ottenere un'onda sinusoidale a partire da onda quadra, ma non ne sono sicuro.

Resto in attesa.

 

[Livio Orsini]

Già il trasformatore, essendo un bassa basso naturale, taglia moltissime delle armoniche rendendo laforma d'onda prossima ad una sinusoide.

La prima cosa da fare è rendere l'onda quadra che pilota i gate perfettamente simmetrica, poi si ottimizza il pilotaggio dei mosfet in modo che i due sagnali siano perfettamente simmetrici.

Poi si possono inserire 2 induttori in serie ai 2 terminali del secondario del trasformatore seguiti da 2 condensatori colelgati a terra. Questo rappresenta un ulteriore filtro passa basso che elimina ulteriormente le armoniche.

Tieni presente che un'onda quadra non è altro che una sommatoria della sinusoide fondamentale e delle sue armoniche.

[topolo]

  Il 07/12/2022 alle 15:56 , Livio Orsini ha scritto:

Già il trasformatore, essendo un bassa basso naturale, taglia moltissime delle armoniche rendendo laforma d'onda prossima ad una sinusoide.

La prima cosa da fare è rendere l'onda quadra che pilota i gate perfettamente simmetrica, poi si ottimizza il pilotaggio dei mosfet in modo che i due sagnali siano perfettamente simmetrici.

Poi si possono inserire 2 induttori in serie ai 2 terminali del secondario del trasformatore seguiti da 2 condensatori colelgati a terra. Questo rappresenta un ulteriore filtro passa basso che elimina ulteriormente le armoniche.

Tieni presente che un'onda quadra non è altro che una sommatoria della sinusoide fondamentale e delle sue armoniche.

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Per rendere l'onda quadra che pilota i gate dei MOSFET perfettamente simmetrica ho trovato questa configurazione del timer 555, penso che vada bene. 

Provvederò alla realizzazione del circuito RL.

Grazie per la risposta.

 

 

 

 

 

 

 

Modificato: 7 dicembre 2022 da topolo

[xblitz]

  Il 07/12/2022 alle 14:45 , topolo ha scritto:

Ho trovato in rete schemi elettrici che utilizzano resistori e condensatori per ottenere un'onda sinusoidale a partire da onda quadra, ma non ne sono sicuro.

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Resistori ne dubito fortemente... induttori volevi dire!

 

  Il 07/12/2022 alle 14:45 , topolo ha scritto:

Resto in attesa.

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Ci sono svariati modi che i dispositivi sul mercato usano per produrre una sinusoide da qualcosa che non è sinusoidale ma tutti bene o male non possono essere esenti da una fase di filtraggio. Ad esempio:

1) potresti usare un pic per generare una sinusoide "a gradini" e poi filtrarla.

2) rimanendo ne mondo analogico: potresti usare il 555 come generatore pwm modulato da una sinusoide e poi fare un filtro che dal segnare modulato ti estragga la fondamentale a 50Hz.

 

Ma stai solo giocando o ci devi alimentare qualcosa? perché è vero che "inverter a onda quadra" non è bello, ma magari il tuo carico lo tollera pure così.

[Livio Orsini]

  Il 07/12/2022 alle 16:14 , topolo ha scritto:

penso che vada bene. 

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Pensare è una cosa, verificare un'altra.

Bisognerebbe verificare all'oscilloscopio, così come si dovrebbe verificare la foma d'onda sul secondarrio.

  Il 07/12/2022 alle 16:14 , topolo ha scritto:

Provvederò alla realizzazione del circuito RL.

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No! non  si tratta di RL, che non serve, ma di un LC, per ogni ramo del secondario, con la capicità connessa a terra.

[topolo]

  Il 07/12/2022 alle 16:49 , Livio Orsini ha scritto:

Pensare è una cosa, verificare un'altra.

No! non  si tratta di RL, che non serve, ma di un LC, per ogni ramo del secondario, con la capacità connessa a terra.

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Si perdonami, intendevo il circuito LC.

  Il 07/12/2022 alle 16:43 , xblitz ha scritto:

Ma stai solo giocando o ci devi alimentare qualcosa? perché è vero che "inverter a onda quadra" non è bello, ma magari il tuo carico lo tollera pure così.

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Grazie per la risposta. Dovrei alimentare semplici tubi in neon e lampadine (incandescenza/led), se riesco anche un caricabatterie per cellulari.

 

 

 

 

 

[xblitz]

  Il 07/12/2022 alle 22:12 , topolo ha scritto:

Grazie per la risposta. Dovrei alimentare semplici tubi in neon e lampadine (incandescenza/led), se riesco anche un caricabatterie per cellulari.

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Eh non sono carichi resistivi quindi l'onda quadra non è il massimo. Per quanto quello che dice livio è vero (il trasformatore comunque un po' da filtro fa) devi considerare che l'onda quadra farà riscaldare il trasformatore più del dovuto (perdite per isteresi magnetica)... se però il trasformatore è bello corazzato e l'uso saltuario (e se il carico comunque lo digerisce) occhio non vede, cuore non duole. Ovviamente incide anche la potenza dei carichi che prevedi di attaccarci.

[Livio Orsini]

  Il 07/12/2022 alle 22:12 , topolo ha scritto:

Dovrei alimentare semplici tubi in neon e lampadine (incandescenza/led), se riesco anche un caricabatterie per cellulari.

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Son tutti carichi che non soffrono molto per la forma non perfettamente sinusoidale.

Il problema c'è forse per il caricabatterie del telefono, non tanto per la purezza o meno della sinusoide, ma per eventuali spikes provenienti dall'inverter.

per il resto valgono le osservaioni/precisazioni di Xblitz

[topolo]

  Il 08/12/2022 alle 07:30 , Livio Orsini ha scritto:

 

Son tutti carichi che non soffrono molto per la forma non perfettamente sinusoidale.

Il problema c'è forse per il caricabatterie del telefono, non tanto per la purezza o meno della sinusoide, ma per eventuali spikes provenienti dall'inverter.

per il resto valgono le osservaioni/precisazioni di Xblitz

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Esiste un modo per ridurre eventuali spikes?

 

 

  Il 07/12/2022 alle 22:30 , xblitz ha scritto:

Eh non sono carichi resistivi quindi l'onda quadra non è il massimo. Per quanto quello che dice livio è vero (il trasformatore comunque un po' da filtro fa) devi considerare che l'onda quadra farà riscaldare il trasformatore più del dovuto (perdite per isteresi magnetica)... se però il trasformatore è bello corazzato e l'uso saltuario (e se il carico comunque lo digerisce) occhio non vede, cuore non duole. Ovviamente incide anche la potenza dei carichi che prevedi di attaccarci.

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Un'onda sinusoidale, o quasi, sarebbe l'ideale.

Modificato: 8 dicembre 2022 da topolo

[Livio Orsini]

  Il 08/12/2022 alle 09:00 , topolo ha scritto:

Esiste un modo per ridurre eventuali spikes?

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Se metti i filtri che ti ho descritto prima li riduci praticamente a zero.

Per calcolarti le induttanze è abbastanza semplice.

Stabilisci la massima corrente che puoi drenare dal trasformatore, po calcoli il valore dell'induttanza in modo che la sua reattana causi una caduta di circa il 2% del valore nominale di tensione, con il valore di corrente nominale.

Mettendo 2 induttori, uno per ramo, la cdt sarà doppi.

Cerco di chiarirtelo con un esempio.

Valore nominale tensione uscita dal trasformatore: 230V; massimo valore di corrente prelevabile 1A.

Quindi con 1A di corrente circolante ai capi dell0induttore cadranno 4.6V; questo comporta che il valore di reattanza X_L = 4.6ohm.

Si ricava il valore di L =  X_L / 2*pi*f = 4.6 / 314 = 41.6mHy

Con un condensatore da 4.7µF collegato verso terra tagli a circa 1082Hz, il che consentirà di eleminare la quasi totalità degli spickes

 

  Il 08/12/2022 alle 09:00 , topolo ha scritto:

Un'onda sinusoidale, o quasi, sarebbe l'ideale

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La tua uscita sfrutta il passa basso che è il trasformatore, più i filtri LC in uscita, pertanto la forma d'onda non sarà molto distorta.

Poi, come sempre, per affinare maggiormente bisogna spendere molto in termini di complicazioni e di perdite di energia.

Tieni conto che gli inverters per fotovoltaico, che devono generare una sisnusoide pura, non affetta da distorsioni e disturbi apprezzabili, partono già da una pseudo sinusoide sintetizzata, seguita da filtraggio piuttosto pesante. Questo filtraggio comporta una spesa rilevante in termini di componenti ed in termini di energia dissipata.

[topolo]

  Il 08/12/2022 alle 10:31 , Livio Orsini ha scritto:

 

Se metti i filtri che ti ho descritto prima li riduci praticamente a zero.

 

La tua uscita sfrutta il passa basso che è il trasformatore, più i filtri LC in uscita, pertanto la forma d'onda non sarà molto distorta.

Poi, come sempre, per affinare maggiormente bisogna spendere molto in termini di complicazioni e di perdite di energia.

Tieni conto che gli inverters per fotovoltaico, che devono generare una sisnusoide pura, non affetta da distorsioni e disturbi apprezzabili, partono già da una pseudo sinusoide sintetizzata, seguita da filtraggio piuttosto pesante. Questo filtraggio comporta una spesa rilevante in termini di componenti ed in termini di energia dissipata.

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Va bene, grazie per il chiarimento.