500-ватова инверторна схема със зарядно устройство

В тази публикация ще обсъдим изчерпателно как да изградим инверторна верига от 500 вата с интегрирана степен на автоматично зарядно устройство за батерии.

По-нататък в статията ще научим и как да надстроим системата за по-големи натоварвания и как да подобрим OT в чиста синусоидална версия.

Този преобразувател на мощност от 500 вата ще преобразува 12 V DC или 24 V DC от оловно-киселинна батерия в 220 V или 120 V AC, които могат да се използват за захранване на всички видове товари, направо от CFL светлини, LED крушки, вентилатори, нагреватели , двигатели, помпи, миксери, компютър и т.н.

Основен дизайн

An инвертор може да бъде проектиран по много различни начини, просто като замените осцилаторния етап с друг тип осцилаторен етап, според предпочитанията на потребителя.

Осцилаторният етап е основно нестабилен мултивибратор които могат да използват интегрални схеми или транзистори.

Въпреки че нестабилният базиран осцилатор може да бъде проектиран по различни начини, тук ще използваме опцията IC 4047, тъй като той е универсален, точен и специализиран нестабилен чип, проектиран специално за приложения като инвеститори.

Използване на IC 4047

Изработване на всеки инвертор използвайки IC 4047 е може би най-препоръчителната опция поради висока точност и четливост на интегралната схема. Устройството е универсален генератор на осцилатор, който осигурява изход за двойно издърпване или флип флоп през своите pin10 и pin11, както и изход с единична квадратна вълна на pin13.

ОСНОВНА СХЕМА

Основен инвертор от 500 вата с изход с квадратна вълна може да бъде толкова просто, колкото по-горе, за изграждане. Въпреки това, за да го надстроим със зарядно устройство за батерии, може да се наложи да използваме трансформатор за зарядно устройство, класифициран по подходящ начин според спецификациите на батерията.

Преди да научим конфигурацията на зарядното устройство, нека първо се запознаем със спецификацията на батерията, необходима за този проект.

От една от предишната ни публикация знаем, че по-подходящата скорост на зареждане и разреждане на оловно-киселинна батерия трябва да бъде със скорост 0,1 C или с ток на захранване, който е 10 пъти по-малък от номинала на батерията Ah. Това означава, че за да се получат минимум 7 часа резервно копие при натоварване от 500 вата, батерията Ah може да бъде изчислена по следния начин

Работният ток, необходим за натоварване от 500 вата от 12V батерия, ще бъде приблизително 500/12 = 41 ампера

Тези 41 ампера трябва да издържат 7 часа, означава, че батерията Ah трябва да бъде = 41 x 7 = 287 Ah. В реалния живот обаче това ще трябва да бъде най-малко 350 Ah.

За 24 V батерия това може да намалее с 50% по-малко при 200 Ah. Точно поради това винаги се препоръчва по-високо работно напрежение, тъй като мощността на инвертора се получава от по-високата страна.

Използване на 24 V батерия

За да запазите батерията и размера на трансформатора по-малки, а кабелите по-тънки, може да искате да използвате 24 V батерия за работа в предложения дизайн на 500 вата.

Основният дизайн ще остане такъв, какъвто е, с изключение на 7812 IC добавен към веригата IC 4047, както е показано по-долу:

Схематична диаграма

Зарядно устройство

За да запазя дизайна опростен, но ефективен, избягвах използването на автоматично изключване за зарядното устройство тук, и също така са осигурили, че един общ трансформатор се използва за работата на инвертора и зарядното устройство.

Пълната схема на схемата за предложения 500-ватов инвертор със зарядно устройство може да се види по-долу:

Същата концепция вече е обсъдена подробно в една от другите свързани публикации, към която можете да се обърнете за допълнителна информация.

По принцип инверторът използва същия трансформатор за зареждане на батерията и за преобразуване на мощността на батерията в 220 V AC изход. Операцията се осъществява чрез мрежа за превключване на релета, която променя алтернативно намотката на трансформатора в режим на зареждане и режим на инвертор.

Как работи

Когато мрежовата мрежа AC не е налична, контактите на релето се разполагат в съответните им N / C точки (обикновено затворени). Това свързва канализацията на MOSFETs с първичния трансформатор, а уредите или товара се свързват с вторичния на трансформатора.

Устройството влиза в режим на инвертор и започва да генерира необходимите 220V AC или 120 V AC от батерията.

Релейните бобини се захранват от обикновен суров безтрансформаторна (капацитивна) верига за захранване като се използва падащ кондензатор 2uF / 400V.

Не се изисква захранването да бъде стабилизирано или добре регулирано, тъй като натоварването е под формата на релейни намотки, които са доста тежки и лесно могат да издържат на пренапрежение при включване от кондензатора 2uF.

Намотката за реле RL1, която управлява мрежовата променлива страна на трансформатора, може да се види свързана преди блокиращ диод, докато намотката на RL2, която контролира MOSFET страната, е разположена след диода и успоредно на голям кондензатор.

Това се прави умишлено, за да се създаде малък ефект на забавяне за RL2 или за да се гарантира, че RL1 се включва и изключва преди RL2. Това е от съображения за безопасност и за да се гарантира, че MOSFET-тата никога не се подлагат на обратно зареждане, когато релето се премести от режим на инвертор в режим на зареждане.

Предложения за безопасност

Както знаем, във всяка инверторна верига трансформаторът работи като тежък индуктивен товар. Когато такъв тежък индуктивен товар се превключва с честота, той е длъжен да генерира огромно количество токови пикове, които могат да бъдат потенциално опасни за чувствителната електроника и съответните интегрални схеми.

За да се осигури подходяща безопасност на електронния етап, може да е важно да се промени раздел 7812 по следния начин:

За приложение от 12V можете да намалите горната верига за защита от шипове до следната версия:

Батерията, MOSFET и трансформаторът определят мощността

Много пъти сме обсъждали това чрез различни публикации, че именно трансформаторът, батерията и MOSFET рейтингът всъщност решават колко мощност може да произведе инвертор.

Вече говорихме за изчисленията на батерията в предишните параграфи, сега нека видим как трансформатор може да се изчисли за допълване на необходимата изходна мощност.

Всъщност е много просто. Тъй като се предполага, че напрежението е 24 V и мощност 500 вата, разделянето на 500 с 24 дава 20,83 ампера. Това означава, че мощността на трансформаторния усилвател трябва да бъде над 21 ампера, за предпочитане до 25 ампера.

Тъй като обаче използваме един и същ трансформатор както за режими на зареждане, така и за инвертор, трябва да подберем напрежението по такъв начин, че да отговаря оптимално на двете операции.

20-0-20 V за първичната страна изглежда добър компромис, всъщност това е идеално подходящата оценка за цялостната работа на инвертора и в двата режима.

Тъй като за зареждане на батерията се използва само една половин намотка, 20 V RMS рейтинг на трансформатора може да се използва за получаване на 20 x 1,41 = 28,2 V пиков постоянен ток през батерията с помощта на свързания кондензатор на филтъра, свързан през батерията терминали. Това напрежение ще зареди батерията с добра скорост и с правилната скорост.

В режим на инвертор, когато батерията е на около 26 V, ще позволи на изхода на инвертора да бъде 24/26 = 220 / Out

Изход = 238 V

Това изглежда здравословно, докато батерията е оптимално заредена и дори когато батерията падне до 23 V, може да се очаква изходът да поддържа здрави 210 V

Изчисляване на MOSFET : MOSFET основно работят като превключватели, които не трябва да горят, докато превключват номинално количество ток, а също така не трябва да се нагряват поради повишена устойчивост на превключващи токове.

За да задоволим горните аспекти, трябва да се уверим, че текущият капацитет за обработка или спецификациите на ID на MOSFET са над 25 ампера за нашия 500-ватов инвертор. Също така, за да се предотврати голямо разсейване и неефективно превключване, спецификациите RDSon на MOSFET трябва да бъдат възможно най-ниски.

Устройството, показано на диаграмата, е IRF3205 , който има идентификационен номер от 110 усилвателя и RDSon от 8 милиома (0,008 ома), което всъщност изглежда доста впечатляващо и напълно подходящо за този инверторен проект.

Списък с части

За да направите горепосочения 500-ватов инвертор със зарядно устройство за батерии, ще ви е необходима следната спецификация:

• IC 4047 = 1
• Резистори
• 56K = 1
• 10 ома = 2
• Кондензатор 0.1uF = 1
• Кондензатор 4700uF / 50 V = 1 (през клемите на батерията)
• MOSFETs IRF3205 = 2
• Диод 20 ампера = 1
• Радиатор за MOSFET = голям тип ребра
• Блокиращ диод през MOSFETs източване / източник = 1N5402 (Моля, свържете ги през източване / източник на всеки MOSFET за допълнителна защита срещу обратна ЕМП от първичния трансформатор. Катодът ще премине към дренажния щифт.
• Реле DPDT 40 усилвателя = 2 бр

Надстройка до модифициран инвертор на синусоида

Версията с квадратни вълни, обсъдена по-горе, може ефективно да бъде превърната в модифицирана синусоида Инверторна верига от 500 вата с много подобрена форма на изходна вълна.

За това използваме възрастта old IC 555 и IC 741 комбинация за производство на предвидената форма на синусоида.

Пълната схема със зарядно устройство е дадена по-долу:

Идеята е същата, която е приложена в някои от другите проекти на синусоидални инвертори в този уебсайт. Той трябва да наряза портата на мощните MOSFET-та с изчислен SPWM, така че реплицираният SPWM с висок ток да се колебае през издърпващата намотка на първичния трансформатор.

IC 741 се използва като компаратор, който сравнява две триъгълни вълни през двата си входа. Бавната базова триъгълна вълна се получава от щифта IC 4047 Ct, докато вълната на бързия триъгълник се получава от външен стабилен етап на IC 555. Резултатът е изчислено SPWM при pin6 на IC 741. Това SPWM се нарязва на вратите на силовите MOSFET, които се превключват от трансформатора със същата честота на SPWM.

Това води до вторичната страна с чиста синусоида (след известно филтриране).

Пълен мостов дизайн

Пълната версия на моста за горната концепция може да бъде изградена, като се използва дадената по-долу конфигурация:

За по-голяма простота не е включено автоматично изключване на батерията, така че се препоръчва да изключите захранването веднага щом напрежението на батерията достигне пълното ниво на зареждане. Или алтернативно можете да добавите подходящо крушка с нажежаема жичка последователно с положителната линия за зареждане на батерията, за да осигурите безопасно зареждане на батерията.

Ако имате въпроси или съмнения относно горната концепция, полето за коментари по-долу е изцяло ваше.