Inversor de 150 W para el automóvil

Análisis de funcionamiento de un inversor de 150 W, diseñado para el uso en el automóvil.

Inverter 150 W
Inverter 150 W

Modificaciones necesarias para aumentar la corriente de salida en del conector USB (5 VDC), y que pueda funcionar con los dispositivos de Apple (iPhone, iPad). Medidas de tensión en la salida alterna (en vacío y con carga), forma de onda y rendimiento del inversor.

Detección iPhone
Detección iPhone

FUNCIONAMIENTO DE UN INVERSOR

Un inversor permite cambiar un voltaje de entrada en corriente continua, a otro voltaje de corriente alterna.  Al igual que sucede con cualquier dispositivo electrónico, el rendimiento de un inversor siempre será inferior a 1. Tanto el rendimiento como la estabilidad de sus parámetros más importantes (frecuencia, tensión de salida), dependerán del diseño del inversor. Los inversores se utilizan principalmente para convertir la energía de fuentes alternativas (paneles solares, baterías) en corriente alterna, para poder utilizarla en instalaciones domésticas.

TIPOS DE INVERSOR

Los inversores pueden ser monofásicos o trifásicos, pero los de uso doméstico suelen ser monofásicos. Existen multitud de fabricantes con sus diferentes modelos y potencias. Dependiendo de su forma de onda a la salida, podemos diferenciarlos en 2 categorías: onda senoidal modificada y onda senoidal pura.

Formas de onda (inverter)
Formas de onda (inverter)

1 – Onda senoidal modificada

Los inversores de onda senoidal modificada funcionan como una fuente de alimentación conmutada, partiendo de una señal cuadrada PWM. Modificando la fase de esta señal cuadrada, se pueden alimentar 4 transistores de potencia (MOSFET) para obtener a la salida una forma de onda parecida a la envolvente de la onda senoidal pura.

Onda senoidal modificada
Onda senoidal modificada

Como todos los transistores trabajan en conmutación,  el rendimiento de este tipo de inversores es muy alto. Los inversores de onda senoidal modificada pueden utilizarse con la mayoría de dispositivos que funcionan con la red eléctrica. No son aconsejables para alimentar los equipos que contengan motores o transformadores de tensión por inducción (transformadores convencionales), porque podrían recalentarse y su rendimiento es peor. Sin embargo, pueden utilizarse con la mayoría de dispositivos electrónicos modernos, ya que estos utilizan fuentes conmutadas.  También son compatibles con todos los sistemas de iluminación modernos (lámparas de bajo consumo, iluminación Led).

2 – Onda senoidal pura

Este tipo de inversor es totalmente compatible con todos los dispositivos que funcionan con la red eléctrica (lavadoras, frigoríficos, ventiladores, iluminación, etc.). Los inversores de onda senoidal pura disponen de más electrónica y fiabilidad que los de onda senoidal modificada, pero a cambio su rendimiento es peor.  La principal desventaja de este tipo de inversores, es su precio.

Conversor DC-DC de 3A / Cargador iPhone

Funcionamiento del módulo MP1584, conversor DC-DC de alta eficiencia hasta 3 amperios (Step-Down Converter). Análisis de la forma de onda, comprobación de corriente máxima, eficiencia y posibles radiaciones EMI (Electromagnetic Interference). Ajustes necesarios para utilizar el módulo MP1584, y construir un cargador USB de dos salidas para el automóvil.

Esquema MP1584
Esquema MP1584
MP1584, esquema por bloques
MP1584, esquema por bloques

El chip MP1584 es un reductor de tensión, que trabaja modulando el ancho de impulso (PWM) en alta frecuencia. La tensión de salida la entrega un MOSFET de potencia, que permite una salida máxima de 3A. El circuito dispone de un bucle de arranque rápido y un circuito de fácil compensación.

MP1584, medida en el pin 1 (SW)
MP1584, medida en el pin 1 (SW)

La tensión de entrada dispone de un amplio rango, entre 4.5V y 28V, permitiendo elegir su tensión de salida (estabilizada) entre 0,8V, y la tensión de entrada memos 1V aproximadamente. El chip dispone de un pin de habilitación (pin 2), lo que le permitiría trabajar con baterías, consumiendo aproximadamente 100μA de corriente cuando está en reposo. Las pérdidas de conversión son bajas, su eficiencia varía en función de la tensión de entrada-salida y su consumo. Con una tensión de entrada de 12V y salida de 5V / 1A, su eficiencia está muy próxima al 90%. Aprovechando las altas prestaciones y tamaño reducido del módulo MP1584, es muy útil para utilizarlo como cargador-alimentador de 5VDC en el automóvil. Pudiendo conectarlo con baterías de 12 ó 24V.

Cargador de tipo mechero para iPhone
Cargador de tipo mechero para iPhone
Frecuencia (MP1584)
Frecuencia (MP1584)

La frecuencia de conmutación del PWM puede ajustarse entre 100KHz y 1,5MHZ, modificando el valor de la resistencia que va conectada entre el pin 6 y masa. Modificando la frecuencia, es posible minimizar al máximo las posibles interferencias y ruido EMI (Interferencia Electromagnética), señales que podrían afectar a equipos receptores de radio, aplicaciones ADSL, etc.