500 Watt Wechselrichterschaltung mit Ladegerät

In diesem Beitrag werden wir ausführlich diskutieren, wie eine 500-Watt-Wechselrichterschaltung mit einer integrierten automatischen Batterieladestufe aufgebaut wird.

Weiter im Artikel erfahren Sie auch, wie Sie das System für höhere Lasten aufrüsten und wie Sie es zu einer reinen Sinuswellenversion verbessern.

Dieser 500-Watt-Wechselrichter wandelt 12 V DC oder 24 V DC von einer Blei-Säure-Batterie in 220 V oder 120 V AC um, die für die Stromversorgung aller Arten von Lasten verwendet werden können, direkt von CFL-Leuchten, LED-Lampen, Lüftern und Heizungen , Motoren, Pumpen, Mischer, Computer und so weiter.

Grundlegende Gestaltung

Ein Wechselrichter kann ausgelegt werden auf viele verschiedene Arten, einfach durch Ersetzen der Oszillatorstufe durch eine andere Art von Oszillatorstufe, je nach Benutzerpräferenz.

Die Oszillatorstufe ist grundsätzlich eine astabiler Multivibrator Dies könnte ICs oder Transistoren verwenden.

Obwohl ein Oszillator auf Astable-Basis auf verschiedene Arten entworfen werden kann, werden wir hier die Option IC 4047 verwenden, da es sich um einen vielseitigen, genauen und spezialisierten Astable-Chip handelt, der speziell für Anwendungen wie Wechselrichter entwickelt wurde.

Verwenden von IC 4047

Wechselrichter herstellen mit dem IC 4047 ist aufgrund der hohen Genauigkeit und Lesbarkeit des IC wahrscheinlich die am meisten empfohlene Option. Das Gerät ist ein vielseitiger Oszillator-IC, der einen doppelten Push-Pull- oder Flip-Flop-Ausgang über Pin 10 und Pin 11 sowie einen einzelnen Rechteckwellenausgang an Pin 13 bietet.

GRUNDLEGENDE SCHALTUNG

Ein einfacher 500-Watt-Wechselrichter mit einer Rechteckwellenleistung kann so einfach wie oben aufgebaut werden. Um es jedoch mit einem Batterieladegerät aufzurüsten, müssen wir möglicherweise einen Ladetransformator verwenden, der gemäß den Batteriespezifikationen entsprechend ausgelegt ist.

Bevor Sie die Ladegerätekonfiguration kennenlernen, sollten Sie sich zunächst mit den für dieses Projekt erforderlichen Batteriespezifikationen vertraut machen.

Aus einem unserer vorherigen Beiträge wissen wir, dass die geeignetere Lade- und Entladerate einer Blei-Säure-Batterie bei 0,1 ° C oder bei einem Versorgungsstrom liegen sollte, der 10-mal niedriger ist als die Ah-Bewertung der Batterie. Dies bedeutet, dass die Batterie Ah auf folgende Weise berechnet werden kann, um mindestens 7 Stunden bei einer Last von 500 Watt wieder zu sichern

Der für eine 500-Watt-Last aus einer 12-V-Batterie erforderliche Betriebsstrom beträgt ungefähr 500/12 = 41 Ampere

Diese 41 Ampere müssen 7 Stunden lang halten, was bedeutet, dass die Batterie Ah = 41 x 7 = 287 Ah sein muss. Im wirklichen Leben muss dies jedoch mindestens 350 Ah betragen.

Bei einer 24-V-Batterie kann dies bei 200 Ah zu 50% weniger kommen. Genau aus diesem Grund wird immer eine höhere Betriebsspannung empfohlen, wenn die Leistung des Wechselrichters höher wird.

24 V Batterie verwenden

Um die Batterie und die Transformatorgröße kleiner und die Kabel dünner zu halten, können Sie eine 24-V-Batterie verwenden, um das vorgeschlagene 500-Watt-Design zu betreiben.

Das grundlegende Design würde unverändert bleiben, mit Ausnahme von a 7812 IC zur IC 4047-Schaltung hinzugefügt, wie unten gezeigt:

Schematische Darstellung

Akkuladegerät

Um das Design einfach und dennoch effektiv zu halten, habe ich die Verwendung vermieden automatische Abschaltung für das Ladegerät hier und haben auch sichergestellt, dass ein einziger gemeinsamer Transformator für den Wechselrichter- und den Ladevorgang verwendet wird.

Das vollständige Schaltbild für den vorgeschlagenen 500-Watt-Wechselrichter mit Batterieladegerät ist nachstehend aufgeführt:

Das gleiche Konzept wurde bereits in einem der anderen verwandten Beiträge ausführlich erörtert, auf die Sie für weitere Informationen verweisen können.

Grundsätzlich verwendet der Wechselrichter die gleicher Transformator zum Laden des Akkus und zum Umwandeln der Batterieleistung in einen 220-V-Wechselstromausgang. Der Betrieb wird über ein Relais-Umschaltnetzwerk implementiert, das abwechselnd die Transformatorwicklung in den Lademodus und den Wechselrichtermodus wechselt.

Wie es funktioniert

Wenn kein Netznetz verfügbar ist, werden die Relaiskontakte an ihren jeweiligen N / C-Punkten positioniert (normalerweise geschlossen). Dies verbindet die Abflüsse der MOSFETs mit der Primärwicklung des Transformators, und die Geräte oder die Last verbinden sich mit der Sekundärseite des Transformators.

Das Gerät wechselt in den Wechselrichtermodus und beginnt mit der Erzeugung der erforderlichen 220 V AC oder 120 V AC aus der Batterie.

Die Relaisspulen werden aus einem einfachen Rohöl gespeist transformatorloser (kapazitiver) Stromversorgungskreis unter Verwendung eines 2uF / 400V-Fallkondensators.

Die Versorgung muss nicht stabilisiert oder gut geregelt sein, da die Last in Form von Relaisspulen vorliegt, die ziemlich robust sind und dem Einschaltstoß des 2uF-Kondensators problemlos standhalten.

Die Spule für das RL1-Relais, die die Netzwechselseite des Transformators steuert, ist vor einer Sperrdiode angeschlossen, während die Spule von RL2, die die MOSFET-Seite steuert, hinter der Diode und parallel zu einem großen Kondensator positioniert ist.

Dies geschieht absichtlich, um einen kleinen Verzögerungseffekt für RL2 zu erzeugen oder um sicherzustellen, dass RL1 vor RL2 ein- und ausgeschaltet wird. Dies dient Sicherheitsbedenken und um sicherzustellen, dass die MOSFETs niemals der Rückladeversorgung ausgesetzt werden, wenn das Relais vom Wechselrichtermodus in den Lademodus wechselt.

Sicherheitsvorschläge

Wie wir wissen, arbeitet der Transformator in jedem Wechselrichterkreis wie eine schwere induktive Last. Wenn eine so schwere induktive Last mit einer Frequenz geschaltet wird, erzeugt sie zwangsläufig eine große Menge an Stromspitzen, die für die empfindliche Elektronik und die beteiligten ICs möglicherweise gefährlich sein können.

Um die ordnungsgemäße Sicherheit der elektronischen Bühne zu gewährleisten, kann es wichtig sein, den Abschnitt 7812 folgendermaßen zu ändern:

Für eine 12-V-Anwendung können Sie die oben genannte Spitzenschutzschaltung auf die folgende Version reduzieren:

Batterie, MOSFET und Transformator bestimmen die Leistung

Wir haben dies viele Male an verschiedenen Stellen besprochen, dass es der Transformator, die Batterie und die MOSFET-Nennwerte sind, die tatsächlich entscheiden, wie viel Leistung ein Wechselrichter erzeugen kann.

Wir haben bereits in den vorherigen Abschnitten über die Batterieberechnungen gesprochen. Nun wollen wir sehen, wie die Transformator kann berechnet werden zur Ergänzung der erforderlichen Leistung.

Es ist eigentlich sehr einfach. Da die Spannung 24 V und eine Leistung von 500 Watt betragen soll, ergibt das Teilen von 500 durch 24 20,83 Ampere. Dies bedeutet, dass die Nennleistung des Transformators über 21 Ampere liegen muss, vorzugsweise bis zu 25 Ampere.

Da wir jedoch sowohl für den Lade- als auch für den Wechselrichtermodus denselben Transformator verwenden, müssen wir die Spannung so auswählen, dass sie für beide Operationen optimal geeignet ist.

Eine 20-0-20 V für die Primärseite scheint ein guter Kompromiss zu sein. Tatsächlich ist sie die ideal geeignete Bewertung für die Gesamtarbeit des Wechselrichters in beiden Modi.

Da zum Laden der Batterie nur eine halbe Wicklung verwendet wird, kann die 20-V-RMS-Nennleistung des Transformators verwendet werden, um mit Hilfe des zugehörigen Filterkondensators, der über die Batterie angeschlossen ist, eine Spitzengleichspannung von 20 x 1,41 = 28,2 V über die Batterie zu erhalten Terminals. Diese Spannung lädt den Akku mit einer guten Geschwindigkeit und der richtigen Geschwindigkeit auf.

Im Wechselrichtermodus, wenn sich die Batterie bei etwa 26 V befindet, kann der Wechselrichterausgang auf 24/26 = 220 / Out eingestellt werden

Out = 238 V.

Dies sieht nach einer gesunden Leistung aus, während die Batterie optimal geladen ist, und selbst wenn die Batterie auf 23 V abfällt, kann erwartet werden, dass die Leistung gesunde 210 V aufrechterhält

MOSFET berechnen : MOSFETs funktionieren grundsätzlich wie Schalter, die beim Schalten der Nennstrommenge nicht brennen dürfen und sich aufgrund des erhöhten Widerstands gegen Schaltströme auch nicht erwärmen dürfen.

Um die oben genannten Aspekte zu erfüllen, müssen wir sicherstellen, dass die aktuelle Handhabungskapazität oder die ID-Spezifikation des MOSFET für unseren 500-Watt-Wechselrichter weit über 25 Ampere liegt. Um eine hohe Verlustleistung und ein ineffizientes Schalten zu verhindern, muss die RDSon-Spezifikation des MOSFET so niedrig wie möglich sein.

Das in der Abbildung gezeigte Gerät ist IRF3205 mit einer ID von 110 Ampere und einem RDSon von 8 Milliohm (0,008 Ohm), was tatsächlich ziemlich beeindruckend aussieht und perfekt für dieses Wechselrichterprojekt geeignet ist.

Liste der Einzelteile

Um den oben genannten 500-Watt-Wechselrichter mit Ladegerät herzustellen, benötigen Sie die folgende Stückliste:

• IC 4047 = 1
• Widerstände
• 56K = 1
• 10 Ohm = 2
• Kondensator 0,1 uF = 1
• Kondensator 4700uF / 50 V = 1 (über die Batterieklemmen)
• MOSFETs IRF3205 = 2
• Diode 20 Ampere = 1
• Kühlkörper für die MOSFETs = Large Finned Type
• Sperrdiode über MOSFETs Drain / Source = 1N5402 (Bitte schließen Sie sie über Drain / Source jedes MOSFET an, um zusätzlichen Schutz gegen Gegen-EMK von der Transformator-Primärwicklung zu erhalten. Die Kathode geht zum Drain-Pin.
• Relais DPDT 40 Ampere = 2 Nr

Upgrade auf Modified Sinewave Inverter

Die oben diskutierte Rechteckwellenversion kann effektiv in a umgewandelt werden modifizierte Sinuswelle 500-Watt-Wechselrichterschaltung mit stark verbesserter Ausgangswellenform.

Dafür verwenden wir das uralte IC 555 und IC 741 Kombination zur Herstellung der beabsichtigten Sinuswellenform.

Die komplette Schaltung mit Ladegerät ist unten angegeben:

Die Idee ist dieselbe, die in einigen anderen Sinus-Wechselrichter-Designs auf dieser Website angewendet wurde. Es ist das Gate der Leistungs-MOSFETs mit berechnetem SPWM zu zerhacken, so dass ein repliziertes Hochstrom-SPWM über die Gegentaktwicklung der Transformatorprimärseite oszilliert.

Der IC 741 wird als Komparator verwendet, der zwei Dreieckswellen über seine zwei Eingänge vergleicht. Die langsame Basisdreieckwelle wird vom IC 4047 Ct-Pin erfasst, während die schnelle Dreieckswelle von einem externen stabilen IC 555-Tisch abgeleitet wird. Das Ergebnis ist eine berechnete SPWM an Pin 6 des IC 741. Diese SPWM wird an den Gates der Leistungs-MOSFETs zerhackt, die vom Transformator mit derselben SPWM-Frequenz geschaltet werden.

Dies führt auf der Sekundärseite zu einem reinen Sinuswellenausgang (nach einiger Filtration).

Vollbrückendesign

Die Vollbrückenversion für das obige Konzept kann unter Verwendung der unten angegebenen Konfiguration erstellt werden:

Der Einfachheit halber ist eine automatische Abschaltung der Batterie nicht enthalten. Es wird daher empfohlen, die Versorgung auszuschalten, sobald die Batteriespannung den vollen Ladezustand erreicht. Alternativ können Sie eine entsprechende hinzufügen Glühbirne in Reihe mit der positiven Ladeleitung des Akkus, um ein sicheres Laden des Akkus zu gewährleisten.

Wenn Sie Fragen oder Zweifel bezüglich des obigen Konzepts haben, liegt das Kommentarfeld unten ganz bei Ihnen.