Circuit inversor de 500 watts amb carregador de bateria

En aquest post analitzarem de forma exhaustiva com construir un circuit inversor de 500 watts amb un escenari de carregador de bateria automàtic integrat.

Més endavant en l'article també aprendrem com actualitzar el sistema per a càrregues més altes i com millorar en una versió d'ona sinusoïdal pura.

Aquest inversor de potència de 500 watts convertirà un 12 V CC o 24 V CC d’una bateria de plom àcid a 220 V o 120 V CA, que es pot utilitzar per alimentar tot tipus de càrregues, des de llums CFL, bombetes LED, ventiladors, escalfadors , motors, bombes, mescladors, ordinadors, etc.

Disseny bàsic

An es pot dissenyar un inversor de moltes maneres diferents, simplement substituint l’etapa de l’oscil·lador per un altre tipus d’etapa de l’oscil·lador, segons les preferències de l’usuari.

L’etapa de l’oscil·lador és bàsicament un multivibrador astable que podria estar utilitzant circuits integrats o transistors.

Tot i que un oscil·lador basat en astable es pot dissenyar de diverses maneres, farem servir aquí l’opció IC 4047, ja que és un xip astable versàtil, precís i especialitzat dissenyat específicament per a aplicacions com els inversors.

Utilitzant IC 4047

Fent qualsevol inversor mitjançant l'IC 4047 és probablement l’opció més recomanable a causa de l’alta precisió i llegibilitat de l’IC. El dispositiu és un oscil·lador versàtil IC que proporciona una sortida de doble empenta o xancla a través del pin10 i el pin11, i també una sortida d’ona quadrada al pin13.

CIRCUIT BÀSIC

Un inversor bàsic de 500 watts amb una sortida d’ona quadrada pot ser tan senzill com l’anterior. Tanmateix, per actualitzar-lo amb un carregador de bateria, és possible que hàgim d’utilitzar un transformador de carregador adequat segons les especificacions de la bateria.

Abans d’aprendre la configuració del carregador, coneixem primer les especificacions de bateria necessàries per a aquest projecte.

Per una de les nostres publicacions anteriors, sabem que la velocitat de càrrega i descàrrega més adequada d’una bateria de plom àcid hauria d’estar a 0,1C o a una corrent de subministrament que sigui 10 vegades inferior a la classificació Ah de la bateria. Això implica que per obtenir una còpia de seguretat mínima de 7 hores amb una càrrega de 500 watts, la bateria Ah es podria calcular de la següent manera

El corrent de funcionament necessari per a una càrrega de 500 watts d’una bateria de 12V serà de 500/12 = 41 amperes aproximadament

Aquest 41 amperis ha de durar 7 hores, cosa que implica que la bateria Ah ha de ser = 41 x 7 = 287 Ah. Tanmateix, a la vida real haurà de ser, com a mínim, de 350 Ah.

Per a una bateria de 24 V, això pot baixar fins a un 50% menys a 200 Ah. És precisament per això que sempre s’aconsella una tensió de funcionament més elevada a mesura que la potència nominal de l’inversor arriba al costat superior.

Utilitzant bateria de 24 V.

Per tal de mantenir la bateria i la mida del transformador més reduïda i els cables més prims, és possible que vulgueu utilitzar una bateria de 24 V per al funcionament del disseny de 500 watts proposat.

El disseny bàsic es mantindrà tal qual, excepte a 7812 IC afegit al circuit IC 4047, com es mostra a continuació:

Diagrama esquemàtic

Carregador de bateria

Per mantenir el disseny senzill però eficaç, he evitat l'ús d'un tall automàtic per al carregador de bateria aquí, i també hem assegurat que s'utilitza un únic transformador comú per a les operacions del convertidor i del convertidor.

A continuació es pot veure el diagrama complet del circuit per al convertidor de 500 watts proposat amb carregador de bateria:

El mateix concepte ja s'ha discutit amb deteniment en una de les altres publicacions relacionades, a les quals podeu consultar informació addicional.

Bàsicament, el convertidor utilitza el mateix transformador per carregar la bateria i per convertir la potència de la bateria en una sortida de 220 V CA. L'operació s'implementa a través d'una xarxa de canvi de relé, que alterna alternativament el bobinat del transformador al mode de càrrega i al mode inversor.

Com funciona

Quan la xarxa de CA no està disponible, els contactes del relé es col·loquen als seus respectius punts N / C (normalment tancats). Això connecta els desguassos dels MOSFET amb el transformador primari i els aparells o la càrrega es connecten amb el secundari del transformador.

La unitat entra en mode inversor i comença a generar la bateria necessària de 220 V CA o 120 V CA

Les bobines del relé s’alimenten d’un simple cru circuit d'alimentació sense transformador (capacitiu) utilitzant un condensador de caiguda de 2uF / 400V.

No es requereix que el subministrament estigui estabilitzat ni estigui ben regulat perquè la càrrega es realitza en forma de bobines de relés que són força resistents i suportaran fàcilment l’augment d’interruptor del condensador 2uF.

La bobina per al relé RL1 que controla el costat de corrent altern del transformador es pot veure connectada abans d’un díode de bloqueig, mentre que la bobina de RL2 que controla el costat MOSFET es col·loca després del díode i en paral·lel a un condensador gran.

Això es fa intencionalment per crear un petit efecte de retard per a RL2, o per assegurar que RL1 s'encén i s'apaga abans de RL2. Això és per qüestions de seguretat i per garantir que els MOSFET mai no estiguin sotmesos al subministrament de càrrega inversa sempre que el relé passi del mode inversor al mode de càrrega.

Suggeriments de seguretat

Com sabem, en qualsevol circuit inversor el transformador funciona com una càrrega inductiva elevada. Quan una càrrega inductiva tan forta es commuta amb una freqüència, és probable que generi una quantitat massiva de pics de corrent que poden ser potencialment perillosos per a l'electrònica sensible i els circuits integrats implicats.

Per garantir una seguretat adequada a l’etapa electrònica, pot ser important modificar la secció 7812 de la manera següent:

Per a una aplicació de 12 V, podeu reduir el circuit de protecció contra pics anterior a la versió següent:

La bateria, el MOSFET i el transformador determinen la potència

Ho hem comentat moltes vegades a través de diferents missatges que el transformador, la bateria i les qualificacions MOSFET són les que realment decideixen la quantitat de potència que pot produir un inversor.

Ja hem parlat dels càlculs de la bateria en els paràgrafs anteriors, ara anem a veure com funciona es pot calcular el transformador per complementar la potència de sortida requerida.

En realitat és molt senzill. Com que se suposa que el voltatge és de 24 V i la potència és de 500 watts, la divisió de 500 amb 24 dóna 20,83 amperes. És a dir, la potència d'amplificador del transformador ha de ser superior a 21 amperes, preferiblement fins a 25 amperes.

Tanmateix, com que fem servir el mateix transformador tant per a modes de càrrega com per inversors, hem de seleccionar la tensió de manera que s’adapti òptimament a les dues operacions.

Un 20-0-20 V per al costat primari sembla ser un bon compromís, de fet és el valor ideal per al funcionament general de l’inversor en tots dos modes.

Com que només s’utilitza la meitat del bobinatge per carregar la bateria, la qualificació de 20 V RMS del transformador es pot utilitzar per obtenir un pic màxim de 20 x 1,41 = 28,2 V a través de la bateria amb l’ajut del condensador de filtre associat connectat a la bateria. terminals. Aquest voltatge carregarà la bateria a bona velocitat i a la velocitat correcta.

En el mode inversor, quan la bateria estigui al voltant dels 26 V, permetrà que la sortida de l'inversor sigui a 24/26 = 220 / Sortida

Sortida = 238 V

Sembla una sortida sana mentre la bateria es carrega de manera òptima i, fins i tot quan la bateria cau a 23 V, es pot esperar que la sortida mantingui una 210V sana

Càlcul de MOSFET : Els MOSFET funcionen bàsicament com a commutadors que no s’han de cremar mentre canvien la quantitat nominal de corrent i tampoc s’han d’escalfar a causa de l’augment de la resistència als corrents de commutació.

Per satisfer els aspectes anteriors, hem d'assegurar-nos que la capacitat de maneig actual o les especificacions d'identificació del MOSFET superin els 25 amperes del nostre inversor de 500 watts. També per evitar una alta dissipació i un canvi ineficient, les especificacions RDSon del MOSFET han de ser el més baixes possible.

El dispositiu que es mostra al diagrama és IRF3205 , que té una identificació de 110 amp i un RDSon de 8 miliohms (0,008 ohms), que en realitat sembla bastant impressionant i perfectament adequat per a aquest projecte d’inversors.

Llista de peces

Per fabricar l’inversor de 500 watts anterior amb carregador de bateries, necessitareu la següent llista de materials:

• IC 4047 = 1
• Resistències
• 56K = 1
• 10 ohms = 2
• Condensador 0,1uF = 1
• Condensador 4700uF / 50 V = 1 (a través dels terminals de la bateria)
• MOSFET IRF3205 = 2
• Diodo 20 amp = 1
• Dissipador de calor per als MOSFET = Tipus d’aletes grans
• Diode de bloqueig a través de MOSFET Drenatge / Font = 1N5402 (Si us plau, connecteu-los a través de drenatge / font de cada MOSFET per obtenir una protecció addicional contra CEM inversa des del transformador primari. El càtode anirà al passador de drenatge.
• Relleu DPDT 40 amp = 2 núms

Actualització a Inverter Sinewave modificat

La versió d'ona quadrada comentada anteriorment es pot convertir eficaçment en ona senoidal modificada Circuit inversor de 500 watts amb una forma d'ona de sortida molt millorada.

Per a això fem servir el vell IC 555 i IC 741 combinació per fabricar la forma d'ona sinusoïdal prevista.

A continuació es mostra el circuit complet amb carregador de bateria:

La idea és la mateixa que s’ha aplicat en alguns dels altres dissenys d’inversors d’ona sinusoïdal d’aquest lloc web. Es tracta de tallar la porta dels MOSFET de potència amb SPWM calculat de manera que un SPWM de corrent elevat replicat sigui oscil·lat a través del bobinatge push pull del transformador primari.

L'IC 741 s'utilitza com a comparador que compara dues ones triangulars a través de les seves dues entrades. L’ona triangular de base lenta s’adquireix del pin IC 4047 Ct, mentre que l’ona triangular ràpida es deriva d’una etapa estable IC 555 externa. El resultat és un SPWM calculat al pin6 de l'IC 741. Aquest SPWM es trosseja a les portes dels MOSFET de potència que commuta pel transformador a la mateixa freqüència SPWM.

Això resulta en el costat secundari amb una sortida d'ona sinusoïdal pura (després d'alguna filtració).

Disseny de pont complet

La versió completa del pont per al concepte anterior es pot construir utilitzant la configuració següent:

Per simplicitat, no s’inclou un tall automàtic de la bateria, per la qual cosa es recomana apagar el subministrament tan aviat com la tensió de la bateria assoleixi el nivell de càrrega total. O també podeu afegir-ne una adequada bombeta de filament en sèrie amb la línia positiva de càrrega de la bateria, per garantir una càrrega segura de la bateria.

Si teniu preguntes o dubtes sobre el concepte anterior, el quadre de comentaris següent és vostre.