Omvormercircuit van 500 watt met acculader

In deze post zullen we uitgebreid bespreken hoe je een 500 watt omvormercircuit kunt bouwen met een geïntegreerde automatische acculader.

Verderop in het artikel zullen we ook leren hoe we het systeem kunnen upgraden voor hogere belastingen en hoe we ot kunnen verbeteren naar een zuivere sinusgolfversie.

Deze omvormer van 500 watt converteert een 12 V DC of 24 V DC van een loodzuuraccu naar 220 V of 120 V AC, die kan worden gebruikt voor het voeden van alle soorten belastingen, rechtstreeks van CFL-lampen, LED-lampen, ventilatoren, verwarmingstoestellen , motoren, pompen, mixers, computer, enzovoort.

Basis ontwerp

Een omvormer kan worden ontworpen op veel verschillende manieren, simpelweg door de oscillatortrap te vervangen door een ander type oscillatortrap, afhankelijk van de voorkeur van de gebruiker.

De oscillatortrap is in feite een astabiele multivibrator die IC's of transistors zouden kunnen gebruiken.

Hoewel een op astabiele gebaseerde oscillator op verschillende manieren kan worden ontworpen, zullen we hier de IC 4047-optie gebruiken, aangezien het een veelzijdige, nauwkeurige en gespecialiseerde astabiele chip is die speciaal is ontworpen voor toepassingen zoals omvormers.

Met behulp van IC 4047

Elke omvormer maken met behulp van de IC 4047 is waarschijnlijk de meest aanbevolen optie vanwege de hoge nauwkeurigheid en leesbaarheid van de IC. Het apparaat is een veelzijdige oscillator-IC die een dubbele push-pull- of flip-flop-uitgang over zijn pin10 en pin11 biedt, en ook een enkele blokgolfuitgang op pin13.

BASISCIRCUIT

Een standaard 500 watt-omvormer met een blokgolfuitgang kan zo eenvoudig als hierboven worden gebouwd. Om het echter te upgraden met een batterijlader, moeten we mogelijk een ladertransformator gebruiken die geschikt is voor de batterijspecificaties.

Voordat we de laderconfiguratie leren, maken we eerst kennis met de accuspecificatie die voor dit project vereist is.

Uit een van onze vorige berichten weten we dat de geschiktere laad- en ontlaadsnelheid van een loodzuuraccu een snelheid van 0,1 C moet zijn of een voedingsstroom die 10 keer minder is dan de Ah-classificatie van de accu. Dit houdt in dat om minimaal 7 uur back-up te krijgen bij 500 watt belasting, de accu-Ah op de volgende manier kan worden berekend

De bedrijfsstroom die nodig is voor een belasting van 500 watt van een 12V-accu is ongeveer 500/12 = 41 Ampère

Deze 41 ampère moet 7 uur meegaan, wat inhoudt dat de accu Ah = 41 x 7 = 287 Ah moet zijn. In het echte leven zal dit echter minimaal 350 Ah moeten zijn.

Voor een 24 V-accu kan dit bij 200 Ah oplopen tot 50% minder. Dit is precies waarom een ​​hogere bedrijfsspanning altijd wordt geadviseerd, aangezien het wattage van de omvormer aan de hogere kant wordt.

Met een 24 V-batterij

Om de batterij en het formaat van de transformator kleiner en de kabels dunner te houden, wilt u misschien een 24 V-batterij gebruiken voor het voorgestelde 500 watt-ontwerp.

Het basisontwerp zou blijven zoals het is, behalve een 7812 IC toegevoegd aan het IC 4047-circuit, zoals hieronder weergegeven:

Schematisch diagram

Batterij oplader

Om het ontwerp eenvoudig maar effectief te houden, heb ik het gebruik van een automatische uitschakeling voor de acculader hier, en hebben er ook voor gezorgd dat een enkele gemeenschappelijke transformator wordt gebruikt voor de omvormer en de lader.

Het complete schakelschema voor de voorgestelde 500 watt omvormer met acculader is hieronder te zien:

Hetzelfde concept is al uitvoerig besproken in een van de andere gerelateerde berichten, waar u naar kunt verwijzen voor aanvullende informatie.

In principe gebruikt de omvormer de dezelfde transformator voor het opladen van de batterij en voor het omzetten van het batterijvermogen naar 220 V wisselstroom. De werking wordt geïmplementeerd via een relais-omschakelingsnetwerk, dat afwisselend de transformatorwikkeling verandert in oplaadmodus en omvormermodus.

Hoe het werkt

Als er geen wisselstroom op het elektriciteitsnet beschikbaar is, worden de relaiscontacten op hun respectievelijke N / C-punten geplaatst (normaal gesloten). Dit verbindt de afvoeren van de MOSFET's met de primaire transformator en de apparaten of de belasting met de secundaire van de transformator.

De unit gaat in de omvormermodus en begint de vereiste 220 V AC of 120 V AC uit de batterij te genereren.

De relaisspoelen worden gevoed door een eenvoudige ruwe olie transformatorloos (capacitief) voedingscircuit met behulp van een 2uF / 400V druppelcondensator.

De voeding hoeft niet gestabiliseerd of goed geregeld te zijn omdat de belasting de vorm heeft van de relaisspoelen die behoorlijk zwaar zijn en gemakkelijk de inschakelpiek van de 2uF-condensator kunnen weerstaan.

De spoel voor het RL1-relais dat de AC-zijde van het lichtnet van de transformator bestuurt, kan gezien worden aangesloten voor een blokkeerdiode, terwijl de spoel van RL2 die de MOSFET-zijde bestuurt achter de diode en parallel aan een grote condensator is geplaatst.

Dit wordt met opzet gedaan om een ​​klein vertragingseffect voor RL2 te creëren, of om ervoor te zorgen dat RL1 vóór RL2 AAN en UIT schakelt. Dit is uit veiligheidsoverwegingen en om ervoor te zorgen dat de MOSFET's nooit worden onderworpen aan de omgekeerde laadtoevoer wanneer het relais van de omvormermodus naar de laadmodus gaat.

Veiligheidssuggesties

Zoals we weten, werkt de transformator in elk invertercircuit als een zware inductieve belasting. Wanneer zo'n zware inductieve belasting met een frequentie wordt geschakeld, genereert het ongetwijfeld een enorme hoeveelheid stroompieken die potentieel gevaarlijk kunnen zijn voor de gevoelige elektronica en de betrokken IC's.

Om een ​​goede veiligheid van de elektronische tafel te garanderen, kan het belangrijk zijn om sectie 7812 op de volgende manier te wijzigen:

Voor een 12V-toepassing kunt u het bovenstaande piekbeveiligingscircuit reduceren tot de volgende versie:

Batterij, MOSFET en transformator Bepaal het wattage

We hebben dit vaak via verschillende berichten besproken dat het de transformator, de batterij en de MOSFET-beoordelingen zijn die daadwerkelijk bepalen hoeveel stroom een ​​omvormer kan produceren.

We hebben het al gehad over de batterijberekeningen in de vorige paragrafen, laten we nu eens kijken hoe de transformator kan worden berekend als aanvulling op het vereiste vermogen.

Het is eigenlijk heel simpel. Aangezien de spanning 24 V moet zijn en het vermogen 500 watt, geeft het delen van 500 door 24 20,83 ampère. Dit betekent dat het vermogen van de transformatorversterker hoger moet zijn dan 21 ampère, bij voorkeur tot 25 ampère.

Omdat we echter dezelfde transformator gebruiken voor zowel laad- als omvormermodi, moeten we de spanning zo selecteren dat deze optimaal bij beide bewerkingen past.

Een 20-0-20 V voor de primaire zijde lijkt een goed compromis te zijn, in feite is het de ideale beoordeling voor de algehele werking van de omvormer in beide modi.

Aangezien er slechts één halve wikkeling wordt gebruikt voor het opladen van de batterij, kan de 20 V RMS-classificatie van de transformator worden gebruikt om een ​​piekstroom van 20 x 1,41 = 28,2 V over de batterij te krijgen met behulp van de bijbehorende filtercondensator die over de batterij is aangesloten. terminals. Deze spanning laadt de batterij met een goede snelheid en met de juiste snelheid op.

In de omvormermodus, wanneer de batterij ongeveer 26 V heeft, kan de output van de omvormer 24/26 = 220 / Out zijn

Uit = 238 V

Dit ziet er uit als een gezonde output terwijl de batterij optimaal is opgeladen, en zelfs als de batterij zakt naar 23 V, kan de output naar verwachting een gezonde 210V ondersteunen

MOSFET berekenen : MOSFET's werken in principe als schakelaars die niet mogen branden tijdens het schakelen van de nominale hoeveelheid stroom, en ook niet mogen opwarmen vanwege de verhoogde weerstand tegen schakelstromen.

Om aan de bovenstaande aspecten te voldoen, moeten we ervoor zorgen dat de huidige verwerkingscapaciteit of de ID-specificatie van de MOSFET meer dan 25 ampère is voor onze 500 watt-omvormer. Ook om hoge dissipatie en inefficiënt schakelen te voorkomen, moet de RDSon-specificatie van de MOSFET zo laag mogelijk zijn.

Het apparaat dat in het diagram wordt weergegeven, is IRF3205 , die een ID heeft van 110 ampère en RDSon van 8 milliohm (0,008 Ohm), wat er eigenlijk behoorlijk indrukwekkend uitziet en perfect geschikt is voor dit omvormerproject.

Onderdelen lijst

Om de bovenstaande 500 watt omvormer met acculader te maken, heb je de volgende stuklijst nodig:

• IC 4047 = 1
• Weerstanden
• 56K = 1
• 10 ohm = 2
• Condensator 0.1uF = 1
• Condensator 4700uF / 50 V = 1 (over de accupolen)
• MOSFET's IRF3205 = 2
• Diode 20 amp = 1
• Heatsink voor de MOSFET's = Large Finned Type
• Blokkerende diode over MOSFET's Drain / Source = 1N5402 (Sluit ze aan op de drain / source van elke MOSFET voor extra bescherming tegen omgekeerde EMF van de primaire transformator. Kathode gaat naar de afvoerpen.
• Relais DPDT 40 amp = 2 nrs

Upgraden naar gemodificeerde sinusomvormer

De hierboven besproken blokgolfversie kan effectief worden omgezet in een gemodificeerde sinusgolf 500 watt invertercircuit met sterk verbeterde outputgolfvorm.

Hiervoor gebruiken we de eeuwenoude IC 555 en IC 741 combinatie voor het vervaardigen van de beoogde sinusgolfvorm.

Het volledige circuit met acculader wordt hieronder weergegeven:

Het idee is hetzelfde dat is toegepast in een paar van de andere sinusomvormerontwerpen op deze website. Het is om de poort van de vermogens-MOSFET's te hakken met berekende SPWM, zodat een gerepliceerde SPWM met hoge stroom wordt geoscilleerd over de push-pull-wikkeling van de primaire transformator.

De IC 741 wordt gebruikt als een vergelijker die twee driehoeksgolven over zijn twee ingangen vergelijkt. De langzame basisdriehoekgolf wordt verkregen van de IC 4047 Ct-pin, terwijl de snelle driehoeksgolf wordt afgeleid van een externe IC 555 astabiele tafel. Het resultaat is een berekende SPWM op pin6 van de IC 741. Deze SPWM wordt gehakt aan de poorten van de vermogens-MOSFET's die door de transformator op dezelfde SPWM-frequentie schakelen.

Dit resulteert in de secundaire zijde met een zuivere sinusgolfuitgang (na enige filtratie).

Volledig brugontwerp

De volledige brugversie voor het bovenstaande concept kan worden gebouwd met behulp van de onderstaande configuratie:

Eenvoudigheidshalve is een automatische uitschakeling van de batterij niet inbegrepen, dus het is aan te bevelen om de voeding UIT te schakelen zodra de batterijspanning het volledige laadniveau bereikt. Of u kunt een passend gloeilamp in serie met de positieve laadlijn van de batterij, om een ​​veilig opladen van de batterij te garanderen.

Als u vragen of twijfels heeft over het bovenstaande concept, is het opmerkingenveld hieronder helemaal van u.