5kva feritni krug pretvarača jezgre - puni radni dijagram s detaljima izračuna

U ovom postu raspravljamo o konstrukciji kruga pretvarača od 5000 W, koji uključuje transformator od feritne jezgre i stoga je izuzetno kompaktan od konvencionalnih kolega od željezne jezgre.

Blok dijagram

Imajte na umu da ovaj pretvarač feritne jezgre možete pretvoriti u bilo koju željenu snagu, točno od 100 vata do 5 kva ili prema vlastitim željama.

Razumijevanje gornjeg blok dijagrama prilično je jednostavno:

Ulazni istosmjerni tok koji može proći kroz bateriju od 12 V, 24 V ili 48 V ili solarnu ploču primjenjuje se na pretvarač na bazi ferita, koji ga pretvara u visokofrekventni izlaz 220 V izmjenične struje, na oko 50 kHz.

Ali budući da frekvencija 50 kHz možda nije prikladna za naše kućanske uređaje, moramo ovu visokofrekventnu izmjeničnu struju pretvoriti u potrebnih 50 Hz / 220V ili 120V AC / 60Hz.

To se provodi kroz stupanj pretvarača H-mosta, koji ovu visoku frekvenciju pretvara u izlaz u željeni 220V AC.

Međutim, za ovu bi fazu H-mosta trebala vršna vrijednost od 220 V RMS, što je oko 310 V DC.

To se postiže pomoću stupnja mostovskog ispravljača, koji pretvara visokofrekventne 220V u 310 V DC.

Napokon, ovaj napon sabirnice od 310 V DC pretvara se natrag u 220 V 50 Hz pomoću H-mosta.

Također možemo vidjeti stupanj oscilatora od 50 Hz napajan istim istosmjernim izvorom. Ovaj oscilator zapravo nije obavezan i može biti potreban za krugove H-mostova koji nemaju vlastiti oscilator. Na primjer, ako koristimo H-most zasnovan na tranzistoru, možda će nam trebati ovaj stupanj oscilatora da bismo u skladu s tim upravljali visokim i donjim bočnim mosfetima.

AŽURIRAJ: Možda biste htjeli prijeći izravno na novi ažurirani ' POJEDINJENI DIZAJN ', pri dnu ovog članka, koji objašnjava tehniku ​​u jednom koraku za dobivanje izlaza 5 kv sinusnog vala bez transformatora, umjesto da prolazi kroz složeni postupak u dva koraka, kako je objašnjeno u donjim konceptima:

Jednostavan dizajn pretvarača feritne kote

Prije nego što naučimo verziju 5kva, evo jednostavnijeg dizajna sklopa za pridošlice. Ovaj sklop ne koristi nijedan specijalizirani IC upravljački program, već radi samo s n-kanalnim MOSFET-ovima i faza bootstrappinga.

Cjeloviti dijagram sklopa možete vidjeti u nastavku:

Specifikacije MOSFET-a IRF740 od ​​400 V, 10 ampera

U gore navedenom jednostavnom krugu feritnog pretvarača od 12 V do 220 V AC možemo vidjeti gotov modul pretvarača DC od 12 V do 310 V. To znači da ne morate izrađivati ​​složeni transformator na bazi feritne jezgre. Za nove korisnike ovaj dizajn može biti vrlo koristan jer mogu brzo izraditi ovaj pretvarač neovisno o složenim izračunima i odabir feritne jezgre.

5 kva Preduvjeti za dizajn

Prvo morate pronaći napajanje istosmjernom strujom od 60 V za napajanje predloženog kruga pretvarača od 5 kVA. Namjera je konstruirati sklopni pretvarač koji će pretvoriti istosmjerni napon od 60V u viši 310V pri smanjenoj struji.

Topologija koja se slijedi u ovom scenariju je push-pull topologija koja koristi transformator u omjeru 5:18. Za regulaciju napona koja će vam možda trebati i ograničenje struje - svi se napajaju ulaznim izvorom napona. Također istom brzinom, pretvarač ubrzava dopuštenu struju.

Kada je riječ o ulaznom izvoru od 20A, moguće je dobiti 2 - 5A. Međutim, vršni izlazni napon ovog pretvarača od 5 kva iznosi oko 310V.

Specifikacije feritnog transformatora i Mosfet-a

Što se tiče arhitekture, transformator Tr1 ima 5 + 5 primarnih zavoja i 18 za sekundarne. Za prebacivanje je moguće koristiti MOSFET 4 + 4 (tip IXFH50N20 (50A, 200V, 45mR, Cg = 4400pF). Također možete slobodno koristiti MOSFET bilo kojeg napona s Uds 200V (150V) uz najmanji provodni otpor. upotrijebljeni otpor vrata i njegova učinkovitost u brzini i kapacitetu moraju biti izvrsni.

Feritni dio Tr1 izgrađen je oko 15x15 mm ferita c. Induktor L1 konstruiran je pomoću pet prstenova željeznog praha koji se mogu namatati kao žice. Za jezgru prigušnice i ostale pridružene dijelove uvijek je možete dobiti od starih pretvarača (56v / 5V) i unutar njihovih snuberskih stupnjeva.

Korištenje Full Bridge IC-a

Za integrirani krug IC IR2153 se može postaviti. Izlazi IC-a mogli su se vidjeti u baferu s BJT fazama. Štoviše, zbog velikog kapacitivnog ulaza važno je koristiti odbojnike u obliku komplementarnih parova pojačala snage, nekoliko BN139 i BD140 NPN / PNP tranzistora dobro rade svoj posao.

Alternativni IC može biti SG3525

Možete pokušati koristiti i druge upravljačke krugove poput SG3525 . Također, u svrhu ispitivanja možete promijeniti napon na ulazu i raditi u izravnoj vezi s mrežom.

Topologija korištena u ovom krugu ima mogućnost galvanske izolacije, a radna frekvencija je oko 40 kHz. U slučaju da ste pretvarač planirali koristiti za mali rad, nećete se hladiti, ali za duži rad obavezno dodajte rashladno sredstvo pomoću ventilatora ili velikih hladnjaka. Većina energije gubi se na izlaznim diodama, a Schottkyjev napon pada oko 0,5 V.

Ulaz 60V mogao bi se postići stavljanjem 5 nosača od 12V baterija u seriju, a Ah vrijednost svake baterije mora biti ocijenjena na 100 Ah.

TEHNIČKI LIST IR2153

Molimo nemojte koristiti BD139 / BD140, umjesto BC547 / BC557, za gornju fazu upravljačkog programa.

Visokofrekventni stupanj 330V

220 V dobiveni na izlazu TR1 u gore navedenom krugu pretvarača od 5 kva i dalje se ne mogu koristiti za rad normalnih uređaja jer bi sadržaj izmjenične struje oscilirao na ulaznoj frekvenciji od 40 kHz. Za pretvorbu gornjih 220 kV izmjeničnog napona u 220 V 50 Hz ili 120V 60Hz AC, potrebni su daljnji stupnjevi kako je navedeno u nastavku:

Prvo će 220 V 40 kHz trebati biti ispravljeno / filtrirano preko mostovnog ispravljača koji se sastoji od brzih dioda za oporavak snage oko 25 ampera od 300 V i 10 uF / 400 V kondenzatora.

Pretvaranje 330 V DC u 50 Hz 220 V AC

Dalje, ovaj ispravljeni napon koji bi se sada montirao na oko 310V trebao bi biti impulsiran na potrebnih 50 ili 60 Hz kroz drugi krug pretvarača punog mosta kao što je prikazano dolje:

Stezaljke s oznakom 'load' sada bi se mogle izravno koristiti kao konačni izlaz za rad sa željenim opterećenjem.

Ovdje bi mosfets mogao biti IRF840 ili bilo koji ekvivalentan tip.

Kako namotati feritni transformator TR1

Transformator TR1 glavni je uređaj koji je odgovoran za pojačavanje napona na 220V na 5kva, a temelji se na feritnoj jezgri i izgrađen je od nekoliko feritnih EE jezgara kako je detaljno opisano u nastavku:

Budući da je uključena snaga velika oko 5 kvs, E jezgre moraju biti zastrašujuće veličine, mogla bi se isprobati feritna E-jezgra tipa E80.

Imajte na umu da ćete možda morati integrirati više od 1 E jezgre, mogu biti 2 ili 3 E-jezgre zajedno, postavljene jedna do druge za postizanje masivne izlazne snage od 5KVA iz sklopa.

Upotrijebite najveći koji može biti dostupan i paralelno namotajte 5 + 5 zavoja koristeći 10 brojeva od 20 SWG super emajliranih bakrenih žica.

Nakon 5 zavoja, zaustavite primarni namot izolirajte sloj izolacijskom trakom i započnite sekundarnih 18 zavoja preko ovih 5 primarnih zavoja. Paralelno koristite 5 niti od 25 SWG super emajliranog bakra za namatanje sekundarnih zavoja.

Nakon završetka 18 zavoja, prekinite ga preko izlaznih vodova špulice, izolirajte trakom i namotajte preostalih 5 primarnih zavoja kako biste dovršili feritna jezgra TR1 konstrukcija . Ne zaboravite spojiti kraj prvih 5 zavoja s početkom primarnog namota gornjih 5 zavoja.

Metoda montaže e-jezgre

Sljedeći dijagram daje ideju o tome kako se više od 1 E-jezgre može koristiti za provedbu gore raspravljenog dizajna transformatorskog pretvarača od 5 KVA:

E80 Feritna jezgra

Povratne informacije gospodina Sherwina Baptiste

Dragi svi,

U gore navedenom projektu za transformator nisam koristio odstojnike između dijelova jezgre, krug je dobro radio s hladnjakom trafo dok je radio. Uvijek sam preferirao EI jezgru.

Trafos sam uvijek premotao prema izračunatim podacima, a zatim sam ih koristio.

Tim više što je trafo EI jezgra, razdvajanje feritnih dijelova bilo je prilično jednostavno nego uklanjanje EE jezgre.

Također sam pokušao otvoriti trafos EE jezgre, ali nažalost, na kraju sam razbio jezgru dok sam je odvajao.

Nikad nisam mogao otvoriti EE jezgru, a da je nisam slomio.

Prema mojim nalazima, nekoliko bih stvari rekao u zaključku:

--- Najbolje su radila ona napajanja s neizrezanim jezgrom trafos. (opisujem trafo iz starog atx računala jer sam koristio samo one. PC napajanja ne otkazuju tako lako osim ako nije puhao kondenzator ili nešto drugo.) ---

--- Opskrbe koje su imale trafos s tankim odstojnicima često su bile obezbojene i rano su propale. (To sam upoznao iskustvom jer sam do danas kupio mnogo polovnih napajanja samo da bih ih proučio) ---

--- Mnogo jeftinija napajanja s markama poput CC 12v 5a, 12v 3a ACC12v 3a RPQ 12v 5a sve

Takve vrste feritnih trafosa imale su deblje komade papira između jezgri i svi su loše propali !!! ---

U FINALU je jezgra trafo EI35 najbolje radila (bez zadržavanja zračnog zazora) u gore navedenom projektu.

Pojedinosti o pripremi kruga pretvarača feritne jezgre 5kva:

Korak 1:

• Korištenje 5 zatvorenih olovnih baterija od 12v 10Ah
• Ukupni napon = 60v Stvarni napon
• = Napon punog napunjenja od 66v (po 13,2 v)
• = 69v Napon punjenja na razini puhanja.

Korak 2:

Nakon izračuna napona baterije imamo 66 volti pri 10 ampera kad su napunjeni.

• Slijedi napajanje na ic2153.
• 2153 ima najviše 15,6 v ZENER stezaljku između Vcc i Gnd.
• Dakle, koristimo poznati LM317 za napajanje IC-a reguliranom snagom od 13v.

Korak 3:

Regulator lm317 ima sljedeća pakiranja

1. LM317LZ --- 1,2-37v 100ma do-92
2. LM317T --- 1,2-37v 1,5amp do-218
3. LM317AHV --- 1,2-57v 1,5amp do-220

Koristimo lm317ahv u kojem je 'A' sufiksni kod, a 'HV' visokonaponski paket,

budući da gornji regulator može podržavati ulazni napon do 60v i izlazni napon od 57 volti.

Korak 4:

• Ne možemo isporučiti 66v izravno paketu lm317ahv jer je njegov ulaz maksimalan 60v.
• Dakle, mi koristimo DIODE kako bismo napon akumulatora spustili na siguran napon za napajanje regulatora.
• Moramo otpasti oko 10v sa maksimalnog ulaza regulatora koji je 60v.
• Prema tome, 60v-10v = 50v
• Sada bi sigurni maksimalni ulaz dioda u regulator mogao biti 50 volti.

Korak 5:

• Uobičajenu diodu 1n4007 koristimo za pad napona baterije na 50v,
• Budući da je silicijska dioda, pad svakog napona je oko 0,7 volta.
• Sada izračunavamo potreban broj dioda koje bi nam trebale povećati napon baterije na 50 volti.
• napon akumulatora = 66v
• calc.max ulazni napon na regulatoru čip = 50v
• Dakle, 66-50 = 16v
• Sada 0,7 *? = 16v
• Podijelimo 16 s 0,7 što je 22,8, tj. 23.
• Dakle, moramo ugraditi oko 23 diode, jer ukupan pad od tih iznosi 16,1 v
• Sada je izračunati sigurni ulazni napon regulatora 66v - 16,1v što je 49,9v appxm. 50v

Korak 6:

• Dovodimo 50v na regulatorni čip i podešavamo izlaz na 13v.
• Za veću zaštitu koristimo feritne kuglice za uklanjanje neželjenih smetnji na izlaznom naponu.
• Regulator treba postaviti na hladnjak odgovarajuće veličine kako bi se održao hladnim.
• Tantalni kondenzator spojen na 2153 važan je kondenzator koji osigurava da IC dobije glatku jednosmjernu struju od regulatora.
• Njegova se vrijednost može sigurno smanjiti s 47uf na 1uf 25v.

Korak 7:

• Ostatak strujnog kruga dobiva 66 volti, a mjesta za nošenje velike struje u krugu trebaju biti ožičena teškim kabelskim žicama.
• Za transformator bi njegov primarni trebao biti 5 + 5 zavoja, a sekundarni 20 zavoja.
• Frekvenciju 2153 treba postaviti na 60KHz.

Korak 8:

Visokofrekventni krug izmjeničnog i niskofrekventnog pretvarača koji koristi čip irs2453d trebao bi biti ožičen na odgovarajući način, kako je prikazano na dijagramu.

Napokon dovršeno .

Izrada PWM verzije

Sljedeće objave raspravljaju o drugoj verziji 5kW PWM pretvarača sinevalnog vala koji koristi kompaktni feritni transformator. Ideju je zatražio gospodin Javeed.

Tehničke specifikacije

Dragi gospodine, hoćete li molim vas izmijeniti njegov izlaz PWM izvorom i olakšati upotrebu tako jeftinog i ekonomičnog dizajna ljudima širom svijeta poput nas? Nadam se da ćete razmotriti moj zahtjev. Zahvaljujem ti.ljubazni čitatelju.

Dizajn

U ranijem postu predstavio sam krug pretvarača 5kva na bazi feritne jezgre, ali budući da je pretvarač kvadratnog vala, ne može se koristiti s raznom elektroničkom opremom, pa njegova primjena može biti ograničena samo na otporna opterećenja.

Međutim, isti dizajn mogao bi se pretvoriti u PWM ekvivalent sinusnog pretvarača ubrizgavanjem PWM napajanja u donje strane MOSFET-a, kao što je prikazano na sljedećem dijagramu:

SD pin IC IRS2153 pogrešno je prikazan povezan s Ct, pazite da ga spojite s uzemljenjem.

Prijedlog: stadij IRS2153 mogao bi se lako zamijeniti IC 4047 stupanj , u slučaju da se čini da je IRS2153 teško dobiti.

Kao što možemo vidjeti u gore navedenom PWM sklopu pretvarača 5kva, dizajn je potpuno sličan našem ranijem izvornom krugu pretvarača 5kva, osim naznačene faze napajanja PWM međuspremnika s niskim bočnim MOSFET-om stupnja pokretača H-mosta.

Umetanje PWM feeda moglo se nabaviti bilo kojim standardom Strujni krug PWM-a pomoću IC 555 ili pomoću tranzistorizirani pokretni multivibrator.

Za precizniju replikaciju PWM-a također se može odlučiti za PWM generator Bubba oscilatora za nabavu PWM-a s gore prikazanim dizajnom sinewave pretvarača 5kva.

Postupci izrade za gornji projekt ne razlikuju se od izvornog projekta, jedina razlika je u integraciji BC547 / BC557 BJT odbojnih stupnjeva s niskim bočnim mosfetovima IC stupnja punog mosta i PWM napajanjem.

Još jedan kompaktni dizajn

Mali pregled pokazuje da zapravo gornji stupanj ne mora biti tako složen.

Krug generatora istosmjerne struje od 310 V može se izraditi bilo kojim drugim zamjenskim krugom koji se temelji na oscilatoru. Primjer dizajna prikazan je dolje gdje je poluosna IC IR2155 upotrijebljena kao oscilator na push-pull način.

Opet, ne postoji poseban dizajn koji bi mogao biti potreban za fazu generatora 310V, možete isprobati bilo koju drugu alternativu prema vašim željama, neki su uobičajeni primjeri, IC 4047, IC 555, TL494, LM567 itd.

Pojedinosti o induktoru za gornji feritni transformator od 310 V do 220 V

Pojednostavljeni dizajn

U gornjim projektima do sada smo raspravljali o prilično složenom pretvaraču bez transformatora koji je obuhvaćao dva složena koraka za dobivanje konačnog mrežnog izlaza. U ovim koracima prvo je potrebno pretvoriti istosmjernu bateriju u pretvarač feritne jezgre u 310 V DC, a zatim se 310 VDC treba vratiti na 220 V efektivne vrijednosti kroz mrežu 50 Hz s punim mostom.

Kao što je predložio jedan od strastvenih čitatelja u odjeljku za komentare (gospodin Ankur), postupak u dva koraka pretjeran je i jednostavno nije potreban. Umjesto toga, dio feritne jezgre može se i sam prilagoditi prikladnim za dobivanje potrebnog sinusnog vala od 220 V izmjeničnog napona, a MOSFET dio s punim mostom može se eliminirati.

Sljedeća slika prikazuje jednostavnu postavku za izvršavanje gore objašnjene tehnike:

NAPOMENA: Transformator je feritni transformator koji mora biti prikladno izračunati d

U gore navedenom dizajnu, desna strana IC 555 ožičena je kako bi generirala osnovne oscilacijske signale od 50 Hz za MOSFET prebacivanje. Također možemo vidjeti opcijski stupanj, u kojem se ovaj signal izvlači iz vremenske mreže ICs RC u obliku valova trokuta od 50 Hz i dovodi na jedan od njegovih ulaza za usporedbu signala s signalima brzog trokuta s drugog IC 555 nestabilni krug. Ovaj brzi valovi trokuta mogu imati frekvenciju od 50 kHz do 100 kHz.

Opcijsko pojačalo uspoređuje dva signala kako bi generiralo frekvenciju modulirane SPWM ekvivalentom sinusnog vala. Ovaj modulirani SPWM dovodi se na baze upravljačkih BJT-ova za prebacivanje MOSFET-a brzinom SPWM od 50 kHz, moduliranom na 50 Hz.

MOSFEtovi zauzvrat prebacuju priključeni transformator feritne jezgre s istom SPWM moduliranom frekvencijom kako bi generirali predviđeni čisti sinusni izlaz na sekundaru transformatora.

Zbog preusmjeravanja visoke frekvencije, ovaj sinusni val može biti pun neželjenih harmonika, koji se filtrira i zaglađuje kroz kondenzator 3 uF / 400 V da bi se dobio razumno čisti izlaz sinusnog vala izmjenične struje sa željenom snagom, ovisno o transformatoru i specifikacije napajanja baterije.

Desna strana IC 555 koja generira nosače signala od 50 Hz može se zamijeniti bilo kojim drugim povoljnim IC oscilatorom, poput IC 4047 itd.

Dizajn pretvarača feritne jezgre pomoću tranzistorskog podesivog kruga

Sljedeći koncept pokazuje kako se jednostavni pretvarač s feritnim jezgrom može izgraditi pomoću nekoliko uobičajenih stabilnih sklopova temeljenih na tranzistorima i feritnih transformatora.

Ovu su ideju zatražili nekolicina posvećenih sljedbenika ovog bloga, naime gospodin Rashid, gospodin Sandeep i još nekoliko čitatelja.

Koncept kruga

U početku nisam mogao dokučiti teoriju ovih kompaktnih pretvarača koji su u potpunosti eliminirali glomazne transformatore od željezne jezgre.

No nakon malo razmišljanja čini se da sam uspio otkriti vrlo jednostavan princip povezan s funkcioniranjem takvih pretvarača.

Kineski pretvarači kompaktnog tipa u posljednje vrijeme postaju prilično poznati upravo zbog svojih kompaktnih i elegantnih veličina koje ih čine izuzetno laganima, a opet izuzetno učinkovitima sa svojim specifikacijama izlazne snage.

U početku sam smatrao da je koncept neizvediv, jer se po meni uporaba malenih feritnih transformatora za primjenu niskofrekventnih pretvarača činila vrlo nemogućom.

Pretvarači za kućnu upotrebu trebaju 50/60 Hz, a za uvođenje feritnog transformatora trebali bismo vrlo visoke frekvencije, pa je ideja izgledala vrlo komplicirano.

Nakon malo razmišljanja, bio sam zapanjen i sretan kad sam otkrio jednostavnu ideju za implementaciju dizajna. Sve se sastoji u pretvaranju napona baterije u 220 ili 120 mrežnog napona na vrlo visokoj frekvenciji i prebacivanju izlaza na 50/60 HZ pomoću push-pull stupnja mosfet-a.

Kako radi

Gledajući lik možemo jednostavno svjedočiti i shvatiti cijelu ideju. Ovdje se napon baterije prvo pretvara u visokofrekventne PWM impulse.

Ti se impulsi bacaju u pojačani feritni transformator koji ima potrebnu odgovarajuću ocjenu. Impulsi se primjenjuju pomoću mosfet-a kako bi se struja baterije mogla optimalno iskoristiti.

Feritni transformator pojačava napon na 220 V na svom izlazu. Međutim, budući da ovaj napon ima frekvenciju od oko 60 do 100 kHz, ne može se izravno koristiti za rad s kućanskim aparatima i stoga ga treba dodatno obraditi.

U sljedećem koraku ovaj se napon ispravlja, filtrira i pretvara u 220V DC. Ovaj visokonaponski istosmjerni napokon konačno je prebačen na frekvenciju od 50 Hz, tako da se može koristiti za upravljanje kućanskim aparatima.

Molimo vas da uzmete u obzir da, iako sam strujni krug isključivo dizajnirao ja, on nije praktički testiran, napravite ga na vlastiti rizik i ako imate dovoljno povjerenja u data objašnjenja.

Kružni dijagram

Popis dijelova za kompaktni krug pretvarača feritne jezgre od 12 V DC do 220 V AC.

• R3 --- R6 = 470 Ohma
• R9, R10 = 10K,
• R1, R2, C1, C2 = izračunajte da generirate frekvenciju od 100 kHz.
• R7, R8 = 27K
• C3, C4 = 0,47uF
• T1 ---- T4 = BC547,
• T5 = bilo koji N-kanalni MOSFet od 30 V 20 Amp,
• T6, T7 = bilo koji, 400V, 3 amp mosfet.
• Diode = brzi oporavak, tip velike brzine.
• TR1 = primarni, 13V, 10amp, sekundarni = 250-0-250, 3amp. Feritni transformator s e-jezgrom .... zatražite pomoć od stručnog namotača i dizajnera transformatora.

Poboljšana verzija gore navedenog dizajna prikazana je u nastavku. Izlazni stupanj ovdje je optimiziran za bolji odziv i veću snagu.

Poboljšana verzija