Obvod střídače s feritovým jádrem 5 kva - kompletní pracovní schéma s podrobnostmi výpočtu

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





V tomto příspěvku pojednáváme o konstrukci 5000 wattového invertorového obvodu, který obsahuje transformátor s feritovým jádrem, a proto je velmi kompaktní než běžné protějšky se železným jádrem.

Blokové schéma

Pamatujte, že můžete tento feritový měnič převést na libovolný požadovaný příkon, a to přímo od 100 wattů do 5 kva nebo podle vlastních preferencí.



Pochopení výše uvedeného blokového diagramu je celkem jednoduché:

Vstupní stejnosměrný proud, který může být napájen baterií 12 V, 24 V nebo 48 V nebo solárním panelem, je přiveden na feritový střídač, který jej převádí na vysokofrekvenční výstup 220 V stř., Kolem 50 kHz.



Ale protože frekvence 50 kHz nemusí být pro naše domácí spotřebiče vhodná, musíme tento vysokofrekvenční střídavý proud převést na požadovaných 50 Hz / 220V nebo 120V AC / 60Hz.

To je realizováno prostřednictvím invertorového stupně H-můstku, který převádí tuto vysokou frekvenci na výstup do požadovaných 220V AC.

K tomu by však stupeň H-můstku potřeboval špičkovou hodnotu 220 V RMS, která je kolem 310 V ss.

Toho je dosaženo pomocí můstkového usměrňovacího stupně, který převádí vysokofrekvenční 220 V na 310 V DC.

Nakonec je toto napětí sběrnice 310 V DC převedeno zpět na 220 V 50 Hz pomocí H-můstku.

Můžeme také vidět 50 Hz oscilátorový stupeň napájený stejným stejnosměrným zdrojem. Tento oscilátor je ve skutečnosti volitelný a může být vyžadován pro obvody H-můstku, které nemají vlastní oscilátor. Například pokud použijeme H-můstek na bázi tranzistoru, pak možná budeme potřebovat tento oscilátorový stupeň, abychom odpovídajícím způsobem provozovali MOSFET na vysoké a nízké straně.


AKTUALIZACE: Možná budete chtít přeskočit přímo na novou aktualizovanou verzi ' ZJEDNODUŠENÝ DESIGN ', v dolní části tohoto článku, který vysvětluje jednostupňovou techniku ​​pro získání výstupu bez sinusových vln o 5 kva místo transformace složitým dvoustupňovým procesem, jak je popsáno v konceptech níže:


Jednoduchý design měniče s feritovými vlákny

Než se naučíme verzi 5 kva, je zde pro začátečníky jednodušší návrh obvodu. Tento obvod nepoužívá žádný specializovaný ovladač IC, pracuje spíše pouze s n-kanálovými MOSFETY a bootstrapping fáze.

Kompletní schéma zapojení je uvedeno níže:

Jednoduchý design měniče s feritovými vlákny

Specifikace 400 V, 10 A MOSFET IRF740

Ve výše uvedeném jednoduchém obvodu feritového invertoru 12 V až 220 V AC můžeme vidět použití hotového modulu převodníku 12 V až 310 V DC. To znamená, že nemusíte vyrábět složitý transformátor na bázi feritového jádra. Pro nové uživatele může být tento design velmi přínosný, protože mohou rychle postavit tento střídač bez závislosti na složitých výpočtech a výběr feritového jádra.

5 kva konstrukční předpoklady

Nejprve musíte najít napájecí zdroj 60 V DC pro napájení navrhovaného obvodu invertoru 5 kVA. Záměrem je navrhnout spínací invertor, který převede stejnosměrné napětí 60 V na vyšší 310 V při sníženém proudu.

Topologie následovaná v tomto scénáři je push-pull topologie, která používá transformátor v poměru 5:18. Pro regulaci napětí, kterou možná budete potřebovat, a pro omezení proudu - všechny jsou napájeny zdrojem vstupního napětí. Stejnou rychlostí střídač urychluje povolený proud.

Pokud jde o vstupní zdroj 20A, je možné získat 2 - 5A. Špičkové výstupní napětí tohoto střídače s výkonem 5 kva je však kolem 310V.

Specifikace feritového transformátoru a Mosfetu

Pokud jde o architekturu, transformátor Tr1 má 5 + 5 primárních závitů a 18 pro sekundární. Pro přepínání je možné použít 4 + 4 MOSFET (typ IXFH50N20 (50A, 200V, 45mR, Cg = 4400pF)). Můžete také použít MOSFET jakéhokoli napětí s Uds 200V (150V) spolu s nejmenším vodivým odporem. Použitý odpor brány a jeho účinnost v rychlosti a kapacitě musí být vynikající.

Feritová část Tr1 je vyrobena z feritu 15x15 mm c. Induktor L1 je navržen s použitím pěti železných práškových kroužků, které mohou být navinuty jako dráty. U jádra induktoru a dalších souvisejících částí jej můžete vždy získat ze starých střídačů (56 V / 5 V) a v jejich fázích tlumení.

Používání Full Bridge IC

Pro integrovaný obvod lze nasadit IC IR2153. Výstupy integrovaných obvodů lze vidět ve vyrovnávací paměti s fázemi BJT. Navíc vzhledem k velké kapacitě brány je důležité používat vyrovnávací paměti ve formě komplementárních párů výkonového zesilovače, pár tranzistorů BD139 a BD140 NPN / PNP to dělá dobře.

Alternativní IC může být SG3525

Můžete také zkusit použít jiné řídicí obvody jako SG3525 . Můžete také změnit napětí na vstupu a pracovat v přímém spojení se sítí pro účely testování.

Topologie použitá v tomto obvodu má schopnost galvanického oddělení a pracovní frekvence je kolem 40 kHz. Pokud jste plánovali střídač používat pro malý provoz, neochlazujete, ale pro delší provoz nezapomeňte přidat chladicí prostředek pomocí ventilátorů nebo velkých chladičů. Většina energie se ztrácí na výstupních diodách a Schottkyho napětí klesá kolem 0,5V.

Vstup 60 V lze získat vložením 5 nosů 12V baterií do série, hodnocení Ah každé baterie musí být hodnoceno na 100 Ah.

DATOVÝ LIST IR2153

Nepoužívejte BD139 / BD140, místo toho použijte BC547 / BC557, pro výše uvedenou fázi ovladače.

Vysokofrekvenční 330V fáze

220V získané na výstupu TR1 v invertorovém obvodu nad 5 kva stále nelze použít pro provoz běžných spotřebičů, protože obsah střídavého proudu by osciloval na vstupní frekvenci 40 kHz. Pro převod výše uvedených 40 kHz 220 V AC na 220 V 50 Hz nebo 120 V 60 Hz AC, budou vyžadovány další stupně, jak je uvedeno níže:

Nejprve bude třeba 220V 40kHz usměrnit / filtrovat přes můstkový usměrňovač složený z diod pro rychlé zotavení dimenzovaných na přibližně 25 ampérů 300V a 10uF / 400V kondenzátory.

Přeměna 330 V DC na 50 Hz 220 V AC

Dále by toto usměrněné napětí, které by se nyní připojilo až na přibližně 310 V, muselo být pulzováno na požadovaných 50 nebo 60 Hz prostřednictvím dalšího úplného můstkového invertorového obvodu, jak je znázorněno níže:

Svorky označené „zátěž“ lze nyní přímo použít jako konečný výstup pro ovládání požadované zátěže.

Tady mohou být mosfety IRF840 nebo jakýkoli ekvivalentní typ.

Jak navinout feritový transformátor TR1

Transformátor TR1 je hlavní zařízení, které je zodpovědné za zvyšování napětí na 220 V při 5 kva, přičemž je na základě feritového jádra konstruováno na několika feritových EE jádrech, jak je podrobně uvedeno níže:

Jelikož se jedná o mohutný výkon kolem 5 kVs, E jádra musí mít ohromnou velikost, lze vyzkoušet feritové E-jádro typu E80.

Nezapomeňte, že možná budete muset začlenit více než 1 jádro E, mohou to být 2 nebo 3 jádra E, umístěná vedle sebe, aby se dosáhlo masivního výkonu 5 kVA ze sestavy.

Použijte ten největší, který může být k dispozici, a naviňte 5 + 5 otáček pomocí 10 čísel 20 SWG super smaltovaných měděných drátů paralelně.

Po 5 otáčkách zastavte primární vinutí, izolujte vrstvu izolační páskou a začněte sekundárních 18 otáček přes těchto 5 primárních závitů. K navíjení sekundárních závitů paralelně použijte 5 pramenů 25 SWG super smaltované mědi.

Jakmile je 18 závitů dokončeno, ukončete jej na výstupních vodičích cívky, zaizolujte páskou a zbývajících 5 primárních závitů na něj naviňte, abyste dokončili konstrukce TR1 s feritovým jádrem . Nezapomeňte se připojit na konec prvních 5 otáček se začátkem primárního vinutí prvních 5 otáček.

Metoda montáže E-Core

Následující diagram poskytuje představu o tom, jak lze použít více než 1 jádro E k implementaci výše diskutovaného návrhu transformátoru feritového invertoru s 5 KVA:

Feritové jádro E80

Zpětná vazba od pana Sherwina Baptisty

Drazí,

Ve výše uvedeném projektu pro transformátor jsem nepoužíval žádné distanční prvky mezi částmi jádra, obvod fungoval dobře s trafo cool, když byl v provozu. Vždy jsem preferoval jádro EI.

Vždy jsem převinul trafos podle mých vypočítaných dat a poté je použil.

O to víc bylo trafo jako jádro EI, oddělování feritových kousků bylo poměrně snadné, než zbavit se jádra EE.

Také jsem se pokusil otevřít EE jádro trafos, ale bohužel jsem skončil rozbitím jádra při jeho oddělení.

Nikdy jsem nemohl otevřít jádro EE, aniž bych jádro rozbil.

Podle mých zjištění bych na závěr řekl několik věcí:

--- Tyto napájecí zdroje s nezakrytými jádrovými trafy fungovaly nejlépe. (Popisuji trafo ze starého napájecího zdroje ATX pro PC, protože jsem je používal pouze. Napájení pro PC se tak snadno nezklame, ledaže by to byl spálený kondenzátor nebo něco jiného.) ---

--- Ty zdroje, které měly trafo s tenkými distančními vložkami, byly často zbarvené a brzy selhaly. (To jsem poznal na základě zkušeností, protože až do dnešního dne jsem koupil mnoho napájecích zdrojů z druhé ruky, abych je prostudoval)

--- Mnohem levnější napájecí zdroje se značkami jako CC 12v 5a, 12v 3a ACC12v 3a RPQ 12v 5a vše

Tyto typy feritového trafa měly mezi jádry silnější kousky papíru a všechny špatně selhaly !!! ---

Ve FINALu fungovalo jádro trafa EI35 nejlépe (bez zachování vzduchové mezery) ve výše uvedeném projektu.

Podrobnosti o přípravě obvodu feritového jádra měniče 5 kva:

Krok 1:

  • Použití 5 uzavřených olověných baterií 12v 10Ah
  • Celkové napětí = 60 V Skutečné napětí
  • = Napětí 66 V při plném nabití (13,2 V v každé baterii)
  • = 69v napěťové napětí na udržovací úrovni.

Krok 2:

Po výpočtu napětí baterie máme 66 voltů při 10 ampérech při plném nabití.

  • Dále přichází napájení ic2153.
  • 2153 má maximálně 15,6v ZENER kleště mezi Vcc a Gnd.
  • Takže používáme slavný LM317 k napájení regulovaného 13v do ic.

Krok 3:

Regulátor lm317 má následující balíčky

  1. LM317LZ --- 1,2-37V 100 mA až-92
  2. LM317T --- 1,2-37v 1,5amp až-218
  3. LM317AHV --- 1,2-57v 1,5amp až-220

Používáme lm317ahv, ve kterém 'A' je příponový kód a 'HV' je vysokonapěťový balíček,

protože výše uvedený regulátor může podporovat vstupní napětí až 60 V a výstupní napětí 57 voltů.

Krok 4:

  • Nemůžeme dodávat 66v přímo do balíčku lm317ahv, protože jeho vstup je maximálně 60v.
  • Takže používáme DIODY, abychom snížili napětí baterie na bezpečné napětí k napájení regulátoru.
  • Musíme bezpečně spadnout asi 10 V z maximálního vstupu regulátoru, který je 60 V.
  • Proto 60v-10v = 50v
  • Nyní by bezpečný maximální vstup do regulátoru z diod měl být 50 voltů.

Krok 5:

  • K poklesu napětí baterie na 50 V používáme běžnou diodu 1n4007,
  • Protože jde o křemíkovou diodu, pokles napětí každé z nich je asi 0,7 voltu.
  • Nyní vypočítáme požadovaný počet diod, které potřebujeme a které by zvýšily napětí baterie na 50 voltů.
  • napětí baterie = 66v
  • kal. max. vstupní napětí na čip regulátoru = 50v
  • Takže 66-50 = 16v
  • Nyní 0,7 *? = 16v
  • Vydělíme 16 číslem 0,7, což je 22,8, tj. 23.
  • Musíme tedy začlenit asi 23 diod, protože celkový pokles z těchto hodnot na 16,1 v
  • Nyní je vypočítané bezpečné vstupní napětí do regulátoru 66v - 16,1v, což je 49,9v appxm. 50v

Krok 6:

  • Napájíme 50V do regulačního čipu a upravujeme výstup na 13V.
  • Pro větší ochranu používáme feritové kuličky, abychom potlačili nežádoucí šum na výstupním napětí.
  • Regulátor by měl být namontován na chladiči vhodné velikosti, aby byl chladný.
  • Tantalový kondenzátor připojený k 2153 je důležitý kondenzátor, který zajišťuje, že ic získá hladký stejnosměrný proud z regulátoru.
  • Jeho hodnotu lze bezpečně snížit z 47uf na 1uf 25v.

Krok 7:

  • Zbytek obvodu dostane 66 voltů a vysokonapěťové nosné body v obvodu by měly být zapojeny pomocí těžkých vodičů.
  • U transformátoru by jeho primární měla být 5 + 5 otáček a sekundární 20 otáček.
  • Frekvence 2153 by měla být nastavena na 60KHz.

Krok 8:

Obvod vysokofrekvenčního střídače na nízkofrekvenční střídavý proud využívající čip irs2453d by měl být zapojen odpovídajícím způsobem, jak je znázorněno na obrázku.

Nakonec dokončeno .

Vytváření verze PWM

Následující příspěvek pojednává o jiné verzi 5kVA PWM sinusového invertorového obvodu využívajícího kompaktní transformátor s feritovým jádrem. Nápad požadoval pan Javeed.

Technické specifikace

Vážený pane, změnili byste prosím jeho výstup pomocí zdroje PWM a umožnili byste použít takový levný a ekonomický design lidem, kteří to potřebují po celém světě? Doufám, že zvážíte můj požadavek. Děkuji. Váš laskavý čtenář.

Design

V dřívějším příspěvku jsem představil feritové jádro založené na 5kva invertorovém obvodu, ale protože se jedná o obdélníkový invertor, nelze jej použít s různými elektronickými zařízeními, a proto může být jeho použití omezeno pouze na odporové zátěže.

Stejný design však lze převést na ekvivalentní sinusový měnič PWM injektováním napájení PWM do nízkofrekvenčních mosfetů, jak je znázorněno v následujícím diagramu:

Pin SD IC IRS2153 je mylně zobrazen připojený k Ct, nezapomeňte jej však připojit k uzemnění.

Návrh: Stupeň IRS2153 lze snadno nahradit IC 4047 fáze , v případě, že se IRS2153 zdá obtížné získat.

Jak vidíme ve výše uvedeném obvodu 5kVA invertoru založeného na PWM, design je přesně podobný našemu dřívějšímu původnímu obvodu invertoru 5kva, s výjimkou indikovaného napájecího stupně PWM s nízkofrekvenčními mosfety fáze ovladače H-bridge.

Vložení krmiva PWM lze získat pomocí jakéhokoli standardu Obvod PWM generátoru pomocí IC 555 nebo pomocí tranzistorový astabilní multivibrátor.

Pro přesnější replikaci PWM lze zvolit také a Generátor PWM oscilátoru Bubba pro získávání PWM s výše zobrazeným designem sinusového měniče 5kva.

Konstrukční postupy pro výše uvedený design se neliší od původního návrhu, jediným rozdílem je integrace vyrovnávacích stupňů BJT BC547 / BC557 s nízkými bočními mosfety plného můstkového IC stupně a napájením PWM.

Další kompaktní design

Malá inspekce dokazuje, že horní stupeň ve skutečnosti nemusí být tak složitý.

Obvod generátoru 310 V DC lze sestavit pomocí jakéhokoli jiného obvodu založeného na alternativním oscilátoru. Níže je uveden příklad konstrukce, kde se jako oscilátor používá poloviční můstek IC IR2155 způsobem push-pull.

Obvod převodníku 310 V DC na 220 V AC

Opět neexistuje žádný konkrétní design, který by mohl být nutný pro fázi generátoru 310V, můžete vyzkoušet jakoukoli jinou alternativu podle vašich preferencí, některé běžné příklady jsou IC 4047, IC 555, TL494, LM567 atd.

Detaily induktoru pro výše uvedený feritový transformátor 310 V až 220 V.

feritové cívkové vinutí pro 330V DC z 12V baterie

Zjednodušený design

Ve výše uvedených návrzích jsme dosud diskutovali o poměrně složitém transformátoru bez transformátoru, který zahrnoval dva komplikované kroky pro získání konečného výstupu střídavého proudu. V těchto krocích je nejprve nutné transformovat baterii DC na 310 V DC pomocí měniče s feritovým jádrem a poté musí být 310 VDC přepnuto zpět na 220 V RMS prostřednictvím 50 Hz plné mostní sítě.

Jak navrhl jeden z vášnivých čtenářů v sekci komentářů (pan Ankur), dvoustupňový proces je přehnaný a jednoduše se nevyžaduje. Místo toho může být část feritového jádra sama vhodně upravena pro získání požadované sinusové vlny 220 V AC a může být vyloučena sekce MOSFET s plným můstkem.

Následující obrázek ukazuje jednoduché nastavení pro provádění výše vysvětlené techniky:

POZNÁMKA: Transformátor je transformátor s feritovým jádrem, který musí být vhodně vypočítat d

Ve výše uvedeném provedení je pravá strana IC 555 zapojena tak, aby generovala 50 Hz základní oscilační signály pro přepínání MOSFET. Můžeme také vidět fázi operačního zesilovače, ve které je tento signál extrahován z časovací sítě IC IC RC ve formě trojúhelníkových vln 50 Hz a přiváděn na jeden z jejích vstupů pro srovnání signálu s rychlými trojúhelníkovými vlnovými signály z jiného IC 555 astabilní obvod. Tyto rychlé trojúhelníkové vlny mohou mít frekvenci kdekoli mezi 50 kHz až 100 kHz.

Operační zesilovač porovnává dva signály a generuje ekvivalentní sinusovou vlnu modulovanou frekvenci SPWM. Tento modulovaný SPWM se přivádí k základnám budících BJT pro přepínání MOSFETů rychlostí 50 kHz SPWM, modulovanou při 50 Hz.

MOSFEts zase přepínají připojený transformátor feritového jádra se stejnou modulovanou frekvencí SPWM, aby generoval zamýšlený čistý sinusový výstup na sekundárním transformátoru.

Díky vysokofrekvenčnímu přepínání může být tato sinusová vlna plná nežádoucích harmonických, která je filtrována a vyhlazována přes kondenzátor 3 uF / 400 V, aby se získal přiměřeně čistý výstup sinusové vlny AC s požadovaným výkonem, v závislosti na transformátoru a specifikace napájení z baterie.

Pravá strana IC 555, která generuje nosné signály 50 Hz, může být nahrazena jakýmkoli jiným příznivým oscilátorem IC, jako je IC 4047 atd.

Návrh měniče s feritovým jádrem pomocí tranzistorového astabilního obvodu

Následující koncept ukazuje, jak by bylo možné vytvořit jednoduchý invertor s feritovým jádrem pomocí několika obyčejných nestabilních obvodů založených na tranzistorech a feritového transformátoru.

Tuto myšlenku požadovalo několik oddaných stoupenců tohoto blogu, jmenovitě pan Rashid, pan, Sandeep a také několik dalších čtenářů.

Koncept obvodu

Zpočátku jsem nemohl přijít na teorii těchto kompaktních invertorů, které zcela eliminovaly objemné železné jádrové transformátory.

Po určitém přemýšlení se však zdá, že se mi podařilo objevit velmi jednoduchý princip spojený s fungováním těchto střídačů.

V poslední době se čínské kompaktní měniče staly docela slavnými jen díky svým kompaktním a elegantním velikostem, díky nimž jsou mimořádně lehké a přesto velmi výkonné díky svým výkonovým specifikacím.

Zpočátku jsem si myslel, že tento koncept je neproveditelný, protože podle mého názoru se použití malých feritových transformátorů pro aplikace nízkofrekvenčních měničů jeví jako velmi nemožné.

Střídače pro domácí použití vyžadují 50/60 Hz a pro implementaci feritového transformátoru bychom potřebovali velmi vysoké frekvence, takže nápad vypadal velmi komplikovaně.

Po nějakém přemýšlení jsem byl ohromen a rád jsem objevil jednoduchý nápad na implementaci designu. Je to všechno o převodu napětí baterie na 220 nebo 120 síťového napětí při velmi vysoké frekvenci a přepnutí výstupu na 50/60 HZ pomocí push-pull mosfetového stupně.

Jak to funguje

Při pohledu na postavu můžeme být jednoduše svědky a zjistit celou myšlenku. Zde se napětí baterie nejprve převádí na vysokofrekvenční PWM impulsy.

Tyto impulsy jsou vyhozeny do zesilovacího feritového transformátoru, který má požadovanou příslušnou hodnotu. Impulsy jsou aplikovány pomocí mosfetu, aby bylo možné optimálně využít proud baterie.

Feritový transformátor zvyšuje na jeho výstupu napětí na 220 V. Protože však toto napětí má frekvenci kolem 60 až 100 kHz, nelze jej přímo použít k provozu domácích spotřebičů, a proto je třeba jej dále zpracovat.

V dalším kroku je toto napětí usměrněno, filtrováno a převedeno na 220V DC. Toto vysokonapěťové stejnosměrné napětí je nakonec přepnuto na frekvenci 50 Hz, takže jej lze použít k provozu domácích spotřebičů.

Vezměte prosím na vědomí, že i když obvod byl navržen výhradně mnou, nebyl prakticky testován, proveďte ho na vlastní riziko a pouze pokud máte dostatečnou důvěru v dané vysvětlení.

Kruhový diagram
Seznam náhradních dílů pro kompaktní feritové jádro invertorového obvodu 12V DC až 220V AC.
  • R3 --- R6 = 470 ohmů
  • R9, R10 = 10K,
  • R1, R2, C1, C2 = výpočet pro generování frekvence 100 kHz
  • R7, R8 = 27K
  • C3, C4 = 0,47 uF
  • T1 ---- T4 = BC547,
  • T5 = jakýkoli 30V 20Amp N-kanálový MOSFET,
  • T6, T7 = libovolný, 400 V, 3 ampér mosfet.
  • Diody = rychlé zotavení, vysokorychlostní typ.
  • TR1 = primární, 13 V, 10amp, sekundární = 250-0-250, 3amp. Feritový transformátor s jádrem E ... požádejte o pomoc odborného navíječe a návrháře transformátorů.

Vylepšená verze výše uvedeného designu je uvedena níže. Koncový stupeň je zde optimalizován pro lepší odezvu a větší výkon.

Vylepšená verze



Předchozí: Přehrávání melodie pomocí funkce Tone () v Arduinu Další: Co je uvnitř náhlavní soupravy Bluetooth