Obvod striedača 500 W s nabíjačkou batérií

V tomto príspevku sa budeme komplexne zaoberať tým, ako vybudovať 500 wattový invertorový obvod s integrovaným automatickým nabíjacím stupňom.

Ďalej v článku sa tiež dozvieme, ako upgradovať systém na vyššie zaťaženie a ako vylepšiť ot do verzie s čistým sínusovým priebehom.

Tento 500 wattový invertor prevedie 12 V DC alebo 24 V DC z olovenej batérie na 220 V alebo 120 V AC, ktoré je možné použiť na napájanie všetkých druhov záťaží, priamo zo svetiel CFL, žiaroviek LED, ventilátorov, ohrievačov , motory, čerpadlá, zmiešavače, počítač atď.

Základný dizajn

An môže byť navrhnutý invertor mnohými rôznymi spôsobmi, jednoduchou výmenou stupňa oscilátora za iný typ stupňa oscilátora, podľa preferencií používateľa.

Oscilátorová fáza je v podstate astabilný multivibrátor , ktoré by mohli používať integrované obvody alebo tranzistory.

Aj keď je možné astabilný oscilátor navrhnúť rôznymi spôsobmi, použijeme tu možnosť IC 4047, pretože ide o všestranný, presný a špecializovaný astabilný čip navrhnutý špeciálne pre aplikácie, ako sú invertory.

Pomocou IC 4047

Výroba ľubovoľného invertora pomocou IC 4047 je pravdepodobne najviac odporúčanou voľbou kvôli vysokej presnosti a čitateľnosti IC. Toto zariadenie je univerzálny oscilátor IC, ktorý poskytuje výstup dvojitého push pull alebo flip flopu cez svoje pin10 a pin11 a tiež výstup jednej štvorcovej vlny na pin13.

ZÁKLADNÝ OKRUH

Základný 500 wattový invertor s výstupom s obdĺžnikovými vlnami môže byť zostavený tak jednoducho, ako je uvedené vyššie. Aby sme ho však mohli inovovať pomocou nabíjačky batérií, bude pravdepodobne potrebné použiť transformátor nabíjačky, ktorý je dimenzovaný primerane podľa špecifikácií batérie.

Pred naučením sa konfigurácie nabíjačky sa najskôr oboznámime so špecifikáciami batérie požadovanými pre tento projekt.

Z jedného z našich predchádzajúcich príspevkov vieme, že vhodnejšia rýchlosť nabíjania a vybíjania olovenej batérie by mala byť pri rýchlosti 0,1 C alebo pri napájacom prúde, ktorý je 10-krát nižší ako pri hodnote Ah batérie. To znamená, že na získanie minimálne 7 hodín zálohovania pri 500 wattovom zaťažení je možné batériu Ah vypočítať nasledujúcim spôsobom

Prevádzkový prúd potrebný na 500 wattovú záťaž z 12 V batérie bude 500/12 = 41 ampérov

Týchto 41 ampérov musí vydržať 7 hodín, čo znamená, že batéria Ah musí byť = 41 x 7 = 287 Ah. V skutočnom živote to však bude musieť byť najmenej 350 Ah.

Pri 24 V batérii to môže pri 200 Ah klesnúť až o 50% menej. To je presne dôvod, prečo sa vždy odporúča vyššie prevádzkové napätie, pretože výkon meniča sa dostane na vyššiu stranu.

Používanie 24 V batérie

Aby ste udržali batériu a veľkosť transformátora menšiu a káble tenšie, možno budete chcieť použiť 24 V batériu na zabezpečenie navrhovaného 500 wattového dizajnu.

Základný dizajn by zostal taký, aký je, s výnimkou a 7812 IC pridaný do obvodu IC 4047, ako je uvedené nižšie:

Schematický diagram

Nabíjačka batérií

Aby bol dizajn jednoduchý, ale efektívny, vyhýbal som sa použitiu automatické odpojenie nabíjačky batérií tu a tiež zabezpečili, aby sa na prevádzku meniča a nabíjačky používal jeden spoločný transformátor.

Kompletnú schému zapojenia navrhovaného 500 wattového meniča s nabíjačkou batérií nájdete nižšie:

Rovnaký koncept bol už komplikovane prediskutovaný v jednom z ďalších súvisiacich príspevkov, ktorý si môžete prečítať pre ďalšie informácie.

V zásade invertor používa rovnaký transformátor na nabíjanie batérie a na premenu energie batérie na výstup 220 V AC. Prevádzka sa realizuje prostredníctvom siete na prepínanie relé, ktorá striedavo mení vinutie transformátora na režim nabíjania a režim invertora.

Ako to funguje

Ak sieťová sieť AC nie je k dispozícii, kontakty relé sú umiestnené v príslušných príslušných rozpínacích bodoch (normálne zatvorené). Toto spája odvody MOSFETov s primárnym transformátorom a spotrebiče alebo záťaž sa pripája k sekundárnemu transformátoru.

Jednotka sa dostane do invertorového režimu a začne z batérie generovať požadovaných 220 V AC alebo 120 V AC.

Cievky relé sú napájané z jednoduchej ropy beztransformátorový (kapacitný) napájací obvod pomocou vypadávacieho kondenzátora 2uF / 400V.

Napájanie nemusí byť stabilizované alebo dobre regulované, pretože záťaž je vo forme reléových cievok, ktoré sú veľmi náročné a ľahko vydržia prepínanie pri zapnutí z kondenzátora 2uF.

Cievka pre relé RL1, ktorá riadi sieťovú stranu transformátora, je pripojená pred blokovacou diódou, zatiaľ čo cievka RL2, ktorá riadi stranu MOSFET, je umiestnená za diódou a paralelne s veľkým kondenzátorom.

Toto sa zámerne robí, aby sa vytvoril efekt malého oneskorenia pre RL2, alebo aby sa zaistilo, že RL1 sa pred RL2 zapne a vypne. Je to z bezpečnostných dôvodov a aby sa zabezpečilo, že MOSFET nikdy nebudú vystavené spätnému nabíjaniu, kedykoľvek sa relé prepne z režimu invertora do režimu nabíjania.

Bezpečnostné návrhy

Ako vieme, v ktoromkoľvek obvode invertora pracuje transformátor ako veľká indukčná záťaž. Keď je také ťažké indukčné zaťaženie prepínané na frekvenciu, musí generovať veľké prúdové špičky, ktoré môžu byť potenciálne nebezpečné pre citlivú elektroniku a príslušné integrované obvody.

Pre zaistenie náležitej bezpečnosti elektronického stolíka môže byť dôležité upraviť sekciu 7812 nasledujúcim spôsobom:

Pre aplikáciu 12V môžete znížiť vyššie uvedený ochranný obvod proti hrotu na nasledujúcu verziu:

Batéria, MOSFET a transformátor určujú príkon

Mnohokrát sme o tom diskutovali prostredníctvom rôznych príspevkov, že to, aký výkon môže invertor vyprodukovať, je vlastne transformátor, batéria a hodnotenie MOSFET.

O výpočtoch batérie sme si už hovorili v predchádzajúcich odsekoch, teraz sa pozrime, ako transformátor možno vypočítať na doplnenie požadovaného výkonu.

Je to vlastne veľmi jednoduché. Pretože napätie má byť 24 V a výkon 500 wattov, rozdelenie 500 na 24 poskytne 20,83 ampérov. To znamená, že výkon zosilňovača transformátora musí byť nad 21 ampérov, najlepšie do 25 ampérov.

Pretože však používame rovnaký transformátor pre režimy nabíjania aj invertora, musíme voliť napätie takým spôsobom, aby optimálne vyhovoval obom operáciám.

20 - 20 V pre primárnu stranu sa javí ako dobrý kompromis, v skutočnosti je to ideálne vhodné hodnotenie pre celkovú prácu meniča v obidvoch režimoch.

Pretože na nabíjanie batérie sa používa iba polovičné vinutie, je možné použiť transformátor s napätím 20 V RMS na získanie špičkovej hodnoty Dc 20 x 1,41 = 28,2 V cez batériu pomocou príslušného filtračného kondenzátora pripojeného cez batériu. terminály. Toto napätie nabije batériu dobrou rýchlosťou a správnou rýchlosťou.

V režime invertora, keď je batéria približne 26 V, umožní, aby bol výstup invertora 24/26 = 220 / výstup

Out = 238 V

To vyzerá zdravo na výstupe, zatiaľ čo batéria je optimálne nabitá. Aj keď batéria klesne na 23 V, dá sa očakávať, že bude udržiavať zdravých 210 V.

Výpočet MOSFET : MOSFETy v zásade fungujú ako spínače, ktoré sa nesmú prepínať pri prepínaní menovitého množstva prúdu a tiež sa nesmú zahrievať kvôli zvýšenej odolnosti voči spínacím prúdom.

Aby sme uspokojili vyššie uvedené aspekty, musíme sa ubezpečiť, že súčasná manipulačná kapacita alebo ID špecifikácia MOSFET-u je pre náš 500 wattový menič výrazne nad 25 ampérov. Aby sa zabránilo vysokému rozptýleniu a neefektívnemu prepínaniu, musia byť parametre RDSon MOSFET čo najnižšie.

Zariadenie zobrazené na diagrame je IRF3205 , ktorý má ID 110 amp a RDSon 8 miliohmov (0,008 Ohmov), čo v skutočnosti vyzerá celkom pôsobivo a dokonale sa hodí pre tento projekt invertora.

Zoznam položiek

Na výrobu 500-wattového invertora s nabíjačkou batérií budete potrebovať nasledujúci kusovník:

• IC 4047 = 1
• Rezistory
• 56K = 1
• 10 ohmov = 2
• Kondenzátor 0,1uF = 1
• Kondenzátor 4700uF / 50 V = 1 (cez svorky batérie)
• MOSFETy IRF3205 = 2
• Dióda 20 amp = 1
• Chladič pre MOSFET = typ s veľkým rebrom
• Blokovanie diódy naprieč MOSFETmi odtok / zdroj = 1N5402 (Pripojte ich cez odtok / zdroj každého MOSFET kvôli zvýšenej ochrane pred spätným EMF z primárneho transformátora. Katóda prejde k odtokovému kolíku.
• Relé DPDT 40 amp = 2 nosy

Inovácia na upravený sínusový invertor

Vyššie diskutovanú verziu štvorcovej vlny je možné efektívne previesť na a upravená sínusová vlna 500 wattový invertorový obvod s oveľa lepším výstupným priebehom.

Na to používame vek starý IC 555 a IC 741 kombinácia na výrobu zamýšľaného sínusového priebehu.

Celý obvod s nabíjačkou batérií je uvedený nižšie:

Myšlienka je rovnaká, ktorá bola uplatnená v niekoľkých ďalších dizajnoch sínusového invertora na tejto webovej stránke. Jedná sa o sekanie hradla výkonových MOSFETov s vypočítaným SPWM tak, aby replikovaný vysokoprúdový SPWM osciloval cez push-pull vinutie primárneho transformátora.

IC 741 sa používa ako komparátor, ktorý porovnáva dve trojuholníkové vlny na jeho dvoch vstupoch. Vlna pomalého trojuholníka sa získava z kolíka IC 4047 Ct, zatiaľ čo vlna rýchleho trojuholníka sa odvodzuje z externého astabilného stupňa IC 555. Výsledkom je vypočítaný SPWM na pine 6 IC 741. Tento SPWM je sekaný pred bránami výkonových MOSFETov, ktoré spínajú transformátor na rovnakej frekvencii SPWM.

Výsledkom je sekundárna strana s čistým výstupom sínusoidy (po určitej filtrácii).

Celý mostný dizajn

Plná verzia mosta pre vyššie uvedený koncept sa dá vytvoriť pomocou nižšie uvedenej konfigurácie:

Pre jednoduchosť nie je súčasťou výbavy automatické odpojenie akumulátora, preto sa odporúča vypnúť napájanie, akonáhle napätie akumulátora dosiahne úroveň úplného nabitia. Alebo môžete vhodne pridať žiarovka v sérii s kladným pólom nabíjania batérie, aby sa zaistilo bezpečné nabitie batérie.

Ak máte otázky alebo pochybnosti týkajúce sa vyššie uvedeného konceptu, pole s komentárom nižšie je vaše.