Circuito inverter da 500 Watt con caricabatteria

In questo post discuteremo in modo esauriente come costruire un circuito inverter da 500 watt con uno stadio di carica batterie automatico integrato.

Più avanti nell'articolo impareremo anche come aggiornare il sistema per carichi più elevati e come potenziarlo in una versione a onda sinusoidale pura.

Questo inverter da 500 watt convertirà una batteria da 12 V CC o 24 V CC da una batteria al piombo a 220 V o 120 V CA, che può essere utilizzata per alimentare tutti i tipi di carichi, direttamente da luci CFL, lampadine LED, ventole, riscaldatori , motori, pompe, miscelatori, computer e così via.

Design di base

Un inverter può essere progettato in molti modi diversi, semplicemente sostituendo lo stadio dell'oscillatore con un altro tipo di stadio dell'oscillatore, secondo le preferenze dell'utente.

Lo stadio dell'oscillatore è fondamentalmente un file multivibratore astabile che potrebbe utilizzare circuiti integrati o transistor.

Sebbene un oscillatore basato su asta possa essere progettato in vari modi, qui utilizzeremo l'opzione IC 4047 poiché è un chip astabile versatile, preciso e specializzato progettato specificamente per applicazioni come gli inverter.

Utilizzando IC 4047

Realizzare qualsiasi inverter utilizzando l'IC 4047 è probabilmente l'opzione più consigliata a causa dell'elevata precisione e leggibilità dell'IC. Il dispositivo è un IC oscillatore versatile che fornisce un doppio output push pull o flip flop attraverso i suoi pin10 e pin11, e anche una singola uscita a onda quadra sul pin13.

CIRCUITO BASE

Un inverter di base da 500 watt con un'uscita a onda quadra può essere semplice come sopra da costruire. Tuttavia, per aggiornarlo con un caricabatteria potremmo dover utilizzare un trasformatore del caricabatteria valutato in modo appropriato secondo le specifiche della batteria.

Prima di apprendere la configurazione del caricabatterie, familiarizziamo prima con le specifiche della batteria richieste per questo progetto.

Da uno dei nostri post precedenti sappiamo che la velocità di carica e scarica più appropriata di una batteria al piombo acido dovrebbe essere a una velocità di 0,1 ° C o a una corrente di alimentazione 10 volte inferiore alla potenza nominale della batteria. Ciò implica che per ottenere un minimo di 7 ore di backup con un carico di 500 watt, la batteria Ah potrebbe essere calcolata nel modo seguente

La corrente operativa richiesta per un carico di 500 watt da una batteria da 12V sarà di 500/12 = 41 Amp circa

Questo 41 ampere deve durare per 7 ore, implica che la batteria Ah deve essere = 41 x 7 = 287 Ah. Tuttavia, nella vita reale questo dovrà essere di almeno 350 Ah.

Per una batteria da 24 V questo può scendere al 50% in meno a 200 Ah. Questo è esattamente il motivo per cui si consiglia sempre una tensione operativa più elevata poiché la potenza nominale dell'inverter sale sul lato più alto.

Utilizzo della batteria da 24 V.

Per mantenere le dimensioni della batteria e del trasformatore più piccole e i cavi più sottili, si consiglia di utilizzare una batteria da 24 V per il funzionamento del progetto da 500 watt proposto.

Il design di base rimarrebbe così com'è, tranne a 7812 IC aggiunto al circuito IC 4047, come mostrato di seguito:

Diagramma schematico

Caricabatterie

Per mantenere il design semplice ma efficace, ho evitato l'uso di un file spegnimento automatico del caricabatteria qui, e hanno anche assicurato che venga utilizzato un unico trasformatore comune per le operazioni dell'inverter e del caricatore.

Di seguito è riportato lo schema elettrico completo per l'inverter da 500 watt proposto con caricabatteria:

Lo stesso concetto è già stato discusso in modo elaborato in uno degli altri post correlati, a cui puoi fare riferimento per ulteriori informazioni.

Fondamentalmente, l'inverter utilizza l'estensione stesso trasformatore per caricare la batteria e per convertire la potenza della batteria in un'uscita a 220 V CA. Il funzionamento è implementato tramite una rete di commutazione a relè, che alterna alternativamente l'avvolgimento del trasformatore in modalità di carica e modalità inverter.

Come funziona

Quando la rete CA non è disponibile, i contatti del relè sono posizionati nei rispettivi punti N / C (normalmente chiusi). Questo collega gli scarichi dei MOSFET con il primario del trasformatore e gli apparecchi o il carico si collegano al secondario del trasformatore.

L'unità entra in modalità inverter e inizia a generare dalla batteria i 220 V CA o 120 V CA richiesti.

Le bobine del relè sono alimentate da un semplice grezzo circuito di alimentazione senza trasformatore (capacitivo) utilizzando un condensatore di caduta 2uF / 400V.

Non è necessario che l'alimentazione sia stabilizzata o ben regolata perché il carico è nella forma delle bobine del relè che sono piuttosto pesanti e resisteranno facilmente all'impulso di accensione dal condensatore 2uF.

La bobina per il relè RL1 che controlla il lato AC della rete del trasformatore può essere vista collegata prima di un diodo di blocco, mentre la bobina di RL2 che controlla il lato del MOSFET è posizionata dopo il diodo e in parallelo ad un grande condensatore.

Questo viene fatto intenzionalmente per creare un piccolo effetto di ritardo per RL2 o per garantire che RL1 si accenda e si spenga prima di RL2. Questo è per questioni di sicurezza e per garantire che i MOSFET non siano mai soggetti all'alimentazione di carica inversa ogni volta che il relè passa dalla modalità inverter alla modalità di ricarica.

Suggerimenti per la sicurezza

Come sappiamo, in qualsiasi circuito inverter il trasformatore funziona come un carico induttivo pesante. Quando un carico induttivo così pesante viene commutato con una frequenza, è destinato a generare una quantità enorme di picchi di corrente che possono essere potenzialmente pericolosi per l'elettronica sensibile e i circuiti integrati coinvolti.

Per garantire la corretta sicurezza al palcoscenico elettronico, potrebbe essere importante modificare la sezione 7812 nel modo seguente:

Per un'applicazione a 12V, è possibile ridurre il circuito di protezione da picchi di cui sopra alla seguente versione:

Batteria, MOSFET e trasformatore determinano il wattaggio

Ne abbiamo discusso molte volte attraverso diversi post che sono il trasformatore, la batteria e le valutazioni del MOSFET che decidono effettivamente quanta potenza può produrre un inverter.

Abbiamo già parlato dei calcoli della batteria nei paragrafi precedenti, ora vediamo come funziona il trasformatore può essere calcolato per integrare la potenza richiesta.

In realtà è molto semplice. Poiché la tensione dovrebbe essere di 24 V e una potenza di 500 watt, dividendo 500 per 24 si ottengono 20,83 ampere. Ciò significa che la potenza nominale del trasformatore deve essere superiore a 21 ampere, preferibilmente fino a 25 ampere.

Tuttavia, poiché utilizziamo lo stesso trasformatore sia per la modalità di carica che per quella inverter, dobbiamo selezionare la tensione in modo tale che si adatti in modo ottimale a entrambe le operazioni.

Un 20-0-20 V per il lato primario sembra essere un buon compromesso, infatti è la valutazione ideale per il funzionamento complessivo dell'inverter in entrambe le modalità.

Poiché per caricare la batteria viene utilizzato solo un mezzo avvolgimento, la potenza nominale di 20 V RMS del trasformatore può essere utilizzata per ottenere un picco di 20 x 1,41 = 28,2 V CC attraverso la batteria con l'aiuto del condensatore di filtro associato collegato attraverso la batteria terminali. Questa tensione caricherà la batteria a un buon ritmo e alla velocità corretta.

In modalità inverter, quando la batteria è a circa 26 V, consentirà l'uscita dell'inverter a 24/26 = 220 / Out

Uscita = 238 V

Sembra un'uscita sana mentre la batteria è caricata in modo ottimale, e anche quando la batteria scende a 23 V, ci si può aspettare che l'uscita sostenga un sano 210V

Calcolo del MOSFET : I MOSFET funzionano fondamentalmente come interruttori che non devono bruciare durante la commutazione della quantità nominale di corrente e inoltre non devono riscaldarsi a causa della maggiore resistenza alle correnti di commutazione.

Per soddisfare gli aspetti di cui sopra, dobbiamo assicurarci che la capacità di gestione della corrente o la specifica ID del MOSFET sia ben superiore a 25 ampere per il nostro inverter da 500 watt. Inoltre, per evitare un'elevata dissipazione e una commutazione inefficiente, le specifiche RDSon del MOSFET devono essere le più basse possibile.

Il dispositivo mostrato nel diagramma è IRF3205 , che ha un ID di 110 amp e RDSon di 8 milliohm (0,008 Ohm), che in realtà sembra piuttosto impressionante e perfettamente adatto per questo progetto di inverter.

Elenco delle parti

Per realizzare il suddetto inverter da 500 watt con caricabatteria, è necessaria la seguente distinta base:

• IC 4047 = 1
• Resistenze
• 56 K = 1
• 10 ohm = 2
• Condensatore 0.1uF = 1
• Condensatore 4700uF / 50 V = 1 (attraverso i terminali della batteria)
• MOSFET IRF3205 = 2
• Diodo 20 amp = 1
• Dissipatore di calore per i MOSFET = tipo con alette grandi
• Diodo di blocco tra i MOSFET Drain / Source = 1N5402 (Collegarli attraverso lo drain / source di ciascun MOSFET per una maggiore protezione contro i campi elettromagnetici inversi dal primario del trasformatore. Il catodo andrà al pin di drenaggio.
• Relè DPDT 40 amp = 2 n

Aggiornamento all'inverter sinusoidale modificato

La versione a onda quadra discussa sopra può essere efficacemente convertita in un file onda sinusoidale modificata Circuito inverter da 500 watt con forma d'onda di uscita molto migliorata.

Per questo usiamo la vecchiaia IC 555 e IC 741 combinazione per la produzione della forma d'onda sinusoidale prevista.

Di seguito il circuito completo con caricabatteria:

L'idea è la stessa che è stata applicata in alcuni degli altri modelli di inverter sinusoidali in questo sito web. Serve per tagliare il gate dei MOSFET di potenza con SPWM calcolato in modo che un SPWM replicato ad alta corrente venga fatto oscillare attraverso l'avvolgimento in opposizione del primario del trasformatore.

L'IC 741 viene utilizzato come comparatore che confronta due onde triangolari tra i suoi due ingressi. L'onda triangolare di base lenta viene acquisita dal pin IC 4047 Ct, mentre l'onda triangolare veloce è derivata da uno stadio astabile esterno IC 555. Il risultato è un SPWM calcolato al pin6 dell'IC 741. Questo SPWM viene tagliato alle porte dei MOSFET di potenza che commutano dal trasformatore alla stessa frequenza SPWM.

Ciò si traduce nel lato secondario con un'uscita sinusoidale pura (dopo un po 'di filtrazione).

Design completo del ponte

La versione full bridge per il concetto di cui sopra può essere costruita utilizzando la configurazione indicata di seguito:

Per semplicità, lo spegnimento automatico della batteria non è incluso, quindi si consiglia di interrompere l'alimentazione non appena la tensione della batteria raggiunge il livello di carica completa. O in alternativa puoi aggiungere un file lampadina a filamento in serie con la linea positiva di carica della batteria, per garantire una ricarica sicura della batteria.

Se hai domande o dubbi riguardo al concetto di cui sopra, la casella dei commenti qui sotto è tutta tua.