H-Bridge sine wave inverter circuit gamit ang Arduino

Pag -unawa sa disenyo ng circuit

Kung hindi mo nais na basahin ang buong paliwanag, maaari mong panoorin ang video na ito sa halip:

Ngayon tingnan natin ang diagram ng circuit sa ibaba at alamin kung paano gumagana ang bagay na ito. Nakikita namin ang mga sumusunod na pangunahing bahagi sa circuit:

Lupon ng Arduino - Ito ang ating utak. Nagbibigay ito ng mga pulses ng SPWM na magpapasya kung paano tatakbo ang aming circuit.

IR2110 MOSFET Driver ICS (IC1 at IC2) -Kinukuha ng mga aparatong ito ang karaniwang mga signal ng SPWM mula sa Arduino at gawin itong katugma upang ilipat nang maayos ang 4 N-channel H-Bridge MOSFETS, gamit ang paraan ng bootstrapping.

MOSFETS (Q1, Q2, Q3, Q4) - Ito ang mga switch ng kuryente. Pinihit nila at naka -off ang kapangyarihan ng DC sa isang tiyak na paraan upang lumikha ng AC sa output.

Diode (1N4007) at mga capacitor - Ito ay para sa pagpapagana ng tamang pagtatrabaho ng network ng bootstrapping ng ICS para sa perpektong paglipat ng 4 na MOSFET.

Iba pang mga capacitor at resistors - Ang mga ito ay maliit ngunit napakahalaga dahil pinapanatili nila nang maayos ang lahat.

Power Supply - Kailangan namin +12V at +5V para sa Arduino at ang IR2110 ICS, at isang mataas na boltahe ng DC para sa mga MOSFET, tulad ng bawat pagtutukoy ng pag -load.

Ano ang nangyayari sa circuit?

Ngayon tingnan natin kung paano ito gumagana nang hakbang -hakbang:

Ang Arduino ay bumubuo ng mga signal ng SPWM sa dalawang output pin (pin 8 at pin 9). Ang mga senyas na ito ay patuloy na nagbabago ng lapad upang lumikha ng isang hugis na katumbas ng isang AC sine wave.

Ang IR2110 ICS ay tumatanggap ng mga signal na ito ng PWM at gamitin ang mga ito upang ilipat ang mga MOSFET at off sa isang napaka -tiyak na paraan.

Ang H-tulay na ginawa gamit ang apat na MOSFET ay nagko-convert ng supply ng bus ng DC sa tulad ng AC-tulad ng output sa pamamagitan ng paglipat ng kasalukuyang direksyon sa pamamagitan ng pag-load gamit ang paglipat ng SPWM.

Sa output nakakakuha kami ng isang pag-asa ng sine wave na nangangahulugang mukhang isang sine wave ngunit talagang gawa sa mabilis na mga pulses.

Kung magdagdag kami ng isang filter circuit sa output pagkatapos ay maaari nating pakinisin ang mga pulses na ito at makakuha ng isang mas perpektong alon ng sine.

Ang aming Arduino Code para sa Sine Wave PWM

Kaya ngayon tingnan natin ang code. Ito ang tatakbo ng Arduino upang makabuo ng mga signal ng SPWM.

Ano ang nangyayari sa code na ito?

Una kaming nag -set up ng dalawang output pin (pin 8 at pin 9). Ipapadala nito ang aming mga signal sa PWM.

Pagkatapos sa loop ay pinihit namin ang pin at off sa isang espesyal na pattern.

Nagsisimula kami sa mga makitid na pulso at unti -unting madaragdagan ang lapad ng pulso at pagkatapos ay bawasan namin ito pabalik. Lumilikha ito ng isang stepped sine wave PWM pattern.

Matapos ang unang kalahating ikot ay tapos na pagkatapos ay ulitin namin ang parehong bagay sa iba pang pin (pin 9) para sa susunod na pag -ikot.

Sa ganitong paraan ang aming H-tulay ay lumipat sa MOSFETS sa isang wastong sinusoidal wave tulad ng fashion.

Ano ang mabuti tungkol sa disenyo na ito

Ang disenyo ay talagang napaka -simple. Gumagamit lamang kami ng isang Arduino at ilang mga karaniwang sangkap.

Hindi namin kailangan ng isang sine wave generator dito, tama. Ang Arduino mismo ay gumagawa ng hugis ng sine gamit ang SPWM.

Ang H-tulay ay mahusay na gumagana gamit ang IR2110 ICS upang matiyak na ang mga MOSFET ay lumipat nang tama nang walang sobrang pag-init.

Maaari naming maayos na i -tune ang SPWM, kung sakaling nais namin ng ibang dalas ng sine wave, pagkatapos ay baguhin lamang namin nang kaunti ang code.

Paano natin dapat hawakan ang pagkaantala ng Arduino Booting

Ngayon ang isang napakahalagang bagay na dapat nating maunawaan ay ang Arduino ay tumatagal ng ilang oras upang magsimula pagkatapos nating lumipat sa kapangyarihan.

Nangyayari ito dahil kapag kapangyarihan namin sa Arduino pagkatapos ay una itong nagpapatakbo ng panloob na bootloader na tumatagal ng ilang segundo.

Kaya sa oras na ito ang IR2110 gate driver ICS at MOSFET ay maaaring hindi makatanggap ng anumang tamang signal mula sa Arduino.

Kung nangyari iyon pagkatapos ang MOSFET ay maaaring i -on nang random na maaaring makapinsala sa ICS agad, o maging sanhi ng isang maikling circuit o pagsabog.

Upang matiyak na ang pagkaantala sa pag -booting sa itaas ay hindi nasusunog ang mga IC at ang MOSFET sa panahon ng paunang kapangyarihan sa, kailangan nating baguhin ang code sa itaas tulad ng ipinakita sa ibaba:

Listahan ng mga bahagi

Mga tip sa konstruksyon

Ngayon kung talagang itinatayo natin ang bagay na ito kailangan nating maging maingat sa ilang mahahalagang bagay. Kung hindi, maaaring hindi ito gumana o mas masahol pa, maaaring may masusunog na tama? Kaya narito ang ilang mga mahahalagang tip sa konstruksyon na dapat nating sundin:

Paano namin dapat ayusin ang mga bahagi sa board

Kung gumagamit kami ng isang breadboard pagkatapos ang circuit na ito ay maaaring hindi gumana nang maayos dahil ang mga high-power MOSFET at driver ay nangangailangan ng malakas, solidong koneksyon.

Kaya dapat nating gamitin ang isang PCB (nakalimbag na circuit board) o hindi bababa sa isang pabango na board at ibenta nang maayos ang mga bahagi.

Kung gumawa tayo ng isang PCB pagkatapos ay dapat nating panatilihin ang mga MOSFET at IR2110 ICS na magkasama upang ang mga signal ay hindi mahina o maantala.

Ang makapal na mga wire ay dapat pumunta para sa mataas na kasalukuyang mga landas tulad ng mula sa suplay ng kuryente hanggang sa MOSFET at mula sa MOSFETs hanggang sa pagkarga.

Ang manipis na mga wire ay maaaring magamit lamang para sa mga koneksyon ng signal tulad ng mula sa Arduino hanggang sa IR2110 ICS.

Paano natin mailalagay ang MOSFET

Ang apat na MOSFET ay dapat mailagay sa isang tamang hugis ng H-tulay upang ang mga kable ay hindi magulo.

Ang bawat MOSFET ay dapat magkaroon ng maikli at makapal na koneksyon sa IR2110 IC.

Kung inilalagay natin ang mga MOSFET na malayo sa IR2110 kung gayon ang mga signal ay maaaring mahina at ang mga MOSFET ay maaaring hindi lumipat nang maayos.

Kung nangyari iyon pagkatapos ang MOSFETS ay maaaring maging mainit at kahit na masunog.

Paano natin dapat ayusin ang isyu ng init

Kung gumagamit kami ng IRF3205 MOSFETS o mga katulad, pagkatapos ay magpainit sila kung hindi natin bibigyan sila ng heatsink.

Kaya dapat nating ayusin ang isang malaking aluminyo heatsink sa MOSFETs upang mapanatili itong cool.

Kung gumagawa tayo ng isang mataas na lakas na inverter (higit sa 100W) pagkatapos ay dapat din nating ilakip ang isang fan ng paglamig sa heatsink.

Kung ang MOSFETS ay nakakakuha ng sobrang init upang hawakan pagkatapos ay nangangahulugang mayroong ilang isyu at kailangan nating suriin muli ang circuit.

Paano natin dapat i -kapangyarihan ang circuit

Ang bahagi ng Arduino ay tumatakbo sa 5V at ang MOSFET ay nangangailangan ng 12V o higit pa upang gumana.

Kaya hindi natin dapat ikonekta ang 12V sa Arduino, o agad itong susunugin!

Ang IR2110 ICS ay nangangailangan ng dalawang mga suplay ng kuryente:

12V para sa high-side MOSFET

5v para sa seksyon ng lohika

Kung ihalo natin ang mga linya ng kuryente na ito ay hindi gagana nang maayos ang circuit at ang mga MOSFET ay hindi lilipat nang tama.

Paano natin dapat ikonekta ang mga wire

Ang koneksyon sa lupa (GND) ay sobrang mahalaga. Kung ang mga kable ng lupa ay mahina o mahaba, kung gayon ang circuit ay maaaring kumilos nang kakatwa.

Dapat tayong gumamit ng isang karaniwang lupa para sa lahat ng bahagi, nangangahulugang ang Arduino ground, IR2110 ground at mosfet source ground ay dapat na konektado nang magkasama.

Kung nakikita natin ang circuit na kumikilos nang kakaiba (tulad ng output flickering o mosfets na nag -iinit nang walang pag -load), dapat nating suriin muna ang mga koneksyon sa lupa.

Paano natin dapat suriin ang circuit bago ito pinapagana

Bago tayo lumipat sa kapangyarihan dapat nating i-double-check ang lahat ng mga koneksyon upang makita kung tama ang lahat.

Kung mayroon kaming isang multimeter pagkatapos ay dapat nating gamitin ito upang suriin ang mga boltahe sa iba't ibang mga puntos bago ipasok ang mga MOSFET.

Mahigpit na kakailanganin namin ng isang oscilloscope upang masuri natin ang mga signal ng SPWM na nagmumula sa Arduino upang makita kung mukhang tama sila.

Paano natin dapat masuri nang mabuti ang circuit

Ang pinakamahusay na paraan upang masubukan ang circuit na ito nang ligtas ay sa pamamagitan ng pagsisimula sa isang mababang boltahe.

Sa halip na 12V maaari muna nating subukan sa 6V o 9V upang makita kung tama ang paglipat ng MOSFET.

Kung ang circuit ay gumagana nang maayos sa mababang boltahe pagkatapos ay maaari nating dahan -dahang tumaas sa 12V at sa wakas sa buong boltahe.

Kung bigla kaming mag -apply ng buong boltahe at may mali kung gayon may maaaring sumunog agad!

Kaya dapat nating subukan ang hakbang -hakbang at patuloy na suriin ang sobrang init o maling pag -uugali.

Paano kami makakapagdagdag ng isang filter para sa isang mas maayos na output

Ang circuit na ito ay gumagawa ng isang output ng AC gamit ang PWM ngunit gawa pa rin ito ng mga mabilis na pulso.

Kung nais namin ng isang malinis na alon ng sine pagkatapos ay dapat tayong magdagdag ng isang LC filter sa output.

Ang LC filter na ito ay isang malaking inductor lamang at isang kapasitor na konektado sa output.

Tinatanggal ng inductor ang mabilis na mga pulses ng paglipat at ang kapasitor ay kumalat sa alon.

Kung gagawin natin ito nang maayos pagkatapos ay makakakuha tayo ng isang purong sine wave na ligtas para sa mga kasangkapan.

Paano natin dapat protektahan ang circuit mula sa pinsala

Dapat tayong palaging magdagdag ng isang fuse sa serye na may supply ng kuryente.

Kung ang isang bagay na shorts o isang MOSFET ay nabigo pagkatapos ang fuse ay masisira muna at i -save ang circuit mula sa pagkasunog.

Kung ang mga MOSFET ay nabigo pagkatapos kung minsan ay nabigo silang maikli (nangangahulugang palagi silang nananatili).

Kung nangyari iyon pagkatapos ay napakalaking kasalukuyang maaaring dumaloy at makapinsala sa transpormer o iba pang mga bahagi.

Kaya laging mabuti na suriin ang mga MOSFET gamit ang isang multimeter bago mag -apply ng mataas na kapangyarihan.

Konklusyon

Kaya narito nakita namin kung paano kami makakagawa ng isang sine wave inverter gamit ang Arduino at isang H-tulay na MOSFET circuit. Ginamit namin ang mga driver ng IR2110 MOSFET upang maayos na ilipat ang MOSFET at kontrol ng PWM mula sa Arduino upang makabuo ng aming sine-modulated AC.

Ngayon ang isang bagay na dapat tandaan ay ang output na ito ay gawa pa rin ng mabilis na mga pulses kaya kung kailangan natin ng isang purong sine wave pagkatapos ay dapat tayong magdagdag ng isang LC filter sa output upang makinis ito.

Ngunit sa pangkalahatan ito ay isang napaka -praktikal at madaling paraan upang makagawa ng isang sine wave inverter sa bahay!