generador de forma de onda arbitraria de alta potencia (pero de baja frecuencia)

Voy a sugerir el mismo esquema PWM que Marcus, en la versión estándar, es decir, un amplificador de audio de Clase D.

Puede encontrar amplificadores de clase D basados en IRS2092S en aliexpress a precios muy baratos. Este es un chip controlador que permite rieles de alimentación de +/- 100 V, y utiliza MOSFET separados, así que preste atención al voltaje y la potencia del amplificador que está comprando, ya que esto dependerá de las partes que se encuentren en la placa. .. También necesitará una fuente de alimentación, muy probablemente una conmutadora.

Dado que el voltaje que necesitas es bastante alto, usaría un amplificador estéreo en modo puenteado, que daría +/- 200V, seguido de un transformador.

Estos amplificadores pueden acoplarse a CC sin problemas, sin embargo, esto no es compatible con un transformador de salida que aumenta la tensión.

Si desea un amplificador con capacidad de CC con más voltaje, entonces algo como IRS2092S seguido de un controlador MOSFET con la especificación de voltaje adecuada suena como un buen punto de partida.

Tenga en cuenta que esto le dará un voltaje. Si quieres emular un alternador o algo así, también tendrás que emular su impedancia de salida.

Si la clase D es demasiado ruidosa para usted, entonces necesitará una gran cantidad de metal, ya que un amplificador capaz de generar 250V incluso con una corriente baja de 1A resulta rápidamente en toneladas de transistores de salida por razones de SOA (área de operación segura) especialmente si la carga es inductiva. En este caso no me molestaría, simplemente obtenga un amplificador PA usado de la tienda de empeños y retire la tapa de acoplamiento de CC de entrada.

Otra opción que consideraría es un amplificador PA Clase D con una entrada de audio digital SPDIF óptica (o al menos con transformador aislado). Tal vez Behringer iNuke tenga eso, no lo sé. Tener la conversión de digital a analógica dentro del amplificador, y tenerla aislada de la PC con fibra óptica, podría terminar siendo una buena idea si el experimento de alto voltaje encuentra algunas "consecuencias imprevistas".

Puh, parte superior de mi cabeza: transformador de aislamiento 1: 2 (o 1: N, en realidad) con toma central para convertir una tensión de red doméstica monofásica en algo con un "0" definido así como real + - 230 V después de un puente rectificador; seguido de dicho puente rectificador.

Luego, agregue un halfbridge, es decir, un IGBT / MOSFET del riel de + 230V a la salida, y uno de la salida a -230 V. (podría haber rodado con un puente H completo en su lugar, y trabajó con un solo suministro lateral, pero eso tiene implicaciones en su capacidad para conectar a tierra su dispositivo a prueba).

Conecte esa salida a una resistencia de carga (por ejemplo, ¿3Ω?), seguido de un banco de condensadores contra referencia. Asegúrate de que las cosas no puedan calentarse demasiado. Si sobredimensiona los diodos protectores de sus interruptores, podría usar inductividades en lugar de resistencias, pero obtener una inductividad de 1000V 3A puede ser un desafío en sí mismo.

Dirija los interruptores en su puente con un PWM; su banco de resistencia / condensador de carga actúa como filtro de paso bajo de suavizado. Cuanto más alta sea la frecuencia de PWM, más pequeños deben ser la resistencia y los condensadores para alcanzar un rizado máximo dado, pero peor es la EMI con la que tiene que luchar, y más pérdidas en sus interruptores tendrá que enfriarse.

El control dijo PWM con un circuito de retroalimentación, observando el voltaje de salida y comparándolo con el "debería ser" el voltaje instantáneo de su señal deseada. La frecuencia PWM establecerá inherentemente un límite superior a su frecuencia de señal, pero en el rango de kHz de un solo dígito, es probable que esté bien, teóricamente.

La ventaja de todo esto es que la parte real de la impedancia de su salida está realmente limitada solo por la capacidad de su transformador para transportar energía y la corriente máxima de sus interruptores, al regular el voltaje de todo el sistema en su salida. Además, a diferencia de un regulador lineal, no se "quema" todo el voltaje que no se usa.
 El inconveniente es, obviamente, la complejidad (el bucle de control, el violín ... ¡yay!) Y el costo (el transformador no es libre, ni los interruptores ni los condensadores de alto voltaje de alta potencia).

El "problema" descrito tiene una solución de dos pasos:

Paso_1: obtenga un AWG - generador de formas de onda arbitrarias, típicamente basado en DAC controlado por computadora, con salida estándar, digamos + -5V.

Step_2: conéctalo a un amplificador de potencia. Para la salida de + - 250-V, deberá diseñar su propio uso de transistores grandes (y posiblemente en cascada) en la etapa de salida de un amplificador operacional ordinario, tal como lo sugiere LME49830, solo con transistores más grandes y un nivel de traducción adicional.

Alternativamente, puede modificar y reutilizar un amplificador de audio, como este de Markertek si encuentra una salida de 250-V. Esto será un desafío, incluso para una salida de 100 V.

El acoplamiento de CA se puede ignorar y evitar: todas las etapas de potencia en el audio son amplificadores de CC, pero con un ancho de banda cortado artificialmente en el extremo de CC, para evitar daños a los controladores acústicos. Tendrá que aprovechar la entrada de CC, y tal vez diseñar algún circuito de polarización de front-end.

Para el ancho de banda de 1 kHz puede haber "fuentes de alimentación programables" con respuesta de tiempo inferior a milisegundos. Nuevamente, encontrar una de 250 V sería desafiante y costoso, por una razón.

Otra alternativa es usar amplificadores que se usan para impulsar a los vibradores / agitadores en las pruebas de vibración. Esto Bruel & Kjaer modelo 2721 puede conducir DC a 15 kHz con una salida de hasta ~ 100 V (71V RMS). Los voltajes más altos deben ser un desafío, ya que las cargas tienden a alinearse con los voltajes razonables de los transistores y no a + -250V arbitrarios.

Es posible que desee buscar topologías y componentes utilizados en VFD s. Esencialmente, un VFD es solo un generador de forma de onda controlado por computadora seguido de un amplificador de clase D que opera a cientos de voltios y decenas de amperios (los pequeños, los más grandes involucran voltajes y corrientes más grandes) seguidos de un filtro de salida. El dispositivo normalmente produce formas de onda en frecuencias de hasta 1 kHz. Este es un tema candente hoy en día y hay un montón de información en la red. Para ver un ejemplo de diseño, puede consultar esta nota de aplicación de Microchip, pero también hay otras fuentes .

Para el propósito descrito, es probable que desee omitir las matemáticas de control del motor y concentrarse solo en el amplificador y el filtro de salida. Generalmente se realiza con un controlador de puente trifásico IC que maneja algunos MOSFET o IGBT. También hay puentes en H.

Todo lo que queda es generar 4 o 6 señales PWM desde su microcontrolador para aproximarse a la forma de onda deseada.

Con respecto a la alimentación del circuito ... Creo que un transformador grande es inevitable por razones de seguridad.