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    • Gabriel Torres

      Seja um moderador do Clube do Hardware!   14-02-2016

      Prezados membros do Fórum do Clube do Hardware,

      Está aberto o processo de seleção de novos moderadores para diversos setores do fórum. Os requisitos são:
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albert_emule

Calcular freqüência de PWM com 555

24 posts neste tópico

Bom.

Realmente não entendi qual é a sua dúvida.

O cálculo da frequência está informado no artigo.

F = 1,44/ (R1 * C1)

Entrando com F = 20.000Hz e R1 = 50k Ohms, tem-se:

C1 = 1,44/ (R1 * F) = 1,44 / (50.000 * 20.000) = 1,44e-9 -> C1 = 1n5F

Reaplicando a fórmula, com R1 = 50.000 e C1 = 1n5F, vai dar a frequência de F = 19.200Hz. Isso se a fórmula estiver correta e os valores dos componentes também.

MOR_AL

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Esse esquema do jeito que está desenhado simplesmente não funciona.

Para que você consiga uma frequência exata de 20 KHz é necessário usar componentes com 0% de tolerância em seus valores e o capacitor nos pinos 2 e 6 precisa ser STYROFLEX.

Com qual tensão vais alimentar esse 555 nesse seu projeto?

Agricio

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Esse esquema do jeito que está desenhado simplesmente não funciona.

Para que você consiga uma frequência exata de 20 KHz é necessário usar componentes com 0% de tolerância em seus valores e o capacitor nos pinos 2 e 6 precisa ser STYROFLEX.

Com qual tensão vais alimentar esse 555 nesse seu projeto?

Agricio

Olá, não precisa ser 20Khz cravado. Só preciso de aproximadamente 20Khz.

Eu sei que varia até com a temperatura.

Este circuito funciona sim cara. Já montei.

Usei um potenciômetro de 50K e um capacitor de 1,5nF.

Segundo o frequencímetro do meu multímetro, está oscilando em 27Khz.

Minha experiência foi bem sucedida.

Mas só uma curiosidade; Eu não conhecia este capacitor. Quais as suas vantagens?

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Não! não funciona.

Já cansei de fazer essa montagem aí e não funciona. Pino 3 invertido com pino 7 no 555 não funciona.

Não sei que mágica você usou. Coloca o esquema no Proteus com o frequêncimetro ligado p/ eu dar uma olhada e aprender como faz.

Agricio

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Já descobre:

http://hificollective.co.uk/images/polygroup.gif

polygroup.gif

capacitores de filme de Poliestireno, às vezes conhecido como "Styroflex Capacitores", eram bem conhecidas por muitos anos como capacitores de filme PS de baixo custo para aplicações de uso geral, em que a estabilidade de alta capacidade, baixo fator de dissipação e baixas correntes de fuga eram necessárias. Mas devido a espessura do filme não poder ser mais fina do que 10 pm, as classificações de temperatura máxima chegaram a apenas 85 ° C, por isso os capacitores de filme de PS, em sua maioria foram substituídos a partir de 2012 por capacitores de filme de poliéster:

http://www.fokko-componentes.com/imagens/Poliester.png

Poliester.png

No entanto, alguns fabricantes ainda podem oferecer capacitores de filme PS no seu programa de produção, apoiada por grandes quantidades de filme de poliestireno estocados em seu armazém.

Não! não funciona.

Já cansei de fazer essa montagem aí e não funciona. Pino 3 invertido com pino 7 no 555 não funciona.

Não sei que mágica você usou. Coloca o esquema no Proteus com o frequêncimetro ligado p/ eu dar uma olhada e aprender como faz.

Agricio

Eu não confio em software. Só uso para simular algumas partes do circuito, não o circuito inteiro e quando chego a usar, só uso o LTspice IV. Este costuma se comportar melhor com circuitos de potência que são do meu interesse em geral.

No LTspice IV funcionou perfeitamente, mas quando digo que montei, eu montei mesmo o circuito real. Está na minha bancada funcionando e o frequencímetro do multímetro que usei para medir a freqüência também é real

Eu usei capacitores de filme de poliéster.

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Capacitor STYROFLEX muito usado na frequência horizontal dos televisores Philips devido sua tolerância referente à capacitância ser praticamente de 0%, evitando assim fuga ou desvios de frequência nesse estágio do circuito onde tem que ter um acasalamento perfeito com a frequência vertical e a frequência de transmissão da emissora, ou seja, o sincronismo geral.

Esse capacitor é muito frágil e precisa ser manuseado com cuidado.

Agricio

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Não duvido que tenhas montado.

Quero apenas saber por que aqui onde trabalho com PWM direto e reto eu nunca conseguí montar um que funcione.

Esse aqui sim funciona perfeitamente bem testado e usado em bancada de trabalho.

PWM_zps0c6b0a57.jpg

Agricio

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Monte um circuito real na sua bancada.

Você colocou o resistor ligado do positivo ao terminal 7 ?

O 555 possui um transistor interno que aterra o terminal 7, levando o resistor a zero voltes.

Então ele oscila assim: Aterrou, vai dar zero volts. deixou de aterra o resistor, vai dar a tensão da fonte. Este é o PWM

Editado por albert_emule

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Monte um circuito real na sua bancada.

O circuito é real e funcional. Todos aqui usamos monitorando com osciloscópio.

Você colocou o resistor ligado do positivo ao terminal 7 ?

Exato.

O 555 possui um transistor interno que aterra o terminal 7, levando o resistor a zero voltes.

Então ele oscila assim: Aterrou, vai dar zero volts. deixou de aterra o resistor, vai dar a tensão da fonte. Este é o PWM

Tudo bem! mas aqui não funciona. Vou montar novamente p/ sanar o resto de dúvidas.

A única coisa que não bate no meu circuito é a frequência virtual (do Proteus) com a frequência real (frequêncimetro na bancada). Mas isso tem uma explicação lógica, ou seja, componentes com alta toerância e os efeitos nocivos do próprio meio ambiente. A proximidade da mão já altera a frequência.

PWM2_zps7b316634.jpg

Agricio

Editado por Agricio

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O circuito é real e funcional. Todos aqui usamos monitorando com osciloscópio.

Exato.

Tudo bem! mas aqui não funciona. Vou montar novamente p/ sanar o resto de dúvidas.

A única coisa que não bate no meu circuito é a frequência virtual (do Proteus) com a frequência real (frequêncimetro na bancada). Mas isso tem uma explicação lógica, ou seja, componentes com alta toerância e os efeitos nocivos do próprio meio ambiente. A proximidade da mão já altera a frequência.

PWM2_zps7b316634.jpg

Agricio

Bom, só posso lhe dizer que funcionou e eu consegui controlar potência.

Eu escolhi este circuito por ele ser o mais simples possível

O principal fato para o circuito real divergir do virtual é a tolerância. Os componentes reais costumam ter valores variados dentro de sua tolerância.

Segundo é a temperatura. O simples fato do CI 555 ser alimentado, ele esquenta e isso muda a a freqüência. Pude notar isso na prática

E ainda deve ter outras razões como capacitâncias parasitas e mesmo indutâncias parasitas.

Então quando se tratar de circuitos analógicos o melhor mesmo é montar o circuito real. Nunca confiar no software.

É impossível um software simular um circuito analógico com realismo.

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Então quando se tratar de circuitos analógicos o melhor mesmo é montar o circuito real. Nunca confiar no software.

O circuito é digital (onda quadrada p/ retangular, dependendo do nível do duty cicle)

Cicuitos analógicos são baseados em senóides. Trabalham com valores infinitos de tensão.

É impossível um software simular um circuito analógico com realismo.

Amigo!

Não estou te entendendo. Não é impossível coisa nenhuma, muito ao contrário. nos dá uma ideia real do funcionamento do circuito.

O circuito real existe fisicamente e está em funcionamento a vários anos e eu uso p/ fazer teste em MOTORES-MOSFETs-IGBTs e equipamentos médicos.

Obrigado

Agricio

Editado por Agricio

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O circuito é digital (onda quadrada p/ retangular, dependendo do nível do duty cicle)

Cicuitos analógicos são baseados em senóides. Trabalham com valores infinitos de tensão.

Não deixa de ser analógico. Só por que ele gera pulsos digitais (ON OFF) não quer dizer que seja um circuito eletrônico digital. O processo para gerar estas ondas é totalmente analógico e com valores infinitos de tensão conforme você citou. Inclusive estes pulsos digitais vão variar muito de freqüência e de largura, pois como o processo é analógico, depende dos níveis de tensão infinitos dos resistores, que variam com a temperatura, assim como os capacitores que também variam com a temperatura ou mesmo mesmo reagem de forma deferente em freqüência mais altas.

É diferente de um microcontrolador que uma vez que você põe um clock de referência, como um cristal oscilador por exemplo, ele vai gerar os pulsos digitais extremamente estáveis, independente de qualquer variação térmica ou de percentual de variação de componente. Este sim é um circuito totalmente digital. O processo para gerar os pulsos vão ser totalmente digitais, com processamentos de dados algoritmos e tudo mais.

O único componente que fará o microcontrolador alterar a freqüência por variação de temperatura é o cristal de clock. Contudo se você souber o quanto o cristal varia a cada graus de temperatura, é só você criar um algoritmo para fazer a correção. E tudo foi resolvido digitalmente.

Um outro exemplo é um amplificador classe D. Ele não é classe D porque é digital. É classe D devido a ordem em que foi descoberto; Classe A, B, C, D, E etc. O amplificador continua sendo analógico, funcionando com níveis infinitos de tensão.

Amigo!

Não estou te entendendo. Não é impossível coisa nenhuma, muito ao contrário. nos dá uma ideia real do funcionamento do circuito.

O circuito real existe fisicamente e está em funcionamento a vários anos e eu uso p/ fazer teste em MOTORES-MOSFETs-IGBTs e equipamentos médicos.

Obrigado

Agricio

Na prática a simulação por software até pode se aproximar do mundo real, mas não chega a ser igual. É impossível mesmo.

Estados de transição

Um transistor é basicamente um interruptor: quando está ligado, ele conduz eletricidade, quando está desligado, não. Em um chip de computador, esses dois estados representam os 0s e 1s.

Mas, na passagem entre seus estados condutor e não-condutor, um transistor passa por todos os estados nesse meio - ligeiramente condutor, moderadamente condutor, muito condutor - assim como um carro que acelera de zero a 100 passa por todas as velocidades nesse intervalo.

Como os transistores em um processador de computador destinam-se a realizar operações de lógica binária, eles são projetados para tornar imperceptíveis esses estados de transição.

Tratado como um componente analógico, um único transistor tem uma gama infinita de condutividades possíveis. É justamente neste ponto que o software não consegue alcançar a perfeição numa simulação.

No mundo real existe um número infinito de variáveis.

Eu não estou desfazendo de simulações por software, eu mesmo utilizo e usufruo delas, mas é bom tomar muito cuidado com os resultados.

Inclusive a Europa lançou recentemente um projeto chamado Human Brain, para simular em computador o cérebro humano em até 10 anos.

O grande problema que os cientistas estão enfrentando é justamente ter que simular digitalmente os vários sinais analógicos de cada neurônio (O nosso cérebro é analógico).

No final, reproduzir todos estes sinais analógicos sintetizados digitalmente exige um processamento tão absurdo que até agora é impossível.

Editado por albert_emule

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Bom.

Realmente não entendi qual é a sua dúvida.

O cálculo da frequência está informado no artigo.

F = 1,44/ (R1 * C1)

Entrando com F = 20.000Hz e R1 = 50k Ohms, tem-se:

C1 = 1,44/ (R1 * F) = 1,44 / (50.000 * 20.000) = 1,44e-9 -> C1 = 1n5F

Reaplicando a fórmula, com R1 = 50.000 e C1 = 1n5F, vai dar a frequência de F = 19.200Hz. Isso se a fórmula estiver correta e os valores dos componentes também.

MOR_AL

Deu tudo certo.

Estou usando um CI driver TLP250 para acionar um mosfet em 120V com uma carga de 100 watts, por enquanto só para testes:

http://2.bp.blogspot.com/-3SFfF3wVyPw/UYAOpJv2aDI/AAAAAAAAAk8/5rMX_nM06iE/s1600/1.png

O circuito é real e está na bancada. Não é simulação.

Eu quero mudar o driver do mosfet. Quero retirar o CI LTP250 e no lugar usar dois transistores como estes aqui:

http://images.orkut.com/orkut/photos/PQAAAOwsskpevlyNp9JMiyxl_xWzg7qOoGT6bKQA5Sh-ocM_lJvSDqCoPDvEDVw1Iang3Yx7p-qAnW0gdE4RhcknlXsAm1T1UOggLBpvFlb41m4DijR9Ktj2ugAz.jpg

Vou acionar até uns 300 watts de carga, por isso preciso de um driver perfeito, que garanta o pulso perfeito no gate, sem cantos arredondados. porém não tenho como medir isso.

Que acha deste drive com transistores.

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Observe que no primeiro circuito, o que tem o drive, tem um transistor para carregar a capacitância de gate e outro para descarregar essa capacitância. Com isso os tempos de carga e de descarga são mais rápidos que os tempos no circuito com transistores. Além disso, os BDs são transistores antigos, muito apropriados para áudio.

Com o circuito com os BDs, os resistores de 1k é que vão carregar descarregar as capacitâncias refletidas nas bases dos BDs.

Resumindo.

Se já tiver os BDs, experimente. Se aguentarem o calor gerado, tudo bem. Caso contrário, use outra opção.

Em tempo 1.

A resistência térmica dos BDs e a potência dissipada máxima são fatores, que já se encontram melhorados em outros transistores.

Em tempo 2.

Sua carga possui componentes indutivos?

Se sua carga for resistiva, a temperatura neles será muito aumentada, algo como 400ºC ou mais?

MOR_AL

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Não entendi bem o circuito que você descreveu. Tente fazer um diagrama em blocos do que você deseja.

MOR_AL

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Não entendi bem o circuito que você descreveu. Tente fazer um diagrama em blocos do que você deseja.

MOR_AL

Enviei o diagrama.

Tem funcionado, só preciso melhorar o funcionamento do chaveador.

Talvez substituir o mosfet por IGBT e a questão do driver também, quero simplificar com transistores. Pensei em usar BC327 e BC337.

Só um detalhe:

No diagrama o capacitor de filtro está na entrada do trafo.

No circuito real ele fica na saída do trafo.

Editado por albert_emule

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Enviei o diagrama.

Tem funcionado, só preciso melhorar o funcionamento do chaveador.

Talvez substituir o mosfet por IGBT e a questão do driver também, quero simplificar com transistores. Pensei em usar BC327 e BC337.

Só um detalhe:

No diagrama o capacitor de filtro está na entrada do trafo.

No circuito real ele fica na saída do trafo.

Hah,sim. Acho que na entrada seria um curto para a frequência de chaveamento.

Pelo que entendi, parece que você está querendo fazer um regulador senoidal. É isso?

Bom. Vamos lá.

1 - D1 a D4 tem que ser rápidos para trabalharem na taxa de 27kHz.

2 - O bloco do PWM tem que pegar uma amostra na SAÍDA do circuito para que possa ser regulado. Se quiser que também seja estabilizado, tem que ter uma tensão de referência, que normalmente é de cc. Aí terá que retificar uma amostra da saída para poder compará-la com a tensão de referência.

3 - Não vi a necessidade de usar um trafo (grande) para a frequência da rede se você usa um chaveamento em 27kHz.

Já que está chaveando, porque não retifica normalmente a tensão da rede e gera uma tensão senoidal a partir da tensão cc retificada. Com isso tanto o trafo como o capacitor poderiam ser menores e mais baratos. Só que o circuito de controle seria algo bem complexo.

4 - Acho que se você pesquisar sobre "No breack", vai encontrar topologias já consagradas.

5 - Se você já tem o trafo, há também um circuito com um indutor, um trafo e um triac. O triac seria controlado pela tensão de saída. Com isso a regulagem e estabilidade também seria obtida. É semelhante a um regulador série. O indutor faria o papel do regulador, ou do transistor, que funcionaria como uma resistência variável para manter a tensão de saída ajustada e regulada. O trafo seria a carga.

O controle seria em 60 Hz (ou 120Hz) e o ângulo de disparo do triac controlaria a regulagem. O circuito fica mais fácil de projetar e de funcionar, já que usa frequências de chaveamento em 60Hz ou 120Hz. Seu triac trabalharia quase frio, o que economizaria em dissipador.

Já fiz (há muito tempo ...) um circuito eletrônico desse tipo, para controlar uma tensão de 13k6V e 600A. Neste caso o circuito era muito complexo, mas a base era esta que descrevi.

6 - Existia, antigamente, um circuito que era usado nos computadores. Era um regulador do tipo "ferro-ressonante". Não tinha circuito de regulagem, ou a regulagem era intrínseca no projeto. O circuito é bem simples, mas o projeto é bem complicado. É semelhante ao projeto anterior, só que não tinha circuito ativo (triac, transistor, mosfet, etc) e o indutor vinha incorporado ao trafo. Estes circuitos eram limitados em uns 5kVA.

MOR_AL

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Pelo que entendi, parece que você está querendo fazer um regulador senoidal. É isso?

Bom. Vamos lá.

1 - D1 a D4 tem que ser rápidos para trabalharem na taxa de 27kHz.

2 - O bloco do PWM tem que pegar uma amostra na SAÍDA do circuito para que possa ser regulado. Se quiser que também seja estabilizado, tem que ter uma tensão de referência, que normalmente é de cc. Aí terá que retificar uma amostra da saída para poder compará-la com a tensão de referência.

3 - Não vi a necessidade de usar um trafo (grande) para a frequência da rede se você usa um chaveamento em 27kHz.

Já que está chaveando, porque não retifica normalmente a tensão da rede e gera uma tensão senoidal a partir da tensão cc retificada. Com isso tanto o trafo como o capacitor poderiam ser menores e mais baratos. Só que o circuito de controle seria algo bem complexo.

4 - Acho que se você pesquisar sobre "No breack", vai encontrar topologias já consagradas.

5 - Se você já tem o trafo, há também um circuito com um indutor, um trafo e um triac. O triac seria controlado pela tensão de saída. Com isso a regulagem e estabilidade também seria obtida. É semelhante a um regulador série. O indutor faria o papel do regulador, ou do transistor, que funcionaria como uma resistência variável para manter a tensão de saída ajustada e regulada. O trafo seria a carga.

O controle seria em 60 Hz (ou 120Hz) e o ângulo de disparo do triac controlaria a regulagem. O circuito fica mais fácil de projetar e de funcionar, já que usa frequências de chaveamento em 60Hz ou 120Hz. Seu triac trabalharia quase frio, o que economizaria em dissipador.

Já fiz (há muito tempo ...) um circuito eletrônico desse tipo, para controlar uma tensão de 13k6V e 600A. Neste caso o circuito era muito complexo, mas a base era esta que descrevi.

6 - Existia, antigamente, um circuito que era usado nos computadores. Era um regulador do tipo "ferro-ressonante". Não tinha circuito de regulagem, ou a regulagem era intrínseca no projeto. O circuito é bem simples, mas o projeto é bem complicado. É semelhante ao projeto anterior, só que não tinha circuito ativo (triac, transistor, mosfet, etc) e o indutor vinha incorporado ao trafo. Estes circuitos eram limitados em uns 5kVA.

MOR_AL

Este que eu fiz está funcionando:

Testei nele furadeira, lâmpada de 100 watts + ferro de soldar de 40 wats, um módulo isolador ( http://i.s8.com.br/images/software/cover/img3/21332173_4.jpg ) alimentando lâmpada de 100 watts, um no-break de 600Va alimentando lâmpada de 100 watts. Testei um item de cada vez e a regulação se demostrou satisfatória.

No caso do no-break e do estabilizador, se a forma de onda estivesse muito fora do senoidal como no caso de um dimmer com triac, eles não reconheceriam a tensão, desligando ou indo para modo bateria.

Contudo acho um transistor mosfet ou IGBT muito fragil.

Nem se comparam a um TRIAC que quase não precisam de dissipadores.

Por isso seu projeto é melhor. Gostei da ideia.

Teria algum esquema para eu poder entender o funcionamento?

Editado por albert_emule

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Curiosidade;

Como este circuito com TRIAC mantem a forma de onda senoidal?

A bobina que você citou é parte de algum circuito ressonante que reconstrói a senoide?

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Ops!!!

Acho que dei a entender que a tensão de saída seria senoidal, mas não é.

Para ser senoidal é necessário introduzirem-se filtros com harmônicos ímpares, o que aumenta o circuito.

O circuito que mais se aproxima da onda senoidal seria o tal do ferro-ressonante. Ele tem o indutor acoplado magneticamente com o trafo, que para tensões de entrada baixas quase não entra na saturação. Para tensões de entrada mais altas o trafo começa a entrar em saturação. Para a corrente na fonte não ir às alturas, o indutor limita a corrente.

A tensão no trafo começa senoidal, como na entrada e vai tendendo à quadrada na medida que a tensão de entrada sobe.

Um capacitor é colocado em paralelo com o trafo, para que a frequência de ressonância fique bem próxima da frequência da rede. Não me lembro mais se essa frequência tem que ser maior ou menor que a da rede. Um caso regula, o outro não.

O capacitor torna o circuito LC sintonizado, com isso a forma de onda fica menos quadrada.

Como a energia do capacitor vale 0,5 * C * V * V então é melhor aproveitar quase toda a tensão que o capacitor aguenta. Com isso a energia aumenta muito e o Q do circuito também, tendendo a manter uma senóide com pouca distorção. Para isso introduz-se no enrolamento primário uma continuação do enrolamento de modo a que a tensão chegue a uns 500Vca, onde o capacitor é acoplado. Esses capacitores têm tensão de isolamento da ordem de 600V, por isso é que o trafo tem no primário a derivação de tensão alta.

Dependendo de diversos fatores, você consegue manter quase que uma senóide de saída, regulada em uns 10%, para uma faixa de entrada entre 70Vca e 140Vca.

O circuito fica grande e não sai barato.

Já que você conseguiu que este circuito funcionasse, então seria melhor mesmo apenas tentar melhora-lo.

Como a carga (trafo) possui componente indutivo, seria interessante verificar, com um osciloscópio galvanicamente isolado da rede, se estão sendo geradas altas tensões de pico, quando o mosfet corta. Nesse caso seria prudente introduzir um snubber, para reduzir esses tais picos a valores inferiores ao de breack down do mosfet.

MOR_AL

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Eu conheço estes transformadores. Ainda utilizam deles em breaks de até 20Kva http://www.logmaster.com.br.

Eu substituía o banco de capacitores de um modelo de outro fabricante.

Existia uma bobina com 600V e os capacitores eram de 650V por 15uF

15 capacitores, todos ligados em paralelo.

O curioso é que se pudia fazer pequenas correções na tensão de saída simplesmente adicionando ou retirando capacitores. Quando os capacitores ficavam totalmente ruins, a tensão de saída ficava bem baixa.

O modelo desta marca do site acima é meio diferente. Ele usa uns indutores extras como este aqui: http://img406.imageshack.us/img406/6161/p6170021.jpg Por isso economiza em capacitores. Não sei qual sistema tem mais vantagem.

Gostei da ideia de colocar um indutor. Vou fazer um para 27Khz.

Para potência de até 500 watts e a freqüência que está oscilando, o indutor não deve ficar grande. Após o indutor, colocarei o capacitor, formando uma espécie de filtro passa baixa. Acredito que dará mais rendimento do que fazer o trafo de filtro.

Quanto ao regulador com TRIC, já vi uns de até 70Kva com esta tecnologia. Conforme você citou, utilizavam filtros com harmônicos ímpares porém eram grandes e faziam barulho.

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