Источник питания синусоидального напряжения

Разработка маломощного резервного источника питания с синусом на выходе. Часть 1. Постановка задачи

Источники бесперебойного питания (ИБП) нашли широкое применение, как в быту, так и в промышленности. Они призваны обеспечить необходимым питанием оборудование из резервных источников в случае «пропажи» основного питания. Резервными источниками в таких ИБП в основном служат аккумуляторы. Поэтому эти ИБП обеспечивают питанием оборудование ограниченное время, от нескольких минут до пары тройки часов. В продаже имеется огромное количество подобного оборудования, как говорится, на любой вкус и цвет «карман», с различными характеристиками и разнообразными функциями.

Рассмотрим сферу применения в быту.

В каждом доме имеется холодильник. Основные модели используют компрессор, приводимый в действие двухполюсным однофазным асинхронным электродвигателем. Мощность бытовых холодильников 100-200 Вт. Пропадание основного питания (а-ля 220 вольт) на несколько часов может привести к размораживанию холодильника. Это не критично, но неудобно. Но обычный компьютерный ИБП здесь не поможет: двигатель компрессора не обрадуется форме напряжения, предоставляемого таким ИБП. Для такого рода потребителям необходим синус на выходе ИБП.

Пример, скажем честно, самый реальный, но не самый необходимый для применения ИБП.

Частный дом, система отопления, циркуляционный насос. Те же проблемы. Современные газовые котлы в основе своей имеют его в своей конструкции. При пропадании электропитания от компьютерного ИБП тоже работать особо не хотят. Правда, пару часов пережить можно и без электричества и работающего котла, благо дом за пару часов не остынет до отрицательных температур.

Продолжим искать применение ИБП с синусом на выходе в быту.

Такой же частный дом, циркуляционный насос в системе отопления, но сама система отопления не на газу, а на дровах. Вот значит вы после работы растопили печурку и греете дом, насос качает жидкость по трубопроводам системы отопления. БАЦ! Отключили электроэнергию. Котел начал дико перегреваться, из-за отсутствия циркуляции, но ведь это не вентиль газовый перекрыть, печку тушить придется, в прямом и переносном смысле. А если бы был ИБП, то спокойно за часик полтора можно было протопить печку и дальше ждать, пока горэлектросеть не восстановит снабжение природным газом электричеством. Уже реальнее. Далее.

Деревня, есть природный газ, есть напольный котел типа АОГВ-11,6-3. Вот его описание: предназначен для электронезависимых автономных систем отопления домов, дач площадью до 110 кв.м. Значит для его работы электричества не нужно. А вот для циркуляции теплоносителя используется циркуляционный насос. Отсутствие электричества на работе котла никак не сказывается, а вот из-за отсутствия циркуляции вода в котле начинает кипеть и её выдавливает через расширительный бак со всеми вытекающими последствиями. Так что в такой ситуации приходится выключать котел. Но если хозяев нет дома, или это происходит в ночное время?

Вот для такого конкретного случая и понадобился ИБП с синусом. Разрабатывать полноценный ИБП для такой задачи нет смысла. Если время перехода с сети на резервный источник будет составлять 5-10 секунд, ничего критичного не произойдет, как с системой отопления, так и с самим насосом.

Из всего вышесказанного и вытекает задача: разработать маломощный резервный источник питания 220 В, 50 Гц с синусом на выходе.

Предисловие

Обратимся к рынку и изучим имеющиеся предложения. Для этого зададимся некоторыми критериями к выбираемому оборудованию. Запросы будут скромные.

  • Мощность – 200 Вт,
  • «Чистый» синус на выходе,
  • Ну и… хватит.

Введение

На рынке представлено множество различных ИБП, зачем что-то разрабатывать? Ответов на этот вопрос несколько:

  • Цена предлагаемых устройств пусть и не заоблачная, но все-таки высокая,
  • Функция «чистого» синуса стоит дороже и встречается далеко не повсеместно,
  • Понять принцы построения таких систем,
  • Набраться опыта в проектировании, разработке силовой электроники,
  • Опыт в программировании МК
  • Каждый может продолжить список для самомотивации…

Лирическое отступление

На geektimes.ru есть цикл статей, посвященный проектированию мощного ИБП с чистым синусом на выходе. Стартовый пост находиться по этой ссылке. В данном цикле мы не будем разрабатывать полную уменьшенную копию данного ИБП, а подойдем к конкретной задаче немного по-другому. Да и разрабатываемое устройство назвать ИБП язык не повернется. Это будет резервный источник питания с автоматическом вводом резерва (далее РИП АВР), в котором время перехода с сети на РИП будет составлять порядка пары-тройки секунд.

Исходные данные

Начнем с необходимых расчетов. Прикинем мощность, которую РИПу необходимо отдавать в нагрузку, время автономной работы и т.д. Приступим.

Нагрузкой у нас будет выступать циркуляционный насос. Посмотрим на распространенные модели на рынке. Вот что выдал гугл: ссылка на характеристики циркуляционных насосов.

Для домов небольшой площади до 100 кв.м используются насосы мощностью до 100 Вт. Причем редко кто использует третий мощностной режим насосов. Так что остановимся на 60 Вт потребляемой мощности. Вот от этой мощности и будем отталкиваться при расчетах.

Лирическое отступление

Если кому-то понадобится большая мощность, то для этого следует в расчетах пропорционально увеличить полученные величины, и по полученным данным пересчитать электронные компоненты, используемые в схеме (диоды, транзисторы и т.д.).

Напряжение на выходе РИПа 230 В. Мощность 60 Вт. Следовательно, ток составит I=P/U=60/230=260 мА.

Теперь зададимся КПД преобразователя 12 В DC -> 230 В АС в районе 90%, тогда при напряжении питания от АКБ в 12,4 Вольта ток потребления с АКБ составит:

Вот на эти цифры будем опираться, как при выборе радиоэлектронных компонентов, так и при изготовлении печатной платы.

Структурная схема РИПа

Для преобразователя 12->220 в основе своей применяется схема повышающего ИИП. То есть с помощью импульсного повышающего трансформатора получают 310 Вольт постоянного напряжения, а дальше мостовой схемой, управляемой синусоидальным шимом и LC фильтром, получают «чистый» синус 220 вольт на выходе. В данном подходе используется множество компонентов от интегральных микросхем до высокоскоростных диодов и т.д. Как-никак импульсная схемотехника.

Для данного РИПа с его ничтожной малой мощностью можно пойти немного другим путем.

С так называемого звена постоянного тока, которым в нашем случае будет шина АКБ, то есть 12 вольт, через мостовую схему, управляемую синусоидальным шимом, подать на первичную обмотку обычного линейного сетевого повышающего трансформатора. Со вторички снять уже необходимые 220 вольт синусоидального напряжения. Благо для такой мощности и габариты трансформатора будут не большие. Сам трансформатор послужит фильтром и сгладит форму напряжения почти до узнаваемого синуса. А если между мостом и первичной обмоткой трансформатора поставить низкоимпедансный LC фильтр, то можно получить форму напряжения на выходе трансформатора очень близкую к синусу.

Получается примерно такая схема.

Картинка кликабельна

В данной примерной схеме компоненты взяты для показа основной мысли схемотехники РИПа, и их номиналы не соответствуют расчетам, которые мы будем производить ниже. Сама схема усложнится по мере проектирования устройства.

Во время, когда насос работает от РИПа, АКБ разряжается, и после перехода с РИПа на сеть есть смысл заряжать АКБ до номинальной емкости. Когда «электричество присутствует в розетке», то насос работает от сети, а выходную схему РИПа можно использовать для зарядки АКБ. То есть на вторичную обмотку трансформатора (она же высоковольтная) подать напряжение сети, а с первичной обмотки (она же низковольтная) снять переменное напряжение, выпрямить на диодном мосту, сгладить конденсатором и заряжать им АКБ. Рассмотрим изменения, которые необходимо внести в схему для такого подхода.

Картинка кликабельна

То есть пока есть напряжение в сети, реле подтянуты, и сетевое напряжение через контакты реле поступает в нагрузку, а также на высоковольтную обмотку трансформатора. Далее с низковольтной обмотки снимается напряжение. Напряжение выпрямляется паразитными диодами транзисторов (для правильности стоит указать, что в реальной схеме мы их использовать не будем, установим параллельно транзисторам внешние быстродействующие диоды на необходимый ток), сглаживается конденсатором и через P-канальный транзистор, управляемый схемой управления на МК, закачивает необходимый зарядный ток в АКБ через сглаживающий дроссель.

Когда электроэнергия «кончится» в сети, реле разомкнуться, и схема будет работать в обратном порядке. Из 12 вольт АКБ через мост транзисторов, фильтры и трансформатор напряжение будет подводиться к нагрузке.

Для того, чтобы не лепить синхронизацию с сетью и т.д. для практически мгновенного перехода с АКБ на сеть и обратно, банально, при пропаже сети, обесточится нагрузка, разомкнуться реле, схема подготовит все и всех для работы от АКБ и начнет генерить напряжение в нагрузку. При восстановлении сети схема остановит генерацию напряжения, убедится, что все хорошо, и замкнет реле для перехода на сеть и зарядки АКБ. Функции схемы управления обрисуются в процессе разработки.

Структурную схему и основной принцип работы РИПа разобрали и на этом позитивном настроении приступим к расчетам необходимых компонентов схемы и выбору аппаратной платформы, как для «мозгов» устройства, так и для силовых элементов. Правда уже в следующей статье.

И снова лирическое отступление

Недавно я опубликовал на Хабре цикл статей под названием «Измерение веса полезных ископаемых в горнорудной промышленности». Но видно просчитался с целевой аудиторией Хабра, так что разработку РИПа публикую здесь на Geektimes. Если кому интересно почитать предыдущие мои публикации, то оставлю здесь ссылки на данный материал:

  1. Измерение веса полезных ископаемых в горнорудной промышленности. Теоретическая основа
  2. Измерение веса руды по току статора. Практика. Часть 1. Алгоритм обработки сигналов в МК
  3. Измерение веса руды по току статора. Практика. Часть 2. Программная реализация на МК

Заключение

В следующих частях мы рассмотрим расчеты разрабатываемого РИПа, подготовим электрическую схему устройства, выберем аппаратную платформу, разработаем топологию печатной платы для РИПа. Произведем разбор функций устройства, напишем программы для МК, проведем полный цикл наладки и испытаний устройства на оборудовании, а также сдадим все это реальному заказчику.

P.S.: Правда, разработка займет некоторое время, и дальнейшие публикации будут выходить в свет по мере продвижения проекта. Ориентируюсь еще на три статьи, с интервалом примерно в 2-3 недели.

Продолжение здесь:

ИБП с правильной (чистой) синусоидой (для котлов и не только)

ИБП с чистой синусоидой

Источники бесперебойного питания (ИБП, UPS) — востребованная продукция, особенно этой зимой. Но больше всего заказов поступает на ИБП с правильной синусоидой — их покупают для котлов отопления, серверов, насосов. Что это, почему именно они, чем такие бесперебойники отличаются от других видов? Мы постараемся ответить в этой статье на наиболее частые вопросы наших покупателей.

В представлении многих ИБП — это устройство, которое при отключении питания некоторое время поддерживает работу подключенной к нему техники. Все верно, но не все так просто. От того, КАК ИМЕННО происходит эта поддержка и какие дополнительные «плюшки» для вашего электрооборудования может обеспечить бесперебойник, зависит:

  • срок службы оборудования;
  • вероятность его (оборудования) скорого выхода из строя;
  • цена ИБП и другое.

К примеру, обычный UPS, к которому подключают домашние/офисные компьютеры не подойдет в качестве источника бесперебойного питания для газового котла отопления, или чувствительного серверного или телекоммуникационного оборудования. А все потому, что есть такой значимый параметр, как форма выходного сигнала.

Выходной сигнал

Одной из важных характеристик источников бесперебойного питания является тип сигнала, который выдается при работе от батарей. Грубо говоря, он может иметь прямоугольную форму (меандр) и форму синусоиды (ее также называют чистой или правильной синусоидой).

На практике форма выходного сигнала в виде «чистого» меандра не встречается из-за очень негативного влияния на работу электрооборудования. Чаще всего вместо него — меандр с паузой (небольшие «ступеньки» при смене полярности сигнала):

Или вот еще более приближенный к синусоиде вариант:

Важен этот параметр потому, что для многих видов электрооборудования, в частности: с трансформаторными блоками питания или объемными индукционными катушками, с электродвигателями, с дросселями, с блоками питания APFC — любая форма выходного напряжения/ сигнала КРОМЕ ПРАВИЛЬНОЙ (ЧИСТОЙ) СИНУСОИДЫ — может оказаться губительной. Какая-то техника сгорит через несколько часов работы на таком электропитании, какая-то — вообще не будет работать, у другой срок службы существенно сократится.

Именно в этом причина сегодняшней популярности ИБП с правильной синусоидой. В основном они приобретаются для котлов отопления, но не стоит также забывать, что для работы дорогого серверного и телекоммуникационного оборудования также требуется синусоидальная форма сигнала.

Для электрооборудования с импульсными блоками питания (как в большинстве компьютеров) форма сигнала не имеет большого значения, поэтому для них подойдут и бесперебойники со ступенчатым сигналом.

Как определить — правильная синусоида в ИБП или нет?

Вот здесь начинается интересное. Если правильная синусоида может еще называться чистой, в крайнем случае — немоделированной, или «синусоидальная форма», то в обозначении формы сигнала, не соответствующей синусоиде, фантазия производителей не знает границ. Вместо того, чтобы увидеть единое простое и понятное обозначение, мы читаем в характеристиках:

  • модифицированная синусоида,
  • модифицированный синус,
  • моделированная синусоида (синус),
  • квази-синусоида,
  • аппроксимированная синусоида,
  • ступенчатая синусоида,
  • или ничего не читаем — производитель не считает нужным упоминать об этом вообще.

Как тут не запутаться?

Строго говоря, все, что не обозначено в паспорте источника бесперебойного питания как правильная синусоида (чистый, гладкий синус или синусоидальная форма) — ею не является. Возьмем, к примеру, часто встречающийся тип сигнала — аппроксимированную или ступенчатую синусоиду. На картинке ниже наглядно видно ее отличие от чистого синуса.

Аппроксимированная синусоида и чистая

Поверьте, если ИБП выдает на выходе правильную синусоиду, производитель обязательно постарается указать такое важное преимущество модели.

Точный способ определения, насколько форма выходного напряжения/ сигнала соответствует синусоидальной — это значение параметра «коэффициент нелинейных искажений» (или гармоник, от английского обозначения параметра Total Harmonic Distortion). Правила говорят о том, что:

  • значение коэффициента — 0 % — идеальная синусоида;
  • значение коэффициента около 3 % — форма сигнала очень близка к синусоиде;
  • значение коэффициента около 5 % — форма сигнала приближена к синусоиде;
  • значение коэффициента < 21 % — ступенчатая или трапециевидная форма сигнала (модифицированный синус или меандр с паузами);
  • значение коэффициента приближается 43 % и более — прямоугольный сигнал (меандр в чистом виде).

На практике за чистую синусоиду принимается коэффициент гармоник меньше 8%.

Но, к сожалению, этот параметр не всегда указан в паспорте производителя.

Какие типы ИБП дают на выходе синусоидальный сигнал?

В общем можно выделить 3 основных типа источников бесперебойного питания:

  • резервные или off-line;
  • линейно-интерактивные;
  • с двойным преобразователем или on-line.

Резервные — самые дешевые и простые.

Резервные ИБП ИБП в режиме ожидания

Схема их работы выглядит так:

Работа резервного ИБП от сети

Работа резервного ИБП от батареи

Обычно в названии резервных бесперебойников есть обозначение Back . Чаще всего, если перед вами — Back-UPS, можно даже не надеяться на синусоиду. Согласно схеме, х арактеристики выходного сигнала при работе от батарей будут зависеть от инвертора. В недорогих Back-UPS чрезвычайно редко можно встретить дорогие инверторы с преобразованием напряжения в синусоиду.

Среди моделей линейно-интерактивных ИБП шанс купить бесперебойник c чистой синусоидой гораздо выше. Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания часто можно отличить по наличию в названии приставки Smart, хотя в последнее время и модели Back могут выпускаться с такой схемой работы. Остается смотреть , что производитель пишет о характеристиках выходного сигнала модели. ИБП с правильной синусоидой в этом типе выпускают многие ведущие производители — APC, PowerCom и другие.

Линейно-интерактивные ИБПLine-Interaktive UPS

У отечественных потребителей, благодаря оптимальному соотношению цены и качества, особенно популярны:

  • ИБП компании LogicPower, которая так и назвала соответсвующую линейку продукции — линейно-интерактивные ИБП с правильной синусоидой.
  • Источники бесперебойного питания Luxeon.
  • Бесперебойники ProLogix.

Третий вид ИБП — с двойным преобразованием — самый дорогой, но здесь вы 100% получите на выходе идеальный синусоидальный сигнал. К тому же, схема его работы предполагает работу инвертора постоянно, не только во время переключения на аккумуляторы:

Это дает дополнительные плюшки:

  • отсутствие помех;
  • практически мгновенное переключение на работу от батареи;
  • постоянную стабилизацию сигнала в реальном времени с минимальными задержками.

Кроме того, онлайновый ИБП позволяет подключать внешние батареи и таким образом увеличивать время работы оборудования при отключении электроэнергии до существенных величин.

Подведем итоги

Синусоида — это форма сигнала (напряжения, силы тока), которую выдают на выходе источники бесперебойного сигнала со специальной модификацией инвертора. Она является идеальной для электрооборудования.

ИБП с правильной синусоидой необходимы для определенного типа оборудования. Применение источников бесперебойного питания с выходным сигналом, не соответствующим синусоиде, для такой техники очень нежелательно.

Существует аппаратура, которая безразлична к форме поступающего напряжения, в этом случае применение ИБП с чистой синусоидой необязательно.

Определить, дает ли рассматриваемая модель ИБП правильную синусоиду, можно: а) по четкому указанию на это в технических характеристиках модели, б) по значению коэффициента нелинейных искажений (гармоник).

С правильной синусоидой бывают ИБП линейно-интерактивного типа (не все) и онлайн (все). Среди недорогих резервных Back-UPS такие бесперебойники встречаются чрезвычайно редко.

Чистый синусоидальный инвертор на Arduino

Инверторы используются в случаях когда невозможно получить напряжение переменного тока (AC) из сети. Инверторы предназначены для преобразования напряжения постоянного тока (DC) в напряжение переменного тока (AC) и разделяются на два типа: чистые синусоидальные инверторы (Pure Sine Wave Inverters) и модифицированные прямоугольные инверторы (Modified Square Wave Inverters). Чистые синусоидальные инверторы достаточно дорого стоят, а модифицированные прямоугольные инверторы стоят существенно дешевле.

В этой статье мы рассмотрим создание чистого синусоидального инвертора (pure sine wave inverter) на основе платы Arduino.

Внешний вид чистого синусоидального инвертора на Arduino

Если вы решили повторить создание рассмотренной в данной статье схемы, то учтите, что она не имеет ни защиты от превышения тока, ни защиты от короткого замыкания, ни защиты от перегрева. Схема данного проекта представлена в образовательных целях и не рекомендуется для промышленного использования. Тем не менее, вы по своему желанию можете добавить в этот проект названные схемы защиты – подробной информации о них достаточно много в сети.

Предупреждение : при работе с представленной в этом проекте схемой будьте предельно внимательны, поскольку в ней используются высокие напряжения и импульсы напряжения, формируемые за счет переключения сигнала на входе схемы.

Что такое синусоидальная ШИМ (SPWM)

SPWM расшифровывается как Sinusoidal Pulse Width Modulation и переводится как синусоидальная ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Ранее мы ее уже рассматривали в генераторе синусоидальных и прямоугольных импульсов на Arduino.

Как мы знаем, в ШИМ мы можем изменять ее скважность (коэффициент занятости, duty cycle), то есть соотношение периодов активности (on-time) и неактивности (off-time). Таким образом, изменяя скважность ШИМ, мы изменяем среднее напряжение импульса. Это наглядно показано на следующей картинке.

Принцип ШИМ (широтно-импульсной модуляции)

Как видно из представленной картинки, при скважности (коэффициенте заполнения) 100% мы получаем среднее выходное напряжение 5V, при скважности 50% получаем среднее выходное напряжение 2.5V, а при скважности 25% — еще в 2 раза меньше.

Синусоидальное напряжение представляет собой аналоговое напряжение, которое изменяет свою амплитуду с течением времени, поэтому мы можем воспроизвести «поведение» синусоидальной волны при помощи непрерывного изменения скважности ШИМ волны (сигнала), что показано на следующем рисунке.

Принцип формирования синусоидальной волны при помощи непрерывного изменения скважности ШИМ сигнала

Если вы посмотрите на схемы, представленные ниже в данной статье, вы увидите, что на выход трансформатора подключается конденсатор – он как раз и ответственен за сглаживание подобного сигнала переменного тока.

Используемый входной сигнал будет заряжать и разряжать конденсатор в соответствии с входным сигналом и нагрузкой. Мы будем использовать SPWM сигнал (синусоидальный ШИМ сигнал) высокой частоты, он будет иметь сначала очень маленькую скважность 1%, этот 1% будет заряжать конденсатор совсем чуть-чуть, сигнал со скважностью 5% будет заряжать конденсатор немного больше, скважность 10% будет заряжать конденсатор еще больше и постепенно мы достигнем скважности 100%, а после этого мы будем уменьшать скважность до 1%. С помощью этого процесса будет сформирована очень гладкая кривая, очень похожая на синусоидальную волну. Таким образом, обеспечивая правильные значения скважности на входе, мы получим хорошую синусоидальную волну на выходе.

Как работает инвертор на основе SPWM сигнала

Схема подобного инвертора показана на следующем рисунке.

Схема инвертора на основе SPWM сигнала

Как вы видите, мы использовали в схеме два MOSFET транзистора N-типа и полумост для управления трансформатором. Для уменьшения нежелательных шумов и защиты MOSFET транзисторов мы использовали два диода 1N5819, включенных параллельно MOSFET транзисторам. Для уменьшения возможных нежелательных импульсов, формируемых в секции управления, мы использовали резисторы сопротивлением 4.7 Ом, включенных параллельно диодам 1N4148. И, наконец, транзисторы BD139 и BD 140 включены по двухтактной схеме для управления затворами MOSFET транзисторов потому что MOSFET транзисторы имеют очень большое емкостное сопротивление затвора и требуют как минимум напряжения 10V на своем затворе чтобы работать корректно.

Для лучшего понимания принципов работы представленной схемы на следующем рисунке мы привели ее половину. Рассмотрим случай когда MOSFET транзистор в ней открыт – в этой ситуации ток протекает сначала через трансформатор и затем через MOSFET транзистор замыкается на землю, таким образом, магнитный поток возникает в том же самом направлении, в котором течет ток, поэтому сердечник трансформатора передает этот магнитный поток на вторую обмотку и, таким образом, на выходе мы получаем положительную половину цикла синусоидального сигнала.

Протекание тока в прямом направлении в инверторе

В следующем цикле ток течет уже в обратном направлении и, следовательно, магнитный поток возникает в этом же самом направлении, поэтому направление магнитного потока в сердечнике трансформатора также изменяется (по сравнению с предыдущим рассмотренным случаем).

Протекание тока в обратном направлении в инверторе

То есть теперь мы знаем, что направление магнитного потока в трансформаторе изменяется. Таким образом, включая и выключая оба MOSFET транзистора (они инвертированы по отношению друг к другу) и осуществляя эти переключения 50 раз в секунду, мы будем формировать изменяющееся магнитное поле в сердечнике трансформатора, следовательно, будет изменяться направление тока во вторичной обмотке трансформатора в соответствии с законом Фараде. В этом и заключается основной принцип работы инвертора.

Теперь на следующем рисунке рассмотрим полную схему чистого синусоидального инвертора на основе платы Arduino.

Схема чистого синусоидального инвертора на основе платы Arduino

Как вы видите из представленной схемы, переключение циклов работы выше представленной схемы инвертора будет осуществляться с помощью двух цифровых контактов платы Arduino.

Конструкция проекта

В демонстрационных целях мы собрали схему нашего инвертора на стрипборде (Veroboard). На выходе трансформатора схемы будет протекать огромный ток, поэтому в этом месте коннекторы (соединители) необходимо использовать как можно толще.

Внешний вид чистого синусоидального инвертора на Arduino

Необходимые компоненты

Полный список компонентов, необходимых для сборки нашего инвертора, представлен в следующей таблице.

№ п/п Название Тип компонента Количество Где купить
1 Atmega328P микроконтроллер 1
2 IRFZ44N Mosfet транзистор 2 купить на AliExpress
3 BD139 транзистор 2 купить на AliExpress
4 BD140 транзистор 2 купить на AliExpress
5 22pF конденсатор 2 купить на AliExpress
6 10K,1% резистор 1 купить на AliExpress
7 16MHz кварцевый генератор 1 купить на AliExpress
8 0.1uF конденсатор 3 купить на AliExpress
9 4.7R резистор 2 купить на AliExpress
10 1N4148 диод 2 купить на AliExpress
11 LM7805 регулятор напряжения 1 купить на AliExpress
12 200uF,16V конденсатор 1 купить на AliExpress
13 47uF, 16V конденсатор 1 купить на AliExpress
14 2.2uF,400V конденсатор 1 купить на AliExpress

Внешний вид этих компонентов показан на следующем рисунке.

Внешний вид компонентов для сборки инвертора

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Прежде чем переходить непосредственно к программе давайте вспомним основы формирования необходимого нам сигнала. Как выглядит изменяющийся во времени ШИМ сигнал мы изучили в первой части нашей статьи, здесь же стоит проблема как сформировать подобный сигнал с помощью платы Arduino.

Для формирования изменяющего во времени ШИМ сигнала мы будем использовать 16-битный timer1 с коэффициентом деления предделителя равным 1, что обеспечит нам время 1600/16000000 = 0.1ms на каждую единицу счета таймера (более подробно о таймерах Arduino можно прочитать в этой статье). То есть в нашем случае половина цикла нужной нам синусоидальной волны будет соответствовать 100 единицам счета таймера. Другими словами, мы можем разделить полный цикл нашей синусоидальной волны на 200 частей.

То есть нам необходимо разделить нашу синусоиду на 200 частей и рассчитать соответствующие амплитуды каждой из этих частей. Далее мы должны конвертировать эти значения в значения счета таймера при помощи умножения их на предел счета таймера. Потом эти значения мы должны поместить в таблицу преобразования чтобы в дальнейшем брать из нее значения для таймера, с помощью которого мы и будем формировать нашу синусоидальную волну.

Чтобы упростить программу нашего проекта мы использовали специальную библиотеку для формирования SPWM сигнала, написанную программистом по имени Kurt Hutten. Скачать ее можно по следующей ссылке.

Начать программу нужно с подключения необходимых заголовочных файлов.