Inverter PWM 250 watt 1/2

inverter pwm 250watt progetto open source

Utilizzare la tecnica inverter PWM 250watt per realizzare un dispositivo compatto, leggero, con un assorbimento a vuoto praticamente nullo ed un elevato rendimento.

Da alcuni anni hanno fatto la loro comparsa sul mercato gli inverter realizzati in tecnologia PWM, tecnologia che consente di realizzare apparecchiature di dimensioni contenute, leggere e perciò facilmente trasportabili ovunque.

Tuttavia, la potenza dei modelli disponibili in commercio, non supera i 100÷120 watt e pertanto se l’apparecchiatura da alimentare richiede una potenza maggiore non resta altro da fare che utilizzare i modelli tradizionali, pesanti, ingombranti e con un rendimento bassissimo. Anche i pochi progetti del genere apparsi sulle riviste di elettronica presentano questo limite: la potenza (quella continua, s’intende) non supera mai i 100 watt. D’altra parte, lavorando a 12 volt, è molto difficile andare oltre certe potenze a causa dell’elevata corrente in gioco.

Per colmare questa lacuna, alcuni mesi fa abbiamo messo “in cantiere” un progetto di inverter con l’obiettivo di realizzare un circuito in PWM (alimentato a 12 volt) in grado di erogare la massima potenza possibile. Dopo varie prove siamo giunti alla conclusione che oltre i 250 watt non si poteva andare a causa principalmente della caduta di tensione nei cavi e nei circuiti di potenza. Il risultato dei nostri studi è descritto in queste pagine: un compatto inverter in grado di erogare una potenza di 250 watt continui (oltre 400watt nei picchi).

Ma procediamo con ordine. A tutti è chiara la definizione di inverter, in poche parole un dispositivo in grado di generare la tensione di rete prelevando energia da una batteria. Anche coloro che non hanno mai avuto a che fare con simili prodotti possono facilmente intuirne l’utilizzo, ovvero rendere disponibile una tensione alternata a 220 volt in ambienti non serviti dall’ENEL.

Gli impieghi tipici sono perciò in auto, nei camper, nelle barche, in case isolate, eccetera. Non tutti però conoscono le varie tecnologie utilizzate per realizzare questi dispositivi. Nel nostro caso, la tecnologia impiegata è quella della modulazione della lunghezza degli impulsi meglio conosciuta come PWM, (Pulse Width Modulator).

inverter_pwm_250_watt_schema_elettrico

Solo con questa tecnica è possibile realizzare in modo semplice e in uno spazio minimo un inverter così potente. La tecnica PWM consente, inoltre, rendimenti altissimi, superiori al 90%, e assorbimenti di corrente a riposo molto bassi, dell’ordine del centinaio di milliampère. Il nostro circuito genera una forma d’onda molto simile a quella di rete, tanto da venir denominata, in gergo tecnico, onda sinusoidale modificata (modified sinevawe). Quest’ultima è adatta ad alimentare qualsiasi apparecchio funzionante a 220 volt, compresi i computer. Nel progettare l’inverter si è badato anche all’affidabilità del prodotto finito, a tale scopo sono state introdotte nel circuito le necessarie protezioni in corrente ed in temperatura.

inverter_pwm_250watt_cablaggio

La prima, per salvaguardare l’inverter da un eventuale corto circuito o da un eccessivo assorbimento sui morsetti di uscita; la seconda, per proteggere i mosfet da un eccessivo innalzamento termico. A tale proposito, abbiamo dotato l’inverter di una piccola ventola di raffreddamento che mantiene molto bassa la temperatura anche nelle condizioni di funzionamento più gravose. In questo modo il rendimento (che potrebbe calare notevolmente a causa dell’innalzamento termico dei mosfet) resta costante.

Infine, per tutelare la batteria, abbiamo dotato il circuito di uno stadio di protezione che segnala (tramite un buzzer) quando la tensione continua è insufficiente e che addirittura blocca il funzionamento dell’inverter se la tensione cala ulteriormente. Entriamo subito nel vivo del progetto osservando lo schema elettrico dell’inverter. Partiamo dallo stadio di ingresso, dal chopper insomma, in cui lavorano i due mosfet T1 e T2, l’integrato U1, ed il trasformatore TF1. Il compito di questa sezione è di generare una tensione alternata, a circa 30 KHz, per presentarla poi al primario di TF1 che provvederà ad elevarla.

Per fare ciò sono stati utilizzati due mosfet di potenza, per la precisione due STH75N06 capaci di reggere una corrente continua di ben 75 ampère (300 nei picchi) ed una tensione di 60 volt.

inverter_pwm_250watt_pcb

I due mosfet, indicati nello schema con le sigle T1 e T2, presentano una resistenza drain-source in conduzione molto bassa (0,014 ohm) che consente di minimizzare le perdite di questo stadio. Le reti R/C, composte da R14/C2 e da R15/C3 servono per eliminare gli “spike” dovuti alla componente induttiva del trasformatore. Il filtro formato da L1 e da C4 impedisce, invece, ai disturbi di commutazione di raggiungere gli altri stadi dell’inverter. I due mosfet T1 e T2 vengono pilotati dall’integrato U1, un SG3525, che rappresenta uno dei due driver PWM presenti nel circuito del nostro inverter.

L’integrato U1 viene utilizzato come oscillatore con duty-cycle fisso, e la frequenza di oscillazione viene stabilita dalla resistenza R3 e dalla rete composta da R9 e da C5. Portando il pin 10 di U1 ad una tensione superiore a 2,5 volt viene bloccata l’oscillazione dei mosfet T1 e T2 e conseguentemente il funzionamento di tutto l’inverter. A questo pin fanno perciò capo tutte le protezioni, a partire da quella termica controllata dal sensore ST1. Quest’ultimo viene installato sullo stesso dissipatore dei mosfet e risulta chiuso nelle normali condizioni di lavoro e aperto se rileva una temperatura superiore ad 80 gradi centigradi.

Le altre protezioni implementate fanno capo all’integrato U2, un LM393 che contiene due comparatori di tensione. Uno di questi viene utilizzato, pin 1 di U2, per attivare il buzzer quando la tensione della batteria scende sotto i 10,2 volt. All’ingresso invertente pin 2 viene applicata la tensione di riferimento di 5,1 volt disponibile sul pin 16 di U1. All’ingresso non invertente (pin 3) viene applicata la tensione della batteria tramite il partitore R4/R5. In questo modo l’uscita presenta normalmente un livello alto e il buzzer risulta spento; al contrario, quando la tensione scende sotto i 10,2 volt l’integrato commuta attivando il buzzer attraverso R47.

Il secondo comparatore di U2 viene utilizzato per bloccare l’inverter se la tensione cala ulteriormente. Si evita così di danneggiare irreparabilmente la batteria che non deve mai essere scaricata completamente.

Il kit è disponibile da Futura Elettronica

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