3 beste transformatorloze omvormercircuits

Zoals de naam al doet vermoeden, wordt een invertercircuit dat een DC-ingang omzet in AC zonder afhankelijk te zijn van een inductor of een transformator, een transformatorloze omvormer genoemd.

Aangezien er geen transformator op basis van een inductor wordt gebruikt, is de DC-ingang normaal gelijk aan de piekwaarde van de AC die wordt gegenereerd aan de uitgang van de omvormer.

De post helpt ons om 3 invertercircuits te begrijpen die zijn ontworpen om te werken zonder een transformator te gebruiken en een volledig brug-IC-netwerk en een SPWM-generatorcircuit te gebruiken.

Transformatorloze omvormer met IC 4047

Laten we beginnen met een H-Bridge-topologie die waarschijnlijk de eenvoudigste is in zijn vorm. Technisch gezien is het echter niet de ideale, en wordt het ook niet aanbevolen, omdat het is ontworpen met p / n-kanaals mosfets. P-kanaal mosfets worden gebruikt als de hoge kant mosfets en n-kanaal als de lage kant.

Omdat p-kanaal mosfets aan de hoge kant worden gebruikt, is de bootstrapping wordt overbodig, en dit vereenvoudigt het ontwerp aanzienlijk. Dit betekent ook dat dit ontwerp niet afhankelijk hoeft te zijn van speciale driver-IC's.

Hoewel het ontwerp er cool en aantrekkelijk uitziet, heeft het een enkele onderliggende nadelen ​En dat is precies waarom deze topologie wordt vermeden in professionele en commerciële eenheden.

Dat gezegd hebbende, als het correct is gebouwd, kan het het doel dienen voor toepassingen met een lage frequentie.

Hier is het complete circuit met IC 4047 als de astabiele totempaalfrequentiegenerator

Onderdelen lijst

Alle weerstanden zijn 1/4 watt 5%

• R1 = 56k
• C1 = 0,1 uF / PPC
• IC pin10 / 11 weerstand = 330 ohm - 2nos
• MOSFET-poortweerstanden = 100k - 2nos
• Opto-koppelingen = 4N25 - 2 nos
• Bovenste P-kanaal MOSFET's = FQP4P40 - 2nos
• Lagere N-kanaal MOSFET's = IRF740 = 2nos
• Zenerdiodes = 12V, 1/2 watt - 2 nrs

Het volgende idee is ook een H-bridge-circuit, maar deze gebruikt de aanbevolen n-kanaals mosfets. Het circuit is aangevraagd door dhr. Ralph Wiechert

Belangrijkste specificaties

Groeten uit Saint Louis, Missouri.
Zou je willen meewerken aan een omvormerproject ​Ik zou je betalen voor een ontwerp en / of je tijd, als je wilt.

Ik heb een Prius uit 2012 en 2013 en mijn moeder heeft een Prius uit 2007. De Prius is uniek doordat hij een 200 VDC (nominaal) hoogspanningsbatterij heeft. Prius-eigenaren hebben in het verleden gebruikgemaakt van dit batterijpakket met kant-en-klare omvormers om hun eigen voltages uit te voeren en gereedschappen en apparaten te laten werken. (Hier in de VS, 60 Hz, 120 en 240 VAC, zoals je zeker weet). Het probleem is dat die omvormers niet meer gemaakt worden, maar de Prius is dat nog steeds.

Hier zijn een paar omvormers die in het verleden voor dit doel werden gebruikt:

1) PWRI2000S240VDC (zie bijlage) Niet meer geproduceerd!

2) Emerson Liebert Upstation S (Dit is eigenlijk een UPS, maar u verwijdert het batterijpakket, dat 192 VDC nominaal was.) (Zie bijlage.) Niet meer geproduceerd!

Idealiter ben ik op zoek naar een 3000 Watt continue omvormer, zuivere sinusgolf, output 60 Hz, 120 VAC (met 240 VAC gesplitste fase, indien mogelijk), en zonder transformator. Misschien een piek van 4000-5000 watt. Invoer: 180-240 VDC. Nogal een verlanglijstje, ik weet het.

Ik ben een werktuigbouwkundig ingenieur en heb enige ervaring met het bouwen van schakelingen en het programmeren van Picaxe microcontrollers. Ik heb gewoon niet veel ervaring met het helemaal opnieuw ontwerpen van circuits. Ik ben bereid om te proberen en te falen, indien nodig!

Het ontwerp

In deze blog heb ik al meer dan besproken 100 omvormerontwerpen en -concepten , kan het bovenstaande verzoek eenvoudig worden vervuld door een van mijn bestaande ontwerpen te wijzigen en te proberen voor de gegeven toepassing.

Voor elk ontwerp zonder transformator moeten er een paar basisdingen zijn voor de implementatie: 1) De omvormer moet een volledige brugomvormer zijn die een volledige brugdriver gebruikt en 2) de gevoede DC-ingangsvoeding moet gelijk zijn aan de vereiste uitgangspiekspanning niveau.

Rekening houdend met de bovenstaande twee factoren, kan een basisontwerp van de 3000 watt omvormer worden gezien in het volgende diagram, dat een pure sinusgolf golfvorm voorzien zijn van.

De functioneringsdetails van de omvormer kunnen worden begrepen met behulp van de volgende punten:

De basis of de standaard volledige brugomvormerconfiguratie wordt gevormd door de volledige bridge-driver IC IRS2453 en het bijbehorende mosfet-netwerk.

De frequentie van de omvormer berekenen

De functie van deze trap is om de aangesloten belasting tussen de mosfets te oscilleren met een bepaalde frequentie zoals bepaald door de waarden van het Rt / Ct-netwerk.

De waarden van deze timing RC-componenten kunnen worden ingesteld met de formule: f = 1 / 1.453 x Rt x Ct waarbij Rt in Ohm is en Ct in Farads. Het moet worden ingesteld om 60Hz te bereiken als aanvulling op de gespecificeerde 120V-uitvoer, of voor 220V-specificaties kan dit worden gewijzigd in 50Hz.

Dit kan ook worden bereikt door wat praktisch vallen en opstaan, door het frequentiebereik te beoordelen met een digitale frequentiemeter.

Om een ​​zuivere sinusgolf te bereiken, worden de mosfets-poorten aan de lage kant losgekoppeld van hun respectieve IC-feeds en worden ze hetzelfde toegepast via een BJT-buffertrap, geconfigureerd om te werken via een SPWM-ingang.

SPWM genereren

De SPWM die staat voor sinusgolfpulsbreedtemodulatie is geconfigureerd rond een opamp IC en een enkele IC 555 PWM-geneartor.

Hoewel de IC 555 is geconfigureerd als PWM, wordt de PWM-uitvoer van pin # 3 nooit gebruikt, maar worden de driehoeksgolven die over de timingcondensator worden gegenereerd, gebruikt voor het snijden van de SPWM's. Hier wordt verondersteld dat een van de driehoekige golfmonsters veel langzamer in frequentie is en gesynchroniseerd met de frequentie van de hoofd-IC, terwijl de andere snellere driehoeksgolven moet zijn, waarvan de frequentie in wezen het aantal pilaren bepaalt dat de SPWM kan hebben.

De opamp is geconfigureerd als een comparator en wordt gevoed met driehoekige golfmonsters voor het verwerken van de vereiste SPWM's. Een driehoekige golf die de langzamere is, wordt onttrokken aan de Ct-pinout van de hoofd-IC IRS2453

De verwerking wordt gedaan door de opamp-IC door de twee driehoeksgolven bij de ingangspennen te vergelijken, en de gegenereerde SPWM wordt toegepast op de bases van de BJT-buffertrap.

De BJTs-buffers schakelen volgens de SPWM-pulsen en zorgen ervoor dat ook de low side mosfets op hetzelfde patroon worden geschakeld.

Door de bovenstaande omschakeling kan de uitgang AC ook schakelen met een SPWM-patroon voor beide cycli van de AC-frequentie-golfvorm.

De mosfets selecteren

Aangezien een 3kva transformatorloze omvormer is gespecificeerd, moeten de mosfets de juiste classificatie hebben voor het verwerken van deze belasting.

Het mosfet-nummer 2SK 4124 dat in het diagram wordt aangegeven, zal feitelijk geen 3kva-belasting kunnen verdragen, omdat deze geschikt zijn voor maximaal 2kva.

Met wat onderzoek op het net kunnen we de mosfet vinden: IRFB4137PBF-ND die er goed uitziet voor het werken met meer dan 3kva-belastingen, vanwege het enorme vermogen van 300V / 38amps.

Omdat het een transformatorloze 3kva-omvormer is, is de kwestie van het selecteren van een transformator geëlimineerd, maar de batterijen moeten de juiste classificatie hebben om een ​​minimum van 160V te produceren wanneer ze matig zijn opgeladen en rond 190V wanneer ze volledig zijn opgeladen.

Automatische spanningscorrectie.

Een automatische correctie kan worden bereikt door een feedbacknetwerk aan te sluiten tussen de uitgangsklemmen en de Ct-pinout, maar dit is misschien niet nodig omdat de IC 555-potten effectief kunnen worden gebruikt om de RMS van de uitgangsspanning vast te stellen en eenmaal ingesteld De uitgangsspanning is naar verwachting absoluut vast en constant, ongeacht de belastingsomstandigheden, maar alleen zolang de belasting het maximale vermogen van de omvormer niet overschrijdt.

2) Transformatorloze omvormer met acculader en feedbackregeling

Het tweede schakelschema van een compacte transformatorloze omvormer zonder omvangrijke ijzeren transformator wordt hieronder besproken. In plaats van een zware ijzeren transformator wordt een ferrietkerninductor gebruikt, zoals weergegeven in het volgende artikel. Het schema is niet door mij ontworpen, het is aan mij verstrekt door een van de enthousiaste lezers van deze blog, de heer Ritesh.

Het ontwerp is een volwaardige configuratie met de meeste functies zoals ferriet transformator kronkelende details , laagspanningsindicatortrap, uitgangsspanningsregeling enz.

De uitleg voor het bovenstaande ontwerp is nog niet bijgewerkt, ik zal proberen het binnenkort bij te werken, in de tussentijd kunt u het diagram raadplegen en uw twijfels ophelderen via eventuele opmerkingen.

200 watt compacte transformatorloze omvormer, ontwerp # 3

Een derde ontwerp hieronder toont een 200 watt omvormercircuit zonder transformator (zonder transformator) met een 310V DC-ingang. Het is een sinusgolf-compatibel ontwerp.

Invoering

Omvormers zoals we die kennen, zijn apparaten die een laagspannings-gelijkstroombron omzetten of liever omkeren naar een hoogspannings-wisselstroomuitgang.

De geproduceerde AC-uitgang met hoge spanning is over het algemeen in de volgorde van de lokale netspanningsniveaus. Het conversieproces van een lage spanning naar een hoge spanning vereist echter steevast het opnemen van forse en omvangrijke transformatoren. Hebben we een optie om deze te vermijden en een transformatorloos invertercircuit te maken?

Ja, er is een vrij eenvoudige manier om een ​​transformatorloos omvormerontwerp te implementeren.

In feite vereist de omvormer die een batterij met een lage DC-spanning gebruikt, deze op te voeren naar de beoogde hogere AC-spanning, wat op zijn beurt de opname van een transformator noodzakelijk maakt.

Dat betekent dat als we de lage ingangsspanning DC gewoon zouden kunnen vervangen door een DC-niveau dat gelijk is aan het beoogde AC-uitgangsniveau, de behoefte aan een transformator eenvoudig zou kunnen worden geëlimineerd.

Het schakelschema bevat een hoogspannings-gelijkstroomingang voor het bedienen van een eenvoudig mosfet-invertercircuit en we kunnen duidelijk zien dat er geen transformator bij betrokken is.

Circuitwerking

De hoogspanning gelijk aan de vereiste AC-uitgang wordt verkregen door 18 kleine 12 volt batterijen in serie te plaatsen.

De poort N1 is van de IC 4093, N1 is hier als oscillator geconfigureerd.

Omdat het IC een strikte bedrijfsspanning tussen 5 en 15 volt vereist, wordt de vereiste invoer uit een van de 12 volt-batterijen gehaald en toegepast op de relevante IC-pin-outs.

De hele configuratie wordt dus erg eenvoudig en efficiënt en elimineert de noodzaak van een omvangrijke en zware transformator.

De batterijen zijn allemaal 12 volt, 4 Ah nominaal, die vrij klein zijn en zelfs wanneer ze op elkaar zijn aangesloten, niet al te veel ruimte in beslag nemen. Ze kunnen strak worden gestapeld om een ​​compacte eenheid te vormen.

De output is 110 V AC bij 200 watt.

Onderdelen lijst

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

Upgraden naar een Sinewave-versie

Het hierboven besproken eenvoudige 220 V-transformatorloze invertercircuit kan worden opgewaardeerd tot een zuivere of echte sinusomvormer door eenvoudig de ingangsoscillator te vervangen door een sinusgolfgeneratorcircuit, zoals hieronder wordt weergegeven:

Onderdelenlijst voor de sinusgolf-oscillator is te vinden in dit bericht

Transformatorloze omvormer voor zonne-energie

De zon is een belangrijke en onbeperkte bron van ruwe energie die helemaal gratis op onze planeet beschikbaar is. Deze kracht is fundamenteel in de vorm van warmte, maar mensen hebben methoden ontdekt om het licht ook van deze enorme bron voor het produceren van elektrische energie te benutten.

Overzicht

Tegenwoordig is elektriciteit de levensader geworden van alle steden en zelfs van het platteland. Nu de fossiele brandstof opraakt, belooft zonlicht een van de belangrijkste hernieuwbare energiebronnen te worden die direct vanaf elke locatie en onder alle omstandigheden op deze planeet kosteloos toegankelijk is. Laten we een van de methoden leren om zonne-energie om te zetten in elektriciteit voor onze persoonlijke voordelen.

In een van mijn vorige berichten heb ik een omvormercircuit voor zonne-energie besproken dat eerder een eenvoudige benadering had en een gewone omvormertopologie had met behulp van een transformator.

Zoals we allemaal weten, zijn transformatoren omvangrijk, zwaar en kunnen ze voor sommige toepassingen behoorlijk onhandig worden.
In het huidige ontwerp heb ik geprobeerd het gebruik van een transformator te elimineren door hoogspannings-mosfets op te nemen en door de spanning te verhogen door serieschakeling van zonnepanelen. Laten we de hele configuratie bestuderen met behulp van de volgende punten:

Hoe het werkt

Als we naar het hieronder getoonde schakelschema op zonne-energie zonder transformator kijken, kunnen we zien dat het in wezen uit drie hoofdfasen bestaat, namelijk. de oscillatortrap die bestaat uit de veelzijdige IC 555, de eindtrap die bestaat uit een paar hoogspanningsvermogen-mosfets en de vermogenstrap die gebruikmaakt van de zonnepanelenbank, die wordt gevoed op B1 en B2.

Schakelschema

Omdat het IC niet kan werken met spanningen van meer dan 15V, wordt het goed bewaakt door een voorweerstand en een zenerdiode. De zenerdiode begrenst de hoge spanning van het zonnepaneel op de aangesloten 15V zenerspanning.

De mosfets mogen echter worden gebruikt met de volledige zonne-uitgangsspanning, die ergens tussen de 200 en 260 volt kan liggen. Bij bewolkte omstandigheden kan de spanning dalen tot ver onder de 170V, dus waarschijnlijk kan een spanningsstabilisator aan de uitgang worden gebruikt om de uitgangsspanning in dergelijke situaties te regelen.

De mosfets zijn N- en P-typen die een paar vormen voor het uitvoeren van de push-pull-acties en voor het genereren van de benodigde AC.

De mosfets zijn niet gespecificeerd in het diagram, idealiter moeten ze een vermogen hebben van 450V en 5 ampère, je zult veel varianten tegenkomen, als je een beetje over het net googelt.

De gebruikte zonnepanelen moeten strikt een nullastspanning hebben van rond de 24 V bij vol zonlicht en rond de 17 V tijdens heldere schemering.

Hoe de zonnepanelen te verbinden

Onderdelen lijst

R1 = 6K8
R2 = 140 K.
C1 = 0,1 uF
Diodes = zijn 1N4148
R3 = 10K, 10 watt,
R4, R5 = 100 ohm, 1/4 watt
B1 en B2 = van zonnepaneel
Z1 = 5,1 V 1 watt

Gebruik deze formules voor het berekenen van R1, R2, C1 ...

Bijwerken:

Het bovenstaande 555 IC-ontwerp is misschien niet zo betrouwbaar en efficiënt, een veel betrouwbaar ontwerp is hieronder te zien in de vorm van een volledig H-brug invertercircuit ​Van dit ontwerp kan worden verwacht dat het veel betere resultaten oplevert dan het bovenstaande 555 IC-circuit

Een ander voordeel van het gebruik van het bovenstaande circuit is dat u geen dubbele zonnepaneelopstelling nodig heeft, maar een enkele in serie geschakelde zonnevoeding zou voldoende zijn om het bovenstaande circuit te laten werken om een ​​220V-uitgang te bereiken.