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Smontiamo l'inverter dc/ac

Indice

Premessa

Ho voluto spendere due parole sulla tecnologia inverter dc/ac,vista l'ampia diffusione di prodotti elettronici a prezzi abbordabili. Ormai li troviamo dappertutto e sempre piu' compatti, dal discount dei detersivi, fino al centro Brico fai da te.


l'articolo sara' molto sintetico e prendera' in esame soltanto gli aspetti principali che costituiscono la scelta di questo tipo di inverter.


Anche se a prima vista sembrano essere tutti uguali, ci sono due parametri importanti da seguire

-forma d'onda d'uscita (onda sinusoidale pura,Onda quadra o pseudo onda Sinusoidale)

-potenza di uscita(da 300W a 1500W)

la forma d'onda d'uscita e' un dettaglio che la dice lunga sulla qualita' dell'inverter, ovvero se intendiamo alimentare dei dispositivi che in origine sono stati progettati per funzionare alla tensione di rete 230Vac - 50Hz e li alimentassimo con un inverter che utilizza una frequenza piu' alta e per di piu' ad onda quadra, o pseudo sinusoidale, si possono verificare fenomeni di riscaldamento eccessivo,e anche danneggiamento del dispositivo.

Il modello in questione di fascia non professionale ha le seguenti caratteristiche:

-Input Voltage(DC) 12Vdc(tensione di alimentazione minima 11Vdc)

-Output Voltage(AC) 230Vac 600W(tensione di uscita a vuoto 240Vac) potenza max 600W.

-Frequency 50Hz (frequenza di uscita 50 Hz ma tutto da verificare)

-Low battery Alarm 10.5V +/-o.5V (se la tensione scende sotto i 10,5V il buzzer attiva un segnale ad 1Khz

-Low battery Shutdown 10V +/-0.5V (se la tensione della batteria scende sotto i 10V l'inverter si autodisattiva)

-Efficiency 85_90% (efficenza e' compresa tra 85% ed il 90%)

-Thermal Protection 65° (la protezione termica disattiva il dispositivo non appena supera i 65°)


NOTA:

L'ARTICOLO NON INCORAGGIA L'AUTORIPARAZIONE DA PARTE DI OPERATORI CHE NON HANNO LA SUFFICIENTE ESPERIENZA NEL RUOLO E CHE NON CONOSCONO LA PERICOLOSITA' DI QUESTI APPARATI BENCHE' ALIMENTATI A BASSA TENSIONE. QUINDI DECLINO OGNI TIPO DI RESPONSABILITA' DEL CASO.

A che serve l'inverter dc/ac

Essenzialmente converte una corrente continua(Dc) in una corrente alternata(Ac) ad una data frequenza e tensione di uscita.

Il primo inverter che mi capitò tra le mani senza saperlo fu nel lontano 1984, quando smontati dei componenti di una scheda madre di un tv b/n gettato a terra con il tubo rotto. Trattasi di un semplice bistabile che pilota due transistor alternativamente,a cui fanno capo i due estremi del trasformatore di alimentazione,invertito volutamente bassa tensione in ingresso e alta tensione in uscita.

bistabile.gif

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Tramite un jack veniva alimentato dalla batteria di un auto mediante la classica presa accendisigari, e questa tensione veniva convertita in alternata a circa 220 V.

phonola.jpg

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Oggi grazie alla ricerca e sviluppo di multinazionali che hanno permesso la diffusione di circuiti integrati che facilitano la progettazione e la realizzazione, e trovano impiego impiego ad esempio nei camper,nelle barche e in tutte quelle applicazioni dove gli apparecchi necessitano di una tensione alternata di 220 - 230Vac.

Uno sguardo al modello

Ecco delle prime immagini sull'inverter dc/ac esaminato. Come si puo' vedere e' presente una presa schuko da 16A sull'uscita, l'interruttore on/off e due led Power/Fault

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In questa foto e' visibile l'ingresso del convertitore con due boccole da collegare ad una batteria da 12V Max 75A

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Smontiamolo

Smontarlo non e' affatto complicato, a patto di fare attenzione a non rovinare l'isolante sui mosfet.


DSCF3310.jpg

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Analizziamo il circuito stampato

Ho separato virtualmente i due circuiti:

-lato rosso e' l'ingresso dove sono connessi i cavi dell'alimentazione 12Vcc

-lato giallo e' l'uscita 230Vac

DSCF3316_2.jpg

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Come ben visibile, la notevole stagnatura di questa piste e' dovuta alla presenza di un elevata corrente di ingresso.

Le piazzole devono ospitare un cavo di sezione 4mm^2.

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Stadio d'ingresso

Lo stadio d'ingresso e' formato da ben 4 mosfet un integrato ed un controller PWM famosissimo SG3525A.

mosfet.jpg

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L'integrato ha un range di oscillazione compreso tra 100Hz e 400 kHz,e puo' funzionare con una tensione compresa tra 8Vcc e 35Vcc.

Inoltre come si vede chiaramente dallo schema a blocchi,per evitare oscillazioni multiple che causerebbero sovratensioni in uscita,e' previsto un circuito "Latch" che ne controlla lo stato.

Interessante anche la funzione di soft-start che ne consegue un avvio progressivo,evitando picchi di corrente elevati all'accensione.


SGS3525.jpg

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Stadio d'uscita

Lo stadio di uscita utilizza 4 diodi fast in configurazione "ponte di Graetz" che pilotano i 4 mosfet con una tensione continua pari a 310Vcc circa. Naturalmente questa tensione e' il risultato del convertitore dc/ac in quanto come accennato precedentemente la tensione alternata e' prodotta dal circuito primario lato dc che utilizza la tecnica pwm,per pilotare il circuito Driver per poi utilizzarlo sul trasformatore.

mosfet.jpg

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Ma non bastava a questo punto prelevare la tensione di uscita del trasformatore? Perché convertirla di nuovo in continua?

La risposta e' sì avremmo potuto utilizzare soltanto il trasformatore, ma date le ridotte dimensioni non avremmo potuto ottenere in uscita tutta quella potenza 600W. Infatti lo schieramento dei 4 mosfet IR820 provvedono mediante questa tensione continua, a fornire in uscita una potenza pari a 600 W, ma come?

Ecco che interviene un altro circuito che modula il D.C.% e stabilizzera' la tensione a circa 230 Vac e la manterra' pressoche' costante fino a circa il 40% del carico in uscita. Le prova in laboratorio hanno dimostrato che gia' con un carico induttivo che assorbe 2,5A la caduta di tensione d'uscita e' pari a 3 V circa.

Modulatore.jpg

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Forma d'onda d'uscita non proprio sinusoidale

Le caratteristiche del prodotto dovrebbero risultare veritiere: "Forma d'onda sinusoidale" I fatti mostrano il contrario:

segnale-pilota.jpg

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segnale-pilota-2.jpg

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Questo tipo di inverter vengono chiamati anche: Inverter con onda sinusoidale modificata, ma nella realta' come abbiamo visto dall'oscilloscopio ci troviamo in presenza di un onda quadra modulata in PWM. Tuttavia ci sono altri modi per migliorare la situazione,mettendo a punto dei filtri di uscita

Ma quali problemi comporta l'onda quadra negli utilizzatori?

Quello che sappiamo gia' e' che un onda quadra ha due livelli di tensione:alto e basso. Ma precisamente per definizione tecnica, i due segnali che transitano dal livello basso al livello alto sono definiti come Rise Time(tempo di salita) e Fall Time(tempo di discesa). Trascurando per il momento i tempi di commutazione del transistor nelle due fasi di transizione, quello che ci interessa e' se questa onda quadra possa influire negativamente sull'utilizzatore finale:

Se alimentassimo dei carichi induttivi con questo tipo di inverter riscontreremo che ad esempio un motore riscalderebbe in modo anomalo durante il suo funzionamento. Questo succederebbe anche alimentando un normale trasformatore progettato per funzionare con una frequenza di 50Hz ad onda sinusoidale. Anche le molteplici armoniche prodotte dall'onda quadra peggiorano il rendimento sugli utilizzatori induttivi e capacitivi.

Prove di laboratorio su alcuni carichi:

  • caricabatterie cellulari
  • alimentatori per notebook
  • tv lcd

tutto sommato alimentando questi dispositivi ho notato che l'efficenza e' diversa. Alcuni scaldano di piu' rispetto ad altri. Questo dato e' importante,poiche' la diffusione di alimentatori switching progettati per la frequenza di rete sinusoidale pura non digeriscono molto questo tipo di generatori.


Sarebbe stato interessante analizzare il comportamento dei carichi alimentati dall'inverter ma il tempo a disposizione e' sempre limitato per cui se in futuro ne avro' le possibilita' aggiornero' la pagina.

Un caro saluto.

Stefano

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Commenti e note

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di ,

Grazie mir.. la curiosità ha sempre il sopravvento quando si tratta di scoprire come sono fatti dentro.

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di ,

Come sempre,ottima ed interessante esposizione. Un metodo che utilizzo anch'io quando mi lascio sopraffare dalla curiosità di alcuni dispositivi in cui mi imbatto negli interventi e mi incuriosiscono... ... l'ultimo dispositivo che ho smontato per vederne la realizzazione è stato un attuatore di 5 W di una valvola (poi scoperto) proporzionale... Grazie per la lettura.

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