Schema Invertor solar offgrid - adaptare 40v CC -> 220 AC

[moshulik]

Foarte tare simularea in spice, cred ca din facultate nu l-am mai vazut, n-aveam deloc talent la configurat componentele, insa ajuta mult in proiectare in loc de prajit piese... Din graficul lui pc817 - vad ca abia dupa 10 microsecunde din cele 20 de pe grafic ajunge la 5 volti. Totusi, daca in punctul n001 - leg in continuare baza unui tranzistor NPN cu ceva sarcina in colector - cred ca se reface semnalul dreptunghiular la un nivel acceptabil, ca va deschide cand tensiunea trece de 0.7v , deci doar 1-2 microsecunde din 20 ar fi "penalizarea", nu  10 din 20.  Din colectorul tranzistorului as putea merge direct in gate-ul mosfetului - montat cu sursa la minus si sarcina in drena, fara problemele de drive daca ar fi cu drena la plus. 

[dumitrumy]

Schema simpla, timp stocare PNP mare.

[dumitrumy]

La 11.05.2024 la 18:24, dumitrumy a spus:

 

 

La 13.05.2024 la 13:19, dumitrumy a spus:

Traducere pentru @ssb care spune ca nu intelege simularile:

Am atacat cu acelasi semnal 2 tipuri de opto si am afisat raspunsul unde se vede comutarea lenta a lui 817, semnal neutilizabil chiar cu repetor pt comanda unui MOS.

Editat Mai 14 de dumitrumy

[dumitrumy]

Acum 23 ore, dumitrumy a spus:

Schema simpla, timp stocare PNP mare.

Aici, raspuns la comentariul colegului:

CITAT:  Totusi, daca in punctul n001 - leg in continuare baza unui tranzistor NPN cu ceva sarcina in colector - cred ca se reface semnalul dreptunghiular la un nivel acceptabil, ca va deschide cand tensiunea trece de 0.7v ,

*****************

Am comandat PNP ca sa obtin semnal de atac pt MOS. Raspunsul pt ce e mai sus, obtinem fronturi dar apare intarziere mare fata de semnalul original.

[nel65]

Acum 23 ore, moshulik a spus:

Totusi, daca in punctul n001 - leg in continuare baza unui tranzistor NPN cu ceva sarcina in colector - cred ca se reface semnalul dreptunghiular la un nivel acceptabil, ca va deschide cand tensiunea trece de 0.7v , deci doar 1-2 microsecunde din 20 ar fi "penalizarea", nu  10 din 20.  Din colectorul tranzistorului as putea merge direct in gate-ul mosfetului - montat cu sursa la minus si sarcina in drena, fara problemele de drive daca ar fi cu drena la plus. 

Descarcarea portii (pentru blocare) o face tranzistorul .insa incarcarea (pentru deschidere) se face prin rezistenta din colector ,deci dureaza destul de mult!!! Uzual ,se foloseste totem pole 

 dar asta se stia ...cred!

[dumitrumy]

Acum 7 minute, nel65 a spus:

dar asta se stia ...cred!

Am scris mai sus (pt ca eu vorbesc despre viteza, nu capacitate):

CITAT:  

 se vede comutarea lenta a lui 817, semnal neutilizabil chiar cu repetor pt comanda unui MOS.

Editat 25 minute în urmă de dumitrumy

[ionut120v]

In afara de asta au rejectie slaba pe modul izolat, aduna toate gunoaiele, invertorul se poate face si cu unele versiuni de ESP32 care au motor control pwm ,,MCPWM,,

daca tot doriti sa scrieti soft pentru invertorul monofazat ar fi util sa intelegeti doua feluri de modulatie.

 

modulatia unipolara care baga bruiaj pe modul comun si uneori puntea se poate arde ciudat.

 

Unori codensatorul din bootstrap pe ramura comutata cu 50 hz poate sa nu fie suficient, driverul de sus intra in UVLO, asta desimetrizeaza semnalul si ajunge componenta DC la iesire, reteta pentru ars puntea si unii consumatori AC legacy.

 

modulatia bipolara cu randament mai redus, dar curata si stabila.

 

modulatia bipolara se face la fel ca trifazatul doar ca sunt doar doua faze defazate la 180 grade.

Ambele sunt realizate cu EGS002

Editat Mai 15 de ionut120v

[moshulik]

Bun, deci o sa uit de optocuplori deocamdata, aduc mai multa incertitudine in sistem decat avantajul de a proteja microprocesorul, o sa ma multumesc cu alimentare separata de circuitul de forta si ramane comun doar firul de masa. Am facut primele teste in configuratia asta, cu un generator de semnal dreptunghiular de genul "sinus modificat", o denumire comerciala penibila pentru un semnal dreptunghiular cu pauze foarte mari intre palierul pozitiv si cel negativ.

 

Am facut partea de forta in configuratie half-bridge, adica ma folosesc de bobinajul cu priza mediana deja existent in transformator si am mosfetii doar in low-side, comuta fiecare alternativ borna comuna (legata la +40v) la masa. In felul asta am pus in paralel cate 2 mos de tip n-channel pe fiecare ramura, sa imparta amperii. 

 

Randamentul evident e praf, jumate din timp nu trece curent prin transformator, iar cand trece - doar regimul tranzitoriu pe 50Hz da curent in secundar, abia aprinde doua becuri. 

 

Partea buna e ca in configuratia asta am scapat de riscul de strapungere de la full H bridge si de comanda cu bootstrap la high-side, ca nu mai am high-side. 

 

Drive-ul la gate il face direct circuitul CMOS din prima schema pusa aici pe topic, la 50Hz face fatza direct, nu trebuie totem pole, dar cand trec la PWM sigur nu imi va ajunge curentul scos de attiny - si ca masura de protectie a microcontrollerului o sa folosesc acel totem pole. Stiam de concept, dar nu il intelegeam - acum are sens, rezistenta din colector incarca prea lent poarta mos-ului.

 

Imi scapa totusi diferenta intre modularea unipolara si bipolara... Cumva in half-bridge nu mai are sens ? Practic, la 50hz am perioada 20ms, deci 10ms trebuie sa am sinusoida pe o jumate din bobinajul primar, alte 10ms pe cealalta jumatate. Algoritmul o sa fie simplu, cele 10ms - 10000 microsecunde le impart in 100 de intervale, in fiecare interval de 100 de uS o sa am factor de umplere egal cu sinusul unghiului proportional cu intervalul curent.

 

Nu vad cum poate fi monopolara sau bipolara acea modulatie la full bridge... pentru 10ms - cine conduce, cine nu.. 

Editat Mai 19 de moshulik

[dumitrumy]

Acum 2 minute, moshulik a spus:

generator de semnal dreptunghiular de genul "sinus modificat", o denumire comerciala penibila pentru un semnal dreptunghiular cu pauze foarte mari intre palierul pozitiv si cel negativ.

Hai sa ma mai bag o data in seama cu ce am mai spus si in alte parti. Nu se refera la faptul ca dreptunghiul ar fi sinus daca nu bagi de seama. Lumea vestica e una serioasa (lasati concertele si filmele pt copii), unde se lasa cu penalitati. Producatorul invertorului doar te avertizeaza ca este o modificare a semnalului de la reteaua sinusoidala, ca altfel poti alimenta ceva ce nu suporta dreptunghiul si il dai in judecata. Ca baba care a spalat pisica in masina pentru ca nu scria in instructiuni ca nu are voie. Dupa aceea se pare ca au scris. In lumea aceea normala, cand vezi "modified sinus" este treaba ta sa te informezi ce inseamna si daca se potriveste in locul unde vrei sa-l folosesti. Dar poate fi vandut pentru ca in multe aplicatii se comporta la fel ca reteaua sinus, adica pe sarcina rezistiva da aceeasi tensiune efectiva. Un bec pus in priza sau la un invrtor dreptunghi lumineaza la fel. Deci nu a modificat sinusul cu un dreptunghi special, ci este ceva modificat de ce ai la priza, sinus.

[moshulik]

Da, m-am edificat si cu modulatia monopolara versus bipolara, cel putin in configuratia full-bridge.

In modulatia monopolara, o perioada de comutatie de 20 milisecunde e impartita in doua, primele 10 milisecunde sunt activi doar doi tranzistori, ceilalti sunt complet inchisi. In astea 10 milisecunde bobinajul primar al transformatorului vede tensiunea care urca si coboara sinusoidal de la 0 la 40 de volti si inapoi la zero, in urmatoarele 10 milisecunde vede opusul, de la zero coboara la -40 si inapoi la zero, fix cum vede tensiunea de la priza in modul clasic de coborator de tensiune. Intre cele doua faze trebuie pauza de 300ns , sa se inchida tranzistorii.

In modulatia bipolara, sa zicem cu o frecventa de 10kHz , inseamna perioada 100 microsecunde. In cazul asta, la un factor de umplere de 30% de exemplu, inseamna ca avem o punte deschisa 15uS, apoi pauza 300ns, apoi se deschide cealalta punte 15uS , apoi se inchid ambele pentru 70uS. 

E valabil si pentru half-bridge. 

Acuma sa inteleg ca bipolara e mai sigura decat monopolara ? La transformator cu tole de fier (obisnuit cu 50Hz), nu cumva e mai adecvata modulatia monopolara, iar cealalta pentru toroidale pe ferita ? 

Oricum, o sa implementez in soft ambii algoritmi si sa ii las comutabili cu un buton extern. 

[dumitrumy]

Acum 11 ore, moshulik a spus:

La transformator cu tole de fier (obisnuit cu 50Hz), nu cumva e mai adecvata modulatia monopolara, iar cealalta pentru toroidale pe ferita ? 

Scuze ca intervin (vad ca la postarea mea ultima nu ai facut niciun comentariu) dar cred ca faci o confuzie: nu este nicio competitie ferosiliciu-ferita pentru traf. Traful folosit este doar pe fier cand invertorul functioneaza la tensiune mica de intrare, 40V de exemplu. Daca nu vrei sa folosesti traf, ridici cei 40V la 400V si faci invertorul fara niciun traf. Deci nu exista pe pamant toroidal pe ferita la 50Hz. 

Iar modulatia bipolara arata cam asa pe un document:

 

[dumitrumy]

https://labprojectsbd.com/2020/04/18/sine-wave-inverter-using-pic16f76/

[moshulik]

Da, cu transformatoarele facusem o confuzie intre high voltage si high frequency. Corect este ca la 50Hz merg tole de fier siliciu, fie "patrate", gen E+I , fie toroidale. Iar la frecventa mare, gen 20kHz merg cele cu miez de ferita.

 

Legat de modularea monopolara, cum am vazut in proiectul cu PIC16F..  , am inteles si de ce merge cu doua frecventze. In full bridge, tranzistorul din high-side sta deschis 10ms (vede semnal dreptunghiular de 50Hz), in timp ce tranzistorul din low-side de pe diagonala vede semnalul PWM de 20kHz care moduleaza functia sinus. Bobina de 1mH pe ferita joaca rolul filtrului low pass, integrand varfurile comutatiei rapide din primarul transformatorului.

 

La modularea bipolara ambii tranzistori de pe fiecare diagonala primesc semnale identice, iar curentul in primar isi schimba directia cu 20kHz. Aceeasi integrare produsa de filtrul low-pass face ca primarul transformatorului sa "vada" doar componenta de 50Hz.

 

In cazul meu, cu tranzistori doar in low side, as putea implementa teoretic ambele variante, doar din softul microcontrollerului. Am facut algoritmul pentru generat pwm monopolar, urmeaza sa leg la totem pole si la mosfeti. 

 

Si softul cu implementarea pwm direct pe pini, fara generatorul bazat pe countere: 

#define F_CPU 8000000UL
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/pgmspace.h>
#define byte unsigned char

void Delay(byte ms);

byte PROGMEM sinetable[]=
{
 0,1,2,2,3,4,5,5,6,7,8,9,9,10,11,12,12,13,14,15,15,16,17,18,18,19,20,21,21,22,23,23,24,25,25,
 26,27,27,28,29,29,30,31,31,32,32,33,34,34,35,35,36,36,37,38,38,39,39,40,40,40,41,41,42,42,43,
 43,43,44,44,45,45,45,46,46,46,46,47,47,47,48,48,48,48,48,49,49,49,49,49,49,50,50,50,50,50,50,
 50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,49,49,49,49,49,49,48,48,48,48,48,47,47,47,46,46,46,46,45,
 45,45,44,44,43,43,43,42,42,41,41,40,40,40,39,39,38,38,37,36,36,35,35,34,34,33,32,32,31,31,30,
 29,29,28,27,27,26,25,25,24,23,23,22,21,21,20,19,18,18,17,16,15,15,14,13,12,12,11,10,9,9,8,7,6,
 5,5,4,3,2,2,1,0};

int main(void)
{
 byte i,data = 0;      
 DDRD |= ((1 << PD5) | (1 << PD1) );    // define PD1 and PD5 pins as output 
    while(1)
    {
      PORTD &= ~(1 << PD1); // put pin PD1 to zero, keep one mosfet closed
      for(i=0;i<200;i++){                 
        data=pgm_read_byte(&sinetable[i]); // read sinus from flash memory

        PORTD |=  (1 << PD5);      // positive pwm cycle     
        Delay(data);
        PORTD &= ~(1 << PD5);      // negative pwm cycle
        Delay(50-data);
        }
      //total duration = 200 * 50uS = 10ms
      PORTD &= ~(1 << PD5); // put pin PD5 to zero, keep the other mosfet closed
      for(i=0;i<200;i++){                  
        data=pgm_read_byte(&sinetable[i]);         // read sinus from flash memory

        PORTD |=  (1 << PD1);      // positive pwm cycle     
        Delay(data);
        PORTD &= ~(1 << PD1);      // negative pwm cycle
        Delay(50-data);
        }
      // total duration = 200 * 50uS = 10ms
    }
}

void Delay(byte ms)
{
    while (ms--) {       
        _delay_us(1);    
    }
}
 

 

Editat Mai 21 de moshulik

[moshulik]

Nu e ok schema, acel etaj inteleg ca este tip push-pull, nu totem pole, are avantajul ca nu apare shoot-through intre tranzistorii pnp si npn, legarea bazelor si a emitorilor impreuna exclude posibilitatea de a conduce simultan, chiar daca intra in saturatie npn-ul, am citit ca se inchide la comutarea inversa. Problema e alta - asa cum e acum, gate-ul de la mosfet vede 40 de volti fata de sursa, cand se deschide tranzistorul de sus - si in specificatii are o limita de maxim +/- 20V , deci nu e bine. Cum sa asigur 10-12 volti la colectorii tranzistorilor din etajul push-pull ? Un LM7812 nu pot sa pun, ca nici el nu primeste mai mult de 30v pe intrare. Ajung tot la un divizor de tensiune, de 75 + 25 ohmi, la 40v - inseamna 0.4 amperi, ori 40v - 16 watti de disipat pe rezistori. Ma gandesc la un etaj cu dioda zenner, asta nu are limita la polarizare inversa, stiu ca e un circuit cu zenner si tranzistor care mi-ar putea da tensiunea de 10v .  

Editat Mai 21 de moshulik

[roadrunner]

Acum 34 minute, moshulik a spus:

Cum sa asigur 10-12 volti la colectorii tranzistorilor din etajul push-pull ?

leaga dirverele la 5V (de la MCU) si vezi daca se deschid MOS-urile alea cu 5V in poarta (probabil ca da)

sau fa un regulator liniar cu un mosfet si zenner ca sa alimnetezi driverele din 40V

RR

Editat Mai 21 de roadrunner