3 nejlepší beztransformátorové invertorové obvody

Jak název napovídá, invertorový obvod, který převádí stejnosměrný vstup na střídavý proud bez závislosti na induktoru nebo transformátoru, se nazývá invertor bez transformátoru.

Vzhledem k tomu, že transformátor založený na induktoru není použit, je vstup DC normálně roven špičkové hodnotě střídavého proudu generovaného na výstupu střídače.

Tento příspěvek nám pomáhá porozumět 3 invertorovým obvodům, které jsou navrženy tak, aby fungovaly bez použití transformátoru a s využitím plné můstkové IC sítě a obvodu generátoru SPWM.

Beztransformátorový střídač využívající IC 4047

Začněme s topologií H-Bridge, která je ve své podobě pravděpodobně nejjednodušší. Technicky to však není ideální a nedoporučuje se to, protože je navrženo pomocí p / n-kanálových mosfetů. Mosfety s P-kanálem se používají jako vysokofrekvenční mosfety a n-kanál jako nízká strana.

Vzhledem k tomu, že p-kanálové mosfety se používají na vyšší straně, je bootstrapping se stává zbytečným a to značně zjednodušuje design. To také znamená, že tento design nemusí záviset na speciálních integrovaných obvodech ovladače.

Ačkoli design vypadá skvěle a lákavě, má několik základních nevýhod . A právě proto se této topologii v profesionálních a komerčních jednotkách vyhýbáme.

To znamená, že pokud je správně sestaveno, může sloužit účelu pro nízkofrekvenční aplikace.

Tady je kompletní obvod využívající IC 4047 jako astabilní generátor frekvence totemového pole

Seznam dílů

Všechny rezistory jsou 1/4 watt 5%

• R1 = 56 tis
• C1 = 0,1 uF / PPC
• Rezistor IC pin10 / 11 = 330 ohmů - 2nos
• MOSFET hradlové odpory = 100k - 2nos
• Optospojky = 4N25 - 2 nos
• MOSFETy horního kanálu P = FQP4P40 - 2nos
• Dolní N-kanálové MOSFETy = IRF740 = 2nos
• Zenerovy diody = 12V, 1/2 watt - 2 nos

Další myšlenkou je také obvod h-můstku, ale tento používá doporučené n-kanálové mosfety. Okruh si vyžádal pan Ralph Wiechert

Hlavní specifikace

Zdravím ze Saint Louis, Missouri.
Byli byste ochotni spolupracovat projekt střídače ? Zaplatil bych vám za návrh a / nebo za váš čas, pokud chcete.

Mám Prius 2012 a 2013 a moje matka má Prius 2007. Prius je jedinečný v tom, že má 200 VDC (nominální) vysokonapěťový akumulátor. Majitelé Priusu v minulosti využívali tento bateriový zdroj s běžnými měniči, aby vydávali svá přirozená napětí a provozovali nástroje a zařízení. (Tady v USA, 60 Hz, 120 a 240 VAC, jak jistě víte). Problém je v tom, že tyto střídače již nejsou vyráběny, ale Prius stále existuje.

Zde je několik střídačů, které byly v minulosti pro tento účel použity:

1) PWRI2000S240VDC (viz příloha) Již se nevyrábí!

2) Emerson Liebert Upstation S (Toto je ve skutečnosti UPS, ale vyjmete baterii, která měla nominální hodnotu 192 VDC.) (Viz příloha.) Již se nevyrábí!

V ideálním případě se snažím navrhnout 3000 Wattový nepřetržitý invertor, čistou sinusovou vlnu, výstup 60 Hz, 120 VAC (pokud je to možné, s rozdělenou fází 240 VAC) a bez transformátoru. Možná vrchol 4000-5000 wattů. Vstup: 180-240 VDC. Docela seznam přání, vím.

Jsem strojní inženýr s zkušenostmi s budováním obvodů a programováním mikrokontrolérů Picaxe. Prostě nemám moc zkušeností s navrhováním obvodů od nuly. V případě potřeby jsem ochoten to zkusit a selhat!

Design

V tomto blogu jsem již diskutoval více než 100 návrhů a konceptů střídače , výše uvedeného požadavku lze snadno dosáhnout úpravou jednoho z mých stávajících návrhů a vyzkoušet pro danou aplikaci.

Pro každý beztransformátorový design musí být při implementaci zahrnuto několik základních věcí: 1) Střídač musí být plně přemostěný měnič využívající plný můstkový ovladač a 2) napájený vstupní stejnosměrný zdroj musí být stejný jako požadované výstupní špičkové napětí úroveň.

Začleněním výše uvedených dvou faktorů lze v následujícím diagramu vidět základní konstrukci střídače 3000 W, která má čistý sinusový výstupní průběh Vlastnosti.

Funkční podrobnosti střídače lze pochopit pomocí následujících bodů:

Základní nebo standardní konfigurace úplného mostového střídače je tvořen úplným ovladačem mostu IC IRS2453 a přidruženou sítí mosfet.

Výpočet frekvence měniče

Funkcí této fáze je oscilovat připojenou zátěž mezi mosfety při dané frekvenci, jak je určeno hodnotami sítě Rt / Ct.

Hodnoty těchto časovacích RC komponent lze nastavit podle vzorce: f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, kde Rt je v Ohmech a Ct ve Faradech. Mělo by být nastaveno na dosažení 60 Hz pro doplnění specifikovaného výstupu 120 V, alternativně pro specifikace 220 V by to mohlo být změněno na 50 Hz.

Toho lze dosáhnout také praktickým pokusem a omylem hodnocením frekvenčního rozsahu digitálním měřičem frekvence.

Pro dosažení čistého výsledku sinusové vlny jsou brány MOSFETů na nízké straně odpojeny od příslušných IC kanálů a jsou aplikovány stejně přes vyrovnávací stupeň BJT nakonfigurovaný pro provoz přes vstup SPWM.

Generování SPWM

SPWM, což je zkratka pro sinusovou pulzní šířkovou modulaci, je nakonfigurován kolem operační zesilovač IC a jeden IC 555 PWM geneartor.

I když jsou IC 555 konfigurovány jako PWM, výstup PWM z jeho kolíku # 3 se nikdy nepoužívá, spíše se pro řezání SPWM používají trojúhelníkové vlny generované přes jeho časovací kondenzátor. Zde má mít jeden ze vzorků trojúhelníkových vln mnohem pomalejší frekvenci a je synchronizován s frekvencí hlavního IC, zatímco druhým musí být rychlejší trojúhelníkové vlny, jejichž frekvence v podstatě určuje počet pilířů, které SPWM může mít.

Operační zesilovač je konfigurován jako komparátor a je napájen vzorky trojúhelníkových vln pro zpracování požadovaných SPWM. Jedna trojúhelníková vlna, která je pomalejší, je extrahována z pinoutu Ct hlavního IC IRS2453

Zpracování provádí operační zesilovač IC porovnáním dvou trojúhelníkových vln na jeho vstupních vývodech a vygenerovaný SPWM se aplikuje na základy fáze vyrovnávací paměti BJT.

Vyrovnávací paměti BJT se přepínají podle impulzů SPWM a zajišťují, aby byly stejnosměrné mosfety také přepínány ve stejném vzoru.

Výše uvedené přepínání umožňuje přepínání výstupního střídavého proudu také se vzorem SPWM pro oba cykly kmitočtového průběhu střídavého proudu.

Výběr mosfetů

Jelikož je specifikován střídač bez transformátoru 3 kva, musejí být mosfety pro manipulaci s touto zátěží vhodně dimenzovány.

MOSFET číslo 2SK 4124 uvedený v diagramu ve skutečnosti nebude schopen udržet zátěž 3 kva, protože jsou dimenzovány tak, aby zvládly maximálně 2 kva.

Některé výzkumy na síti nám umožňují najít mosfet: IRFB4137PBF-ND který vypadá dobře pro provoz se zátěží 3 kva kvůli jeho obrovskému jmenovitému výkonu 300 V / 38 ampér.

Jelikož se jedná o transformátor 3 kVA bez transformátoru, je otázka výběru transformátoru vyloučena, avšak baterie musí být vhodně dimenzovány tak, aby produkovaly minimálně 160 V při mírném nabití a kolem 190 V při plném nabití.

Automatická korekce napětí.

Automatickou korekci lze dosáhnout připojením zpětnovazební sítě mezi výstupní terminály a Ct pinout, ale to nemusí být ve skutečnosti nutné, protože potenciometry IC 555 lze efektivně použít k fixaci RMS výstupního napětí a po nastavení lze očekávat, že výstupní napětí bude absolutně pevné a konstantní bez ohledu na podmínky zátěže, ale pouze za předpokladu, že zátěž nepřesáhne maximální výkonovou kapacitu střídače.

2) Beztransformátorový střídač s nabíječkou baterií a řízení zpětné vazby

Níže je popsáno druhé schéma zapojení kompaktního beztransformátorového měniče bez zabudování transformátoru s objemným železem. Namísto transformátoru těžkého železa používá induktor s feritovým jádrem, jak je znázorněno v následujícím článku. Schéma není navrženo mnou, poskytl mi ho jeden z vášnivých čtenářů tohoto blogu, pan Ritesh.

Konstrukce je plnohodnotnou konfigurací, která obsahuje většinu funkcí, jako je detaily vinutí feritového transformátoru , stupeň indikátoru nízkého napětí, zařízení pro regulaci výstupního napětí atd.

Vysvětlení výše uvedeného designu ještě nebylo aktualizováno, pokusím se jej brzy aktualizovat, zatím můžete odkazovat na diagram a vyjasnit své pochybnosti prostřednictvím komentáře, pokud existuje.

200 W kompaktní beztransformátorový invertor Design # 3

Třetí návrh níže ukazuje obvod střídače 200 wattů bez transformátoru (bez transformátoru) s použitím vstupu 310 V DC. Jedná se o design kompatibilní se sinusovými vlnami.

Úvod

Invertory, jak je známe, jsou zařízení, která převádějí nebo spíše invertují nízkonapěťový stejnosměrný zdroj na vysokonapěťový střídavý výstup.

Vyráběný vysokonapěťový střídavý výstup je obecně v pořadí úrovní místního síťového napětí. Proces přeměny z nízkého napětí na vysoké napětí však vždy vyžaduje zahrnutí statných a objemných transformátorů. Máme možnost se jim vyhnout a vytvořit beztransformátorový invertorový obvod?

Ano, existuje poměrně velmi jednoduchý způsob implementace beztransformátorového střídače.

Střídač využívající baterii s nízkým stejnosměrným napětím v zásadě vyžaduje jejich zesílení na zamýšlené vyšší střídavé napětí, což zase činí nutností zahrnutí transformátoru.

To znamená, že kdybychom mohli nahradit vstupní nízkonapěťové stejnosměrné napětí stejnosměrnou úrovní rovnou zamýšlené výstupní střídavé úrovni, bylo by možné jednoduše vyloučit potřebu transformátoru.

Schéma zapojení obsahuje vysokonapěťový stejnosměrný vstup pro provoz jednoduchého obvodu invertoru MOSFET a můžeme jasně vidět, že není zapojen žádný transformátor.

Obvodový provoz

Vysokonapěťové stejnosměrné napětí se rovná požadovanému výstupnímu střídavému proudu odvozenému uspořádáním 18 malých 12voltových baterií do série.

Brána N1 je z IC 4093, N1 zde byla nakonfigurována jako oscilátor.

Protože IC vyžaduje přísné provozní napětí mezi 5 a 15 volty, požadovaný vstup se odebírá z jedné z 12 voltových baterií a přivede se na příslušné vývody IC.

Celá konfigurace se tak stává velmi jednoduchou a efektivní a zcela eliminuje potřebu objemného a těžkého transformátoru.

Všechny baterie jsou 12 V, 4 AH, které jsou poměrně malé a zdá se, že i když jsou spolu propojeny, nepokrývají příliš mnoho místa. Mohou být pevně stohovány a tvořit kompaktní jednotku.

Výstup bude 110 V AC při 200 W.

Seznam dílů

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

Upgradování na verzi Sinewave

Výše popsaný jednoduchý obvod střídače 220 V bez transformátoru lze upgradovat na čistý nebo pravý sinusový měnič jednoduše nahrazením vstupního oscilátoru obvodem generátoru sinusových vln, jak je znázorněno níže:

Seznam náhradních dílů pro sinusový oscilátor naleznete v tomto příspěvku

Obvod solárního invertoru bez transformátorů

Slunce je hlavní a neomezený zdroj surové energie, který je na naší planetě k dispozici zcela zdarma. Tato síla je v zásadě ve formě tepla, avšak lidé objevili způsoby využití světla také z tohoto obrovského zdroje pro výrobu elektrické energie.

Přehled

Dnes se elektřina stala linií života všech měst a dokonce i venkovských oblastí. S ubývajícím fosilním palivem slibuje sluneční světlo jeden z hlavních obnovitelných zdrojů energie, ke kterému lze bezplatně přistupovat přímo odkudkoli a za všech okolností na této planetě. Naučme se jednu z metod přeměny sluneční energie na elektřinu pro naše osobní výhody.

V jednom ze svých předchozích příspěvků jsem diskutoval solární invertorový obvod, který měl spíše jednoduchý přístup a začlenil běžnou topologii invertoru pomocí transformátoru.

Jak všichni víme, transformátory jsou objemné, těžké a pro některé aplikace se mohou stát docela nepohodlnými.
V současném návrhu jsem se pokusil eliminovat použití transformátoru zabudováním vysokonapěťových mosfetů a zvyšováním napětí sériovým připojením solárních panelů. Podívejme se na celou konfiguraci pomocí následujících bodů:

Jak to funguje

Podíváme-li se na níže zobrazené schéma zapojení solárního transformátoru bez transformátoru, vidíme, že se v zásadě skládá ze tří hlavních stupňů, viz. stupeň oscilátoru vyrobený z univerzálního IC 555, výstupní stupeň sestávající z několika vysokonapěťových výkonových mosfetů a stupeň dodávající energii, který využívá banku solárních panelů, která je napájena na B1 a B2.

Kruhový diagram

Vzhledem k tomu, že IC nemůže pracovat s napětím vyšším než 15 V, je dobře chráněn pomocí klesajícího odporu a zenerovy diody. Zenerova dioda omezuje vysoké napětí ze solárního panelu při připojeném zenerově napětí 15 V.

Mosfety však mohou být provozovány s plným solárním výstupním napětím, které může ležet kdekoli mezi 200 až 260 volty. Za zatažených podmínek může napětí klesnout pod 170 V, takže pravděpodobně může být na výstupu použit stabilizátor napětí pro regulaci výstupního napětí v takových situacích.

Mosfety jsou typu N a P, které tvoří pár pro provádění akcí push-pull a pro generování požadovaného střídavého proudu.

Mosfety nejsou specifikovány v diagramu, v ideálním případě musí být dimenzovány na 450V a 5 ampérů, narazíte na mnoho variant, pokud trochu googlíte přes síť.

Použité solární panely by měly mít přísně napětí naprázdno kolem 24 V při plném slunečním světle a kolem 17 V během období jasného soumraku.

Jak připojit solární panely

Seznam dílů

R1 = 6K8
R2 = 140 tis
C1 = 0,1 uF
Diody = jsou 1N4148
R3 = 10K, 10 wattů,
R4, R5 = 100 ohmů, 1/4 watt
B1 a B2 = ze solárního panelu
Z1 = 5,1 V 1 watt

Tyto vzorce použijte pro výpočet R1, R2, C1 ....

Aktualizace:

Výše uvedený design 555 IC nemusí být tak spolehlivý a efektivní, mnohem spolehlivější design lze vidět níže v podobě a plný obvod měniče H-můstku . Lze očekávat, že tento design poskytne mnohem lepší výsledky než výše uvedený obvod 555 IC

Další výhodou použití výše uvedeného obvodu je to, že nebudete vyžadovat duální uspořádání solárních panelů, spíše by stačil jeden sériově zapojený solární zdroj pro provoz výše uvedeného obvodu pro dosažení výstupu 220V.