Machen Sie diesen 1KVA (1000 Watt) reinen Sinus-Wechselrichter-Schaltkreis

Eine relativ einfache 1000-Watt-Wechselrichter-Sinus-Wechselrichterschaltung wird hier unter Verwendung eines Signalverstärkers und eines Leistungstransformators erläutert.

Wie im ersten Diagramm unten zu sehen ist, handelt es sich bei der Konfiguration um einen einfachen Mosfet, der zur Verstärkung des Stroms bei +/- 60 Volt ausgelegt ist, sodass der angeschlossene Transformator dem erforderlichen 1-kVA-Ausgang entspricht.

Schaltungsbetrieb

Q1, Q2 bilden die anfängliche Differenzverstärkerstufe, die das 1-vpp-Sinussignal an ihrem Eingang in geeigneter Weise auf einen Pegel anhebt, der zum Initiieren der aus Q3, Q4, Q5 bestehenden Treiberstufe geeignet wird.

Diese Stufe erhöht die Spannung weiter, so dass sie zum Antreiben der Mosfets ausreicht.

Die Mosfets sind auch im Push-Pull-Format ausgebildet, das die gesamten 60 Volt effektiv 50 Mal pro Sekunde über die Transformatorwicklungen mischt, so dass der Ausgang des Transformators die beabsichtigten 1000 Watt Wechselstrom auf Netzebene erzeugt.

Jedes Paar ist für die Verarbeitung von 100 Watt Leistung verantwortlich. Zusammen geben alle 10 Paare 1000 Watt in den Transformator ab.

Zur Erfassung des beabsichtigten reinen Sinuswellenausgangs ist ein geeigneter Sinus-Eingang erforderlich, der mit Hilfe einer einfachen Sinuswellengeneratorschaltung erfüllt wird.

Es besteht aus ein paar Opamps und ein paar anderen passiven Teilen. Es muss mit Spannungen zwischen 5 und 12 betrieben werden. Diese Spannung sollte in geeigneter Weise von einer der Batterien abgeleitet werden, die zum Ansteuern des Wechselrichterkreises eingebaut werden.

Der Wechselrichter wird mit Spannungen von +/- 60 Volt betrieben, die 120 V DC betragen.

Dieser enorme Spannungspegel wird durch Setzen von 10 Nr. Erhalten. von 12 Volt Batterien in Reihe.

Die Sinusgeneratorschaltung

Das folgende Diagramm zeigt eine einfache Sinusgeneratorschaltung, die zum Ansteuern der obigen Wechselrichterschaltung verwendet werden kann. Da jedoch der Ausgang dieses Generators von Natur aus exponentiell ist, kann dies zu einer starken Erwärmung der Mosfets führen.

Eine bessere Option wäre die Einbeziehung einer PWM-basierten Schaltung, die die obige Schaltung mit entsprechend optimierten PWM-Impulsen versorgt, die einem Standard-Sinussignal entsprechen.

Die PWM-Schaltung, die den IC555 verwendet, wurde auch im nächsten Diagramm erwähnt, das zum Auslösen der obigen 1000-Watt-Wechselrichterschaltung verwendet werden kann.

Teileliste für die Sinusgeneratorschaltung

Alle Widerstände sind 1/8 Watt, 1% MFR
R1 = 14K3 (12K1 für 60 Hz),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,
R5, R6 = 2K2 (1K9 für 60 Hz),
R9 = 20K
C1, C2 = 1 uF, TANT.
C3 = 2µF, TANT (ZWEI 1µF IN PARALLEL)
C4, C6, C7 = 2 & mgr; 2/25 V,
C5 = 100 u / 50 V,
C8 = 22 uF / 25 V.
A1, A2 = TL 072

Teileliste für Wechselrichter

Q1, Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4, Q5 = BD139

Alle N-Kanal-Mosfet sind = K1058

Alle P-Kanal-Mosfets sind = J162

Transformator = 0-60 V / 1000 Watt / Ausgang 110/220 Volt 50 Hz / 60 Hz

Der vorgeschlagene 1-kVA-Wechselrichter, der in den obigen Abschnitten erörtert wurde, kann stark rationalisiert und verkleinert werden, wie in der folgenden Konstruktion angegeben:

So schließen Sie Batterien an

Das Diagramm zeigt auch die Methode zum Anschließen der Batterie und die Versorgungsanschlüsse für die Sinuswelle oder die PWM-Oszillatorstufen.

Hier wurden nur vier Mosfets verwendet, die IRF4905 für den p-Kanal und IRF2907 für den n-Kanal sein könnten.

Komplettes 1-kVA-Wechselrichterschaltungsdesign mit 50-Hz-Sinusoszillator

Im obigen Abschnitt haben wir ein vollständiges Brückendesign kennengelernt, bei dem zwei Batterien beteiligt sind, um die erforderliche 1-kVA-Leistung zu erzielen. Lassen Sie uns nun untersuchen, wie ein vollständiges Brückendesign unter Verwendung eines 4-N-Kanal-Mosfets und einer einzelnen Batterie aufgebaut werden kann.

Der folgende Abschnitt zeigt, wie eine Vollbrücken-1-KVA-Wechselrichterschaltung unter Verwendung von komplizierten High-Side-Treibernetzwerken oder -chips aufgebaut werden kann.

Verwenden von Arduino

Die oben erläuterte 1-kVA-Sinus-Wechselrichterschaltung kann auch über ein Arduino angesteuert werden, um eine nahezu perfekte Sinuswellenleistung zu erzielen.

Das vollständige Arduino-basierte Schaltbild ist unten zu sehen:

Der Programmcode ist unten angegeben:

//code modified for improvement from http://forum.arduino.cc/index.php?topic=8563.0
//connect pin 9 -> 10k Ohm + (series with)100nF ceramic cap -> GND, tap the sinewave signal from the point at between the resistor and cap.
float wav1[3]//0 frequency, 1 unscaled amplitude, 2 is final amplitude
int average
const int Pin = 9
float time
float percentage
float templitude
float offset = 2.5 // default value 2.5 volt as operating range voltage is 0~5V
float minOutputScale = 0.0
float maxOutputScale = 5.0
const int resolution = 1 //this determines the update speed. A lower number means a higher refresh rate.
const float pi = 3.14159
void setup()
wav1[0] = 50 //frequency of the sine wave
wav1[1] = 2.5 // 0V - 2.5V amplitude (Max amplitude + offset) value must not exceed the 'maxOutputScale'
TCCR1B = TCCR1B & 0b11111000
void loop() {
time = micros()% 1000000
percentage = time / 1000000
templitude = sin(((percentage) * wav1[0]) * 2 * pi)
wav1[2] = (templitude * wav1[1]) + offset //shift the origin of sinewave with offset.
average = mapf(wav1[2],minOutputScale,maxOutputScale,0,255)
analogWrite(9, average)//set output 'voltage'
delayMicroseconds(resolution)//this is to give the micro time to set the 'voltage'
}
// function to map float number with integer scale - courtesy of other developers.
long mapf(float x, float in_min, float in_max, long out_min, long out_max)
{
return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min
}

Das Vollbrücken-Wechselrichterkonzept

Das Ansteuern eines Vollbrücken-Mosfet-Netzwerks mit 4 N-Kanal-Mosfets ist nie einfach, sondern erfordert eine relativ komplexe Schaltung mit komplexen High-Side-Treibernetzwerken.

Wenn Sie die folgende Schaltung studieren, die von mir entwickelt wurde, werden Sie feststellen, dass es schließlich nicht so schwierig ist, solche Netzwerke zu entwerfen, und dass dies auch mit gewöhnlichen Komponenten möglich ist.

Wir werden das Konzept mit Hilfe des gezeigten Schaltplans untersuchen, der in Form einer modifizierten 1-kVA-Wechselrichterschaltung mit 4 N-Kanal-Mosfets vorliegt.

Wie wir alle wissen, sind 4 N-Kanal-Mosfets an einem beteiligt H-Brückennetz Ein Bootstrapping-Netzwerk ist unerlässlich, um die High-Side oder die oberen beiden Mosfets anzutreiben, deren Abflüsse mit der High-Side oder der Batterie (+) oder dem Plus der gegebenen Versorgung verbunden sind.

Bei dem vorgeschlagenen Entwurf wird das Bootstrapping-Netzwerk mit Hilfe von sechs NOT-Gattern und einigen anderen passiven Komponenten gebildet.

Der Ausgang der NICHT-Gatter, die als Puffer konfiguriert sind, erzeugt eine Spannung, die doppelt so hoch ist wie die des Versorgungsbereichs. Wenn die Versorgung 12 V beträgt, erzeugen die NICHT-Gatterausgänge etwa 22 V.

Diese erhöhte Spannung wird über die Emitter-Pinbelegung von zwei jeweiligen NPN-Transistoren an die Gates der High-Side-Mosfets angelegt.

Da diese Transistoren so geschaltet werden müssen, dass diagonal gegenüberliegende Mosfets gleichzeitig leiten, während die diagonal gepaarten Mosfets an den beiden Armen der Brücke abwechselnd leiten.

Diese Funktion wird effektiv von dem Hochgenerator-IC 4017 mit sequentiellem Ausgang übernommen, der technisch als Johnson-Division durch 10-Zähler / Teiler-IC bezeichnet wird.

Das Bootstrapping-Netzwerk

Die Ansteuerfrequenz für den obigen IC wird vom Bootstrapping-Netzwerk selbst abgeleitet, um die Notwendigkeit einer externen Oszillatorstufe zu vermeiden.

Die Frequenz des Bootstrapping-Netzwerks sollte so eingestellt werden, dass die Ausgangsfrequenz des Transformators gemäß den erforderlichen Spezifikationen auf den erforderlichen Grad von 50 oder 60 Hz optimiert wird.

Während der Sequenzierung lösen die Ausgänge des IC 4017 die angeschlossenen Mosfets entsprechend aus und erzeugen den erforderlichen Push-Pull-Effekt auf die angeschlossene Transformatorwicklung, wodurch die Funktion des Wechselrichters aktiviert wird.

Der mit den NPN-Transistoren verbundene PNP-Transistor stellt sicher, dass die Gate-Kapazität der Mosfets im Verlauf der Aktion effektiv entladen wird, um ein effizientes Funktionieren des gesamten Systems zu ermöglichen.

Die Pinbelegungsverbindungen zu den Mosfets können gemäß den individuellen Präferenzen geändert und geändert werden. Dies erfordert möglicherweise auch die Beteiligung der Reset-Pin # 15-Verbindung.

Wellenformbilder

Das obige Design wurde von Herrn Robin Peter, einem der begeisterten Hobbyisten und Mitwirkenden an diesem Blog, getestet und verifiziert. Die folgenden Wellenformbilder wurden von ihm während des Testprozesses aufgezeichnet.