3 najlepšie beztransformátorové invertorové obvody

Ako naznačuje názov, invertorový obvod, ktorý prevádza jednosmerný vstup na striedavý prúd bez závislosti na induktore alebo transformátore, sa nazýva beztransformátorový invertor.

Pretože sa nepoužíva transformátor založený na induktoroch, vstup DC sa normálne rovná špičkovej hodnote striedavého prúdu generovaného na výstupe meniča.

Tento príspevok nám pomáha porozumieť 3 invertorovým obvodom navrhnutým tak, aby fungovali bez použitia transformátora a s využitím úplnej mostíkovej IC siete a obvodu generátora SPWM.

Beztransformátorový invertor využívajúci IC 4047

Začnime s topológiou H-Bridge, ktorá je vo svojej podobe asi najjednoduchšia. Technicky to však nie je ideálne a neodporúča sa to, pretože je navrhnutý pomocou p / n-kanálových mosfetov. Mosfety s P-kanálom sa používajú ako vysokofrekvenčné mosfety a n-kanály ako nízka strana.

Pretože sa p-kanálové mosfety používajú na vrchnej strane, sú bootstrapping stáva zbytočným, a to značne zjednodušuje dizajn. To tiež znamená, že tento dizajn nemusí závisieť od špeciálnych integrovaných obvodov ovládača.

Aj keď dizajn vyzerá chladne a lákavo, má znak niekoľko základných nevýhod . A práve preto sa tejto topológii v profesionálnych a komerčných jednotkách vyhýbajú.

To znamená, že ak je správne zostavený, môže slúžiť účelu pre nízkofrekvenčné aplikácie.

Tu je celý obvod využívajúci IC 4047 ako generátor astabilného totemového pólu

Zoznam položiek

Všetky rezistory sú 1/4 wattu, 5%

• R1 = 56k
• C1 = 0,1 uF / PPC
• Rezistor IC pin10 / 11 = 330 ohmov - 2nos
• MOSFET hradlové odpory = 100k - 2nos
• Optospojky = 4N25 - 2 nos
• Horné P-kanály MOSFETy = FQP4P40 - 2nos
• Dolné N-kanálové MOSFETy = IRF740 = 2nos
• Zenerove diódy = 12V, 1/2 watt - 2 nos

Ďalšou myšlienkou je tiež obvod h-mosta, ale tento používa odporúčané n-kanálové mosfety. Okruh si vyžiadal pán Ralph Wiechert

Hlavné špecifikácie

Pozdravujem vás zo Saint Louis v Missouri.
Boli by ste ochotní spolupracovať projekt invertora ? Zaplatil by som vám za návrh a / alebo za váš čas, ak chcete.

Mám Prius z rokov 2012 a 2013 a moja matka má Prius z roku 2007. Prius je jedinečný v tom, že má vysokonapäťový akumulátor 200 VDC (nominálny). Majitelia Priusu v minulosti využívali tento batériový zdroj s bežne dostupnými invertormi na výstup ich pôvodného napätia a na prevádzku nástrojov a prístrojov. (Tu v USA, 60 Hz, 120 a 240 VAC, ako som si istý, že viete). Problém je v tom, že invertory sa už nevyrábajú, ale Prius ním stále je.

Tu je niekoľko striedačov, ktoré sa v minulosti na tento účel používali:

1) PWRI2000S240VDC (pozri prílohu) Už sa nevyrába!

2) Emerson Liebert Upstation S (Toto je vlastne UPS, ale vyberiete batériu, ktorá bola nominálna na 192 VDC.) (Pozri prílohu.) Už sa nevyrába!

V ideálnom prípade by som chcel navrhnúť 3000 Wattový nepretržitý invertor, čistú sínusovú vlnu, výstup 60 Hz, 120 VAC (ak je to možné, s rozdelenou fázou 240 VAC) a bez transformátorov. Možno vrchol 4 000 - 5 000 Wattov. Vstup: 180-240 VDC. Viem, celkom zoznam želaní.

Som strojný inžinier s určitými skúsenosťami s budovaním obvodov a programovaním mikrokontrolérov Picaxe. Len nemám veľa skúseností s navrhovaním obvodov od nuly. V prípade potreby som ochotný vyskúšať a zlyhať!

Dizajn

V tomto blogu som už hovoril o viac ako 100 návrhov a koncepcií invertorov , vyššie uvedenú požiadavku je možné ľahko splniť úpravou jedného z mojich existujúcich návrhov a vyskúšať pre danú aplikáciu.

Pre každú beztransformátorovú konštrukciu musí byť implementácia zahrnutá do niekoľkých základných vecí: 1) Striedač musí byť úplný mostíkový invertor využívajúci plný mostíkový driver a 2) napájaný vstupný DC zdroj musí byť rovný požadovanému výstupnému špičkovému napätiu úrovni.

Zahŕňajúc vyššie uvedené dva faktory, základný dizajn invertora s príkonom 3 000 W je uvedený v nasledujúcom diagrame, ktorý má čistý priebeh sínusovej vlny vlastnosť.

Funkčné podrobnosti meniča možno pochopiť pomocou nasledujúcich bodov:

Základné alebo štandardná konfigurácia úplného mostového invertora je tvorený úplným mostíkovým ovládačom IC IRS2453 a pridruženou sieťou mosfet.

Výpočet frekvencie invertora

Funkciou tohto stupňa je oscilovať pripojenú záťaž medzi mosfety pri danej frekvenčnej frekvencii určenej hodnotami siete Rt / Ct.

Hodnoty týchto časovacích RC komponentov je možné nastaviť pomocou vzorca: f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, kde Rt je v ohmoch a Ct vo Faradoch. Mal by byť nastavený na dosiahnutie 60 Hz na doplnenie špecifikovaného výstupu 120 V, alternatívne pre špecifikácie 220 V by sa to mohlo zmeniť na 50 Hz.

To sa dá dosiahnuť aj praktickým pokusom a omylom hodnotením frekvenčného rozsahu pomocou digitálneho frekvenčného merača.

Na dosiahnutie čistého výsledku sínusovej vlny sú brány mosfetov na nízkej strane odpojené od svojich príslušných napájacích obvodov IC a sú použité rovnako prostredníctvom vyrovnávacieho stupňa BJT nakonfigurovaného na prevádzku cez vstup SPWM.

Generuje sa SPWM

SPWM, čo je skratka pre moduláciu šírky sínusového impulzu, je nakonfigurovaný okolo operačného zosilňovača IC a slobodný IC 555 PWM geneartor.

Aj keď sú IC 555 konfigurované ako PWM, výstup PWM z jeho kolíka # 3 sa nikdy nepoužíva, skôr sa na vyrezávanie SPWM využívajú trojuholníkové vlny generované cez jeho časovací kondenzátor. Tu sa predpokladá, že jedna zo vzoriek trojuholníkových vĺn má oveľa pomalšie frekvenciu a je synchronizovaná s frekvenciou hlavného integrovaného obvodu, zatiaľ čo druhou musia byť rýchlejšie trojuholníkové vlny, ktorých frekvencia v podstate určuje počet stĺpov, ktoré môže mať SPWM.

Operačný zosilňovač je nakonfigurovaný ako komparátor a je napájaný vzorkami trojuholníkových vĺn na spracovanie požadovaných SPWM. Jedna trojuholníková vlna, ktorá je pomalšia, sa extrahuje z pinoutu Ct hlavnej IC IRS2453

Spracovanie vykonáva operačný zosilňovač IC porovnaním dvoch trojuholníkových vĺn na jeho vstupných vývodoch a vygenerovaný SPWM sa aplikuje na základy stupňa vyrovnávacej pamäte BJT.

Vyrovnávacie pamäte BJT sa prepínajú podľa impulzov SPWM a zabezpečujú, aby boli rovnako zapojené aj nízkofrekvenčné mosfety.

Vyššie uvedené prepínanie umožňuje výstupnému AC prepínať aj so vzorom SPWM pre obidva cykly kmitočtového priebehu AC.

Vyberajú sa mosfety

Pretože je určený invertor bez transformátora 3 kva, musia byť mosfety dimenzované tak, aby zodpovedali tejto záťaži.

MOSFET číslo 2SK 4124 uvedený na diagrame v skutočnosti nebude schopný udržať zaťaženie 3 kva, pretože tieto sú dimenzované tak, aby zvládli maximálne 2 kva.

Niektoré výskumy na sieti nám umožňujú nájsť mosfet: IRFB4137PBF-ND ktorý vyzerá dobre na prevádzku pri zaťažení nad 3 kva vďaka veľkému výkonu 300 V / 38 A.

Pretože sa jedná o transformátor bez transformátora 3 kVA, je otázka výberu transformátora vylúčená, avšak batérie musia byť primerane dimenzované tak, aby produkovali minimálne 160 V pri miernom nabití a okolo 190 V pri úplnom nabití.

Automatická korekcia napätia.

Automatickú korekciu je možné dosiahnuť zapojením spätnoväzbovej siete medzi výstupnými svorkami a vývodom Ct, čo však v skutočnosti nemusí byť potrebné, pretože potenciometre IC 555 je možné efektívne použiť na fixáciu RMS výstupného napätia a po nastavení možno očakávať, že výstupné napätie bude absolútne pevné a konštantné bez ohľadu na podmienky zaťaženia, ale iba dovtedy, kým zaťaženie nepresiahne maximálnu výkonovú kapacitu meniča.

2) Beztransformátorový striedač s nabíjačkou batérií a riadením spätnej väzby

Ďalej je uvedená druhá schéma zapojenia kompaktného transformátora bez transformátora bez zabudovania transformátora s objemným železom. Namiesto transformátora z ťažkého železa používa feritové jadro, ako je uvedené v nasledujúcom článku. Schéma nie je navrhnutá mnou, poskytol mi ju jeden z vášnivých čitateľov tohto blogu pán Ritesh.

Dizajn je plnohodnotnej konfigurácie, ktorá obsahuje väčšinu funkcií ako napr podrobnosti o vinutí feritového transformátora , stupeň indikátora nízkeho napätia, zariadenie na reguláciu výstupného napätia atď.

Vysvetlenie vyššie uvedeného dizajnu ešte nebolo aktualizované. Pokúsim sa ho čoskoro aktualizovať. Medzitým môžete odkázať na diagram a svoje pochybnosti objasniť prostredníctvom komentára, ak existuje.

200 W kompaktný beztransformátorový invertor, dizajn č

Tretí návrh uvedený nižšie ukazuje obvod invertora s príkonom 200 W bez transformátora (bez transformátora) s použitím vstupu 310 V DC. Jedná sa o sínusový dizajn kompatibilný.

Úvod

Invertory, ako ich poznáme, sú zariadenia, ktoré prevádzajú alebo skôr invertujú nízkonapäťový jednosmerný zdroj na vysokonapäťový striedavý výstup.

Produkovaný vysokonapäťový striedavý výstup je zvyčajne v poradí úrovní miestneho sieťového napätia. Proces premeny z nízkeho na vysoké napätie si však vždy vyžaduje zahrnutie mohutných a objemných transformátorov. Máme možnosť sa im vyhnúť a vytvoriť beztransformátorový invertorový obvod?

Áno, existuje pomerne veľmi jednoduchý spôsob implementácie konštrukcie beztransformátorového invertora.

V zásade invertor využívajúci batériu s nízkym jednosmerným napätím vyžaduje ich zvýšenie na zamýšľané vyššie striedavé napätie, čo zase robí nevyhnutnosťou zahrnutie transformátora.

To znamená, že ak by sme mohli iba nahradiť vstupné nízkonapäťové jednosmerné svetlo úrovňou rovnakou ako zamýšľaná výstupná striedavá úroveň, potreba transformátora by mohla byť jednoducho vylúčená.

Schéma zapojenia obsahuje vysokonapäťový jednosmerný vstup na prevádzkovanie jednoduchého obvodu invertora MOSFET a môžeme jasne vidieť, že nie je zapojený žiadny transformátor.

Prevádzka obvodu

Vysoké napätie DC sa rovná požadovanému výstupu AC odvodenému usporiadaním 18 malých 12 voltových batérií do série.

Gate N1 je z IC 4093, N1 je tu nakonfigurovaný ako oscilátor.

Pretože IC vyžaduje prísne prevádzkové napätie medzi 5 a 15 voltmi, požadovaný vstup sa odoberá z jednej z 12 voltových batérií a privádza sa do príslušných vývodov IC.

Celá konfigurácia sa tak stáva veľmi jednoduchou a efektívnou a úplne eliminuje potrebu objemného a ťažkého transformátora.

Batérie sú dimenzované na 12 voltov a 4 AH, čo je dosť málo a zdá sa, že aj keď sú navzájom spojené, nepokrývajú príliš veľa miesta. Môžu byť pevne spojené a vytvárať kompaktnú jednotku.

Výstup bude 110 V AC pri 200 wattoch.

Zoznam položiek

• Q1, Q2 = MPSA92
• Q3 = MJE350
• Q4, Q5 = MJE340
• Q6, Q7 = K1058,
• Q8, Q9 = J162
• NAND IC = 4093,
• D1 = 1N4148
• Batéria = 12V / 4AH, 18 nos.

Inovácia na verziu Sinewave

Vyššie uvedený jednoduchý obvod 220V beztransformátorového invertora je možné upgradovať na čistý alebo pravý sínusový invertor jednoduchou výmenou vstupného oscilátora za obvod generátora sínusových vĺn, ako je uvedené nižšie:

Zoznam náhradných dielov pre sinusový oscilátor nájdete v tomto príspevku

Obvod solárnych invertorov bez transformátorov

Slnko je hlavný a neobmedzený zdroj surovej energie, ktorý je na našej planéte k dispozícii úplne zadarmo. Táto energia je v zásade vo forme tepla, avšak ľudia objavili metódy využívania svetla aj z tohto obrovského zdroja na výrobu elektrickej energie.

Prehľad

Dnes sa elektrina stala líniou života všetkých miest a dokonca aj vidieckych oblastí. Vďaka úbytku fosílnych palív slnečné svetlo sľubuje, že bude jedným z hlavných obnoviteľných zdrojov energie, ku ktorému je možné získať bezplatný prístup odkiaľkoľvek a za každých okolností na tejto planéte. Naučme sa jednu z metód premeny slnečnej energie na elektrinu pre naše osobné výhody.

V jednom z mojich predchádzajúcich príspevkov som sa zaoberal solárnym invertorovým obvodom, ktorý mal skôr jednoduchý prístup a doň začlenil bežnú topológiu invertora pomocou transformátora.

Transformátory, ako všetci vieme, sú objemné, ťažké a pre niektoré aplikácie sa môžu stať celkom nepohodlnými.
V predloženom návrhu som sa pokúsil vylúčiť použitie transformátora zabudovaním vysokonapäťových mosfetov a zvýšením napätia sériovým pripojením solárnych panelov. Pozrime sa na celú konfiguráciu pomocou nasledujúcich bodov:

Ako to funguje

Pri pohľade na nižšie zobrazenú schému zapojenia invertora bez transformátora bez slnečného žiarenia vidíme, že sa v zásade skladá z troch hlavných stupňov, tj. stupeň oscilátora zložený z univerzálneho modulu IC 555, výstupný stupeň pozostávajúci z niekoľkých vysokonapäťových výkonových mosfetov a stupeň dodávajúci energiu, ktorý využíva banku solárnych panelov napájanú z konektorov B1 a B2.

Schéma zapojenia

Pretože IC nemôže pracovať s napätím vyšším ako 15V, je dobre strážený cez vypadávací odpor a zenerovu diódu. Zenerova dióda obmedzuje vysoké napätie zo solárneho panelu pri pripojenom zenerovom napätí 15 V.

Mosfety však môžu byť prevádzkované s plným solárnym výstupným napätím, ktoré môže ležať kdekoľvek medzi 200 až 260 voltami. Za zamračených podmienok môže napätie klesnúť na oveľa menej ako 170 V, takže na reguláciu výstupného napätia v takýchto situáciách možno pravdepodobne použiť stabilizátor napätia na výstupe.

Mosfety sú typu N a P, ktoré tvoria pár na vykonávanie akcií push-pull a na generovanie požadovaného striedavého prúdu.

Mosfety nie sú uvedené v diagrame, ideálne musia byť dimenzované na 450V a 5 ampérov, narazíte na veľa variantov, ak trochu googlíte cez net.

Použité solárne panely by mali mať prísne napätie v otvorenom obvode okolo 24 V pri plnom slnečnom svetle a okolo 17 V počas obdobia jasného súmraku.

Ako pripojiť solárne panely

Zoznam položiek

R1 = 6K8
R2 = 140 tis
C1 = 0,1 uF
Diódy = sú 1N4148
R3 = 10 K, 10 wattov,
R4, R5 = 100 ohmov, 1/4 wattu
B1 a B2 = zo solárneho panelu
Z1 = 5,1 V, 1 watt

Použite tieto vzorce na výpočet R1, R2, C1 ....

Aktualizácia:

Vyššie uvedený návrh 555 IC nemusí byť taký spoľahlivý a efektívny, oveľa spoľahlivejší dizajn je možné vidieť nižšie v podobe a plný obvod invertora H-mosta . Možno očakávať, že tento návrh poskytne oveľa lepšie výsledky ako vyššie uvedený obvod 555 IC

Ďalšou výhodou použitia vyššie uvedeného obvodu je, že nebudete vyžadovať duálne usporiadanie solárnych panelov, na fungovanie vyššie uvedeného obvodu by na dosiahnutie výstupu 220V stačil jeden sériovo zapojený solárny zdroj.