3 migliori circuiti inverter senza trasformatore

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Come suggerisce il nome, un circuito inverter che converte un ingresso CC in CA senza dipendere da un induttore o da un trasformatore è chiamato inverter senza trasformatore.

Poiché non viene utilizzato un trasformatore basato su induttore, la CC in ingresso è normalmente uguale al valore di picco della CA generata all'uscita dell'inverter.



Il post ci aiuta a capire 3 circuiti inverter progettati per funzionare senza l'utilizzo di un trasformatore e utilizzando una rete IC full bridge e un circuito generatore SPWM.

Inverter senza trasformatore che utilizza IC 4047

Cominciamo con una topologia H-Bridge che è probabilmente la più semplice nella sua forma. Tuttavia, tecnicamente non è l'ideale e non è raccomandato, poiché è progettato utilizzando mosfet a canale p / n. I mosfet del canale P sono usati come mosfet del lato alto e il canale n come lato basso.



Poiché i mosfet a canale p vengono utilizzati sul lato alto, il bootstrap diventa inutile, e questo semplifica molto il design. Ciò significa anche che questo design non deve dipendere da circuiti integrati per driver speciali.

Sebbene il design sembri bello e accattivante, ha un pochi svantaggi sottostanti . Ed è proprio per questo che questa topologia viene evitata nelle unità professionali e commerciali.

Detto questo, se è costruito correttamente può servire allo scopo per applicazioni a bassa frequenza.

Ecco il circuito completo che utilizza IC 4047 come generatore di frequenza totem pole astabile

Elenco delle parti

Tutti i resistori sono da 1/4 watt 5%

  • R1 = 56k
  • C1 = 0,1uF / PPC
  • Resistore IC pin10 / 11 = 330 ohm - 2nos
  • Resistori di gate MOSFET = 100k - 2nos
  • Optoaccoppiatori = 4N25 - 2 n
  • MOSFET a canale P superiore = FQP4P40 - 2nos
  • MOSFET a canale N inferiore = IRF740 = 2nos
  • Diodi Zener = 12V, 1/2 watt - 2 nn

L'idea successiva è anche un circuito h-bridge, ma questo utilizza i mosfet a canale n consigliati. Il circuito è stato richiesto dal Sig. Ralph Wiechert

Specifiche principali

Saluti da Saint Louis, Missouri.
Saresti disposto a collaborare un progetto inverter ? Ti pagherei per un design e / o il tuo tempo, se lo desideri.

Ho una Prius del 2012 e del 2013 e mia madre ha una Prius del 2007. La Prius è unica in quanto dispone di un pacco batteria ad alta tensione da 200 VDC (nominale). I proprietari di Prius in passato hanno sfruttato questo pacco batteria con inverter standard per produrre le loro tensioni native ed eseguire strumenti ed elettrodomestici. (Qui negli Stati Uniti, 60 Hz, 120 e 240 V CA, come sono sicuro che tu sappia). Il problema è che quegli inverter non sono più fatti, ma la Prius lo è ancora.

Ecco un paio di inverter che sono stati utilizzati in passato per questo scopo:

1) PWRI2000S240VDC (Vedi allegato) Non più in produzione!

2) Emerson Liebert Upstation S (Questo è in realtà un UPS, ma si rimuove il pacco batteria, che era 192 VDC nominali.) (Vedere allegato.) Non più prodotto!

Idealmente, sto cercando di progettare un inverter continuo da 3000 Watt, onda sinusoidale pura, uscita 60 Hz, 120 VAC (con 240 VAC a fase divisa, se possibile) e senza trasformatore. Forse 4000-5000 Watt di picco. Ingresso: 180-240 VDC. Una bella lista dei desideri, lo so.

Sono un ingegnere meccanico, con una certa esperienza nella costruzione di circuiti e nella programmazione di microcontrollori Picaxe. Non ho molta esperienza nella progettazione di circuiti da zero. Sono disposto a provare e a fallire, se necessario!

Il design

In questo blog ho già discusso più di 100 progetti e concetti di inverter , la richiesta di cui sopra può essere facilmente eseguita modificando uno dei miei progetti esistenti e provato per l'applicazione data.

Per qualsiasi progetto senza trasformatore, devono essere inclusi un paio di elementi di base per l'implementazione: 1) L'inverter deve essere un inverter a ponte intero che utilizza un driver a ponte completo e 2) l'alimentazione CC in ingresso deve essere uguale alla tensione di picco in uscita richiesta livello.

Incorporando i due fattori di cui sopra, un progetto di inverter da 3000 watt di base può essere visto nel diagramma seguente, che ha un forma d'onda di uscita sinusoidale pura caratteristica.

Inverter a onda sinusoidale 3kva senza trasformatore circuito a ponte intero

I dettagli di funzionamento dell'inverter possono essere compresi con l'aiuto dei seguenti punti:

Il basic o il configurazione standard full bridge inverter è formato dal driver bridge completo IC IRS2453 e dalla rete mosfet associata.

Calcolo della frequenza dell'inverter

La funzione di questo stadio è di far oscillare il carico connesso tra i mosfet ad un dato tasso di frequenza determinato dai valori della rete Rt / Ct.

I valori di questi componenti di temporizzazione RC possono essere impostati dalla formula: f = 1 / 1.453 x Rt x Ct dove Rt è in Ohm e Ct in Farads. Dovrebbe essere impostato per raggiungere 60Hz per completare l'uscita 120V specificata, in alternativa per specifiche 220V questo potrebbe essere cambiato a 50Hz.

Ciò può essere ottenuto anche attraverso alcuni tentativi pratici ed errori, valutando la gamma di frequenza con un frequenzimetro digitale.

Per ottenere un risultato sinusoidale puro, i gate mosfet low-side vengono scollegati dai rispettivi feed IC e vengono applicati allo stesso modo tramite uno stadio di buffer BJT, configurato per funzionare tramite un ingresso SPWM.

Generazione di SPWM

L'SPWM che sta per modulazione della larghezza dell'impulso sinusoidale è configurato attorno a un opamp IC e un singolo Geneartor IC 555 PWM.

Sebbene l'IC 555 sia configurato come PWM, l'uscita PWM dal suo pin n. 3 non viene mai utilizzata, piuttosto le onde triangolari generate attraverso il suo condensatore di temporizzazione vengono utilizzate per il carving degli SPWM. Qui uno dei campioni di onde triangolari dovrebbe essere molto più lento in frequenza e sincronizzato con la frequenza dell'IC principale, mentre l'altro deve essere onde triangolari più veloci, la cui frequenza determina essenzialmente il numero di pilastri che l'SPWM può avere.

L'opamp è configurato come un comparatore e viene alimentato con campioni di onde triangolari per elaborare gli SPWM richiesti. Un'onda triangolare che è quella più lenta viene estratta dal pinout Ct dell'IC principale IRS2453

L'elaborazione viene eseguita dall'opamp IC confrontando le due onde triangolari sui piedini di ingresso e l'SPWM generato viene applicato alle basi dello stadio buffer BJT.

I buffer BJT commutano in base agli impulsi SPWM e assicurano che anche i mosfet del lato basso siano commutati sullo stesso schema.

La commutazione di cui sopra consente all'uscita AC anche di commutare con un pattern SPWM per entrambi i cicli della forma d'onda di frequenza AC.

Selezione dei mosfet

Poiché viene specificato un inverter senza trasformatore da 3 kva, i mosfet devono essere classificati in modo appropriato per gestire questo carico.

Il mosfet numero 2SK 4124 indicato nel diagramma non sarà effettivamente in grado di sostenere un carico di 3kva perché questi sono classificati per gestire un massimo di 2kva.

Alcune ricerche in rete ci permettono di trovare il mosfet: IRFB4137PBF-ND che sembra buono per il funzionamento di carichi superiori a 3kva, grazie alla sua enorme potenza nominale a 300 V / 38 amp.

Poiché si tratta di un inverter da 3kva senza trasformatore, la questione della selezione del trasformatore viene eliminata, tuttavia le batterie devono essere adeguatamente dimensionate per produrre un minimo di 160 V con una carica moderata e circa 190 V quando completamente cariche.

Correzione automatica della tensione.

Una correzione automatica può essere ottenuta collegando una rete di feedback tra i terminali di uscita e il pinout Ct, ma ciò potrebbe non essere effettivamente richiesto perché i potenziometri IC 555 possono essere efficacemente utilizzati per fissare l'RMS della tensione di uscita, e una volta impostato il ci si può aspettare che la tensione di uscita sia assolutamente fissa e costante indipendentemente dalle condizioni di carico, ma solo fino a quando il carico non supera la capacità di potenza massima dell'inverter.

2) Inverter senza trasformatore con caricabatteria e controllo feedback

Il secondo schema circuitale di un inverter compatto senza trasformatore senza incorporare un ingombrante trasformatore in ferro è discusso di seguito. Invece di un trasformatore in ferro pesante, utilizza un induttore con nucleo in ferrite come mostrato nel seguente articolo. Lo schema non è stato progettato da me, mi è stato fornito da uno degli avidi lettori di questo blog, il signor Ritesh.

Il design è una configurazione completa con include la maggior parte delle funzionalità come dettagli dell'avvolgimento del trasformatore in ferrite , stadio indicatore di bassa tensione, impianto di regolazione della tensione di uscita ecc.

Circuito inverter con nucleo di ferrite senza trasformatore con interruzione della batteria scarica, controllo automatico del feedback

La spiegazione per il disegno sopra non è stata ancora aggiornata, cercherò di aggiornarla presto, nel frattempo puoi fare riferimento allo schema e chiarire i tuoi dubbi tramite commento, se presente.

Inverter compatto senza trasformatore da 200 watt Design n. 3

Un terzo progetto di seguito mostra un circuito inverter da 200 watt senza trasformatore (senza trasformatore) utilizzando un ingresso a 310 V CC. È un design compatibile con l'onda sinusoidale.

introduzione

Gli inverter come sappiamo sono dispositivi che convertono o piuttosto invertono una sorgente CC a bassa tensione in un'uscita CA ad alta tensione.

L'uscita AC ad alta tensione prodotta è generalmente dell'ordine dei livelli di tensione di rete locali. Tuttavia, il processo di conversione da bassa tensione ad alta tensione richiede invariabilmente l'inclusione di trasformatori pesanti e voluminosi. Abbiamo un'opzione per evitarli e realizzare un circuito inverter senza trasformatore?

Sì, esiste un modo piuttosto semplice per implementare un progetto di inverter senza trasformatore.

Fondamentalmente l'inverter che utilizza una batteria a bassa tensione CC richiede di aumentarli alla tensione CA superiore prevista, il che a sua volta rende indispensabile l'inclusione di un trasformatore.

Ciò significa che se potessimo semplicemente sostituire l'ingresso CC a bassa tensione con un livello CC uguale al livello CA in uscita previsto, la necessità di un trasformatore potrebbe essere semplicemente eliminata.

Lo schema del circuito incorpora un ingresso CC ad alta tensione per il funzionamento di un semplice circuito inverter mosfet e possiamo vedere chiaramente che non è coinvolto alcun trasformatore.

Funzionamento del circuito

L'alta tensione CC è uguale all'uscita CA richiesta ottenuta disponendo in serie 18 piccole batterie da 12 volt.

La porta N1 proviene dall'IC 4093, N1 è stata configurata come oscillatore qui.

Poiché l'IC richiede una tensione operativa rigorosa compresa tra 5 e 15 volt, l'ingresso richiesto viene prelevato da una delle batterie da 12 volt e applicato alle relative pin out IC.

L'intera configurazione diventa così molto semplice ed efficiente ed elimina completamente la necessità di un trasformatore ingombrante e pesante.

Le batterie sono tutte da 12 volt, 4 AH che sono piuttosto piccole e anche se collegate insieme non sembrano coprire troppo spazio. Possono essere impilate strettamente per formare un'unità compatta.

L'uscita sarà di 110 V CA a 200 watt.

circuito inverter PWM senza trasformatore

Elenco delle parti

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

Aggiornamento a una versione Sinewave

Il semplice circuito inverter senza trasformatore 220V sopra discusso potrebbe essere aggiornato in un inverter a onda sinusoidale puro o vero semplicemente sostituendo l'oscillatore di ingresso con un circuito generatore di onde sinusoidali come mostrato di seguito:

Circuito inverter sinusoidale senza trasformatore da 200 watt

È possibile trovare l'elenco delle parti per l'oscillatore sinusoidale in questo post

Circuito inverter solare senza trasformatore

Il sole è una fonte importante e illimitata di energia pura che è disponibile sul nostro pianeta in modo assolutamente gratuito. Questo potere è fondamentalmente sotto forma di calore, tuttavia gli esseri umani hanno scoperto metodi per sfruttare la luce anche da questa enorme fonte per la produzione di energia elettrica.

Panoramica

Oggi l'elettricità è diventata la linfa vitale di tutte le città e anche delle zone rurali. Con l'esaurimento dei combustibili fossili, la luce solare promette di essere una delle principali fonti di energia rinnovabile a cui è possibile accedere direttamente da qualsiasi luogo e in tutte le circostanze su questo pianeta, gratuitamente. Impariamo uno dei metodi per convertire l'energia solare in elettricità per i nostri vantaggi personali.

In uno dei miei post precedenti ho discusso di un circuito inverter solare che aveva un approccio piuttosto semplice e incorporava una normale topologia inverter utilizzando un trasformatore.

I trasformatori come tutti sappiamo sono ingombranti, pesanti e possono diventare piuttosto scomodi per alcune applicazioni.
Nel progetto attuale ho cercato di eliminare l'uso di un trasformatore incorporando mosfet ad alta tensione e aumentando la tensione attraverso il collegamento in serie dei pannelli solari. Studiamo l'intera configurazione con l'aiuto dei seguenti punti:

Come funziona

Guardando lo schema del circuito dell'inverter senza trasformatore a base solare mostrato di seguito, possiamo vedere che fondamentalmente consiste di tre fasi principali, vale a dire. lo stadio oscillatore costituito dal versatile IC 555, lo stadio di uscita costituito da una coppia di mosfet di potenza ad alta tensione e lo stadio di erogazione di potenza che impiega il banco di pannelli solari, che viene alimentato in B1 e B2.

Schema elettrico

circuito inverter solare senza trasformatore

Poiché l'IC non può funzionare con tensioni superiori a 15 V, è ben protetto tramite un resistore di caduta e un diodo zener. Il diodo zener limita l'alta tensione dal pannello solare alla tensione zener di 15V collegata.

Tuttavia, i mosfet possono funzionare con la piena tensione di uscita solare, che può essere compresa tra 200 e 260 volt. In condizioni di cielo coperto la tensione potrebbe scendere ben al di sotto di 170 V, quindi probabilmente uno stabilizzatore di tensione può essere utilizzato in uscita per regolare la tensione di uscita in tali situazioni.

I mosfet sono di tipo N e P che formano una coppia per implementare le azioni push pull e per generare l'AC richiesto.

I mosfet non sono specificati nel diagramma, idealmente devono essere tarati a 450V e 5 ampere, ti imbatterai in molte varianti, se cerchi un po 'su google in rete.

I pannelli solari utilizzati devono avere una tensione a circuito aperto di circa 24 V in pieno sole e di circa 17 V durante i periodi di crepuscolo luminoso.

Come collegare i pannelli solari

pannelli solari in serie per applicazione inverter senza trasformatore

Elenco delle parti

R1 = 6K8
R2 = 140K
C1 = 0,1uF
Diodi = sono 1N4148
R3 = 10K, 10 watt,
R4, R5 = 100 Ohm, 1/4 watt
B1 e B2 = da pannello solare
Z1 = 5,1 V 1 watt

Usa queste formule per calcolare R1, R2, C1 ....

Aggiornare:

Il design IC 555 sopra potrebbe non essere così affidabile ed efficiente, un design molto affidabile può essere visto di seguito sotto forma di a circuito inverter completo del ponte H. . Ci si può aspettare che questo design fornisca risultati molto migliori rispetto al circuito IC 555 di cui sopra

4 inverter senza trasformatore basati su MOSFET

Un altro vantaggio dell'utilizzo del circuito sopra è che non è necessaria una disposizione a doppio pannello solare, piuttosto una singola alimentazione solare collegata in serie sarebbe sufficiente per far funzionare il circuito sopra per ottenere un'uscita a 220V.




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