3 лучших бестрансформаторных инверторных схемы

Как следует из названия, схема инвертора, которая преобразует входной постоянный ток в переменный, независимо от катушки индуктивности или трансформатора, называется бестрансформаторным инвертором.

Поскольку трансформатор на основе катушки индуктивности не используется, входной постоянный ток обычно равен пиковому значению переменного тока, генерируемого на выходе инвертора.

Этот пост помогает нам понять 3 схемы инвертора, предназначенные для работы без трансформатора, с использованием полной мостовой ИС и схемы генератора SPWM.

Бестрансформаторный инвертор с использованием IC 4047

Начнем с топологии H-Bridge, которая, вероятно, является самой простой по своей форме. Однако технически он не идеален и не рекомендуется, так как он разработан с использованием p / n-канальных МОП-транзисторов. МОП-транзисторы с P-каналом используются в качестве МОП-транзисторов с высокой стороны, а n-канальные - с нижней стороны.

Так как МОП-транзисторы с p-каналом используются на высокой стороне, самозагрузка становится ненужным, и это значительно упрощает конструкцию. Это также означает, что эта конструкция не обязательно зависит от специальных микросхем драйверов.

Хотя дизайн выглядит круто и соблазнительно, в нем есть несколько основных недостатков . Именно поэтому этой топологии избегают в профессиональных и коммерческих подразделениях.

Тем не менее, если он построен правильно, он может служить для низкочастотных приложений.

Вот полная схема, использующая IC 4047 в качестве генератора частоты нестабильного тотемного полюса.

Список деталей

Все резисторы по 1/4 ватта 5%

• R1 = 56 тыс.
• C1 = 0,1 мкФ / PPC
• Резистор IC pin10 / 11 = 330 Ом - 2nos
• Резисторы затвора MOSFET = 100k - 2nos
• Оптопары = 4N25 - 2 шт.
• MOSFET с верхним каналом P = FQP4P40 - 2nos
• Нижние N-канальные полевые МОП-транзисторы = IRF740 = 2nos
• Стабилитроны = 12В, 1/2 Вт - 2 шт.

Следующая идея также представляет собой схему с h-мостом, но в ней используются рекомендуемые n-канальные МОП-транзисторы. Схема была запрошена г-ном Ральфом Вихертом.

Основные характеристики

Привет из Сент-Луиса, штат Миссури.
Вы бы хотели сотрудничать инверторный проект ? Я заплачу вам за дизайн и / или ваше время, если хотите.

У меня Prius 2012 и 2013 годов, а у мамы Prius 2007 года выпуска. Prius уникален тем, что он имеет высоковольтную аккумуляторную батарею 200 В постоянного тока (номинальное). Владельцы Prius в прошлом подключались к этой аккумуляторной батарее со стандартными инверторами для вывода собственного напряжения и запуска инструментов и приборов. (Здесь, в США, 60 Гц, 120 и 240 В переменного тока, как я уверен, вы знаете). Проблема в том, что эти инверторы больше не производятся, но Prius все еще существует.

Вот пара инверторов, которые раньше использовались для этой цели:

1) PWRI2000S240VDC (см. Приложение) Больше не производится!

2) Emerson Liebert Upstation S (на самом деле это ИБП, но вы снимаете батарейный блок, номинальное напряжение которого составляло 192 В постоянного тока) (см. Приложение). Больше не производится!

В идеале я хочу разработать инвертор непрерывного действия мощностью 3000 Вт, чистую синусоидальную волну, выход 60 Гц, 120 В переменного тока (с разделенной фазой 240 В переменного тока, если возможно) и без трансформатора. Возможно пиковая мощность 4000-5000 Вт. Вход: 180-240 В постоянного тока. Я знаю, что это список желаний.

Я инженер-механик, у меня есть некоторый опыт построения схем, а также программирования микроконтроллеров Picaxe. У меня просто нет большого опыта в разработке схем с нуля. Я готов попробовать и потерпеть неудачу, если понадобится!

Дизайн

В этом блоге я уже обсудил более 100 конструкций и концепций инверторов , вышеуказанный запрос можно легко выполнить, изменив один из моих существующих проектов и попробовав его для данного приложения.

Для любой бестрансформаторной конструкции должна быть реализована пара основных вещей: 1) инвертор должен быть полным мостовым инвертором, использующим полный мостовой драйвер, и 2) подаваемый входной источник постоянного тока должен быть равен необходимому выходному пиковому напряжению. уровень.

С учетом двух вышеуказанных факторов базовая конструкция инвертора мощностью 3000 Вт может быть представлена ​​на следующей диаграмме, на которой чистый синусоидальный выходной сигнал особенность.

Детали работы инвертора можно понять с помощью следующих пунктов:

Базовый или стандартная конфигурация полного моста инвертора формируется микросхемой полного моста IRS2453 и связанной с ней сетью mosfet.

Расчет частоты инвертора

Функция этого каскада заключается в колебании подключенной нагрузки между МОП-транзисторами с заданной частотой, определяемой значениями сети Rt / Ct.

Значения этих синхронизирующих компонентов RC могут быть установлены по формуле: f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, где Rt выражается в Омах, а Ct - в Фарадах. Он должен быть настроен на достижение 60 Гц для дополнения указанного выхода 120 В, в качестве альтернативы для спецификаций 220 В это может быть изменено на 50 Гц.

Этого также можно достичь с помощью практических проб и ошибок, оценив частотный диапазон с помощью цифрового частотомера.

Для достижения чистого синусоидального сигнала затворы МОП-транзисторов нижнего уровня отсоединяются от соответствующих источников питания ИС и применяются через каскад буфера BJT, сконфигурированный для работы через вход SPWM.

Генерация SPWM

SPWM, который обозначает широтно-синусоидальную модуляцию импульса, настроен на ИС операционного усилителя и один Генератор IC 555 PWM.

Хотя IC 555 сконфигурирован как ШИМ, выход ШИМ с его контакта № 3 никогда не используется, скорее треугольные волны, генерируемые на его конденсаторе синхронизации, используются для резьбы SPWM. Здесь одна из выборок треугольной волны должна быть намного медленнее по частоте и синхронизирована с частотой основной ИС, в то время как другая должна быть более быстрой треугольной волной, частота которой по существу определяет количество столбов, которые может иметь SPWM.

Операционный усилитель сконфигурирован как компаратор, и на него подают образцы треугольной волны для обработки необходимых SPWM. Одна треугольная волна, которая является более медленной, извлекается из распиновки Ct основной IC IRS2453.

Обработка выполняется ИС операционного усилителя путем сравнения двух треугольных волн на его входных выводах, и сгенерированный SPWM применяется к базам буферного каскада BJT.

Буферы BJT переключаются в соответствии с импульсами SPWM и гарантируют, что МОП-транзисторы низкого уровня также переключаются по той же схеме.

Вышеупомянутое переключение позволяет выходному переменному току также переключаться с шаблоном SPWM для обоих периодов частотной формы волны переменного тока.

Выбор МОП-транзисторов

Поскольку указан бестрансформаторный инвертор мощностью 3 кВА, МОП-транзисторы должны иметь соответствующие характеристики для работы с этой нагрузкой.

Указанный на схеме МОП-транзистор 2SK 4124 фактически не сможет выдерживать нагрузку 3 кВА, поскольку они рассчитаны на максимальную нагрузку 2 кВА.

Некоторые исследования в сети позволяют нам найти МОП-транзистор: IRFB4137PBF-ND который выглядит хорошо для работы с нагрузкой более 3 кВА из-за его большой номинальной мощности 300 В / 38 ампер.

Поскольку это бестрансформаторный инвертор на 3 кВА, вопрос о выборе трансформатора отпадает, однако батареи должны иметь соответствующий номинал, чтобы вырабатывать минимум 160 В при умеренной зарядке и около 190 В при полной зарядке.

Автоматическая коррекция напряжения.

Автоматическая коррекция может быть достигнута путем подключения сети обратной связи между выходными клеммами и распиновкой Ct, но на самом деле это может не потребоваться, потому что потенциометры IC 555 могут эффективно использоваться для фиксации RMS выходного напряжения и после установки можно ожидать, что выходное напряжение будет абсолютно фиксированным и постоянным независимо от условий нагрузки, но только до тех пор, пока нагрузка не превышает максимальную мощность инвертора.

2) Бестрансформаторный инвертор с зарядным устройством и управлением обратной связью

Вторая принципиальная схема компактного преобразователя трансформатора без громоздкого железного трансформатора обсуждается ниже. Вместо тяжелого железного трансформатора в нем используется индуктор с ферритовым сердечником, как показано в следующей статье. Схема разработана не мной, она была предоставлена ​​мне одним из заядлых читателей этого блога г-ном Ритешем.

Дизайн представляет собой полноценную конфигурацию, включающую большинство функций, таких как детали обмотки ферритового трансформатора , ступень индикации низкого напряжения, средство регулирования выходного напряжения и т. д.

Объяснение вышеупомянутого дизайна еще не обновлено, я постараюсь его обновить в ближайшее время, а пока вы можете обратиться к диаграмме и прояснить свои сомнения с помощью комментариев, если таковые имеются.

Компактный бестрансформаторный инвертор мощностью 200 Вт, конструкция №3

Третий вариант ниже показывает схему инвертора мощностью 200 Вт без трансформатора (бестрансформаторную), использующую вход 310 В постоянного тока. Это конструкция, совместимая с синусоидальной волной.

Вступление

Как мы знаем, инверторы - это устройства, которые преобразуют или, скорее, инвертируют источник постоянного тока низкого напряжения в выход переменного тока высокого напряжения.

Производимое высоковольтное выходное напряжение переменного тока обычно соответствует уровню напряжения местной сети. Однако процесс перехода с низкого напряжения на высокое неизменно требует использования массивных и громоздких трансформаторов. Есть ли у нас возможность избежать этого и создать бестрансформаторную схему инвертора?

Да, существует довольно простой способ реализации конструкции бестрансформаторного инвертора.

В основном инверторы, использующие батареи с низким напряжением постоянного тока, требуют повышения их до предполагаемого более высокого напряжения переменного тока, что, в свою очередь, делает обязательным включение трансформатора.

Это означает, что если бы мы могли просто заменить входной низковольтный постоянный ток уровнем постоянного тока, равным предполагаемому выходному уровню переменного тока, необходимость в трансформаторе могла бы быть просто устранена.

Принципиальная схема включает в себя высоковольтный вход постоянного тока для работы с простой схемой инвертора mosfet, и мы ясно видим, что здесь нет трансформатора.

Схема работы

Постоянный ток высокого напряжения, равный требуемому выходному переменному току, получается путем последовательного подключения 18 небольших 12-вольтных батарей.

Затвор N1 от IC 4093, N1 был настроен здесь как генератор.

Поскольку для ИС требуется строгое рабочее напряжение от 5 до 15 В, необходимый вход берется от одной из 12-вольтных батарей и подается на соответствующие выводы ИС.

Таким образом, вся конфигурация становится очень простой и эффективной и полностью устраняет необходимость в громоздком и тяжелом трансформаторе.

Все батареи рассчитаны на 12 вольт, 4 Ач, они довольно малы и даже при соединении вместе, кажется, не занимают слишком много места. Они могут быть плотно сложены друг с другом, образуя компактный блок.

На выходе будет 110 В переменного тока при 200 Вт.

Список деталей

• Q1, Q2 = MPSA92
• Q3 = MJE350
• Q4, Q5 = MJE340
• Q6, Q7 = K1058,
• Q8, Q9 = J162
• ИС ИС = 4093,
• D1 = 1N4148
• Батарея = 12В / 4Ач, 18 шт.

Обновление до версии Sinewave

Вышеупомянутая простая схема бестрансформаторного инвертора 220 В может быть модернизирована до синусоидального инвертора, просто заменив входной генератор схемой генератора синусоидальной волны, как показано ниже:

Список деталей для синусоидального генератора можно найти в этом посте

Схема бестрансформаторного солнечного инвертора

Солнце - главный и неограниченный источник чистой энергии, доступной на нашей планете совершенно бесплатно. Эта энергия в основном находится в форме тепла, однако люди открыли методы использования света этого огромного источника для производства электроэнергии.

Обзор

Сегодня электричество стало основой жизни всех городов и даже сельской местности. Поскольку ископаемое топливо истощается, солнечный свет обещает стать одним из основных возобновляемых источников энергии, к которому можно получить доступ прямо из любой точки и при любых обстоятельствах на этой планете бесплатно. Давайте узнаем один из методов преобразования солнечной энергии в электричество для нашей личной выгоды.

В одном из своих предыдущих постов я обсуждал схему солнечного инвертора, которая имела довольно простой подход и включала обычную топологию инвертора с использованием трансформатора.

Трансформаторы, как мы все знаем, громоздкие, тяжелые и могут стать довольно неудобными для некоторых приложений.
В данной конструкции я попытался исключить использование трансформатора, включив высоковольтные МОП-транзисторы и увеличив напряжение за счет последовательного соединения солнечных панелей. Изучим всю конфигурацию с помощью следующих пунктов:

Как это устроено

Глядя на приведенную ниже принципиальную схему бестрансформаторного инвертора на солнечных батареях, мы видим, что он в основном состоит из трех основных этапов, а именно. каскад генератора состоит из универсальной микросхемы IC 555, выходной каскад состоит из пары высоковольтных МОП-транзисторов и каскад подачи энергии, который использует батарею солнечных панелей, которая питается от B1 и B2.

Принципиальная электрическая схема

Поскольку ИС не может работать с напряжением более 15 В, она хорошо защищена понижающим резистором и стабилитроном. Стабилитрон ограничивает высокое напряжение от солнечной панели при подключенном стабилитроне 15 В.

Однако МОП-транзисторы могут работать с полным выходным напряжением солнечной батареи, которое может составлять от 200 до 260 вольт. В пасмурную погоду напряжение может упасть ниже 170 В. Поэтому, вероятно, на выходе можно использовать стабилизатор напряжения для регулирования выходного напряжения в таких ситуациях.

МОП-транзисторы относятся к типам N и P, которые образуют пару для реализации двухтактных действий и для генерации необходимого переменного тока.

МОП-транзисторы не указаны на схеме, в идеале они должны быть рассчитаны на 450 В и 5 ампер, вы встретите много вариантов, если немного погуглите в сети.

Используемые солнечные панели должны иметь напряжение холостого хода около 24 В при полном солнечном свете и около 17 В в периоды ярких сумерек.

Как подключить солнечные панели

Список деталей

R1 = 6K8
R2 = 140 К
C1 = 0,1 мкФ
Диоды = 1N4148
R3 = 10К, 10 Вт,
R4, R5 = 100 Ом, 1/4 Вт
B1 и B2 = от солнечной панели
Z1 = 5,1 В 1 Вт

Используйте эти формулы для расчета R1, R2, C1 ....

Обновлять:

Вышеупомянутая конструкция микросхемы 555 может быть не такой надежной и эффективной, более надежную конструкцию можно увидеть ниже в виде полная схема инвертора H-моста . Можно ожидать, что эта конструкция обеспечит гораздо лучшие результаты, чем приведенная выше схема 555 IC.

Еще одно преимущество использования вышеупомянутой схемы заключается в том, что вам не потребуется схема с двумя солнечными панелями, скорее, для работы указанной выше схемы для достижения выходного напряжения 220 В. будет достаточно одного последовательно подключенного солнечного источника.