Inverter DC-AC 12vdc-12/24/36vac 50mA...20A

[devesh]

Ciao Dott.Cicala, hai tutta la mia comprensione se le mie indicazioni ti suscitano ilarità...d'altronde non ho molti strumenti per poter confutare le millantate caratteristiche di un'apparecchiatura acquistata su eBay.

 

Sta di fatto, che con poca spesa, avrò sottomano un, seppur sommario, sistema per avviare le mie prove ed uscire dal contesto del brainstorming e buttarmi sulla fase pratica dalla quale potrò ripartire con elementi più tangibili.

 

La tua affermazione "Se usi una resistenza per aumentare l'impedenza del carico, alla fine tutta la potenza la dissiperà lei." mi ha un pochino spiazzato...e allora come alzo l'impedenza di un trafo per portarla a livelli accettabili per l'ampli senza rischiare di friggere il finale?

 

La frase "Ma sei proprio sicuro che serva un segnale sinusoidale e non un gran bel MSO?" non mi è di molto aiuto... per quel poco che ne so, MSO sta per "misura ed analisi dei segnali misti", pertanto non sono in grado di comprenderne l'accezione o il significato in questo contesto.

 

Mentre trovo mooooolto più interessante la domanda "Non è sufficiente iniettare della DC insieme al segnale per eseguire le valutazioni che ti proponi?" alla quale potrei rispondere con: "Certamente! E' proprio ciò che stavo cercando...ma, come si realizza? C'è qualche diagramma di esempio dal quale poter partire?".

 

Rispondendo a Livio: vista la manifesta pericolosità dei tubi, per il momento me la risparmierei...

[devesh]

Non mi piace molto stare con le mani in mano quindi, nell'attesa di un parere illuminato, ho cercato in rete e trovato questa discussione dove si parla, seppur sommariamente, del mescolamento di un segnale ad una portante DC:

 

https://electronics.stackexchange.com/questions/50522/how-to-couple-a-signal-on-to-a-dc-line

 

DC power source >>---L1--+                 +--L2->> "unregulated" DC power to regulator
                         |                 |
bidirectional RF ----C1--+- mixed RF + DC -+--C2---- bidirectional RF

GND--------------------------------------------------------------------GND

 

Il segnale qui sopra indicato come "bidirectional RF" potrebbe essere l'uscita dal mio generatore di funzioni ? (Suppongo di sì)

Ma quali dovrebbero essere i valori dei componenti L1/L2, C1/C2 se consideriamo come "DC power source" 12V/1A?

E se poi gli ampère diventano 20, quali potrebbero essere i nuovi valori ?

C'è una formula per determinarli con un buon grado di approssimazione?

Dove prelevo, dal semplice diagramma qui sopra, l'output "mixato"?

E, dulcis in fundo, se mescolo un segnale avente forma sinusoidale da pochi mA con una sorgente DC ad alta corrente, ho come risultato un'uscita AC avente la stessa corrente della sorgente DC? (In tal caso saremmo giunti direttamente al mio obiettivo, oggetto di questo thread)

 

[Livio Orsini]

Quote

E, dulcis in fundo, se mescolo un segnale avente forma sinusoidale da pochi mA con una sorgente DC ad alta corrente, ho come risultato un'uscita AC avente la stessa corrente della sorgente DC? (In tal caso saremmo giunti direttamente al mio obiettivo, oggetto di questo thread)

 

Ottieni un piedistallo continuo con sovrapposto una corrente sinusoidale.

Analogamente a quello che accade in uscita di un ponte raddrizzatore con ocndensatore di spianamento.

Applicando un carico ed osservando la tensione ai capi del carico si nota un livello di tensione continua a cui si sovrappone l'ondulazione residua (ripple) avente una forma simile ad un dente di sega. L'ampiezza percentuale del ripplke sarà funzione della capacità di filtro e della corrnte circolante.

[devesh]

Ciao Livio, grazie per il tuo intervento.

 

Quote

Ottieni un piedistallo continuo con sovrapposto una corrente sinusoidale

 

Sarebbe carino veder rappresentato graficamente questo "piedistallo": nella mia immensa ignoranza non ho la più pallida idea di come sia fatto, benché mi sia fatto una vaga idea sulla base della tua accurata descrizione:

Quote

...osservando la tensione ai capi del carico si nota un livello di tensione continua a cui si sovrappone l'ondulazione residua (ripple) avente una forma simile ad un dente di sega...

 

Ne consegue, pertanto, che l'output risultante da questo "mix" DC/segnale non è neanche lontanamente paragonabile alla forma d'onda sinusoidale di una AC.

 

Allora non capisco dove il Dott.Cicala mi volesse condurre con la sua domanda/affermazione:

 

Quote

Non è sufficiente iniettare della DC insieme al segnale per eseguire le valutazioni che ti proponi?

 

[Livio Orsini]

Ma io ho scritto: " Analogamente a quello che accade ....." per cercare di farti comprendere con un'analogia cosa significa avere un piedistallo di corrente continua con sovrapposto un segnale sinusoidale.

Immagnina di applicare una tensione continua ad un induttore, circolerà una determinata corrente in funzione della tensione applicata e delle caratteristiche dell'induttore.

Poi prendi il tuo generatore di segnale e lo connetti, tramite una capacità, in parallelo al generatore di tensione continua. La capacità serve per disaccoppiare il generatore di segnale dal generatore di continua.

Questa rete può essere facilmente analizzata anche teoricamente; è una classica rete da esercizi per i principi di Kirchoff.

Se vai ad osservare con un oscilloscopio la tensione ai capi dell'induttore, vedrai un segnale analogo a quello che ho descritto prima, solo che il ripple non è a dente di sega, ma sarà sinusoidale.

 

La tensione continua è il piedistallo su cui è sovrapposta la tensione alternata.

tanto per fare un esempio pratico. Se usi un generatore cc da 12V e sopvrapponi un segnale sinusoidale a 100 Hz di 1 Vpp, se il condensatore ha una caacità tale che la sua reattanza risulti trascurabile alla frequenza di 100Hz, vedrai un segnale che varia tra 11.5 V e 12.5V con legge sinusoidale avente f= 100Hz.

[dott.cicala]

Inizierei ad eliminare dalle specifiche la tensione massima di uscita e mi concentrerei sulla corrente...essendo il flusso funzione di quest'ultima.

 

Quello che intendevo nell'iniettare una componente DC è ciò che è possibile con un qualsiasi ponte RLC serio.

 

In un amplificatore a simmetria complementare invece è ciò che assolutamente si deve evitare. All' altoparlante non deve assolutamente arrivare la dc.

 

Questo lo si evita quando lo stadio finale è perfettamente bilanciato. A quanto pare qui interessa l'esatto contrario.

 

Un esempio grafico ma comunque teorico e quanto visibile qui sotto

 

Nessun piedistallo

 

 

Piedistallo a 1V

 

Piedistallo a 4V

 

 

 

 

 

 

[devesh]

Grande Stefano! Grazie Livio!

 

A Stefano (Dott.Cicala) chiedo cortesemente cos'è e come si applica - nel mondo reale - la tensione di offset da dare in pasto all'op-amp oppure, ma è solo una mia illazione, se questa è una tensione di uscita e, in tal caso, quale uso potrei farne nella mia applicazione, oggetto di questo thread.

 

Stefano, tu dici:

Quote

Un esempio grafico ma comunque teorico...

 

Però ti riferisci a componenti "reali" come l'op-amp LT1006 e resistenze con valori parecchio verosimili, con curve risultanti dal simulatore SPICE altrettanto possibili nella realtà... perché, dunque, "teorico"? Credo che tenterò a breve di assemblare lo schema che mi hai riportato su di una breadboard.

 

La soluzione che, invece, suggerisce Livio, sembrerebbe avvalersi dell'impiego di un - non meglio specificato - induttore e di un condensatore:

Quote

Immagina di applicare una tensione continua ad un induttore, circolerà una determinata corrente in funzione della tensione applicata e delle caratteristiche dell'induttore.

Poi prendi il tuo generatore di segnale e lo connetti, tramite una capacità, in parallelo al generatore di tensione continua. La capacità serve per disaccoppiare il generatore di segnale dal generatore di continua.

 

Questa configurazione, benché assomigli ad un RLC, non mi è molto chiara: a sensazione ritengo ci siano delle analogie con quanto proposto da Stefano ma non riesco ad intravederne i punti in comune. Livio, se non ti arreca troppo disturbo, puoi cortesemente - alla stregua di Stefano, propormi uno schema elettrico (anche se "teorico") circa quanto da te esposto?

 

Grazie ad entrambi.

[devesh]

Stefano, riguardando meglio i diagrammi che hai postato (che all'inizio mi sembravano tutti identici), ho realizzato che il "piedistallo" - negli esempi a 0,5/1/4V - è dato proprio dalla tensione all'offset dell'op-amp quindi, se non interpreto male, l'offset è la tensione "pilota" che istruisce l'operazionale circa il guadagno in corrente che vogliamo dare in ingresso al GATE FET: maggiore sarà la corrente al GATE, maggiore sarà il flusso di corrente in transito tra SOURCE e DRAIN (come in un rubinetto, per fare un'analogia idrica).

 

La corrente da impiegare all'offset è irrisoria suppongo... mi ricorda un po' il meccanismo impiegato nei reattori saturabili per pilotare immensi carichi in alternata regolando le curve di saturazione del nucleo.

 

In prossimità del nodo "VLOAD" avrò quindi la forma d'onda provieniente dal "SIGNAL GEN", in transito attraverso R1, e la corrente in transito nella resistenza R3 "LOAD" verso il SOURCE del FET. La corrente I[3] va misurata tra il terminale "positivo" (lasciatemi passare l'imprecisione: con positivo intendo il terminale non collegato a massa ma a VLOAD) di R3 e "VLOAD".

 

Ho detto castronerie?

[devesh]

Credo che un meccanismo push-pull possa fare al caso mio... una cosa tipo questa:

 

 

In input posso immettere qualunque tipo di segnale (proveniente dal mio generatore di funzioni) per trovarmelo amplificato in output (dove, chiaramente, al posto dell'altoparlante collegherò i trasformatori da testare); l'amplificazione dovrebbe essere in funzione del voltaggio e della tensione presenti ai capi dei terminali contrassegnati come +12VDC/-12VDC.

 

La tensione negativa la ottengo mettendo due batterie da 12VDC in serie (secondo QUESTO diagramma).

 

Correzioni? Suggerimenti?

 

Grazie

[Livio Orsini]

E' uno schema di principio, a cui andrebbe aggiunto un po' di componenti pr farlo funzionare correttamente.

Inoltre con questo sistema, se non sei perfettamente bilanciato, ti ritrovi continua sul carico.

[tesla88]

Quote

 l'amplificazione dovrebbe essere in funzione del voltaggio e della tensione presenti ai capi dei terminali contrassegnati come +12VDC/-12VDC

Il guadagno di quel circuito è <=1 , ovvero ti trovi in uscita la stessa ampiezza che in ingresso

[devesh]

Buonasera Livio, buonasera Tesla88.

 

Ho fatto un po' di ricerche sui sistemi di bilanciamento degli amplificatori push-pull ma le soluzioni proposte sorpassano di gran lunga le mie capacità, pertanto non sono in grado di capire quali, tra le soluzioni implementate in tale ambito, possano fare al caso mio... (ve ne sono alcuni addirittura di tipo "self-balancing").

 

Indagando un po' di più ho notato che questa soluzione - basata su push-pull - ci fa traghettare sempre più (o comunque ha forti analogie) verso gli inverter basati su H-Bridge, magari con oscillatori/driver  tipo l' SG3525 che consentono gamme di frequenza - regolabili a piacimento - tra i 100Hz e i 500KHz.

 

Alla fine, se vogliamo, questo thread riporta il titolo "Inverter DC-AC 12vdc-12/24/36vac..." che non è poi così dissimile da un inverter "classico" se non per il fatto che le frequenze di lavoro, nonché le potenze impiegate, da me richieste siano un po' atipiche. 

 

Chiedo pertanto a voi esperti del settore quali siano i fattori "critici" per farmi ottenere i risultati desiderati: il range di frequenze? La forma d'onda? Oppure l'amperaggio?

 

Le vie che si possono percorrere sono svariate mi sembra... dal suggerimento fornito dal dott.Cicala, iniettando un segnale sulla portante DC attraverso un piedistallo, tramite op-amp, oppure utilizzando un amplificatore push-pull autobilanciato o, ancora, utilizzando un inverter H-Bridge con SG3525.

 

Probabilmente anche una combinazione tra due o più delle suindicate possibilità....

[Livio Orsini]

Se prendi uno schema di un qualsiasi amplificatore HiFi single ended,noti che, nella stragrande maggioranza dei casi, l'uscita si accoppia al carico tramite una capacità. In questo modo non c'è componente continua in uscita.

 

I ponti ad "H" tipici dei choppers e degli inverters sono praticamente 4 interruttori, chiudendo una coppia incrociata si fa scorrere corrente nel carico in un senso, scambiando incrocio la corrente scorrerà nell'altro senso. Possono gestire solo segnali tutto o niente, non segnali lineari.

Infatti gli inverter non rendosono segnali sinusoidali, ma una serie di impulsi rettangolari di rapporto pino-vuoto (PWM) variabile con legge sinusoidale.

Sarà poi l'induttanza del motore ad integrare gli impulsi per avere un qaulche cosa che assomiglia ad una sinusoide.

Nel caso degli inverters per generare tensioni a freqeunza di rete, come UPS o fotovoltaico, si metto no degli appositi filtri passa basso che, tagliando (quasi) tutte le frequenze al di sopra dei 50Hz, rendono un segnale sinusoidale. Questo viene pagato con un notevole dispendio di energia in calore ed possibile perchè si lavora su di un'unica frequenza, o comunque su di unma nda molto stretta di frequenze (50hz - 60Hz)

 

Essitono anche gli amplificatori lineari in configurazione a ponte che, a parità di tensione di alimentazione forniscono potenza doppia. Sono ababstanza delicati nella messa a punto proprio perchè devono essere rigorosamente simmetrici ed equilibrati.

 

Io condivido pienamente l'idea di Stefano, dott. cicala, di usare un piedistallo in continua a cui sovrapporre un segnale in alternata

[dott.cicala]

Si torna al punto di partenza:

 

E' necessario semplificare sacrificando molti punti della specifica iniziale oppure valutare meglio se questi sono effettivamente necessari.

 

Fra le tante difficoltà non va dimenticata la bassissima impedenza del carico, unico punto non sacrificabile.

 

Per le valutazioni che ti proponi di svolgere, sono convito che sia sufficiente generare un impulso di durata variabile e osservare la risposta con un buon oscilloscopio con memoria, lavoro che oggi può essere assolto anche da un oscilloscopio digitale (DSO) molto economico.

 

Il circuito si ridurrebbe così ad un monostabile, uno stadio di potenza e uno stadio di alimentazione variabile

 

Se usi il generatore arbitrario, sono sufficienti i soli ultimi due stadi (potenza e alimentazione)

 

Se vuoi valutare la corrente, aggiungi uno shunt in serie al carico....

 

L' SG3525 è un vecchio ma sempre valido driver pwm e quindi mai e poi mai potrà fornire un'uscita sinusoidale.

In secondo luogo, il suo oscillatore interno non può lavorare a frequenze così basse come hai specificato all'inizio.

 

 

[devesh]

Buonasera a tutti voi. 

 

Perdonate la lunga assenza ma diversi imprevisti hanno richiesto la mia presenza, anche mentale, altrove.

 

Ho studiato parecchio nelle ultime ore e sono riuscito ad addivenire agli stessi risultati che Stefano, dott.cicala, mi aveva gentilmente rappresentato.

 

I miei valori differiscono di poco dai suoi (a causa dei differenti parametri da me impiegati nonché alla scelta di componenti specifici), ma in buona sostanza le curve sono pressoché sovrapponibili, eccole qui:

 

 

 

Debbo segnalare che la maggior parte del tempo da me speso è stato devoluto alla ricerca del motivo che mi causava un fastidioso problema: la curva sinusoidale corrispondente alla corrente in transito su R4 (quella gialla in alto) mi risultava sempre una semionda positiva... al posto dell'attuale MOSFET IRF540 avevo impiegato un IRF840...non sono così esperto da capire come mai ciò accadesse, ma ne verrò a capo (prima o poi, forse) 

 

Ora non mi resta che costruire fisicamente il tutto e procedere con la fase di test.

 

Sarà per me un piacere, nonché un onore, postare qui i risultati.

 

Un immenso grazie, per il momento, a tutti coloro che si sono prodigati nel darmi una mano, sia a comprendere che a realizzare quanto da me richiesto.

 

 

[dott.cicala]

Non lasciarti ingannare dal simulatore.

 

La corrente sul carico non può raggiungere quei valori con quel mosfet. Non si deve superare prima di tutto la potenza dissipabile e poi la corrente massima.

 

Con un mosfet solo non si può superare 20W di dissipazione e qualche Ampere di corrente

[devesh]

Stefano,grazie per l'avviso ma fino ad oggi il mio simulatore non ha sbagliato un colpo: utilizzo il National Instruments Multisim + Ultiboard 13 in tutti i miei progetti (è vero, molto semplici...) ed arrivo alla realizzazione fisica della PCB con tanto di silk screen e solder mask (quella che si cura con gli ultravioletti) con un'efficacia del 100%, quindi sì, voglio lasciarmi ingannare dal simulatore perché quando attacco le mie basette all'oscilloscopio, leggo le stesse curve che vedo nel simulatore! Va detto che non presto molta attenzione alla configurazione dei parametri termici...però tutti i miei transistor di potenza e tutti i miei MOSFETS sono sempre molto ben alettati e comunque, da datasheet, la potenza massima dissipata senza un dissipatore di calore è di ben 150W (quindi con una delle mie alette in alluminio da due etti di peso cadauna posso arrivare a 400W senza problemi) e gli ampère fino a 110 in corrente assorbita in modo pulsato (e la sinusoide è un'onda pulsata, vero?).

 

Ma a me non serve tutta questa potenza! Ricordi le specifiche del thread? 20A al massimo, quindi a 12V sono 240W... ce la può fare il buon IRF540... non da ultimo va detto che i miei test di risonanza dei nuclei durano pochi secondi e, in quanto loggati nella pennetta dell'oscilloscopio, non necessitano neanche di essere ripetuti.

 

Le mie sono considerazioni da hobbysta, intendiamoci ! Ogni suggerimento illuminato giunge sempre estremamente gradito!

 

[gabri-z]

5 ore fa, devesh scrisse:

e la sinusoide è un'onda pulsata, vero?).

 

 

[devesh]

Ciao gabri-z! Non capisco il nesso tra il circuito di esempio proveniente dal datasheet con la mia - probabilmente errata - domanda/affermazione che una sinusoide è un'onda pulsata...

Nel circuito da te riportato è stata applicata un'onda quadra al gate, non una sinusoide.

Inoltre, in quel contesto, stavo cercando di sostenere l'ipotesi secondo la quale gli ampère che il mio MOSFET dovrà sopportare possono arrivare, teoricamente, fino a 110 (valore di targa massimo per un'onda pulsata) mentre, sempre secondo il datasheet, la corrente "costante" (suppongo relativa ad un flusso DC) massima sopportata è di 20A.

Benché non si debba mai far lavorare i componenti sui valori di soglia massimi, ho spiegato che nel mio specifico impiego tali valori sono assolutamente eccezionali in quanto quelli comuni di esercizio si aggirano attorno ad un ventesimo, sì e no.

[Livio Orsini]

10 minuti fa, devesh scrisse:

Nel circuito da te riportato è stata applicata un'onda quadra al gate, non una sinusoide.

 

Appunto, una sinusoide non è un onda pulsata.

Per un'oda sinusoidale devi considerare la corrente RMS, ovvero devi considerare il dato per corrente continua (cosatante)

 

Una commutazione "tutto o niente" se il pilotaggio è corretto prevede una bassissima dissipazione. In  pratica (Rds*Id) + le perdite durante i fronti di salita e discesa.

In una corrente sinusoidale la dissipazione del dispositivo attivo è molto maggiore  perchè non lavori mai in saturazione ed in interdizione.

Se titracci la retta di carico ti rusulta molto evidente.

[dott.cicala]

 

Dimostrazione che i simulatori non sono infallibili, ovvero, bisogna conoscere l'elettronica per usarli bene

dissipazione

correnti collettore e base

 

Prova col tuo se ottieni gli stessi risultati. Un 2N2222 non potrà mai lavorare in queste condizioni 

 

IRF540

 

A 150w ci arrivi se riesci a mantenerlo a 25°C, cosa alquanto improbabile.. senza dissipatore dovresti avere una temperatura ambiente di -75°C

 

Servono almeno 4 mos e un bel dissipatore...si potrebbe anche calcolarne le dimensioni.

[dott.cicala]

 

 

Praticamente......Impossibile! 

[gabri-z]

Dott' , alla resistenza di collettore manca una virgola in mezzo , o mi sfugge qualcosa ?

[dott.cicala]

La resistenza è proprio da 12 ohm. Lo scopo è dimostrare che dai simulatori si può ottenere ciò che si vuole e anche il contrario 

 

Non conoscendo il 2N2222 si potrebbe pensare che i risultati siano attendibili

 

Questo circuito secondo voi funziona?

 

Per i simulatori sì....peccato che il  RHU003N03 abbia queste caratteristiche 

 

 

 

 

[gabri-z]

Beh , il simulatore analizza lo schema , non i dati tecnici dei componenti , un NPN , per lui è un NPN e' basta.

Tornando al primo esempio , 12 V / 12 Ohm = 1 A ( in grosso modo ) e non 10 A...