Схема инвертора с ферритовым сердечником 5 кВА - Полная рабочая схема с подробными расчетами

В этом посте мы обсудим конструкцию схемы инвертора мощностью 5000 Вт, которая включает трансформатор с ферритовым сердечником и, следовательно, намного компактнее, чем аналоги с обычным железным сердечником.

Блок-схема

Обратите внимание, что вы можете преобразовать этот инвертор с ферритовым сердечником на любую желаемую мощность, прямо от 100 Вт до 5 кВА или в соответствии с вашими предпочтениями.

Понять приведенную выше блок-схему довольно просто:

Входной постоянный ток, который может подаваться через аккумулятор 12 В, 24 В или 48 В или солнечную панель, подается на инвертор на основе феррита, который преобразует его в высокочастотный выход переменного тока 220 В с частотой около 50 кГц.

Но поскольку частота 50 кГц может не подходить для нашей бытовой техники, нам необходимо преобразовать этот высокочастотный переменный ток в требуемые 50 Гц / 220 В или 120 В переменного тока / 60 Гц.

Это реализуется через каскад инвертора с H-мостом, который преобразует эту высокую частоту в выходной сигнал в желаемое 220 В переменного тока.

Однако для этого каскаду H-моста потребуется пиковое значение 220 В RMS, что составляет около 310 В постоянного тока.

Это достигается с помощью мостового выпрямительного каскада, который преобразует высокочастотное 220 В в 310 В постоянного тока.

Наконец, это напряжение шины постоянного тока 310 В преобразуется обратно в 220 В 50 Гц с помощью H-моста.

Мы также можем видеть каскад генератора с частотой 50 Гц, питаемый от того же источника постоянного тока. Этот генератор на самом деле является дополнительным и может потребоваться для схем с H-мостом, у которых нет собственного генератора. Например, если мы используем H-мост на основе транзисторов, то нам может понадобиться этот каскад генератора для работы полевых транзисторов высокого и низкого уровня соответственно.

ОБНОВИТЬ: Вы можете сразу перейти к обновленному ' УПРОЩЕННЫЙ ДИЗАЙН 'в нижней части этой статьи, в которой объясняется одноэтапный метод получения бестрансформаторного синусоидального сигнала 5 кВА вместо прохождения сложного двухэтапного процесса, как описано в концепциях ниже:

Простая конструкция инвертора с ферритовым котлом

Прежде чем мы изучим версию 5 кВА, вот более простая схема для новичков. Эта схема не использует никаких специализированных драйверов IC, а работает только с n-канальными МОП-транзисторами, и этап начальной загрузки.

Полную принципиальную схему можно увидеть ниже:

Технические характеристики MOSFET IRF740, 400 В, 10 А

В приведенной выше простой схеме ферритового инвертора переменного тока от 12 В до 220 В мы можем увидеть, что используется готовый модуль преобразователя постоянного тока с 12 В до 310 В. Это означает, что вам не нужно делать сложный трансформатор на основе ферритового сердечника. Для новых пользователей такая конструкция может быть очень полезной, поскольку они могут быстро построить этот инвертор, не прибегая к каким-либо сложным расчетам, и выбор ферритового сердечника.

5 кВА Предпосылки проектирования

Сначала вам нужно найти источник питания 60 В постоянного тока для питания предлагаемой схемы инвертора 5 кВА. Намерение состоит в том, чтобы разработать переключающий инвертор, который будет преобразовывать постоянное напряжение 60 В в более высокое напряжение 310 В при пониженном токе.

Топология, используемая в этом сценарии, представляет собой двухтактную топологию, в которой используется трансформатор в соотношении 5:18. Для регулирования напряжения, которое может вам понадобиться, и ограничения тока - все они питаются от источника входного напряжения. Также с той же скоростью инвертор ускоряет разрешенный ток.

Когда дело доходит до входного источника на 20 А, можно получить 2 - 5 А. Однако пиковое выходное напряжение этого инвертора 5 кВА составляет около 310 В.

Технические характеристики ферритового трансформатора и МОП-транзистора

Что касается архитектуры, трансформатор Тр1 имеет 5 + 5 первичных витков и 18 вторичных. Для переключения можно использовать полевой МОП-транзистор 4 + 4 (тип IXFH50N20 (50 А, 200 В, 45 мР, Cg = 4400 пФ). Вы также можете использовать полевой МОП-транзистор любого напряжения с Uds 200 В (150 В) с наименьшим проводящим сопротивлением. сопротивление затвора и его эффективность по скорости и пропускной способности должны быть превосходными.

Ферритовая секция Tr1 состоит из феррита размером 15x15 мм c. Индуктор L1 сконструирован с использованием пяти колец из железного порошка, которые могут быть намотаны как провода. Для сердечника индуктора и других связанных деталей вы всегда можете получить его от старых инверторов (56 В / 5 В) и в их демпфирующих каскадах.

Использование полной мостовой ИС

Для интегральной схемы можно использовать IC IR2153. Выходы микросхем можно увидеть с буферизацией каскадов BJT. Кроме того, из-за большой емкости затвора важно использовать буферы в виде комплементарных пар усилителей мощности, пара транзисторов NPN / PNP BD139 и BD140 справляется с этой задачей.

Альтернативный IC может быть SG3525

Вы также можете попробовать использовать другие схемы управления, например SG3525 . Кроме того, вы можете изменить напряжение входа и работать в прямом подключении к сети в целях тестирования.

Топология, используемая в этой схеме, имеет гальваническую развязку, а рабочая частота составляет около 40 кГц. В случае, если вы планируете использовать инвертор для небольшой операции, вы не охлаждаете, но для более длительной работы обязательно добавьте охлаждающий агент с помощью вентиляторов или больших радиаторов. Большая часть мощности теряется на выходных диодах, и напряжение Шоттки падает до уровня 0,5 В.

Входное напряжение 60 В может быть получено путем последовательного подключения 5 аккумуляторных батарей на 12 В, номинальная мощность каждой батареи должна быть 100 Ач.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ IR2153

Пожалуйста, не используйте BD139 / BD140, вместо этого используйте BC547 / BC557 для ступени драйвера выше.

Высокочастотный каскад 330 В

220 В, полученное на выходе TR1 в указанной выше цепи инвертора 5 кВА, все еще не может использоваться для работы обычных приборов, так как содержимое переменного тока будет колебаться на входной частоте 40 кГц. Для преобразования вышеупомянутого 220 В переменного тока 40 кГц в 220 В 50 Гц или 120 В 60 Гц переменного тока, потребуются дополнительные ступени, как указано ниже:

Сначала необходимо будет выпрямить / отфильтровать напряжение 220 В 40 кГц через мостовой выпрямитель, состоящий из диодов с быстрым восстановлением, рассчитанных примерно на 25 А 300 В и конденсаторов 10 мкФ / 400 В.

Преобразование 330 В постоянного тока в 50 Гц 220 В переменного тока

Затем это выпрямленное напряжение, которое теперь достигнет примерно 310 В, необходимо будет подавать импульсами с требуемой частотой 50 или 60 Гц через другую схему полного мостового инвертора, как показано ниже:

Клеммы, помеченные как «нагрузка», теперь могут быть напрямую использованы как конечный выход для работы с желаемой нагрузкой.

Здесь подойдет МОП-транзистор IRF840 или любой аналогичный.

Как намотать ферритовый трансформатор TR1

Трансформатор TR1 является основным устройством, которое отвечает за повышение напряжения до 220 В при 5 кВА, поскольку он имеет ферритовый сердечник и построен на паре ферритовых сердечников EE, как подробно описано ниже:

Поскольку задействованная мощность составляет около 5 кВ, сердечники E должны быть огромного размера, можно попробовать ферритовый сердечник E80 типа.

Помните, что вам может потребоваться включить более 1 сердечника E, может быть 2 или 3 сердечника E вместе, размещенных рядом для достижения массивной выходной мощности 5 кВА из сборки.

Используйте самый большой из возможных и намотайте 5 + 5 витков, используя 10 номеров из 20 суперэмалированных медных проводов SWG, параллельно.

После 5 витков остановите первичную обмотку, изолируйте слой изолентой и начните 18 витков вторичной обмотки через эти 5 витков первичной обмотки. Используйте 5 параллельных жил из эмалированной меди 25 SWG для намотки вторичных витков.

После завершения 18 витков подключите его к выходным выводам бобины, изолируйте лентой и намотайте на него оставшиеся 5 витков первичной обмотки, чтобы завершить конструкция TR1 с ферритовым сердечником . Не забудьте соединить конец первых 5 витков с началом первичной обмотки верхних 5 витков.

Метод сборки E-Core

Следующая диаграмма дает представление о том, как можно использовать более 1 сердечника E для реализации описанной выше конструкции ферритового инверторного трансформатора мощностью 5 кВА:

E80 Ферритовый сердечник

Отзыв г-на Шервина Баптисты

Приветствую всех,

В вышеупомянутом проекте трансформатора я не использовал прокладки между сердечниками, схема хорошо работала с охлаждением трафо во время работы. Я всегда предпочитал ядро ​​EI.

Я всегда перематывал трафареты в соответствии с моими расчетными данными, а затем использовал их.

Тем более, что трафо представляет собой сердечник EI, разделить ферритовые части было проще, чем избавиться от сердечника EE.

Я также попытался открыть трафареты ядра EE, но, увы, я сломал ядро ​​при его разделении.

Я никогда не мог открыть ядро ​​EE, не сломав его.

Согласно моим выводам, в заключение я бы сказал несколько вещей:

--- Лучше всего работали блоки питания с неразрезным сердечником. (Я описываю трафарет от старого блока питания atx для ПК, поскольку я использовал только его. Блоки питания для ПК не выходят из строя так легко, если только это не перегоревший конденсатор или что-то еще.) ---

--- Те расходные материалы, которые имели трафареты с тонкими прокладками, часто обесцвечивались и быстро выходили из строя (это я узнал по опыту, так как до настоящего времени я покупал много подержанных блоков питания, просто чтобы их изучить) ---

--- Гораздо более дешевые блоки питания с такими брендами, как CC 12v 5a, 12v 3a ACC12v 3a RPQ 12v 5a все

У таких ферритовых трафаретов между сердечниками были более толстые кусочки бумаги, и все они плохо работали !!! ---

В FINAL трафарет керна EI35 работал лучше всего (без сохранения воздушного зазора) в вышеупомянутом проекте.

Детали подготовки схемы инвертора с ферритовым сердечником 5 кВА:

Шаг 1:

• Использование 5 герметичных свинцово-кислотных батарей 12 В 10 Ач
• Общее напряжение = 60 В Фактическое напряжение
• = Напряжение полной зарядки 66 В (13,2 В на каждый аккумулятор)
• = 69 В Напряжение постоянного заряда.

Шаг 2:

После расчета напряжения батареи у нас есть 66 вольт при 10 ампер при полной зарядке.

• Далее идет питание на ic2153.
• 2153 имеет максимальное напряжение ZENER 15,6 В между Vcc и Gnd.
• Поэтому мы используем знаменитый LM317 для подачи стабилизированной мощности 13 В на микросхему.

Шаг 3:

Регулятор lm317 имеет следующие комплектации

1. LM317LZ --- 1.2-37v 100ma to-92
2. LM317T --- 1,2-37 В 1,5 А до-218
3. LM317AHV --- 1,2-57 В 1,5 А до-220

Мы используем lm317ahv, в котором «A» - суффикс-код, а «HV» - высоковольтный корпус,

так как вышеуказанная микросхема регулятора может поддерживать входное напряжение до 60 В и выходное напряжение 57 В.

Шаг 4:

• Мы не можем подавать 66 В напрямую в корпус lm317ahv, так как его вход составляет максимум 60 В.
• Поэтому мы используем ДИОДЫ, чтобы снизить напряжение батареи до безопасного значения для питания регулятора.
• Нам нужно безопасно сбросить около 10 В с максимального входа регулятора, который составляет 60 В.
• Следовательно, 60в-10в = 50в
• Теперь безопасный максимальный вход регулятора от диодов должен быть 50 вольт.

Шаг 5:

• Мы используем штатный диод 1n4007 для снижения напряжения аккумулятора до 50В,
• Поскольку они являются кремниевыми диодами, падение напряжения на каждом из них составляет около 0,7 вольт.
• Теперь посчитаем необходимое количество диодов, которые позволят снизить напряжение аккумулятора до 50 вольт.
• напряжение батареи = 66 В
• Расчетное максимальное входное напряжение на микросхеме регулятора = 50 В
• Итак, 66-50 = 16v
• Теперь 0,7 *? = 16 В
• Мы делим 16 на 0,7, что составляет 22,8, то есть 23.
• Таким образом, нам нужно включить около 23 диодов, так как общее падение с этих значений составляет 16,1 В.
• Теперь расчетное безопасное входное напряжение регулятора составляет 66–16,1 В, что составляет 49,9 В. 50 В

Шаг 6:

• Мы подаем напряжение 50 В на микросхему регулятора и настраиваем выход на 13 В.
• Для большей защиты мы используем ферритовые бусины, чтобы нейтрализовать любые нежелательные шумы на выходном напряжении.
• Регулятор должен быть установлен на радиаторе подходящего размера, чтобы он оставался холодным.
• Танталовый конденсатор, подключенный к 2153, является важным конденсатором, который обеспечивает плавное получение постоянного тока от регулятора.
• Его значение можно безопасно уменьшить с 47 мкФ до 1 мкФ 25 В.

Шаг 7:

• Остальная часть схемы получает 66 вольт, и точки, проводящие большой ток в цепи, должны быть подключены с помощью толстых проводов.
• Для трансформатора его первичная обмотка должна быть 5 + 5 витков, а вторичная - 20 витков.
• Частота 2153 должна быть установлена ​​на 60 кГц.

Шаг 8:

Схема преобразователя высокочастотного переменного тока в низкочастотную с использованием микросхемы irs2453d должна быть подключена соответствующим образом, как показано на схеме.

Наконец завершено .

Создание версии PWM

В следующем сообщении обсуждается другая версия схемы синусоидального инвертора с ШИМ мощностью 5 кВА с использованием компактного трансформатора с ферритовым сердечником. Идея была предложена мистером Джавидом.

Технические характеристики

Уважаемый сэр, не могли бы вы изменить его вывод с помощью источника ШИМ и облегчить использование такой недорогой и экономичной конструкции для таких нуждающихся во всем мире людей, как мы? Надеюсь, Вы учтете мою просьбу. Спасибо, Ваш любящий читатель.

Дизайн

В предыдущем посте я представил схему инвертора на 5 кВА на основе ферритового сердечника, но поскольку это прямоугольный инвертор, его нельзя использовать с различным электронным оборудованием, и поэтому его применение может быть ограничено только резистивными нагрузками.

Тем не менее, та же конструкция может быть преобразована в синусоидальный инвертор, эквивалентный ШИМ, путем подачи ШИМ-сигнала в полевые МОП нижнего уровня, как показано на следующей схеме:

Вывод SD микросхемы IRS2153 ошибочно показан связанным с Ct, убедитесь, что он подключен к линии заземления.

Предложение: ступень IRS2153 можно легко заменить на IC 4047 этап , если получить IRS2153 сложно.

Как мы можем видеть в приведенной выше схеме инвертора на 5 кВА на основе ШИМ, конструкция в точности аналогична нашей более ранней оригинальной схеме инвертора 5 кВА, за исключением указанного каскада питания буфера ШИМ с МОП-транзисторами нижнего уровня ступени драйвера Н-моста.

Вставка подачи PWM может быть получена через любой стандартный Схема генератора ШИМ на IC 555 или используя транзисторный нестабильный мультивибратор.

Для более точной репликации ШИМ можно также выбрать Генератор ШИМ осциллятора Bubba для получения ШИМ с показанной выше схемой синусоидального инвертора 5 кВА.

Процедуры построения для вышеуказанной конструкции не отличаются от первоначальной конструкции, единственное отличие состоит в интеграции буферных каскадов BC547 / BC557 BJT с МОП-транзисторами нижнего уровня полного мостового каскада ИС и входом в него ШИМ.

Другой компактный дизайн

Небольшой осмотр показывает, что на самом деле разгонный блок не должен быть таким сложным.

Схема генератора постоянного тока на 310 В может быть построена с использованием любой другой схемы на основе альтернативного генератора. Ниже показан пример конструкции, где в качестве двухтактного генератора используется полумост IC IR2155.

Опять же, нет никакой конкретной конструкции, которая может быть необходима для каскада генератора 310 В, вы можете попробовать любую другую альтернативу в соответствии с вашими предпочтениями, некоторые общие примеры: IC 4047, IC 555, TL494, LM567 и т. Д.

Детали индуктора для вышеуказанного ферритового трансформатора с 310 В до 220 В

Упрощенный дизайн

До сих пор в приведенных выше конструкциях мы обсуждали довольно сложный бестрансформаторный инвертор, который включал в себя два тщательно продуманных этапа для получения конечной выходной мощности сети переменного тока. На этих этапах сначала необходимо преобразовать постоянный ток батареи в 310 В постоянного тока через инвертор с ферритовым сердечником, а затем 310 В постоянного тока необходимо переключить обратно на 220 В среднеквадратичного значения через полную мостовую сеть с частотой 50 Гц.

Как предположил один из заядлых читателей в разделе комментариев (г-н Анкур), двухэтапный процесс является излишним и просто не требуется. Вместо этого, секция ферритового сердечника может быть модифицирована соответствующим образом для получения требуемой синусоидальной волны 220 В переменного тока, а секция полного моста MOSFET может быть исключена.

На следующем изображении показана простая установка для выполнения описанной выше техники:

ПРИМЕЧАНИЕ. Трансформатор представляет собой трансформатор с ферритовым сердечником, который необходимо правильно рассчитать d

В приведенной выше схеме правая сторона IC 555 подключена для генерации основных колебательных сигналов частотой 50 Гц для переключения MOSFET. Мы также можем видеть каскад операционного усилителя, в котором этот сигнал извлекается из схемы синхронизации RC RC в форме треугольных волн 50 Гц и подается на один из его входов для сравнения сигнала с сигналами быстрой треугольной волны от другой IC 555. нестабильная схема. Эти быстрые треугольные волны могут иметь частоту от 50 до 100 кГц.

Операционный усилитель сравнивает два сигнала для генерации модулированной частоты SPWM, эквивалентной синусоиде. Этот модулированный SPWM подается на базы BJT драйвера для переключения полевых МОП-транзисторов со скоростью SPWM 50 кГц, модулированных с частотой 50 Гц.

MOSFE, в свою очередь, переключают присоединенный трансформатор с ферритовым сердечником с той же модулированной частотой SPWM, чтобы генерировать намеченный чистый синусоидальный сигнал на вторичной обмотке трансформатора.

Из-за высокочастотного переключения эта синусоидальная волна может содержать нежелательные гармоники, которые фильтруются и сглаживаются конденсатором 3 мкФ / 400 В для получения достаточно чистой синусоидальной волны переменного тока на выходе с желаемой мощностью, в зависимости от трансформатора и характеристики заряда аккумулятора.

Правая микросхема IC 555, которая генерирует сигналы несущей 50 Гц, может быть заменена любой другой подходящей микросхемой генератора, такой как IC 4047 и т. Д.

Конструкция инвертора с ферритовым сердечником с использованием нестабильной схемы транзистора

Следующая концепция показывает, как можно построить простой инвертор с ферритовым сердечником, используя пару нестабильных схем на основе обычных транзисторов и ферритовый трансформатор.

Эта идея была предложена несколькими преданными последователями этого блога, а именно г-ном Рашидом, г-ном Сандипом, а также еще несколькими читателями.

Концепция схемы

Первоначально я не мог понять теорию этих компактных инверторов, которые полностью исключают громоздкие трансформаторы с железным сердечником.

Однако после некоторого размышления мне кажется, что мне удалось обнаружить очень простой принцип, связанный с работой таких инверторов.

В последнее время китайские инверторы компактного типа стали довольно известными именно благодаря своим компактным и гладким размерам, которые делают их исключительно легкими и в то же время чрезвычайно эффективными с учетом их характеристик выходной мощности.

Первоначально я думал, что эта концепция неосуществима, потому что, по моему мнению, использование крошечных ферритовых трансформаторов для низкочастотных инверторов казалось совершенно невозможным.

Для бытовых инверторов требуется 50/60 Гц, а для реализации ферритового трансформатора нам потребуются очень высокие частоты, поэтому идея выглядела очень сложной.

Поразмыслив, я был поражен и счастлив, обнаружив простую идею реализации дизайна. Все дело в преобразовании напряжения батареи в сетевое напряжение 220 или 120 на очень высокой частоте и переключении выхода на 50/60 Гц с помощью двухтактного МОП-транзистора.

Как это устроено

Глядя на рисунок, мы можем просто увидеть и понять всю идею. Здесь напряжение батареи сначала преобразуется в высокочастотные импульсы ШИМ.

Эти импульсы передаются в повышающий ферритовый трансформатор, имеющий требуемый соответствующий номинал. Импульсы подаются с использованием МОП-транзистора, чтобы можно было оптимально использовать ток батареи.

Ферритовый трансформатор увеличивает напряжение на выходе до 220 В. Однако, поскольку это напряжение имеет частоту от 60 до 100 кГц, его нельзя напрямую использовать для работы с бытовой техникой, и поэтому требуется дальнейшая обработка.

На следующем этапе это напряжение выпрямляется, фильтруется и преобразуется в 220 В постоянного тока. Этот высоковольтный постоянный ток, наконец, переключается на частоту 50 Гц, чтобы его можно было использовать для работы бытовых приборов.

Пожалуйста, обратите внимание, что, хотя схема была разработана исключительно мной, она не тестировалась на практике, делайте это на свой страх и риск и только в том случае, если вы достаточно уверены в данных объяснениях.

Принципиальная электрическая схема

Перечень деталей для схемы компактного инвертора с ферритовым сердечником от 12 В до 220 В переменного тока.

• R3 --- R6 = 470 Ом
• R9, R10 = 10К,
• R1, R2, C1, C2 = рассчитать для генерации частоты 100 кГц.
• R7, R8 = 27К
• C3, C4 = 0,47 мкФ
• T1----T4 = BC547,
• T5 = любой N-канальный МОП-транзистор 30 В, 20 А,
• T6, T7 = любой, 400 В, 3 А MOSFET.
• Диоды = быстрое восстановление, быстродействующий тип.
• TR1 = первичный, 13 В, 10 ампер, вторичный = 250-0-250, 3 ампер. Ферритовый трансформатор с электронным сердечником .... обратитесь за помощью к опытному разработчику мотальных машин и трансформаторов.

Усовершенствованная версия вышеуказанного дизайна показана ниже. Выходной каскад здесь оптимизирован для лучшего отклика и большей мощности.

Улучшенная версия