3 najbolja pretvaračka sklopa bez transformatora

Kao što i samo ime govori, krug pretvarača koji pretvara istosmjerni ulaz u izmjenični bez ovisnosti o prigušnici ili transformatoru naziva se pretvarač bez transformatora.

Budući da se ne koristi transformator na osnovi induktora, ulazni DC je obično jednak vršnoj vrijednosti izmjeničnog napona generiranog na izlazu pretvarača.

Post nam pomaže da razumijemo 3 kruga pretvarača dizajnirana za rad bez upotrebe transformatora i korištenjem pune IC mreže i sklopa SPWM generatora.

Pretvarač bez transformatora pomoću IC 4047

Počnimo s topologijom H-Bridgea koja je vjerojatno najjednostavnija u svom obliku. Međutim, tehnički nije idealan i ne preporučuje se, jer je dizajniran pomoću M / M-kanala p / n-kanala. MOSFET-ovi s P-kanalom koriste se kao MOSFET-ovi s visoke strane, a N-kanali kao donji.

Budući da se p-kanalni MOSFET-ovi koriste s gornje strane, bootstrapping postaje nepotreban, a to uvelike pojednostavljuje dizajn. To također znači da ovaj dizajn ne mora ovisiti o posebnim IC upravljačkim programima.

Iako dizajn izgleda cool i primamljivo, ima nekoliko temeljnih nedostataka . I upravo se zato ta tologija izbjegava u profesionalnim i komercijalnim jedinicama.

Usprkos tome, ako je pravilno izgrađen, može poslužiti namjeni za aplikacije s niskom frekvencijom.

Evo kompletnog sklopa koji koristi IC 4047 kao nestabilni generator frekvencije totem pola

Popis dijelova

Svi otpornici su 1/4 vata 5%

• R1 = 56k
• C1 = 0,1 uF / PPC
• IC pin10 / 11 otpornik = 330 ohma - 2nos
• Otpornici MOSFET vrata = 100k - 2nos
• Opto-spojnice = 4N25 - 2 br
• MOSFET-ovi gornjeg P-kanala = FQP4P40 - 2nos
• Donji N-kanalni MOSFET-ovi = IRF740 = 2nos
• Zener diode = 12V, 1/2 vata - 2 br

Sljedeća ideja je također h-most sklop, ali ovaj koristi preporučene n-kanalne MOSFET-ove. Krug je zatražio gospodin Ralph Wiechert

Glavne specifikacije

Pozdrav iz Saint Louisa, Missouri.
Biste li voljni surađivati ​​na inverterski projekt ? Platio bih vam za dizajn i / ili vaše vrijeme, ako želite.

Imam Prius iz 2012. i 2013. godine, a moja majka ima Prius iz 2007. godine. Prius je jedinstven po tome što ima 200 VDC (nominalnu) visokonaponsku bateriju. Vlasnici Priusa u prošlosti su ugrađivali ovaj baterijski sklop s pretvaračima koji se isporučuju na policama kako bi izbacili svoje vlastite napone i pokrenuli alate i uređaje. (Ovdje u SAD-u, 60 Hz, 120 i 240 VAC, kao što sigurno znam). Problem je u tome što pretvarači više nisu izrađeni, ali Prius još uvijek jest.

Evo nekoliko pretvarača koji su se u prošlosti koristili u tu svrhu:

1) PWRI2000S240VDC (vidi privitak) Više se ne proizvodi!

2) Emerson Liebert Upstation S (Ovo je zapravo UPS, ali uklanjate bateriju koja je bila nominalno 192 VDC.) (Pogledajte privitak.) Više nije proizvedena!

U idealnom slučaju želim dizajnirati kontinuirani pretvarač od 3000 W, čisti sinusni val, izlaz 60 Hz, 120 VAC (s podijeljenom fazom od 240 VAC, ako je moguće) i bez transformatora. Možda 4000-5000 Watts vrh. Ulaz: 180-240 VDC. Prilična lista želja, znam.

Ja sam inženjer strojarstva, s nekim iskustvom u izradi krugova, kao i u programiranju Picaxe mikrokontrolera. Jednostavno nemam puno iskustva u dizajniranju sklopova od nule. Spreman sam pokušati i uspjeti ako zatreba!

Dizajn

Na ovom blogu već sam razgovarao o više od 100 izvedbi i koncepata pretvarača , gornji zahtjev može se lako ostvariti izmjenom jednog od mojih postojećih dizajna i isprobati za datu aplikaciju.

Za bilo koji dizajn bez transformatora mora biti uključeno nekoliko osnovnih stvari za izvedbu: 1) Pretvarač mora biti pretvarač s punim mostom koji koristi puni pokretač mosta i 2) napajani ulazni istosmjerni napon mora biti jednak potrebnom izlaznom vršnom naponu nivo.

Uključujući gornja dva čimbenika, osnovni dizajn pretvarača od 3000 vata može se vidjeti na sljedećem dijagramu, koji ima čisti sinusni izlazni valni oblik značajka.

Pojedinosti o radu pretvarača mogu se razumjeti uz pomoć sljedećih točaka:

Osnovni ili standardna konfiguracija pretvarača s punim mostom je formiran s potpunim mostom IC IRS2453 i pripadajućom MOSFET mrežom.

Izračunavanje frekvencije pretvarača

Funkcija ovog stupnja je oscilirati povezano opterećenje između MOSFET-a pri zadanoj brzini frekvencije utvrđenoj vrijednostima Rt / Ct mreže.

Vrijednosti ovih vremenskih RC komponenata mogu se postaviti formulom: f = 1 / 1.453 x Rt x Ct gdje je Rt u Ohmima, a Ct u Faradsu. Trebalo bi ga postaviti za postizanje 60Hz za dopunu specificiranog izlaza od 120V, a za specifikacije od 220V to bi se moglo promijeniti na 50Hz.

To se također može postići nekim praktičnim pokušajima i pogreškama, procjenom frekvencijskog područja digitalnim mjeračem frekvencije.

Za postizanje čistog sinusnog vala, niskofrekventni mosfets vrata odvojena su od svojih odgovarajućih IC napajanja i ista se primjenjuju kroz stupanj BJT međuspremnika, konfiguriran za rad kroz SPWM ulaz.

Generiranje SPWM-a

SPWM koji označava sinusno-pulsnu modulaciju širine je konfiguriran oko opamp IC-a i jednostruka IC 555 PWM geneartor.

Iako je IC 555 konfiguriran kao PWM, PWM izlaz iz njegovog pina br. 3 nikada se ne koristi, već se valovi trokuta generirani preko njegovog vremenskog kondenzatora koriste za rezbarenje SPWM-ova. Ovdje bi jedan od uzoraka valova trokuta trebao biti puno sporiji u frekvenciji i sinkroniziran s glavnom IC-ovom frekvencijom, dok drugi treba biti brži valovi trokuta, čija frekvencija u osnovi određuje broj stupova koji može imati SPWM.

Opamp je konfiguriran poput usporedbe i napaja se uzorcima valova trokuta za obradu potrebnih SPWM-ova. Jedan val sporijeg trokuta izvučen je iz Ct izvoda glavne IC IRS2453

Obradu vrši opamp IC uspoređujući dva vala trokuta na ulaznim pinoutima, a generirani SPWM primjenjuje se na baze stupnja BJT međuspremnika.

BJTs odbojnici prebacuju se prema impulsima SPWM i osiguravaju da se i donje strane MOSFET-a prebace na isti obrazac.

Gornje prebacivanje omogućuje izmjeničnom izlazu i prebacivanje sa SPWM uzorkom za oba ciklusa frekvencijskog valnog oblika izmjeničnog napona.

Odabir MOSFET-a

Budući da je naveden pretvarač bez transformatora 3kva, MOSF-ovi moraju biti odgovarajuće ocijenjeni za rukovanje ovim opterećenjem.

MOSFET broj 2SK 4124 naznačen na dijagramu zapravo neće moći izdržati opterećenje od 3 kva, jer je predviđeno da podnosi najviše 2 kva.

Neka istraživanja na mreži omogućuju nam da pronađemo MOSFET: IRFB4137PBF-ND što izgleda dobro za rad s opterećenjem od 3 kva, zbog svoje velike snage na 300 V / 38 ampera.

Budući da se radi o pretvaraču 3kva bez transformatora, pitanje odabira transformatora uklanja se, međutim, baterije moraju biti odgovarajuće ocijenjene da proizvode najmanje 160 V dok su umjereno napunjene, a oko 190 V kada su potpuno napunjene.

Automatska korekcija napona.

Automatska korekcija može se postići spajanjem mreže povratnih informacija između izlaznih stezaljki i Ct pinouta, ali to zapravo možda nije potrebno jer se IC 555 lonci mogu učinkovito koristiti za fiksiranje efektivnog efektivnog izlaznog napona, a nakon postavljanja može se očekivati ​​da će izlazni napon biti apsolutno fiksan i konstantan bez obzira na uvjete opterećenja, ali samo sve dok opterećenje ne prelazi maksimalni kapacitet snage pretvarača.

2) Pretvarač bez transformatora s punjačem i kontrolom povratnih informacija

Drugi dijagram sklopa kompaktnog pretvarača transformatora bez ugrađenog glomaznog željeznog transformatora razmotren je u nastavku. Umjesto teškog željeznog transformatora koristi se induktor feritne jezgre kako je prikazano u sljedećem članku. Šemu nisam dizajnirao ja, pružio mi ju je jedan od strastvenih čitatelja ovog bloga, gospodin Ritesh.

Dizajn je punopravna konfiguracija koja uključuje većinu značajki kao što su detalji namota feritnog transformatora , stupanj indikatora niskog napona, uređaj za regulaciju izlaznog napona itd.

Objašnjenje za gornji dizajn još nije ažurirano, pokušat ću ga uskoro ažurirati, u međuvremenu možete uputiti dijagram i razjasniti svoje sumnje komentarom, ako postoji.

Kompaktni dizajn pretvarača bez transformatora od 200 W # 3

Treći dizajn u nastavku prikazuje krug pretvarača od 200 W bez transformatora (bez transformatora) koji koristi 310V istosmjerni ulaz. To je dizajn kompatibilan sa sinusnim valovima.

Uvod

Pretvarači kao što znamo su uređaji koji pretvaraju, odnosno pretvaraju niskonaponski istosmjerni izvor u visokonaponski izmjenični izlaz.

Proizvedeni visokonaponski izmjenični izlaz općenito je po redoslijedu lokalnih razina mrežnog napona. Međutim, postupak pretvorbe iz niskog napona u visoki napon uvijek zahtijeva uključivanje pozamašnih i glomaznih transformatora. Imamo li mogućnost da ih izbjegnemo i napravimo pretvarački krug bez transformatora?

Da, postoji prilično jednostavan način implementacije dizajna pretvarača bez transformatora.

U osnovi pretvarači koji koriste baterije istosmjernog napona trebaju ih potaknuti na predviđeni viši izmjenični napon, što pak nužno uključuje uključivanje transformatora.

To znači da ako bismo mogli samo zamijeniti ulazni istosmjerni istosmjerni napon istosmjernom razinom jednakom predviđenoj izlaznoj razini izmjeničnog napona, potreba za transformatorom mogla bi se jednostavno eliminirati.

Shema sklopa uključuje visokonaponski istosmjerni ulaz za rad jednostavnog sklopa MOSFET pretvarača i jasno možemo vidjeti da nije uključen transformator.

Kružni rad

Visokonaponski istosmjerni struj jednak potrebnom izlaznom izmjeničnom naponu dobiven je postavljanjem 18 malih, 12 voltnih baterija u seriju.

Vrata N1 su s IC 4093, N1 je ovdje konfiguriran kao oscilator.

Budući da IC zahtijeva strogi radni napon između 5 i 15 volti, potreban se ulaz uzima iz jedne od 12-voltnih baterija i primjenjuje na odgovarajuće IC izlaze.

Cjelokupna konfiguracija tako postaje vrlo jednostavna i učinkovita te u potpunosti eliminira potrebu za glomaznim i teškim transformatorima.

Sve su baterije od 12 volti, snage 4 AH, koje su prilično male, a čini se da čak i kada su spojene zajedno, ne pokrivaju previše prostora. Mogle bi se složiti u čvrstu kompaktnu jedinicu.

Izlaz će biti 110 V AC na 200 W.

Popis dijelova

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

Nadogradnja u verziju Sinewave

Gore spomenuti jednostavni krug pretvarača bez transformatora od 220 V mogao bi se nadograditi u čisti ili istinski sinusni pretvarač jednostavnom zamjenom ulaznog oscilatora s krugom generatora sinusnog vala kao što je prikazano dolje:

Popis dijelova za sinusni oscilator možete pronaći u ovom postu

Solanski pretvarač bez transformatora

Sunce je glavni i neograničeni izvor sirove energije koji je na našem planetu dostupan potpuno besplatno. Ta je snaga u osnovi u obliku topline, no ljudi su otkrili metode iskorištavanja svjetlosti također iz ovog ogromnog izvora za proizvodnju električne energije.

Pregled

Danas je električna energija postala životni put svih gradova, pa čak i ruralnih područja. Uz trošenje fosilnih goriva, sunčeva svjetlost obećava da će biti jedan od glavnih obnovljivih izvora energije kojem se može pristupiti izravno s bilo kojeg mjesta i u svim okolnostima na ovom planetu, besplatno. Naučimo jednu od metoda pretvaranja sunčeve energije u električnu za naše osobne dobrobiti.

U jednom od svojih prethodnih postova raspravljao sam o solarnom pretvaračkom krugu koji je imao jednostavniji pristup i koji je pomoću transformatora ugradio običnu topologiju pretvarača.

Kao što svi znamo, transformatori su glomazni, teški i mogu postati prilično nezgodni za neke primjene.
U sadašnjem dizajnu pokušao sam eliminirati upotrebu transformatora ugrađivanjem visokonaponskih mosfetova i pojačavanjem napona serijskim spajanjem solarnih panela. Proučimo cijelu konfiguraciju uz pomoć sljedećih točaka:

Kako radi

Gledajući dolje prikazanu shemu kruga pretvarača bez transformatora na solarnoj bazi, možemo vidjeti da se ona u osnovi sastoji od tri glavne faze, naime. stupanj oscilatora koji se sastoji od svestranog IC 555, izlazni stupanj koji se sastoji od nekoliko visokonaponskih mrežnih mosfeta i stupanj isporuke snage koji koristi bateriju solarne ploče koja se napaja na B1 i B2.

Kružni dijagram

Budući da IC ne može raditi s naponima većim od 15V, dobro je zaštićen padajućim otpornikom i zener diodom. Zener dioda ograničava visoki napon solarne ploče na priključenom naponskom naponu od 15 V.

Međutim, mosfetima je dozvoljeno raditi s punim izlaznim solarnim naponom, koji može ležati između 200 i 260 volti. U oblačnim uvjetima napon može pasti i do ispod 170V, pa se na izlazu vjerojatno može koristiti stabilizator napona za regulaciju izlaznog napona u takvim situacijama.

MOSFET-ovi su tipa N i P koji tvore par za provedbu poteznih poteza i generiranje potrebnog AC.

MOSFET-ovi nisu navedeni u dijagramu, u idealnom slučaju moraju biti ocijenjeni na 450 V i 5 ampera, naići ćete na mnogo varijanti ako malo proguglate preko mreže.

Korišteni solarni paneli trebali bi strogo imati napon otvorenog kruga od oko 24V pri punoj sunčevoj svjetlosti i oko 17V tijekom jakih sumraka.

Kako spojiti solarne panele

Popis dijelova

R1 = 6K8
R2 = 140K
C1 = 0,1 uF
Diode = su 1N4148
R3 = 10K, 10 vata,
R4, R5 = 100 ohma, 1/4 vata
B1 i B2 = od solarne ploče
Z1 = 5,1 V 1 vati

Koristite ove formule za izračunavanje R1, R2, C1 ....

Ažuriraj:

Gore navedeni dizajn 555 IC možda nije toliko pouzdan i učinkovit, u nastavku se može vidjeti puno pouzdaniji dizajn u obliku puni krug pretvarača H-mosta . Može se očekivati ​​da će ovaj dizajn pružiti puno bolje rezultate od gore navedenog kruga 555 IC

Još jedna prednost korištenja gornjeg kruga je ta što vam neće biti potreban dvostruki raspored solarnih panela, već bi jedan serijski priključeni solarni izvor bio dovoljan za rad gornjeg kruga za postizanje izlaza od 220 V.