Obwód falownika 500 W z ładowarką akumulatora

W tym poście obszernie omówimy, jak zbudować obwód falownika o mocy 500 W ze zintegrowanym stopniem automatycznego ładowania akumulatora.

W dalszej części artykułu dowiemy się również, jak ulepszyć system do wyższych obciążeń i jak ulepszyć go do wersji czystej sinusoidy.

Ten falownik o mocy 500 W przekształci 12 V DC lub 24 V DC z akumulatora kwasowo-ołowiowego na 220 V lub 120 V AC, który może być używany do zasilania wszelkiego rodzaju obciążeń, bezpośrednio od lamp CFL, żarówek LED, wentylatorów, grzejników , silniki, pompy, miksery, komputer i tak dalej.

Podstawowy wygląd

Na można zaprojektować falownik na wiele różnych sposobów, po prostu zastępując stopień oscylatora innym typem stopnia oscylatora, zgodnie z preferencjami użytkownika.

Stopień oscylatora to w zasadzie plik astable multiwibrator który może używać układów scalonych lub tranzystorów.

Chociaż oscylator oparty na astabilnym może być zaprojektowany na różne sposoby, użyjemy tutaj opcji IC 4047, ponieważ jest to wszechstronny, dokładny i wyspecjalizowany astable chip zaprojektowany specjalnie do zastosowań takich jak inwertery.

Korzystanie z IC 4047

Wykonanie dowolnego falownika za pomocą IC 4047 jest prawdopodobnie najbardziej zalecaną opcją ze względu na wysoką dokładność i czytelność układu scalonego. Urządzenie jest wszechstronnym układem scalonym oscylatora, który zapewnia podwójne wyjście push pull lub flip flop na pinach 10 i pin 11, a także pojedyncze wyjście fali prostokątnej na pin13.

PODSTAWOWY OBWÓD

Podstawowy falownik 500 W z wyjściem prostokątnym może być tak prosty, jak powyżej. Jednak, aby ulepszyć go za pomocą ładowarki do akumulatorów, może być konieczne zastosowanie transformatora ładowarki o odpowiednio dobranej charakterystyce zgodnie ze specyfikacją akumulatora.

Przed zapoznaniem się z konfiguracją ładowarki zapoznajmy się najpierw ze specyfikacją baterii wymaganą w tym projekcie.

Z jednego z naszych poprzednich postów wiemy, że bardziej odpowiednia szybkość ładowania i rozładowywania akumulatora kwasowo-ołowiowego powinna wynosić 0,1 C lub prąd zasilania, który jest 10 razy mniejszy niż wartość Ah akumulatora. Oznacza to, że aby uzyskać minimum 7 godzin podtrzymania przy obciążeniu 500 W, akumulator Ah można obliczyć w następujący sposób

Prąd operacyjny wymagany dla obciążenia 500 watów z akumulatora 12 V będzie wynosił około 500/12 = 41 A.

Te 41 amperów musi wystarczyć na 7 godzin, co oznacza, że ​​akumulator Ah musi wynosić = 41 x 7 = 287 Ah. Jednak w prawdziwym życiu będzie to musiało wynosić co najmniej 350 Ah.

W przypadku akumulatora 24 V może spaść do 50% mniej przy 200 Ah. Właśnie dlatego zawsze zaleca się wyższe napięcie robocze, ponieważ moc znamionowa falownika jest wyższa.

Korzystanie z akumulatora 24 V.

Aby zachować mniejszy rozmiar baterii i transformatora, a kable cieńsze, możesz chcieć użyć akumulatora 24 V do działania proponowanej konstrukcji 500 W.

Podstawowy projekt pozostałby taki, jaki jest, z wyjątkiem pliku 7812 IC dodane do obwodu IC 4047, jak pokazano poniżej:

Schemat

Ładowarka

Aby projekt był prosty, ale skuteczny, unikałem używania rozszerzenia automatyczne odcięcie ładowarki akumulatora tutaj, i zapewniły również, że jeden wspólny transformator jest używany do operacji falownika i ładowarki.

Pełny schemat połączeń dla proponowanego falownika 500 W z ładowarką można zobaczyć poniżej:

Ta sama koncepcja została już szczegółowo omówiona w jednym z innych powiązanych postów, do którego można się odwołać, aby uzyskać dodatkowe informacje.

Zasadniczo falownik używa rozszerzenia ten sam transformator do ładowania akumulatora i do konwersji mocy akumulatora na wyjście 220 V AC. Operacja jest realizowana poprzez sieć przełączania przekaźników, która na przemian zmienia uzwojenie transformatora w tryb ładowania i tryb falownika.

Jak to działa

Gdy sieć zasilająca AC nie jest dostępna, styki przekaźnika są ustawione w odpowiednich punktach N / C (normalnie zamknięte). To łączy odpływy tranzystorów MOSFET z uzwojeniem pierwotnym transformatora, a urządzenia lub obciążenie łączą się z uzwojeniem wtórnym transformatora.

Urządzenie przechodzi w tryb falownika i zaczyna wytwarzać wymagane napięcie 220 V AC lub 120 V AC z akumulatora.

Cewki przekaźników są zasilane z prostej ropy beztransformatorowy (pojemnościowy) obwód zasilania za pomocą kondensatora opadającego 2uF / 400V.

Zasilanie nie musi być stabilizowane ani dobrze regulowane, ponieważ obciążenie jest w postaci cewek przekaźnika, które są dość wytrzymałe i z łatwością wytrzymają przepięcie załączające z kondensatora 2uF.

Cewkę przekaźnika RL1 sterującego stroną AC transformatora można zobaczyć podłączoną przed diodą blokującą, natomiast cewkę RL2 sterującą stroną MOSFET umieszczono za diodą i równolegle do dużego kondensatora.

Jest to celowe, aby stworzyć mały efekt opóźnienia dla RL2 lub zapewnić, że RL1 włącza się i wyłącza przed RL2. Ma to na celu zapewnienie bezpieczeństwa i zapewnienie, że tranzystory MOSFET nigdy nie są poddawane odwrotnemu ładowaniu, gdy przekaźnik przechodzi z trybu falownika do trybu ładowania.

Sugestie dotyczące bezpieczeństwa

Jak wiemy, w każdym obwodzie falownika transformator działa jak duże obciążenie indukcyjne. Kiedy tak duże obciążenie indukcyjne jest przełączane z częstotliwością, jest skazane na generowanie ogromnych skoków prądu, które mogą być potencjalnie niebezpieczne dla wrażliwej elektroniki i zaangażowanych układów scalonych.

Aby zapewnić właściwe bezpieczeństwo na scenie elektronicznej, może być ważne zmodyfikowanie sekcji 7812 w następujący sposób:

W przypadku aplikacji 12V można zredukować powyższy obwód ochrony przed skokami do następującej wersji:

Bateria, tranzystor MOSFET i transformator określają moc

Omawialiśmy to wiele razy w różnych postach, że to transformator, akumulator i parametry MOSFET decydują o tym, ile mocy może wyprodukować falownik.

Rozmawialiśmy już o obliczeniach baterii w poprzednich akapitach, teraz zobaczmy, jak transformator można obliczyć do uzupełnienia wymaganej mocy wyjściowej.

W rzeczywistości jest to bardzo proste. Ponieważ napięcie ma wynosić 24 V, a moc 500 watów, podzielenie 500 przez 24 daje 20,83 amperów. Oznacza to, że prąd znamionowy transformatora musi przekraczać 21 amperów, najlepiej do 25 amperów.

Ponieważ jednak używamy tego samego transformatora zarówno w trybie ładowania, jak i falownika, musimy dobrać napięcie w taki sposób, aby optymalnie pasowało do obu operacji.

20-0-20 V po stronie pierwotnej wydaje się być dobrym kompromisem, w rzeczywistości jest to idealnie dopasowana ocena dla ogólnej pracy falownika w obu trybach.

Ponieważ do ładowania akumulatora używane jest tylko jedno uzwojenie, wartość skuteczna 20 V RMS transformatora może być użyta do uzyskania szczytowego prądu stałego 20 x 1,41 = 28,2 V na akumulatorze za pomocą odpowiedniego kondensatora filtrującego podłączonego do akumulatora terminale. To napięcie będzie ładować akumulator z dobrą szybkością i odpowiednią prędkością.

W trybie falownika, gdy bateria ma około 26 V, pozwoli na wyjście falownika na 24/26 = 220 / Out

Wyjście = 238 V.

Wygląda to na zdrową moc, gdy akumulator jest optymalnie naładowany, a nawet gdy poziom naładowania akumulatora spadnie do 23 V, można oczekiwać, że moc wyjściowa utrzyma zdrowe 210 V

Obliczanie MOSFET : Tranzystory MOSFET działają zasadniczo jak przełączniki, które nie mogą się palić podczas przełączania znamionowego prądu, a także nie mogą się nagrzewać ze względu na zwiększoną odporność na prądy przełączania.

Aby spełnić powyższe wymagania, musimy upewnić się, że aktualna zdolność obsługi lub specyfikacja identyfikacyjna tranzystora MOSFET jest znacznie wyższa niż 25 amperów dla naszego falownika 500 W. Aby zapobiec wysokiemu rozpraszaniu i nieefektywnemu przełączaniu, specyfikacja RDSon tranzystora MOSFET musi być jak najniższa.

Urządzenie pokazane na schemacie to IRF3205 , który ma ID 110 amperów i RDSon 8 miliomów (0,008 oma), co w rzeczywistości wygląda dość imponująco i doskonale nadaje się do tego projektu falownika.

Lista części

Aby wykonać powyższy falownik o mocy 500 W z ładowarką, będziesz potrzebować następującego wykazu materiałów:

• IC 4047 = 1
• Rezystory
• 56 K = 1
• 10 omów = 2
• Kondensator 0,1uF = 1
• Kondensator 4700uF / 50 V = 1 (w poprzek zacisków akumulatora)
• Tranzystory MOSFET IRF3205 = 2
• Dioda 20 A = 1
• Radiator dla tranzystorów MOSFET = duży typ żebrowany
• Dioda blokująca w tranzystorach MOSFET Drain / Source = 1N5402 (Proszę podłączyć je do drenu / źródła każdego tranzystora MOSFET, aby zapewnić dodatkową ochronę przed odwrotną siłą elektromagnetyczną z pierwotnego transformatora. Katoda zostanie podłączona do kołka spustowego.
• Przekaźnik DPDT 40 A = 2 nn

Aktualizacja do zmodyfikowanego falownika sinusoidalnego

Omówioną powyżej wersję prostokątną można skutecznie przekształcić w plik zmodyfikowana sinusoida Obwód falownika o mocy 500 W ze znacznie ulepszonym przebiegiem wyjściowym.

Do tego używamy wieku IC 555 i IC 741 połączenie do wytwarzania zamierzonego przebiegu sinusoidalnego.

Kompletny obwód wraz z ładowarką przedstawiono poniżej:

Pomysł jest ten sam, który został zastosowany w kilku innych projektach falowników sinusoidalnych na tej stronie internetowej. Ma to na celu odcięcie bramki tranzystorów MOSFET mocy z obliczonym SPWM, tak aby replikowany SPWM o wysokim prądzie oscylował na uzwojeniu przeciwsobnym pierwotnego transformatora.

IC 741 jest używany jako komparator, który porównuje dwie fale trójkątne na swoich dwóch wejściach. Wolna podstawowa fala trójkątna jest pozyskiwana ze szpilki IC 4047 Ct, podczas gdy szybka fala trójkątna pochodzi z zewnętrznego, stabilnego stopnia IC 555. Wynikiem jest obliczone SPWM na pinie 6 układu IC 741. To SPWM jest przerywane na bramkach tranzystorów MOSFET mocy, które są przełączane przez transformator przy tej samej częstotliwości SPWM.

Powoduje to, że strona wtórna ma czysty sygnał sinusoidalny (po pewnej filtracji).

Pełny projekt mostu

Pełną wersję mostu dla powyższej koncepcji można zbudować w poniższej konfiguracji:

Dla uproszczenia nie uwzględniono automatycznego odłączania akumulatora, dlatego zaleca się wyłączenie zasilania, gdy tylko napięcie akumulatora osiągnie pełny poziom naładowania. Alternatywnie możesz dodać odpowiednio plik żarówka z żarnikiem szeregowo z dodatnią linią ładowania akumulatora, aby zapewnić bezpieczne ładowanie akumulatora.

Jeśli masz pytania lub wątpliwości dotyczące powyższej koncepcji, pole komentarza poniżej jest Twoje.