Obvod střídače 500 W s nabíječkou baterií

V tomto příspěvku budeme komplexně diskutovat o tom, jak vybudovat 500 wattový invertorový obvod s integrovaným automatickým nabíjecím stupněm baterie.

Dále v článku se také naučíme, jak upgradovat systém pro vyšší zatížení a jak vylepšit ot do verze s čistým sinusovým průběhem.

Tento 500 wattový střídač převede 12 V DC nebo 24 V DC z olověného akumulátoru na 220 V nebo 120 V AC, které lze použít k napájení všech typů zátěží, přímo ze světel CFL, LED žárovek, ventilátorů, ohřívačů , motory, čerpadla, směšovače, počítač atd.

Základní design

An může být navržen střídač mnoha různými způsoby, jednoduše nahrazením stupně oscilátoru jiným typem stupně oscilátoru podle preferencí uživatele.

Oscilátorová fáze je v podstatě astabilní multivibrátor , které by mohly používat integrované obvody nebo tranzistory.

Ačkoli astabilní oscilátor lze navrhnout různými způsoby, použijeme zde možnost IC 4047, protože se jedná o univerzální, přesný a specializovaný astabilní čip navržený speciálně pro aplikace, jako jsou invertory.

Pomocí IC 4047

Výroba jakéhokoli střídače pomocí IC 4047 je pravděpodobně nejvíce doporučenou možností kvůli vysoké přesnosti a čitelnosti IC. Zařízení je univerzální oscilátor IC, který poskytuje výstup dvojitého push pull nebo flip flopu přes jeho pin10 a pin11 a také jeden výstup s obdélníkovou vlnou na pin13.

ZÁKLADNÍ OKRUH

Základní 500 wattový invertor s výstupem s obdélníkovými vlnami může být stejně jednoduchý jako výše. Abychom jej však mohli upgradovat pomocí nabíječky baterií, možná budeme muset použít nabíjecí transformátor dimenzovaný vhodně podle specifikací baterie.

Než se naučíme konfiguraci nabíječky, nejprve se seznámíme se specifikací baterie požadovanou pro tento projekt.

Z jednoho z našich předchozích příspěvků víme, že vhodnější rychlost nabíjení a vybíjení olověné baterie by měla být při rychlosti 0,1 C nebo při napájecím proudu, který je 10krát nižší než hodnota Ah baterie. To znamená, že pro získání minimálně 7 hodin zálohování při zátěži 500 W lze baterii Ah vypočítat následujícím způsobem

Provozní proud potřebný pro zátěž 500 W z 12V baterie bude přibližně 500/12 = 41 A.

Tento 41 zesilovač musí trvat 7 hodin, což znamená, že baterie Ah musí být = 41 x 7 = 287 Ah. Ve skutečném životě to však bude muset být alespoň 350 Ah.

U baterie 24 V to může při 200 Ah klesnout až o 50% méně. To je přesně důvod, proč se vždy doporučuje vyšší provozní napětí, protože se jmenovitý výkon střídače dostává na vyšší stranu.

Používání 24 V baterie

Abyste udrželi baterii a velikost transformátoru menší a kabely tenčí, možná budete chtít použít 24 V baterii pro provoz navrhovaného 500 wattového designu.

Základní design by zůstal tak, jak je, kromě a 7812 IC přidán do obvodu IC 4047, jak je znázorněno níže:

Schematický diagram

Nabíječka baterií

Aby byl design jednoduchý, ale efektivní, vyhnul jsem se použití automatické vypnutí nabíječky baterií zde a také zajistili, aby byl pro střídač a nabíjecí provoz použit jeden společný transformátor.

Kompletní schéma zapojení navrhovaného 500 wattového střídače s nabíječkou baterií je uvedeno níže:

Stejný koncept byl již podrobně projednán v jednom z dalších souvisejících příspěvků, které můžete použít pro další informace.

Střídač v zásadě používá stejný transformátor pro nabíjení baterie a pro převod energie baterie na výstup 220 V AC. Provoz je realizován prostřednictvím sítě pro přepínání relé, která střídavě mění vinutí transformátoru na režim nabíjení a režim střídače.

Jak to funguje

Pokud není k dispozici síťová síť AC, jsou kontakty relé umístěny v příslušných příslušných rozpínacích bodech (normálně sepnuto). Tím se propojí odtoky MOSFETů s primárním transformátorem a zařízení nebo zátěž se připojí k sekundárnímu transformátoru.

Jednotka se přepne do režimu střídače a začne z baterie generovat požadovaných 220 V AC nebo 120 V AC.

Cívky relé jsou napájeny z jednoduché ropy beztransformátorový (kapacitní) napájecí obvod pomocí kapajícího kondenzátoru 2uF / 400V.

Napájení nemusí být stabilizované nebo dobře regulované, protože zátěž je ve formě cívek relé, které jsou velmi náročné a snadno vydrží přepínání ZAP z kondenzátoru 2uF.

Cívka pro relé RL1, která ovládá síťovou stranu transformátoru, je vidět připojená před blokovací diodou, zatímco cívka RL2, která ovládá stranu MOSFET, je umístěna za diodou a paralelně s velkým kondenzátorem.

Toto je záměrně provedeno za účelem vytvoření efektu malého zpoždění pro RL2, nebo aby bylo zajištěno, že RL1 se zapne a vypne před RL2. To je z bezpečnostních důvodů a aby se zajistilo, že MOSFET nikdy nebudou vystaveny zpětnému nabíjení, kdykoli se relé přepne z režimu střídače do režimu nabíjení.

Bezpečnostní návrhy

Jak víme, v každém obvodu invertoru pracuje transformátor jako velká indukční zátěž. Když je taková těžká indukční zátěž přepnuta na frekvenci, musí generovat obrovské proudové špičky, které mohou být potenciálně nebezpečné pro citlivou elektroniku a příslušné integrované obvody.

Pro zajištění náležité bezpečnosti elektronického stolku může být důležité upravit sekci 7812 následujícím způsobem:

U aplikace 12V můžete výše uvedený ochranný obvod špičky snížit na následující verzi:

Baterie, MOSFET a transformátor určují příkon

Diskutovali jsme o tom mnohokrát prostřednictvím různých příspěvků, že to je transformátor, baterie a hodnocení MOSFET, které ve skutečnosti rozhodují o tom, kolik energie může střídač vyprodukovat.

O výpočtech baterie jsme již hovořili v předchozích odstavcích, nyní se podívejme, jak lze vypočítat transformátor pro doplnění požadovaného výkonu.

Je to vlastně velmi jednoduché. Vzhledem k tomu, že napětí má být 24 V a výkon 500 wattů, dělení 500 na 24 dává 20,83 ampérů. To znamená, že jmenovitý výkon transformátoru musí být vyšší než 21 ampérů, nejlépe až 25 ampérů.

Jelikož však používáme stejný transformátor pro režimy nabíjení i střídače, musíme volit napětí tak, aby optimálně vyhovovalo oběma operacím.

20-0-20 V pro primární stranu se jeví jako dobrý kompromis, ve skutečnosti je to ideálně vhodné hodnocení pro celkovou práci střídače v obou režimech.

Jelikož se k nabíjení baterie používá pouze poloviční vinutí, lze použít transformátor 20 V RMS k získání špičkové hodnoty Dc 20 x 1,41 = 28,2 V přes baterii pomocí příslušného filtračního kondenzátoru připojeného přes baterii terminály. Toto napětí nabije baterii dobrou rychlostí a správnou rychlostí.

V režimu střídače, když je baterie kolem 26 V, umožní výstup měniče 24/26 = 220 / Out

Out = 238 V

To vypadá zdravě, zatímco baterie je optimálně nabitá, ai když baterie klesne na 23 V, lze očekávat, že výkon udrží zdravých 210 V

Výpočet MOSFET : MOSFETy v zásadě fungují jako spínače, které se nesmí spínat při přepínání jmenovitého množství proudu a také se nesmí zahřívat kvůli zvýšenému odporu vůči spínacím proudům.

Abychom uspokojili výše uvedené aspekty, musíme se ujistit, že aktuální manipulační kapacita nebo ID specifikace MOSFET je u našeho 500 wattového měniče dobře přes 25 ampérů. Aby se zabránilo vysokému rozptylu a neefektivnímu přepínání, musí být specifikace RDSon MOSFET co nejnižší.

Zařízení zobrazené na obrázku je IRF3205 , který má ID 110 amp a RDSon 8 miliohmů (0,008 ohmů), což ve skutečnosti vypadá docela působivě a dokonale se hodí pro tento projekt střídače.

Seznam dílů

K výrobě 500 W střídače s nabíječkou baterií budete potřebovat následující kusovníky:

• IC 4047 = 1
• Rezistory
• 56K = 1
• 10 ohmů = 2
• Kondenzátor 0,1 uF = 1
• Kondenzátor 4700uF / 50 V = 1 (přes svorky baterie)
• MOSFETy IRF3205 = 2
• Dioda 20 amp = 1
• Chladič pro MOSFET = Typ s velkými žebry
• Blokování diody napříč MOSFETy Odtok / Zdroj = 1N5402 (Pro lepší ochranu proti zpětnému EMF z primárního transformátoru je prosím připojte přes odtok / zdroj každého MOSFET. Katoda přejde na odtokový kolík.
• Relé DPDT 40 amp = 2 nos

Upgrading to Modified Sinewave Inverter

Verze obdélníkové vlny, o které se diskutuje výše, lze efektivně převést na a upravená sinusová vlna 500 wattový invertorový obvod s mnohem vylepšeným výstupním průběhem.

K tomu používáme věk starý IC 555 a IC 741 kombinace pro výrobu zamýšleného sinusového průběhu.

Celý obvod s nabíječkou baterií je uveden níže:

Myšlenka je stejná, která byla použita v několika dalších vzorech sinusových měničů na tomto webu. Jedná se o sekání brány výkonových MOSFETů s vypočítaným SPWM tak, aby replikovaný vysokoproudý SPWM osciloval napříč tlačným vinutím primárního transformátoru.

IC 741 se používá jako komparátor, který porovnává dvě trojúhelníkové vlny napříč svými dvěma vstupy. Vlna trojúhelníku s pomalou bází je získávána z kolíku IC 4047 Ct, zatímco vlna rychlého trojúhelníku je odvozena z externího astabilního stupně IC 555. Výsledkem je vypočítaný SPWM na pinu 6 IC 741. Tento SPWM je sekán u bran výkonových MOSFETů, které přepínají transformátorem na stejné frekvenci SPWM.

Výsledkem je sekundární strana s čistým sinusovým výstupem (po určité filtraci).

Full Bridge Design

Plnou verzi mostu pro výše uvedenou koncepci lze vytvořit pomocí níže uvedené konfigurace:

Pro zjednodušení není zahrnuto automatické odpojení baterie, proto doporučujeme vypnout napájení, jakmile napětí baterie dosáhne plné úrovně nabití. Nebo můžete vhodně přidat žárovka v sérii s kladnou linií nabíjení baterie, aby bylo zajištěno bezpečné nabíjení baterie.

Pokud máte dotazy nebo pochybnosti týkající se výše uvedeného konceptu, pole s komentářem níže je vaše.