Inverter a 50 Hz per trasformatori di rete

[gianniniivo]

Dopo la pubblicazione della bozza preliminare, ho proseguito con l’implementazione dello schema elettrico, spingendomi ben oltre le intenzioni iniziali, rendendolo più maturo. Questo però ha reso obsoleta la PCB che avevo già mandato in lavorazione; poco male, la ricostruirò meglio.

La PCB ha comunque subito un “incidente di percorso”: il laboratorio mi ha scritto scusandosi per aver sbagliato la spedizione, effettuata via nave (!), e mi ha rimborsato il costo. Pazienza. Avrei preferito ricevere almeno un esemplare rapidamente, ma nel frattempo lo sviluppo dello schema è andato avanti, e quella versione di PCB non prevedeva l’aggiunta di ulteriori componenti se non saldandoli direttamente sulle piste. Insomma, l’avventura non è iniziata sotto i migliori auspici.

Detto ciò, lo schema è già pubblicabile, anche se mancano ancora alcuni componenti passivi in particolare filtri, snubber, varistor e protezioni, che saranno oggetto di calcolo, ottimizzazione e, auspicabilmente, discussione tecnica.

Struttura dello schema

Il circuito è suddiviso in quattro sezioni principali:

• Alimentazione: ingresso da PSU stabilizzato, batteria, pannello solare, ecc.
• Controllo: PWM, ponte H, trasformatore di rete 50 Hz (5 o 600VA ma credo potrebbe essere superiore con quei mosfet), controreazione e monitoraggio dello stato della batteria
• Stadio di potenza: MOSFET e BJT

La scelta dei componenti è stata ispirata da criteri di efficienza, robustezza e forse modularità, con particolare attenzione alla semplicità costruttiva e alla reperibilità.

Schema elettrico
Segue lo schema elettrico attualmente implementato, realizzato in FidocadJ. La disposizione è volutamente ampia (forse neanche tanto) per consentire l’integrazione di componenti futuri.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Stato attuale

Lo schema è abbastanza avanti, anche se non è ancora stato testato fisicamente. Restano da definire:

• Filtri EMI: da dimensionare in base alle frequenze operative e ai requisiti di compatibilità elettromagnetica.
• Snubber: da calcolare per proteggere i dispositivi di commutazione e ridurre i picchi di tensione.
• Varistor: per salvaguardare i MOSFET dai picchi di tensione generati durante la commutazione.
• Protezione: elettronica o a fusibili ed eventuale protezione termica da integrare

Vorrei che questi elementi fossero oggetto di confronto tecnico, anche in funzione di eventuali simulazioni e prove pratiche.

Invito alla Community
Condivido lo schema in questa fase proprio per stimolare il confronto e raccogliere suggerimenti prima di procedere con la nuova PCB. Chiunque voglia contribuire con osservazioni, calcoli, proposte di layout o alternative circuitali è il benvenuto!

Sono aperto a ogni modifica e, in particolare, a:

• Proposte per il dimensionamento dei filtri
• Scelte di snubber RC/RCD o altri approcci
• Ottimizzazione del layout PCB per ridurre disturbi e migliorare la dissipazione
• Protezione


Nota tecnica
In ottemperanza alle osservazioni di boiler, sto cercando di abituarmi alla tecnica di non portare a spasso il GND e l’alimentazione. Qualcosa ho già fatto in tal senso, ma serve tempo e comprensione: le abitudini sono dure a morire, e la mia formazione deriva da un po’ di studio e sperimentazione. L’adeguamento è graduale, ma motivato. Grazie Boiler per il pungolo costruttivo.

[boiler]

In ottemperanza alle osservazioni di boiler, sto cercando di abituarmi alla tecnica di non portare a spasso il GND e l’alimentazione. Qualcosa ho già fatto in tal senso, ma serve tempo e comprensione: le abitudini sono dure a morire, e la mia formazione deriva da un po’ di studio e sperimentazione. L’adeguamento è graduale, ma motivato. Grazie Boiler per il pungolo costruttivo.

Grazie a te per l'averlo messo in pratica. Trovo lo schema qui sopra già piú leggibile!

Boiler

[gianniniivo]

Un po' meglio di prima senz'altro; ho evitato di ristrutturarlo proprio tutto...

[lelerelele]

una cosa che mi piace poco è la mancanza di un ritardo tra il pilotaggio alto e basso.

per esempio, quando va alto il pin11, avrò immediatamente il mosfet in basso che porterà giu l'uscita, il TR1 avra gia un suo ritardo, a questo punto ho il condenatore con il meno a massa, ed il T1 in conduzione, mi sto chiedendo, non puo saturare queso T1 visto che il diodo DS1 mi tiene alto il collettore, e l'emettitore è a massa! ma l'hai provato? funziona?

cosa mi sono perso? (può anche essee che sia arrugginito )

a parte questo, ritengo essenziale avere un ritardo sulle due linee, ed anche che sia preciso.
e preferisco pilotare in modo diverso il mosfet high-side.

[gianniniivo]

Ciao lelerelele,

grazie ancora per il tuo commento, davvero azzeccato. Hai ragione: senza un ritardo tra il pilotaggio alto e basso si rischia che i due MOSFET si accendano insieme, e questo può portare a corti interni o saturazioni indesiderate. Nel mio schema iniziale non c’era un dead-time esplicito, ma sto sistemando la cosa.

Visto che il circuito lavora a 50 Hz e gestisce una potenza di circa 500–600 W, ho scelto una soluzione semplice e robusta: ho messo due resistenze diverse sui gate dei MOSFET.

47 Ω sul gate del MOSFET high-side

22 Ω sul gate del MOSFET low-side

Questo crea un ritardo naturale: il MOSFET high-side si accende più lentamente, mentre il low-side si spegne più in fretta. Il risultato è che non si sovrappongono mai, e il dead-time viene fuori da solo, senza circuiti aggiuntivi.

I MOSFET sono gli IRFP2907, belli tosti, con una capacità di gate alta che aiuta proprio a rallentare la commutazione. E con un buon dissipatore, reggono tranquillamente la potenza prevista.

In più, ho appena implementato una protezione in potenza con regolazione dall'esterno, che pubblicherò a breve insieme alla correzione del pilotaggio. Così il sistema sarà ancora più controllabile, e potrà adattarsi meglio a carichi variabili o esigenze specifiche.

Se hai idee per migliorare il pilotaggio high-side o vuoi condividere qualche trucco che hai usato tu, mi farebbe davvero piacere confrontarci!!

[EcoTan]

Mi riferisco alla figura del post [11]. Quando Tr1 è pilotato in saturazione, tramite Ds1 non fa un corto sulla alimentazione a 12V?

[gianniniivo]

Ciao EcoTan,

ottima osservazione, grazie per averla sollevata. In effetti, a prima vista sembra che quando Tr1 è in saturazione, il collettore venga portato a massa, e tramite Ds1 si possa creare un percorso diretto verso il +12 V. Ma in realtà non si verifica un corto, e ti spiego perché.

Il diodo Ds1 è lì per tenere alto il potenziale del collettore quando Tr1 è spento, in modo da garantire una tensione positiva al nodo successivo. Quando Tr1 è acceso, il collettore va a massa, ma Ds1 è polarizzato inversamente: il catodo è a +12 V, mentre l’anodo è a massa. Quindi non conduce, e non crea alcun passaggio diretto verso l’alimentazione.

In altre parole, Ds1 lavora solo quando Tr1 è spento. Quando Tr1 è acceso, il diodo è spento. Quando Tr1 è spento, il diodo tiene alto il collettore. È un gioco di polarità, non di corti.

Se hai visto qualcosa che sfugge a questa logica, fammi sapere, magari c’è un dettaglio che è sfuggito anche a me...

[gianniniivo]

In questa versione ho previsto l’uso di uno shunt da 0.01 Ω per il rilevamento della corrente, amplificato tramite LM358. Il segnale viene utilizzato per modulare il duty cycle e proteggere il carico.

Lo schema include:
• Protezione da batteria scarica
• Controllo di controreazione
• Rilevamento corrente tramite shunt.

A pieno carico (60 A), lo shunt dissipa fino a 36 W. Il componente scelto è una resistenza corazzata da 50 W, ma l’ingombro e la dissipazione termica sono rilevanti. In caso di carico continuo, si lavora vicino al limite.

Se avete suggerimenti, esperienze simili o soluzioni più efficaci, sono pronto a valutare. Intanto pubblico lo schema attuale: si vede che il lavoro è in corso e possiamo ragionarci insieme.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

[lelerelele]

Visto che il circuito lavora a 50 Hz e gestisce una potenza di circa 500–600 W, ho scelto una soluzione semplice e robusta: ho messo due resistenze diverse sui gate dei MOSFET.

47 Ω sul gate del MOSFET high-side

22 Ω sul gate del MOSFET low-side

ricorda che un timing ottenuto da un RC è sempre lineare, avrà sempre un effetto di ritardo sia in salita che in discesa, poi considerate le piccole capacità ed i valori resistivi in gioco, avresti un effetto deciasamente troppo piccolo.
per me è ua soluzione che non va.

Il diodo Ds1 è lì per tenere alto il potenziale del collettore quando Tr1 è spento, in modo da garantire una tensione positiva al nodo successivo. Quando Tr1 è acceso, il collettore va a massa, ma Ds1 è polarizzato inversamente: il catodo è a +12 V, mentre l’anodo è a massa. Quindi non conduce, e non crea alcun passaggio diretto verso l’alimentazione.

questa non la capisco, quando mando in conduzione TR1 il diodo è polarizzato direttamente, il catodo lo porti a massa! il collettore non andrà mai a massa! Hai messo il diodo al contrario?

inoltre come ti dicevo, non c'è niente che porti verso il + R14 ed il relativo gate!
Nello schema vecchio era' indicata una R13 che non vedo! manca?

[EcoTan]

Veramente credo che un corto sia un corto, se poi il catodo supera i 12V tanto peggio.
Ci penserò, sperando che intanto BrunoValente o altri mi risparmino la fatica.
Per quanto riguarda ridurre la dissipazione sulla resistenza di sense, ho realizzato qualche trucchetto, presente anche qui nel mio blog, ma con un risultato di scarsa precisione.