Κύκλωμα μετατροπέα 500 Watt με φορτιστή μπαταρίας

Σε αυτήν την ανάρτηση θα συζητήσουμε διεξοδικά τον τρόπο κατασκευής ενός κυκλώματος μετατροπέα 500 watt με ενσωματωμένο στάδιο αυτόματου φορτιστή μπαταρίας.

Περαιτέρω στο άρθρο θα μάθουμε επίσης πώς να αναβαθμίσουμε το σύστημα για υψηλότερα φορτία και πώς να το βελτιώσουμε σε μια καθαρή έκδοση ημιτονοειδούς κύματος.

Αυτός ο μετατροπέας ισχύος 500 watt θα μετατρέψει 12 V DC ή 24 V DC από μπαταρία μολύβδου οξέος σε 220 V ή 120 V AC, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία όλων των τύπων φορτίων, απευθείας από φώτα CFL, λαμπτήρες LED, ανεμιστήρες, θερμαντήρες , κινητήρες, αντλίες, αναμικτήρες, υπολογιστές και ούτω καθεξής.

Βασικό σχέδιο

Ενα ο μετατροπέας μπορεί να σχεδιαστεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, απλώς αντικαθιστώντας το στάδιο ταλαντωτή με άλλο είδος σταδίου ταλαντωτών, σύμφωνα με τις προτιμήσεις του χρήστη.

Το στάδιο του ταλαντωτή είναι βασικά ένα ασυμβίβαστος πολυ-δονητής που θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν ICs ή τρανζίστορ.

Παρόλο που ένας ταλαντωτής με βάση τον αστραπτό μπορεί να σχεδιαστεί με διάφορους τρόπους, θα χρησιμοποιήσουμε την επιλογή IC 4047 εδώ, καθώς είναι ένα ευέλικτο, ακριβές και ένα εξειδικευμένο τσιπ astable που έχει σχεδιαστεί ειδικά για εφαρμογές όπως οι αντιστροφείς.

Χρησιμοποιώντας IC 4047

Δημιουργία μετατροπέα χρησιμοποιώντας το IC 4047 είναι ίσως η πιο συνιστώμενη επιλογή λόγω της υψηλής ακρίβειας και της αναγνωσιμότητας του IC. Η συσκευή είναι ένα ευέλικτο IC ταλαντωτή που παρέχει έξοδο διπλής ώθησης ή flip flop στους ακροδέκτες 10 και pin11, καθώς και έξοδο απλού τετραγωνικού κύματος στο pin13.

ΒΑΣΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ

Ένας βασικός μετατροπέας 500 watt με έξοδο τετραγωνικού κύματος μπορεί να είναι τόσο απλός όσο παραπάνω. Ωστόσο, για να τον αναβαθμίσουμε με φορτιστή μπαταρίας, ίσως χρειαστεί να χρησιμοποιήσουμε έναν μετασχηματιστή φορτιστή ονομασμένο σύμφωνα με τις προδιαγραφές της μπαταρίας.

Πριν μάθετε τη διαμόρφωση του φορτιστή ας μάθουμε πρώτα τις προδιαγραφές της μπαταρίας που απαιτούνται για αυτό το έργο.

Από μια από τις προηγούμενες δημοσιεύσεις μας γνωρίζουμε ότι ο πιο κατάλληλος ρυθμός φόρτισης και εκφόρτισης μιας μπαταρίας μολύβδου οξέος θα πρέπει να είναι 0,1C ή σε ρεύμα τροφοδοσίας που είναι 10 φορές μικρότερο από την βαθμολογία Ah της μπαταρίας. Αυτό σημαίνει ότι για να λάβετε αντίγραφα ασφαλείας τουλάχιστον 7 ωρών με φορτίο 500 watt, η μπαταρία Ah θα μπορούσε να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τρόπο

Το απαιτούμενο ρεύμα λειτουργίας για φορτίο 500 watt από μπαταρία 12V θα είναι 500/12 = 41 Amps περίπου

Αυτό το 41 amp πρέπει να διαρκέσει για 7 ώρες, υπονοεί ότι η μπαταρία Ah πρέπει να είναι = 41 x 7 = 287 Ah. Ωστόσο, στην πραγματική ζωή, αυτό θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 350 Ah.

Για μια μπαταρία 24 V, αυτό μπορεί να μειωθεί στο 50% λιγότερο στα 200 Ah. Αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο συνιστάται πάντα υψηλότερη τάση λειτουργίας, καθώς η ισχύς του μετατροπέα αυξάνεται στην υψηλότερη πλευρά.

Χρήση μπαταρίας 24 V

Για να διατηρήσετε την μπαταρία και το μέγεθος του μετασχηματιστή μικρότερο και πιο αδύνατα τα καλώδια, ίσως θελήσετε να χρησιμοποιήσετε μια μπαταρία 24 V για τη λειτουργία της προτεινόμενης σχεδίασης 500 watt.

Ο βασικός σχεδιασμός θα παραμείνει ως έχει, εκτός από το a 7812 IC προστέθηκε στο κύκλωμα IC 4047, όπως φαίνεται παρακάτω:

Σχηματικό διάγραμμα

Φορτιστής μπαταρίας

Για να διατηρήσω τον σχεδιασμό απλό αλλά αποτελεσματικό, απέφυγα τη χρήση ενός αυτόματη διακοπή για το φορτιστή μπαταρίας εδώ, και έχουν επίσης εξασφαλίσει ότι χρησιμοποιείται ένας ενιαίος μετασχηματιστής για τις λειτουργίες μετατροπέα και φορτιστή.

Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος για τον προτεινόμενο μετατροπέα 500 watt με φορτιστή μπαταρίας φαίνεται παρακάτω:

Η ίδια ιδέα έχει ήδη συζητηθεί περίπλοκα σε μία από τις άλλες σχετικές δημοσιεύσεις, στις οποίες μπορείτε να ανατρέξετε για πρόσθετες πληροφορίες.

Βασικά, ο μετατροπέας χρησιμοποιεί το ίδιο μετασχηματιστή για φόρτιση της μπαταρίας και για τη μετατροπή της ισχύος της μπαταρίας σε έξοδο AC 220 V. Η λειτουργία πραγματοποιείται μέσω ενός δικτύου εναλλαγής ρελέ, το οποίο εναλλάσσει εναλλακτικά το τύλιγμα του μετασχηματιστή σε λειτουργία φόρτισης και λειτουργία μετατροπέα.

Πως δουλεύει

Όταν το δίκτυο AC δεν είναι διαθέσιμο, οι επαφές του ρελέ τοποθετούνται στα αντίστοιχα σημεία N / C (κανονικά κλειστά). Αυτό συνδέει τους αγωγούς των MOSFET με τον πρωτεύοντα μετασχηματιστή και οι συσκευές ή το φορτίο συνδέονται με το δευτερεύον του μετασχηματιστή.

Η μονάδα μπαίνει σε λειτουργία μετατροπέα και αρχίζει να παράγει τα απαιτούμενα 220V AC ή 120 V AC από την μπαταρία.

Τα πηνία ρελέ τροφοδοτούνται από ένα απλό αργό κύκλωμα τροφοδοσίας χωρίς μετασχηματιστή (χωρητικό) χρησιμοποιώντας έναν πυκνωτή πτώσης 2uF / 400V.

Η τροφοδοσία δεν απαιτείται να σταθεροποιηθεί ή να ρυθμιστεί καλά, επειδή το φορτίο έχει τη μορφή των πηνίων ρελέ τα οποία είναι αρκετά βαριά και θα αντέχουν εύκολα στην έξοδο ON από τον πυκνωτή 2uF.

Το πηνίο για το ρελέ RL1 που ελέγχει την πλευρά εναλλασσόμενου ρεύματος του μετασχηματιστή μπορεί να φανεί συνδεδεμένο πριν από μια δίοδο μπλοκαρίσματος, ενώ το πηνίο του RL2 που ελέγχει την πλευρά MOSFET τοποθετείται μετά τη δίοδο και παράλληλα με έναν μεγάλο πυκνωτή.

Αυτό γίνεται σκόπιμα για να δημιουργήσετε ένα εφέ μικρής καθυστέρησης για το RL2 ή για να διασφαλίσετε ότι το RL1 ενεργοποιεί και απενεργοποιεί πριν από το RL2. Αυτό γίνεται για λόγους ασφάλειας και για να διασφαλιστεί ότι τα MOSFET δεν υπόκεινται ποτέ στην τροφοδοσία αντίστροφης φόρτισης όποτε το ρελέ μετακινείται από τη λειτουργία μετατροπέα στη λειτουργία φόρτισης.

Προτάσεις ασφάλειας

Όπως γνωρίζουμε, σε οποιοδήποτε κύκλωμα μετατροπέα ο μετασχηματιστής λειτουργεί σαν ένα βαρύ επαγωγικό φορτίο. Όταν ένα τέτοιο βαρύ επαγωγικό φορτίο αλλάζει με συχνότητα, είναι υποχρεωμένο να παράγει ένα τεράστιο άκρο ρεύματος που μπορεί να είναι δυνητικά επικίνδυνο για τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά και τα εμπλεκόμενα IC.

Για να διασφαλιστεί η σωστή ασφάλεια στο ηλεκτρονικό στάδιο, μπορεί να είναι σημαντικό να τροποποιήσετε την ενότητα 7812 με τον ακόλουθο τρόπο:

Για μια εφαρμογή 12V, μπορείτε να μειώσετε το παραπάνω κύκλωμα προστασίας ακίδων στην ακόλουθη έκδοση:

Η μπαταρία, το MOSFET και ο μετασχηματιστής καθορίζουν την ισχύ

Αυτό το έχουμε συζητήσει πολλές φορές μέσω διαφορετικών δημοσιεύσεων ότι ο μετασχηματιστής, η μπαταρία και οι αξιολογήσεις MOSFET αποφασίζουν πραγματικά πόση ισχύ μπορεί να παράγει ένας μετατροπέας.

Έχουμε ήδη μιλήσει για τους υπολογισμούς της μπαταρίας στις προηγούμενες παραγράφους, τώρα ας δούμε πώς ο μετασχηματιστής μπορεί να υπολογιστεί για τη συμπλήρωση της απαιτούμενης ισχύος.

Είναι πραγματικά πολύ απλό. Δεδομένου ότι η τάση υποτίθεται ότι είναι 24 V και ισχύ 500 watt, η διαίρεση 500 με 24 δίνει 20,83 αμπέρ. Δηλαδή η βαθμολογία ενισχυτή μετασχηματιστή πρέπει να είναι πάνω από 21 amp, κατά προτίμηση έως 25 amp.

Ωστόσο, δεδομένου ότι χρησιμοποιούμε τον ίδιο μετασχηματιστή τόσο για τις λειτουργίες φόρτισης όσο και για τον μετατροπέα, πρέπει να επιλέξουμε την τάση με τέτοιο τρόπο ώστε να ταιριάζει βέλτιστα και στις δύο λειτουργίες.

Ένα 20-0-20 V για την κύρια πλευρά φαίνεται να είναι ένας καλός συμβιβασμός, στην πραγματικότητα είναι η ιδανική βαθμολογία για τη συνολική λειτουργία του μετατροπέα και στις δύο λειτουργίες.

Δεδομένου ότι χρησιμοποιείται μόνο ένα μισό τύλιγμα για τη φόρτιση της μπαταρίας, η βαθμολογία 20 V RMS του μετασχηματιστή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη 20 x 1,41 = 28,2 V αιχμής Dc κατά μήκος της μπαταρίας με τη βοήθεια του συνδεδεμένου πυκνωτή φίλτρου συνδεδεμένου κατά μήκος της μπαταρίας τερματικά. Αυτή η τάση θα φορτίσει την μπαταρία με καλό ρυθμό και με τη σωστή ταχύτητα.

Στη λειτουργία μετατροπέα, όταν η μπαταρία είναι περίπου 26 V, θα επιτρέψει στην έξοδο του μετατροπέα να είναι 24/26 = 220 / Έξοδος

Έξοδος = 238 V

Αυτό δείχνει μια υγιή έξοδο ενώ η μπαταρία φορτίζεται βέλτιστα και ακόμη και όταν η μπαταρία πέσει στα 23 V, η έξοδος αναμένεται να διατηρήσει μια υγιή 210V

Υπολογισμός MOSFET : Τα MOSFET λειτουργούν βασικά σαν διακόπτες που δεν πρέπει να καίγονται κατά την αλλαγή της ονομαστικής ποσότητας ρεύματος και επίσης δεν πρέπει να θερμαίνονται λόγω της αυξημένης αντίστασης στα ρεύματα εναλλαγής.

Για να ικανοποιήσουμε τις παραπάνω πτυχές, πρέπει να διασφαλίσουμε ότι η τρέχουσα χωρητικότητα χειρισμού ή η προδιαγραφή ID του MOSFET είναι πάνω από 25 amp για τον μετατροπέα 500 watt. Επίσης, για να αποφευχθεί η υψηλή απορρόφηση και η αναποτελεσματική εναλλαγή της προδιαγραφής RDSon του MOSFET πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη.

Η συσκευή που φαίνεται στο διάγραμμα είναι IRF3205 , το οποίο έχει ID 110 amp και RDSon 8 milliohms (0,008 Ohms), το οποίο στην πραγματικότητα φαίνεται αρκετά εντυπωσιακό και απόλυτα κατάλληλο για αυτό το έργο μετατροπέα.

Λίστα ανταλλακτικών

Για να δημιουργήσετε τον παραπάνω μετατροπέα 500 watt με φορτιστή μπαταρίας, θα χρειαστείτε τον ακόλουθο λογαριασμό υλικών:

• IC 4047 = 1
• Αντιστάσεις
• 56Κ = 1
• 10 ohms = 2
• Πυκνωτής 0.1uF = 1
• Πυκνωτής 4700uF / 50 V = 1 (στα άκρα των μπαταριών)
• MOSFETs IRF3205 = 2
• Δίοδος 20 amp = 1
• Heatsink για τα MOSFETs = Large Finned Type
• Αποκλεισμός διόδου σε MOSFET Αποστράγγιση / Πηγή = 1N5402 (Συνδέστε τα σε όλη την αποστράγγιση / πηγή κάθε MOSFET για πρόσθετη προστασία έναντι του αντίστροφου EMF από το πρωτεύον του μετασχηματιστή. Η Cathode θα μεταβεί στον πείρο αποστράγγισης.
• Ρελέ DPDT 40 amp = 2 αριθ

Αναβάθμιση σε τροποποιημένο μετατροπέα Sinewave

Η έκδοση τετραγωνικού κύματος που συζητήθηκε παραπάνω μπορεί να μετατραπεί αποτελεσματικά σε α τροποποιημένο κύμα Κύκλωμα μετατροπέα 500 watt με πολύ βελτιωμένη κυματομορφή εξόδου.

Γι 'αυτό χρησιμοποιούμε το παλιό IC 555 και IC 741 συνδυασμός για την κατασκευή της προβλεπόμενης ημιτονοειδούς κυματομορφής.

Το πλήρες κύκλωμα με φορτιστή μπαταρίας δίνεται παρακάτω:

Η ιδέα είναι η ίδια που έχει εφαρμοστεί σε μερικά από τα άλλα σχέδια μετατροπέα sinewave σε αυτόν τον ιστότοπο. Είναι να κόψετε την πύλη των MOSFET ισχύος με υπολογισμένο SPWM έτσι ώστε ένα επαναλαμβανόμενο υψηλό ρεύμα SPWM να ταλαντεύεται κατά μήκος της ελικοειδούς περιέλιξης του πρωτεύοντος μετασχηματιστή.

Το IC 741 χρησιμοποιείται ως συγκριτής που συγκρίνει δύο τριγωνικά κύματα στις δύο εισόδους του. Το κύμα τριγώνου αργής βάσης αποκτάται από τον πείρο IC 4047 Ct, ενώ το κύμα γρήγορου τριγώνου προέρχεται από ένα εξωτερικό στάνταρ IC 555. Το αποτέλεσμα είναι ένα υπολογισμένο SPWM στον ακροδέκτη 6 του IC 741. Αυτό το SPWM κόβεται στις πύλες των MOSFET ισχύος που αλλάζει από τον μετασχηματιστή στην ίδια συχνότητα SPWM.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δευτερεύουσα πλευρά με καθαρή έξοδο κύματος (μετά από κάποια διήθηση).

Σχεδιασμός πλήρους γέφυρας

Η πλήρης έκδοση γεφύρωσης για την παραπάνω ιδέα μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας την παρακάτω δοθείσα διαμόρφωση:

Για λόγους απλότητας, δεν περιλαμβάνεται αυτόματη διακοπή της μπαταρίας, γι 'αυτό συνιστάται να απενεργοποιήσετε την παροχή μόλις η τάση της μπαταρίας φτάσει στο επίπεδο πλήρους φόρτισης. Ή εναλλακτικά μπορείτε να προσθέσετε κατάλληλα λαμπτήρας νήματος σε σειρά με τη θετική γραμμή φόρτισης της μπαταρίας, για να διασφαλιστεί η ασφαλής φόρτιση της μπαταρίας.

Εάν έχετε ερωτήσεις ή αμφιβολίες σχετικά με την παραπάνω ιδέα, το παρακάτω πλαίσιο σχολίων είναι όλα δικά σας.