Circuit invertor de 500 de wați cu încărcător de baterii

În această postare vom discuta în detaliu despre cum să construim un circuit invertor de 500 de wați cu o etapă de încărcare automată a bateriei integrată.

Mai departe în articol vom învăța, de asemenea, cum să actualizăm sistemul pentru sarcini mai mari și cum să îmbunătățim o versiune cu undă sinusoidală pură.

Acest invertor de putere de 500 wați va converti un 12 V DC sau 24 V DC dintr-o baterie cu acid plumb la 220 V sau 120 V AC, care poate fi utilizat pentru alimentarea tuturor tipurilor de sarcini, chiar de la lămpi CFL, becuri LED, ventilatoare, încălzitoare , motoare, pompe, mixere, calculatoare și așa mai departe.

Proiectare de bază

Un invertorul poate fi proiectat în multe moduri diferite, pur și simplu prin înlocuirea etapei oscilatorului cu un alt tip de etapă a oscilatorului, conform preferințelor utilizatorului.

Etapa oscilatorului este practic un multivibrator astabil care ar putea fi folosind circuite integrate sau tranzistoare.

Deși un oscilator bazat pe astabilitate poate fi proiectat în diferite moduri, vom folosi opțiunea IC 4047 aici, deoarece este un cip versatil, precis și specializat, conceput special pentru aplicații precum invertoarele.

Utilizarea IC 4047

Realizarea oricărui invertor folosind IC 4047 este probabil cea mai recomandată opțiune datorită preciziei și lizibilității ridicate a IC. Dispozitivul este un oscilator IC versatil, care oferă o ieșire dublă push sau flip flop pe pin-ul său și pin-ul 11, precum și o ieșire cu o singură undă pătrată la pin-ul 13.

CIRCUIT DE BAZĂ

Un invertor de bază de 500 de wați cu o ieșire cu undă pătrată poate fi la fel de simplu ca cel de mai sus. Cu toate acestea, pentru a-l actualiza cu un încărcător de baterii, este posibil să trebuiască să folosim un transformator de încărcător evaluat corespunzător conform specificațiilor bateriei.

Înainte de a învăța configurația încărcătorului, să facem cunoștință mai întâi cu specificațiile bateriei necesare pentru acest proiect.

Din una dintre postările noastre anterioare, știm că rata de încărcare și descărcare mai adecvată a unei baterii cu plumb acid ar trebui să fie la o rată de 0,1C sau la un curent de alimentare de 10 ori mai mic decât valoarea bateriei Ah. Acest lucru implică faptul că pentru a obține o copie de rezervă de minimum 7 ore la o sarcină de 500 wați, bateria Ah ar putea fi calculată în modul următor

Curentul operațional necesar pentru o încărcare de 500 wați de la o baterie de 12V va fi de 500/12 = 41 Amperi aproximativ

Acest 41 amperi trebuie să dureze 7 ore, implică faptul că bateria Ah trebuie să fie = 41 x 7 = 287 Ah. Cu toate acestea, în viața reală, această voință va trebui să fie de cel puțin 350 Ah.

Pentru o baterie de 24 V, aceasta poate scădea cu 50% mai puțin la 200 Ah. Tocmai de aceea este întotdeauna recomandată o tensiune operațională mai mare, deoarece puterea nominală a invertorului ajunge pe partea superioară.

Utilizarea bateriei de 24 V.

Pentru a menține bateria și dimensiunea transformatorului mai mici și cablurile mai subțiri, vă recomandăm să utilizați o baterie de 24 V pentru funcționarea proiectului de 500 wați propus.

Proiectarea de bază ar rămâne așa cum este, cu excepția a 7812 IC adăugat la circuitul IC 4047, după cum se arată mai jos:

Diagramă schematică

Încărcător de baterii

Pentru a menține designul simplu, dar eficient, am evitat utilizarea unui întrerupere automată pentru încărcătorul de baterie aici și s-au asigurat, de asemenea, că se folosește un singur transformator comun pentru operațiile invertorului și încărcătorului.

Schema completă a circuitului pentru invertorul de 500 wați propus cu încărcător de baterii poate fi văzută mai jos:

Același concept a fost deja discutat în detaliu într-una din celelalte postări conexe, la care puteți face referire pentru informații suplimentare.

Practic, invertorul utilizează același transformator pentru încărcarea bateriei și pentru conversia puterii bateriei la ieșire de 220 V c.a. Operațiunea este implementată printr-o rețea de comutare a releului, care schimbă alternativ înfășurarea transformatorului în modul de încărcare și modul invertor.

Cum functioneaza

Când rețeaua de rețea AC nu este disponibilă, contactele releului sunt poziționate în punctele N / C respective (în mod normal închise). Aceasta conectează canalele de scurgere ale MOSFET-urilor cu transformatorul primar, iar aparatele sau încărcătura se conectează cu secundarul transformatorului.

Unitatea intră în modul invertor și începe să genereze necesarul de 220V AC sau 120 V AC de la baterie.

Bobinele releului sunt alimentate dintr-un simplu brut circuit de alimentare fără transformator (capacitiv) folosind un condensator de cădere 2uF / 400V.

Alimentarea nu trebuie să fie stabilizată sau bine reglată, deoarece sarcina se prezintă sub formă de bobine ale releului, care sunt destul de grele și vor rezista cu ușurință la întreruperea comutatorului de la condensatorul 2uF.

Bobina pentru releul RL1 care controlează partea de curent alternativ a transformatorului poate fi văzută conectată înainte de o diodă de blocare, în timp ce bobina RL2 care controlează partea MOSFET este poziționată după diodă și în paralel cu un condensator mare.

Acest lucru se face în mod intenționat pentru a crea un mic efect de întârziere pentru RL2 sau pentru a vă asigura că RL1 pornește și oprește înainte de RL2. Acest lucru este din motive de siguranță și pentru a vă asigura că MOSFET-urile nu sunt niciodată supuse alimentării cu încărcare inversă ori de câte ori releul se deplasează de la modul invertor la modul de încărcare.

Sugestii de siguranță

După cum știm, în orice circuit invertor transformatorul funcționează ca o sarcină inductivă grea. Atunci când o sarcină inductivă atât de mare este comutată cu o frecvență, este obligată să genereze o cantitate masivă de vârfuri de curent, care pot fi potențial periculoase pentru electronica sensibilă și pentru circuitele integrate implicate.

Pentru a asigura o siguranță adecvată etapei electronice, poate fi important să modificați secțiunea 7812 în modul următor:

Pentru o aplicație de 12V, puteți reduce circuitul de protecție de vârf de mai sus la următoarea versiune:

Bateria, MOSFET și transformatorul determină puterea

Am discutat acest lucru de multe ori prin diferite posturi că transformatorul, bateria și evaluările MOSFET decid de fapt câtă putere poate produce un invertor.

Am vorbit deja despre calculele bateriei în paragrafele anterioare, acum să vedem cum transformatorul poate fi calculat pentru completarea puterii necesare.

De fapt, este foarte simplu. Din moment ce tensiunea ar trebui să fie de 24 V și puterea de 500 wați, împărțirea 500 cu 24 dă 20,83 amperi. Adică valoarea nominală a transformatorului trebuie să fie peste 21 amperi, de preferință până la 25 amperi.

Cu toate acestea, deoarece utilizăm același transformator atât pentru modurile de încărcare, cât și pentru invertor, trebuie să selectăm tensiunea în așa fel încât să se potrivească optim ambelor operațiuni.

Un 20-0-20 V pentru partea primară pare a fi un compromis bun, de fapt este calitatea ideală pentru funcționarea generală a invertorului în ambele moduri.

Deoarece, doar o jumătate de înfășurare este utilizată pentru încărcarea bateriei, valoarea nominală de 20 V RMS a transformatorului poate fi utilizată pentru a obține un 20 x 1,41 = 28,2 V vârf DC pe baterie cu ajutorul condensatorului de filtru asociat conectat la baterie terminale. Această tensiune va încărca bateria la o rată bună și la viteza corectă.

În modul invertor, când bateria este la aproximativ 26 V, va permite ieșirea invertorului să fie la 24/26 = 220 / Out

Out = 238 V

Acest lucru arată o ieșire sănătoasă în timp ce bateria este încărcată în mod optim și chiar și atunci când bateria scade la 23 V, ieșirea poate fi de așteptat să mențină un 210V sănătos

Calculul MOSFET : MOSFET-urile funcționează practic ca întrerupătoarele care nu trebuie să ardă în timpul comutării cantității nominale de curent și, de asemenea, nu trebuie să se încălzească datorită rezistenței crescute la curenții de comutare.

Pentru a satisface aspectele de mai sus, trebuie să ne asigurăm că capacitatea curentă de manipulare sau specificațiile ID ale MOSFET depășesc cu mult 25 de amperi pentru invertorul nostru de 500 de wați. De asemenea, pentru a preveni disiparea ridicată și comutarea ineficientă, specificațiile RDSon ale MOSFET trebuie să fie cât mai reduse posibil.

Dispozitivul prezentat în diagramă este IRF3205 , care are un ID de 110 amp și RDSon de 8 miliohmi (0,008 Ohmi), care arată de fapt destul de impresionant și perfect potrivit pentru acest proiect invertor.

Lista de componente

Pentru a face invertorul de 500 wați de mai sus cu încărcător de baterii, veți avea nevoie de următoarea listă de materiale:

• IC 4047 = 1
• Rezistențe
• 56K = 1
• 10 ohmi = 2
• Condensator 0.1uF = 1
• Condensator 4700uF / 50 V = 1 (peste bornele bateriei)
• MOSFET-uri IRF3205 = 2
• Diodă 20 amp = 1
• Radiator pentru MOSFET-uri = Tip cu aripioare mari
• Diodă de blocare în MOSFET-uri Scurgere / Sursă = 1N5402 (Vă rugăm să le conectați la scurgere / sursă a fiecărui MOSFET pentru protecție suplimentară împotriva EMF inversă de la transformatorul primar. Catodul va merge la știftul de scurgere.
• Releu DPDT 40 amp = 2 nr

Trecerea la invertor Sinewave modificat

Versiunea de undă pătrată discutată mai sus poate fi convertită efectiv într-un undă sinusoidală modificată Circuit invertor de 500 de wați cu o formă de undă de ieșire mult îmbunătățită.

Pentru aceasta folosim vechiul IC 555 și IC 741 combinație pentru fabricarea formei de undă sinusoidală intenționată.

Circuitul complet cu încărcător de baterii este prezentat mai jos:

Ideea este aceeași care a fost aplicată în câteva dintre celelalte modele de invertoare sinusoidale de pe acest site web. Este să tăiați poarta MOSFET-urilor de putere cu SPWM calculat, astfel încât un SPWM de curent mare replicat să fie oscilat pe înfășurarea push pull a transformatorului primar.

IC 741 este utilizat ca un comparator care compară două unde triunghiulare între cele două intrări ale sale. Unda triunghiulară de bază lentă este dobândită de la pinul IC 4047 Ct, în timp ce unda triunghiulară rapidă este derivată dintr-o etapă externă IC 555. Rezultatul este un SPWM calculat la pinul 6 al IC 741. Acest SPWM este tăiat la porțile MOSFET-urilor de putere, care este comutat de transformator la aceeași frecvență SPWM.

Acest lucru are ca rezultat partea secundară cu o ieșire de undă sinusoidală pură (după o anumită filtrare).

Design complet al podului

Versiunea completă bridge pentru conceptul de mai sus poate fi construită folosind configurația dată mai jos:

Din simplitate, nu este inclusă o întrerupere automată a bateriei, de aceea se recomandă să opriți alimentarea imediat ce tensiunea bateriei atinge nivelul de încărcare complet. Sau, alternativ, puteți adăuga un în mod corespunzător bec cu filament în serie cu linia pozitivă de încărcare a bateriei, pentru a asigura o încărcare sigură a bateriei.

Dacă aveți întrebări sau îndoieli cu privire la conceptul de mai sus, caseta de comentarii de mai jos vă aparține.