От 220 В до 220 В переменного тока: инвертор своими руками, часть 2:17 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Всем привет. Я надеюсь, что вы все живы и здоровы. В этом руководстве я покажу вам, как я сделал этот преобразователь постоянного тока в переменный, который преобразует напряжение постоянного тока 220 В в напряжение переменного тока 220 В. Генерируемое здесь напряжение переменного тока представляет собой прямоугольный сигнал, а не чистый синусоидальный сигнал. Этот проект является продолжением моего предварительного проекта, который был разработан для преобразования постоянного тока с 12 В на 220 В постоянного тока. Настоятельно рекомендуется сначала посетить мой предыдущий проект, прежде чем продолжить в этой инструкции. Ссылка на мой проект преобразователя постоянного тока в постоянный:

www.instructables.com/id/200Watts-12V-to-2…

Эта система преобразует 220 В постоянного тока в переменный сигнал 220 В с частотой 50 Гц, что является коммерческой частотой переменного тока в большинстве стран. При необходимости частоту можно легко отрегулировать до 60 Гц. Для этого я использовал полную топологию H-моста с 4 высоковольтными полевыми МОП-транзисторами.

Вы можете запустить любое коммерческое устройство с номинальной мощностью 150 Вт и пиковой мощностью около 200 Вт на короткое время. Я успешно протестировал эту схему с мобильными зарядными устройствами, лампами CFL, зарядным устройством для ноутбука и настольным вентилятором, и все они отлично работают с этой конструкцией. Во время работы вентилятора также не было гудения. Благодаря высокой эффективности преобразователя постоянного тока в постоянный ток, потребляемый этой системой без нагрузки составляет всего около 60 мА.

В проекте используются очень простые и легкие в использовании компоненты, а некоторые из них даже утилизированы из старых компьютерных блоков питания.

Итак, без дальнейших задержек, давайте приступим к процессу сборки!

ВНИМАНИЕ: это проект с высоким напряжением, который может вызвать смертельный шок, если вы не будете осторожны. Выполняйте этот проект только в том случае, если вы хорошо разбираетесь в работе с высоким напряжением и имеете опыт изготовления электронных схем. НЕ пытайтесь, если вы не знаете, что делаете

Запасы

1. IRF840 N канальные МОП-транзисторы - 4
2. Микросхема SG3525N - 1
3. Микросхема драйвера МОП-транзистора IR2104 - 2
4. 16-контактная база IC (опционально) -1
5. 8-контактная база IC (опционально) - 1
6. Конденсатор керамический 0,1 мкФ - 2
7. Конденсатор электролитический 10мкФ - 1 шт.
8. Конденсатор электролитический 330uF 200 вольт - 2 (спасал их от ИИП)
9. Конденсатор электролитический 47мкФ - 2 шт.
10. 1N4007 диод общего назначения - 2
11. Резистор 100К -1
12. Резистор 10К - 2 шт.
13. Резистор 100 Ом -1
14. Резистор 10 Ом - 4 шт.
15. Переменный резистор 100К (предустановка / подстроечный резистор) - 1 шт.
16. Винтовые клеммы - 2
17. Верофон или перфокарт
18. Соединительные провода
19. Набор для пайки
20. Мультиметр
21. Осциллограф (необязательно, но поможет точно настроить частоту)

Шаг 1: Сбор всех необходимых деталей

Важно сначала собрать все необходимые детали, чтобы мы могли быстро перейти к созданию проекта. Из них несколько компонентов были спасены от старых компьютерных блоков питания.

Шаг 2: Конденсаторная батарея

Конденсаторная батарея здесь играет важную роль. В этом проекте высоковольтный постоянный ток преобразуется в высоковольтный переменный, поэтому важно, чтобы подача постоянного тока была плавной и без каких-либо колебаний. Именно здесь в игру вступают эти огромные мощные конденсаторы. Я получил два конденсатора номиналом 330 мкФ 200 В от ИИП. Их последовательное объединение дает мне эквивалентную емкость примерно 165 мкФ и увеличивает номинальное напряжение до 400 вольт. При использовании последовательной комбинации конденсаторов эквивалентная емкость уменьшается, но предел напряжения увеличивается. Это решило цель моего приложения. Эта конденсаторная батарея сглаживает постоянный ток высокого напряжения. Это означает, что мы получим устойчивый сигнал переменного тока, а напряжение будет оставаться довольно постоянным во время запуска или при внезапном подключении или отключении нагрузки.

ВНИМАНИЕ: Эти высоковольтные конденсаторы могут сохранять свой заряд в течение длительного периода времени, который может составлять до нескольких часов! Так что пытайтесь реализовать этот проект только в том случае, если у вас есть хороший опыт работы с электроникой и есть опыт работы с высоким напряжением. Делайте это на свой страх и риск

Шаг 3: выбор размещения компонентов

Поскольку мы будем делать этот проект на вертикальной доске, важно, чтобы все компоненты были стратегически размещены так, чтобы соответствующие компоненты были ближе друг к другу. Таким образом, следы припоя будут минимальными, и будет использоваться меньшее количество перемычек, что сделает конструкцию более аккуратной и аккуратной.

Шаг 4: Секция осциллятора

Сигнал 50 Гц (или 60 Гц) генерируется популярным ШИМ IC-SG3525N с комбинацией компонентов синхронизации RC.

Чтобы получить более подробную информацию о работе микросхемы SG3525, перейдите по ссылке на техническое описание микросхемы:

www.st.com/resource/en/datasheet/sg2525.pd…

Чтобы получить переменный выход 50 Гц, частота внутренних колебаний должна быть 100 Гц, которую можно установить с помощью Rt приблизительно 130 кГц и Ct, равного 0,1 мкФ. Формула для расчета частоты приведена в таблице данных IC. Резистор 100 Ом между контактами 5 и 7 используется для увеличения времени запаздывания между переключениями для обеспечения безопасности компонентов переключения (MOSFETS).

Шаг 5: Раздел драйвера MOSFET

Поскольку постоянный ток высокого напряжения будет коммутироваться через полевые МОП-транзисторы, невозможно напрямую подключить выходы SG3525 к затвору полевого МОП-транзистора, а также переключение полевых МОП-транзисторов с N каналом на стороне высокого напряжения является непростой задачей и требует правильной схемы самонастройки. Все это может быть эффективно выполнено с помощью драйвера MOSFET IC IR2104, способного управлять / переключать MOSFET, допускающие напряжения до 600 вольт. Это делает микросхему подходящей для нашего приложения. Поскольку IR2104 представляет собой драйвер полумостового МОП-транзистора, нам понадобятся два из них для управления полным мостом.

Техническое описание IR2104 можно найти здесь:

www.infineon.com/dgdl/Infineon-IR2104-DS-v…

Шаг 6: Н-образная перемычка

H-мост - это то, что отвечает за альтернативное изменение направления тока через нагрузку, альтернативно активируя и деактивируя данный набор МОП-транзисторов.

Для этой операции я выбрал полевые МОП-транзисторы IRF840 N, которые могут выдерживать напряжение до 500 В при максимальном токе 5 А, что более чем достаточно для нашего приложения. Мост H - это то, что будет напрямую подключено к нашему устройству переменного тока.

Технические данные этого полевого МОП-транзистора приведены ниже:

www.vishay.com/docs/91070/sihf840.pdf

Шаг 7: Тестирование схемы на макетной плате

Перед тем, как паять компоненты на место, всегда рекомендуется протестировать схему на макетной плате и исправить любые ошибки или ошибки, которые могут возникнуть. В моем тесте на макетной плате я собрал все в соответствии со схемой (представленной на более позднем этапе) и проверил выходной отклик с помощью DSO. Первоначально я тестировал систему с низким напряжением, и только после того, как убедился, что она работает, я протестировал ее с высоким входным напряжением.

Шаг 8: Тест макета завершен

В качестве тестовой нагрузки я использовал небольшой 60-ваттный вентилятор, макетную плату и свинцово-кислотную батарею на 12 В. У меня были подключены мультиметры для измерения выходного напряжения и тока, потребляемого от батареи. Измерения необходимы, чтобы убедиться в отсутствии перегрузки, а также для расчета эффективности.

Шаг 9: принципиальная схема и файл схемы

Ниже приводится полная принципиальная схема проекта, и вместе с ней я приложил для справки файл схемы EAGLE. Не стесняйтесь изменять и использовать то же самое для своих проектов.

Шаг 10: Запуск процесса пайки на Veroboard

Теперь, когда конструкция тестируется и проверяется, мы переходим к процессу пайки. Сначала я спаял все компоненты, относящиеся к секции генератора.

Шаг 11: Добавление драйверов MOSFET

База ИС драйвера MOSFET и компоненты начальной загрузки были припаяны.

Шаг 12: установка микросхемы на место

При установке следите за ориентацией микросхемы. Найдите на микросхеме выемку для обозначения контактов.

Шаг 13: Пайка конденсаторной батареи

Шаг 14: Добавление МОП-транзисторов H-моста

4 полевых МОП-транзистора H-моста припаяны вместе с их токоограничивающими резисторами затвора на 10 Ом и с винтовыми клеммами для легкого подключения входного постоянного напряжения и выходного переменного напряжения.

Шаг 15: Завершите модуль

Так выглядит весь модуль после завершения пайки. Обратите внимание на то, что большинство соединений выполнено с использованием следов припоя и очень небольшого количества перемычек. Остерегайтесь любых ослабленных соединений из-за риска высокого напряжения.

Шаг 16: Полный инвертор с модулем преобразователя постоянного тока в постоянный

Теперь инвертор укомплектован обоими модулями, соединенными друг с другом. Это успешно работает при одновременной зарядке моего ноутбука и питании небольшого настольного вентилятора.

Надеюсь, вам понравился этот проект:)

Не стесняйтесь делиться своими комментариями, сомнениями и отзывами в разделе комментариев ниже. Посмотрите полную инструкцию и видео сборки, чтобы узнать больше о проекте и о том, как я его создал, а пока вы там, подумайте о подписке на мой канал:)