500 watt växelriktarkrets med batteriladdare

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





I det här inlägget kommer vi att diskutera omfattande hur man bygger en 500 watt inverterkrets med ett integrerat automatiskt batteriladdningssteg.

Vidare i artikeln kommer vi också att lära oss hur man uppgraderar systemet för högre belastningar och hur man förbättrar ot till en ren sinusversion.



Denna 500 watt effektomvandlare omvandlar en 12 V DC eller 24 V DC från ett blybatteri till 220 V eller 120 V AC, som kan användas för att driva alla typer av laster, direkt från CFL-lampor, LED-lampor, fläktar, värmare , motorer, pumpar, blandare, dator och så vidare.

Grundläggande design

En inverter kan utformas på många olika sätt, helt enkelt genom att ersätta oscillatorsteget med en annan typ av oscillatorsteg, enligt användarens önskemål.



Oscillatorstadiet är i grunden ett en stabil multivibrator som kan använda IC eller transistorer.

Även om en astabelbaserad oscillator kan utformas på olika sätt, kommer vi att använda alternativet IC 4047 här eftersom det är ett mångsidigt, exakt och ett specialiserat astabelt chip designat speciellt för applikationer som inverers.

Använda IC 4047

Att göra någon växelriktare med hjälp av IC 4047 är förmodligen det mest rekommenderade alternativet på grund av IC: s höga noggrannhet och läsbarhet. Enheten är en mångsidig oscillator IC som ger en dubbel push-pull eller flip-flop-utgång över dess pin10 och pin11, och också en enda fyrkantig vågutgång vid pin13.

GRUNDLÄGGANDE KRETS

En grundläggande 500 watt växelriktare med kvadratvågseffekt kan vara så enkel som ovan att bygga. För att uppgradera den med en batteriladdare kan vi dock behöva använda en laddartransformator som är klassificerad enligt batterispecifikationerna.

Låt oss först bekanta oss med batterispecifikationen som krävs för detta projekt innan vi lär oss laddarkonfigurationen.

Från ett av våra tidigare inlägg vet vi att en mer lämplig laddnings- och urladdningshastighet för ett blysyrabatteri bör vara 0,1C eller vid en matningsström som är 10 gånger mindre än batteriets Ah-värde. Detta innebär att batteriet Ah kan beräknas på följande sätt för att få minst 7 timars säkerhetskopiering vid 500 watt belastning

Driftsströmmen som krävs för en 500 watt belastning från ett 12V batteri är ungefär 500/12 = 41 ampere

De här 41 ampere måste hålla i 7 timmar, vilket innebär att batteriet Ah måste vara = 41 x 7 = 287 Ah. Men i verkliga livet kommer detta att behöva vara minst 350 Ah.

För ett 24 V batteri kan detta komma ner till 50% mindre vid 200 Ah. Det är just därför en högre driftsspänning alltid rekommenderas eftersom omriktarens wattvärde blir högre.

Använda 24 V batteri

För att hålla batteriet och transformatorstorleken mindre och kablarna tunnare kan du använda ett 24 V-batteri för att driva den föreslagna designen på 500 watt.

Den grundläggande designen skulle förbli som den är, förutom a 7812 IC läggs till IC 4047-kretsen, som visas nedan:

Schematisk bild

Batteriladdare

För att hålla designen enkel men ändå effektiv har jag undvikit att använda en automatisk avstängning för batteriladdaren här, och har också säkerställt att en enda gemensam transformator används för växelriktaren och laddaren.

Det fullständiga kretsschemat för den föreslagna 500 watt-omformaren med batteriladdare kan ses nedan:

Samma koncept har redan diskuterats utförligt i ett av de andra relaterade inläggen, som du kan hänvisa till för ytterligare information.

I grund och botten använder växelriktaren samma transformator för laddning av batteriet och för att konvertera batteriet till 220 V växelström. Operationen genomförs via ett reläväxelnätverk, som växelvis byter transformatorlindning till laddningsläge och inverterarläge.

Hur det fungerar

När nätnätet AC inte är tillgängligt är reläkontakterna placerade vid respektive N / C-punkter (normalt stängda). Detta förbinder avloppet på MOSFET: erna med transformatorns primära, och apparaterna eller lasten ansluter till transformatorns sekundär.

Enheten går in i växelriktarläge och börjar generera den nödvändiga 220V AC eller 120 V AC från batteriet.

Reläspolarna drivs från en enkel råolja transformatorlös (kapacitiv) strömförsörjningskrets med en 2uF / 400V droppkondensator.

Tillförseln behöver inte vara stabiliserad eller väl reglerad eftersom belastningen är i form av reläspolar som är ganska tunga och lätt tål strömbrytaren från 2uF-kondensatorn.

Spolen för RL1-relä som styr transformatorns nätströmssida kan ses ansluten före en blockerande diod, medan RL2-spolen som styr MOSFET-sidan är placerad efter dioden och parallellt med en stor kondensator.

Detta görs avsiktligt för att skapa en liten fördröjningseffekt för RL2, eller för att säkerställa att RL1 slås PÅ och AV innan RL2. Detta är av säkerhetsskäl och för att säkerställa att MOSFET: erna aldrig utsätts för omvänd laddning när reläet flyttas från växelriktarläge till laddningsläge.

Säkerhetsförslag

Som vi vet fungerar transformatorn i vilken som helst inverterarkrets som en tung induktiv belastning. När en sådan tung induktiv belastning byts med en frekvens, kommer den att generera en enorm mängd strömspikar som kan vara potentiellt farliga för den känsliga elektroniken och de berörda IC-enheterna.

För att säkerställa korrekt säkerhet i det elektroniska scenen kan det vara viktigt att ändra avsnittet 7812 på följande sätt:

För en 12V-applikation kan du minska ovanstående spikskyddskrets till följande version:

Batteri, MOSFET och transformator Bestäm watat

Vi har diskuterat detta många gånger genom olika inlägg att det är transformatorn, batteriet och MOSFET-värdena som faktiskt bestämmer hur mycket effekt en växelriktare kan producera.

Vi har redan pratat om batteriberäkningarna i de föregående styckena, nu ska vi se hur transformator kan beräknas för att komplettera erforderlig effekt.

Det är faktiskt väldigt enkelt. Eftersom spänningen är tänkt att vara 24 V och effekt 500 watt, delar 500 med 24 20,83 ampere. Det betyder att transformatorförstärkaren måste vara över 21 ampere, helst upp till 25 ampere.

Eftersom vi använder samma transformator för både laddnings- och växelriktarlägen måste vi dock välja spänningen så att den passar båda operationerna optimalt.

En 20-0-20 V för primärsidan verkar vara en bra kompromiss, i själva verket är det den perfekta klassificeringen för omriktarens övergripande arbete i båda lägena.

Eftersom endast en halvlindning används för att ladda batteriet kan transformatorns 20 V RMS-betyg användas för att få en 20 x 1,41 = 28,2 V topp DC över batteriet med hjälp av tillhörande filterkondensator ansluten över batteriet terminaler. Denna spänning laddar batteriet med bra hastighet och med rätt hastighet.

I växelriktarläge, när batteriet är på cirka 26 V, kommer växelriktarens utgång att vara vid 24/26 = 220 / ut

Ut = 238 V.

Detta ser bra ut medan batteriet är optimalt laddat, och även när batteriet sjunker till 23 V kan utgången förväntas upprätthålla en hälsosam 210V

Beräkning av MOSFET : MOSFET fungerar i grund och botten som strömbrytare som inte får brinna medan de byter märkström och inte får värmas upp på grund av ökat motstånd mot växlingsströmmar.

För att tillfredsställa ovanstående aspekter måste vi se till att den aktuella hanteringskapaciteten eller ID-specifikationen för MOSFET är över 25 ampere för vår 500 watt inverter. För att förhindra hög avledning och ineffektiv omkoppling måste MOSFET: s RDSon-specifikation vara så låg som möjligt.

Enheten som visas i diagrammet är IRF3205 , som har ett ID på 110 amp och RDSon på 8 milliohms (0,008 Ohm), vilket faktiskt ser ganska imponerande ut och passar perfekt för detta inverterprojekt.

Dellista

För att göra ovanstående 500 watt inverter med batteriladdare behöver du följande materialförteckning:

  • IC 4047 = 1
  • Motstånd
  • 56K = 1
  • 10 ohm = 2
  • Kondensator 0.1uF = 1
  • Kondensator 4700uF / 50 V = 1 (över batteripolerna)
  • MOSFETs IRF3205 = 2
  • Diod 20 amp = 1
  • Kylfläns för MOSFETs = Large Finned Type
  • Blockering av dioder över MOSFETs Avlopp / källa = 1N5402 (Anslut dem över avloppet / källan för varje MOSFET för extra skydd mot omvänd EMF från transformatorns primära. Katoden går till avtappningsstiftet.
  • Relä DPDT 40 amp = 2 nr

Uppgradering till modifierad Sinewave-omformare

Den fyrkantiga versionen som diskuterats ovan kan omvandlas effektivt till en modifierad sinusvåg 500 watt växelriktarkrets med mycket förbättrad utgångsvågform.

För detta använder vi den gamla åldern IC 555 och IC 741 kombination för tillverkning av den avsedda sinusvågformen.

Den kompletta kretsen med batteriladdare ges nedan:

Idén är densamma som har tillämpats i några av de andra sinusvågomformardesignerna på denna webbplats. Det är att hugga grinden till kraft-MOSFET: erna med beräknad SPWM så att en replikerad hög ström SPWM oscilleras över transformatorns primära trycklindning.

IC 741 används som en komparator som jämför två triangelvågor över sina två ingångar. Den långsamma triangelvågen erhålls från IC 4047 Ct-stiftet, medan den snabba triangelvågen härrör från ett externt IC 555-astabilt stadium. Resultatet är en beräknad SPWM vid pin6 i IC 741. Denna SPWM hackas vid grindarna till kraft-MOSFET: erna som växlar av transformatorn vid samma SPWM-frekvens.

Detta resulterar i sekundärsidan med en ren sinusvågseffekt (efter viss filtrering).

Full Bridge Design

Hela broversionen för ovanstående koncept kan byggas med hjälp av nedanstående konfiguration:

För enkelhets skull ingår inte ett automatiskt avstängt batteri, så det rekommenderas att du stänger av strömmen så snart batterispänningen når full laddningsnivå. Eller alternativt kan du lägga till en på lämpligt sätt glödlampa i serie med laddningens positiva linje för att säkerställa en säker laddning av batteriet.

Om du har frågor eller tvivel angående ovanstående koncept är kommentarrutan nedan helt din.




Tidigare: 3 terminala fasta spänningsregulatorer - arbets- och applikationskretsar Nästa: Hur man gör PCB hemma