3 najboljša pretvorniška vezja brez transformatorjev

Kot že ime pove, se pretvorniško vezje, ki pretvori enosmerni vhod v izmenični tok, ne glede na induktor ali transformator, imenuje pretvornik brez transformatorja.

Ker transformator na osnovi induktorja ni uporabljen, je vhodni enosmerni tok enak največji vrednosti izmeničnega toka, ustvarjenega na izhodu pretvornika.

Prispevek nam pomaga razumeti 3 pretvorniška vezja, zasnovana za delo brez uporabe transformatorja in z uporabo celotnega mostu IC omrežja in vezja generatorja SPWM.

Pretvornik brez transformatorja z uporabo IC 4047

Začnimo s topologijo H-Bridge, ki je verjetno najpreprostejša po svoji obliki. Vendar tehnično ni idealen in ni priporočljiv, saj je zasnovan z uporabo p / n-kanalnih MOSFET-ov. Mosfetovi P-kanala se uporabljajo kot visokofrekvenčni mosfet-ovi, n-kanalni pa kot spodnja stran.

Ker se p-kanalni MOSFET-i uporabljajo na visoki strani, bootstrapping postane nepotrebno, kar močno poenostavi zasnovo. To tudi pomeni, da ta zasnova ni odvisna od posebnih IC-jev gonilnikov.

Čeprav je dizajn videti kul in vabljiv, ima nekaj osnovnih pomanjkljivosti . In ravno zato se tej topologiji izogibajo v profesionalnih in komercialnih enotah.

Če pa je pravilno zgrajena, lahko to služi namenu aplikacijam z nizko frekvenco.

Tu je celotno vezje, ki uporablja IC 4047 kot generator frekvence nestabilnega totemskega pola

Seznam delov

Vsi upori so 1/4 vata 5%

• R1 = 56k
• C1 = 0,1uF / PPC
• IC pin10 / 11 upor = 330 ohmov - 2nos
• Upori MOSFET vrat = 100k - 2nos
• Opto spojke = 4N25 - 2 št
• MOSFET-ji zgornjega P-kanala = FQP4P40 - 2nos
• Spodnji N-kanalni MOSFET-i = IRF740 = 2nos
• Zener diode = 12V, 1/2 vata - 2 št

Naslednja ideja je tudi h-bridge vezje, vendar ta uporablja priporočene n-kanalne MOSFET-ove. Krog je zahteval g. Ralph Wiechert

Glavne specifikacije

Lep pozdrav iz Saint Louis, Missouri.
Bi bili pripravljeni sodelovati inverterski projekt ? Če želite, bi vam plačal za dizajn in / ali vaš čas.

Imam Prius 2012 in 2013, mama pa Priusa 2007. Prius je edinstven po tem, da ima 200 VDC (nominalno) visokonapetostni akumulator. Lastniki Priusa so v preteklosti v to baterijo vgrajevali pretvornike, ki so na prodaj, da bi oddajali lastne napetosti in poganjali orodja in naprave. (Tukaj v ZDA, 60 Hz, 120 in 240 VAC, kot sem prepričan, da veste). Težava je v tem, da pretvorniki niso več izdelani, a Prius še vedno obstaja.

Tu je nekaj pretvornikov, ki so bili v preteklosti uporabljeni v ta namen:

1) PWRI2000S240VDC (glej prilogo) Ni več proizveden!

2) Emerson Liebert Upstation S (To je dejansko UPS, vendar odstranite baterijo, ki je bila nominalno 192 VDC.) (Glejte prilogo.) Ni več proizvedena!

V idealnem primeru bi rad zasnoval 3000 W neprekinjeni pretvornik, čisti sinusni val, izhod 60 Hz, 120 VAC (z deljeno fazo 240 VAC, če je mogoče) in brez transformatorja. Mogoče 4000-5000 Watts vrh. Vhod: 180-240 VDC. Precej seznam želja, vem.

Sem strojni inženir, z nekaj izkušnjami pri gradnji vezij in programiram mikrokrmilnike Picaxe. Preprosto nimam veliko izkušenj z načrtovanjem vezij iz nič. Pripravljen sem poskusiti in spodleteti, če bo potrebno!

Dizajn

V tem blogu sem že razpravljal o več kot 100 zasnov in konceptov pretvornika , zgornjo zahtevo lahko enostavno izvedem s spremembo enega od mojih obstoječih modelov in preizkusim za določeno aplikacijo.

Za kakršno koli izvedbo brez transformatorja mora biti za izvedbo vključenih nekaj osnovnih stvari: 1) Pretvornik mora biti polno mostni pretvornik, ki uporablja polno gonilnik mosta, in 2) napajani vhodni enosmerni tok mora biti enak zahtevani izhodni najvišji napetosti ravni.

Vključitev zgornjih dveh dejavnikov je osnovna zasnova pretvornika s 3000 vati priča naslednjem diagramu, ki ima čista izhodna valovna oblika sinusnega vala funkcija.

Podrobnosti delovanja pretvornika je mogoče razumeti s pomočjo naslednjih točk:

Osnovni ali standardna konfiguracija polnega mostnega pretvornika je sestavljen iz polnega mostnega gonilnika IC IRS2453 in s tem povezanega omrežja MOSFET.

Izračun frekvence pretvornika

Funkcija te stopnje je nihanje povezane obremenitve med MOSFET-i pri določeni frekvenci, kot je določeno z vrednostmi omrežja Rt / Ct.

Vrednosti teh časovnih RC komponent lahko nastavimo s formulo: f = 1 / 1.453 x Rt x Ct, kjer je Rt v ohmih in Ct v Faradih. Nastaviti ga je treba za doseganje 60Hz za dopolnitev določene 120V izhodne moči, za specifikacije 220V pa bi to lahko spremenili na 50Hz.

To lahko dosežemo tudi s pomočjo nekaterih praktičnih poskusov in napak z oceno frekvenčnega območja z digitalnim merilnikom frekvence.

Za doseganje čistega sinusnega vala se vrata nizkofrekvenčnih mosfetov odklopijo od svojih ustreznih dovodov IC in se enako uporabljajo skozi stopnjo vmesnega pomnilnika BJT, konfigurirano za delovanje prek vhoda SPWM.

Ustvarjanje SPWM

SPWM, ki pomeni sinusno modulacijsko širinsko impulzno modulacijo, je konfiguriran okoli opamp IC in samski IC 555 PWM geneartor.

Čeprav je IC 555 konfiguriran kot PWM, se izhod PWM iz njegovega zatiča # 3 nikoli ne uporablja, temveč se trikotni valovi, ustvarjeni čez njegov časovni kondenzator, uporabljajo za rezanje SPWM-jev. Tu naj bi bil eden od vzorcev trikotnih valov frekvence precej počasnejši in sinhroniziran s frekvenco glavne IC, medtem ko morajo biti drugi hitrejši trikotni valovi, katerih frekvenca v bistvu določa število stebrov, ki jih lahko ima SPWM.

Opamp je konfiguriran kot primerjalnik in se napaja z vzorci trikotnih valov za obdelavo zahtevanih SPWM-jev. Iz trikotnika Ct glavne IC IRS2453 je izvlečen trikotni val, ki je počasnejši

Obdelavo opravi opamp IC s primerjavo dveh valov trikotnika na vhodnih izhodih, ustvarjeni SPWM pa se uporabi na osnovah stopnje vmesnega pomnilnika BJT.

Odbojniki BJT se preklapljajo glede na impulze SPWM in poskrbijo, da so tudi modufi nizke strani preklopljeni po enakem vzorcu.

Zgornje preklapljanje omogoča izhodnemu izmeničnemu toku tudi preklop z vzorcem SPWM za oba cikla frekvenčnega valovanja izmeničnega toka.

Izbira MOSFET-ov

Ker je določen pretvornik brez transformatorja 3kva, je treba mosfet-ove ustrezno oceniti za ravnanje s to obremenitvijo.

Številka MOSFET 2SK 4124, navedena na diagramu, dejansko ne bo mogla prenašati obremenitve 3kva, ker je ocenjeno, da lahko prenaša največ 2kva.

Nekatere raziskave na spletu nam omogočajo, da najdemo MOSFET: IRFB4137PBF-ND kar je videti dobro za obratovanje nad 3kva obremenitvami zaradi velike moči pri 300V / 38amps.

Ker gre za transformatorski pretvornik 3kva brez transformatorja, je vprašanje izbire transformatorja odpravljeno, vendar morajo biti baterije ustrezno ocenjene tako, da med zmerno polnjenjem proizvajajo najmanj 160 V in ko je popolnoma napolnjeno približno 190 V.

Samodejno popravljanje napetosti.

Samodejni popravek je mogoče doseči z priključitvijo povratne mreže med izhodnimi terminali in izhodom Ct, vendar to dejansko ni potrebno, ker je mogoče lončke IC 555 učinkovito uporabiti za določitev RMS izhodne napetosti in ko nastavite lahko pričakujemo, da bo izhodna napetost popolnoma fiksna in konstantna ne glede na obremenitvene pogoje, vendar le, če obremenitev ne presega največje moči pretvornika.

2) Pretvornik brez transformatorja s polnilnikom baterij in krmiljenjem povratnih informacij

Drugi diagram vezja kompaktnega pretvornika transformatorjev brez vgrajenega obsežnega železnega transformatorja je opisan spodaj. Namesto težkega železnega transformatorja uporablja induktor feritnega jedra, kot je prikazano v naslednjem članku. Sheme nisem oblikoval jaz, dal mi jo je eden od navdušenih bralcev tega spletnega dnevnika, gospod Ritesh.

Zasnova je polnopravna konfiguracija, ki vključuje večino funkcij, kot so detajli navijanja feritnega transformatorja , stopnja indikatorja nizke napetosti, naprava za regulacijo izhodne napetosti itd.

Razlaga za zgornjo zasnovo še ni posodobljena, poskusil jo bom kmalu posodobiti, medtem pa se lahko sklicujete na diagram in dvome razjasnite s komentarjem, če sploh.

200-vatna kompaktna brez transformatorja zasnova # 3

Tretja izvedba spodaj prikazuje 200-vatno pretvorniško vezje brez transformatorja (brez transformatorja) z vhodom 310V DC. Je zasnova, združljiva s sinusnimi valovi.

Uvod

Inverterji, kot jih poznamo, so naprave, ki pretvorijo ali pa pretvorijo nizkonapetostni enosmerni vir v visokonapetostni AC izhod.

Proizvedena visokonapetostna izmenična napetost je običajno v vrstnem redu lokalnih nivojev omrežne napetosti. Vendar pa postopek pretvorbe iz nizke napetosti v visoko napetost vedno zahteva vključitev zajetnih in obsežnih transformatorjev. Ali se jim lahko izognemo in izdelamo pretvornik brez transformatorja?

Da, obstaja precej preprost način izvedbe zasnove pretvornika brez transformatorja.

V osnovi pretvornik, ki uporablja nizkonapetostne baterije, jih mora povečati na predvideno višjo izmenično napetost, zaradi česar je vključitev transformatorja nujna.

To pomeni, da če bi lahko vhodni nizkonapetostni enosmerni tok samo zamenjali z enosmernim nivojem, ki je enak predvideni izhodni ravni izmeničnega toka, bi potrebo po transformatorju preprosto odpravili.

Shema vezja vključuje visokonapetostni enosmerni vhod za delovanje preprostega vezja pretvornika MOSFET in jasno vidimo, da ni vključen noben transformator.

Delovanje vezja

Visokonapetostni enosmerni tok, enak zahtevanemu izhodnemu izmeničnemu toku, izhaja z zaporednim razporejanjem 18 majhnih 12-voltnih baterij.

Vrata N1 so iz IC 4093, N1 je tukaj nastavljen kot oscilator.

Ker IC potrebuje strogo delovno napetost med 5 in 15 voltov, se potrebni vhod vzame iz ene od 12-voltnih baterij in nanese na ustrezne izhode IC.

Celotna konfiguracija tako postane zelo preprosta in učinkovita ter popolnoma odpravi potrebo po zajetnem in težkem transformatorju.

Vse baterije so 12 voltov in nazivne moči 4 AH, ki so precej majhne in zdi se, da celo, če so povezane, ne zajemajo preveč prostora. Morda so tesno zložene, da tvorijo kompaktno enoto.

Izhodna moč bo 110 V AC pri 200 vatih.

Seznam delov

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

Nadgradnja v različico Sinewave

Zgoraj obravnavano preprosto 220V transformatorsko vezje brez transformatorja bi lahko nadgradili v čisti ali resnični pretvornik sinusnih valov preprosto z zamenjavo vhodnega oscilatorja z vezjem generatorja sinusnih valov, kot je prikazano spodaj:

Najdete seznam delov za sinusni oscilator v tej objavi

Brez transformatorja vezje sončnega pretvornika

Sonce je glavni in neomejen vir surove energije, ki je na našem planetu na voljo popolnoma brezplačno. Ta moč je v osnovi v obliki toplote, vendar so ljudje odkrili načine izkoriščanja svetlobe tudi iz tega ogromnega vira za proizvodnjo električne energije.

Pregled

Danes je elektrika postala življenjska črta vseh mest in celo podeželja. Z izčrpavanjem fosilnih goriv se sončna svetloba obljublja kot eden glavnih obnovljivih virov energije, do katerega je mogoče dostopati neposredno od koder koli in v vseh okoliščinah na tem planetu, brezplačno. Naučimo se enega od načinov pretvorbe sončne energije v električno za lastne koristi.

V enem od mojih prejšnjih prispevkov sem razpravljal o solarnem pretvorniškem vezju, ki je imelo precej preprost pristop in je vključevalo običajno topologijo pretvornika z uporabo transformatorja.

Kot vsi vemo, so transformatorji zajetni, težki in lahko v nekaterih aplikacijah postanejo precej neprijetni.
V sedanji zasnovi sem poskušal odpraviti uporabo transformatorja z vključitvijo visokonapetostnih mosfet-ov in s povečanjem napetosti s serijskim priklopom sončnih kolektorjev. Preučimo celotno konfiguracijo s pomočjo naslednjih točk:

Kako deluje

Če pogledamo spodnji prikaz diagrama vezja brez transformatorja na sončni osnovi, lahko vidimo, da je v osnovi sestavljen iz treh glavnih stopenj, tj. stopnja oscilatorja, ki jo sestavlja vsestranski IC 555, izhodna stopnja, sestavljena iz nekaj visokonapetostnih mosfetov moči, in stopnja oddaje moči, ki uporablja baterijo sončne celice, ki se napaja na B1 in B2.

Shema vezja

Ker IC ne more delovati pri napetostih več kot 15V, je dobro zaščiten s padajočim uporom in cenerjevo diodo. Zener dioda omejuje visoko napetost sončne celice pri priključeni 15V napetosti cenerja.

Vendar pa je mosfetom dovoljeno delovati s polno izhodno sončno napetostjo, ki lahko leži med 200 in 260 volti. V oblačnih razmerah lahko napetost pade precej pod 170 V, zato se na izhodu verjetno lahko uporablja napetostni stabilizator za uravnavanje izhodne napetosti v takih situacijah.

MOSFET-a sta tipa N in P, ki tvorita par za izvajanje push-pull dejanj in za ustvarjanje zahtevanega AC.

MOSFET-i v diagramu niso navedeni, v idealnem primeru morajo biti ocenjeni na 450 V in 5 amperov, naleteli boste na številne različice, če malo poguglate po internetu.

Uporabljeni sončni kolektorji morajo imeti napetost odprtega kroga približno 24 V pri polni sončni svetlobi in okoli 17 V v času močnega mraka.

Kako povezati sončne celice

Seznam delov

R1 = 6K8
R2 = 140K
C1 = 0,1uF
Diode = so 1N4148
R3 = 10K, 10 vatov,
R4, R5 = 100 ohmov, 1/4 vata
B1 in B2 = iz sončne celice
Z1 = 5,1 V 1 vat

Uporabite te formule za izračun R1, R2, C1 ....

Nadgradnja:

Zgornja zasnova 555 IC morda ni tako zanesljiva in učinkovita, spodaj je v obliki a polno vezje pretvornika H-most . Pričakujemo, da bo ta zasnova zagotovila veliko boljše rezultate kot zgornje vezje 555 IC

Druga prednost uporabe zgornjega tokokroga je, da vam ne bo potrebna dvojna razporeditev sončne celice, temveč bi bila ena sama serija priključenih sončnih virov dovolj za delovanje zgornjega vezja za dosego izhodne napetosti 220V.