Circuito inverter con nucleo in ferrite 5kva - Diagramma di lavoro completo con dettagli di calcolo

Circuito inverter con nucleo in ferrite 5kva - Diagramma di lavoro completo con dettagli di calcolo

In questo post discutiamo la costruzione di un circuito inverter da 5000 watt che incorpora un trasformatore con nucleo in ferrite e quindi è estremamente compatto rispetto alle controparti con nucleo in ferro convenzionale.

Diagramma a blocchi

Si prega di notare che è possibile convertire questo inverter con nucleo in ferrite in qualsiasi wattaggio desiderato, da 100 watt a 5 kva o secondo le proprie preferenze.



Comprendere lo schema a blocchi sopra è abbastanza semplice:



L'ingresso CC che potrebbe essere una batteria da 12 V, 24 V o 48 V o un pannello solare viene applicato a un inverter a base di ferrite, che lo converte in un'uscita a 220 V CA ad alta frequenza, a circa 50 kHz.

Ma poiché la frequenza di 50 kHz potrebbe non essere adatta ai nostri elettrodomestici, dobbiamo convertire questa CA ad alta frequenza nella richiesta 50 Hz / 220 V o 120 V CA / 60 Hz.



Ciò è implementato attraverso uno stadio inverter a ponte H, che converte questa alta frequenza in uscita nella desiderata 220V AC.

Tuttavia, per questo lo stadio H-bridge avrebbe bisogno di un valore di picco di 220 V RMS, che è di circa 310 V CC.

Ciò si ottiene utilizzando uno stadio raddrizzatore a ponte, che converte l'alta frequenza da 220 V a 310 V CC.



Infine, questa tensione del bus di 310 V CC viene riconvertita in 220 V 50 Hz utilizzando il ponte H.

Possiamo anche vedere uno stadio oscillatore a 50 Hz alimentato dalla stessa sorgente CC. Questo oscillatore è in realtà opzionale e può essere richiesto per i circuiti H-bridge che non hanno il proprio oscillatore. Ad esempio, se utilizziamo un ponte H basato su transistor, potremmo aver bisogno di questo stadio oscillatore per far funzionare di conseguenza i mosfet del lato alto e basso.


AGGIORNARE: Potresti voler passare direttamente al nuovo aggiornamento ' DESIGN SEMPLIFICATO ', nella parte inferiore di questo articolo, che spiega una tecnica a un passaggio per ottenere un'uscita sinusoidale da 5 kva senza trasformatore invece di passare attraverso un complesso processo in due fasi come discusso nei concetti seguenti:


Un semplice design di inverter in ferrite

Prima di apprendere la versione da 5kva, ecco un progetto di circuito più semplice per i nuovi arrivati. Questo circuito non utilizza alcun driver IC specializzato, piuttosto funziona solo con MOSFET a canale n, e a fase di bootstrap.

Lo schema elettrico completo può essere visto di seguito:

Design semplice dell

Specifiche IRF740 MOSFET da 400 V, 10 amp

Nel semplice circuito inverter in ferrite da 12V a 220V CA sopra possiamo vedere un modulo convertitore da 12V a 310V CC già pronto in uso. Ciò significa che non è necessario creare un trasformatore complesso basato su nucleo di ferrite. Per i nuovi utenti questo design può essere molto vantaggioso in quanto possono costruire rapidamente questo inverter senza dipendere da calcoli complessi e selezioni del nucleo di ferrite.

5 kva Prerequisiti di progettazione

Per prima cosa è necessario trovare un alimentatore da 60 V CC per alimentare il circuito inverter da 5 kVA proposto. L'intenzione è quella di progettare un inverter a commutazione che convertirà la tensione CC di 60 V a 310 V superiore a una corrente ridotta.

La topologia seguita in questo scenario è la topologia push-pull che utilizza il trasformatore con un rapporto di 5:18. Per la regolazione della tensione di cui potresti aver bisogno e il limite di corrente, sono tutti alimentati da una sorgente di tensione in ingresso. Sempre alla stessa velocità, l'inverter accelera la corrente consentita.

Quando si tratta di una sorgente di ingresso di 20A è possibile ottenere 2 - 5A. Tuttavia, la tensione di uscita di picco di questo inverter da 5 kva è di circa 310 V.

Trasformatore in ferrite e specifiche Mosfet

Per quanto riguarda l'architettura, il trasformatore Tr1 ha 5 + 5 spire primarie e 18 per il secondario. Per la commutazione, è possibile utilizzare 4 + 4 MOSFET (tipo IXFH50N20 (50A, 200V, 45mR, Cg = 4400pF). Siete inoltre liberi di utilizzare MOSFET di qualsiasi tensione con Uds 200V (150V) insieme alla resistenza meno conduttiva. la resistenza del cancello utilizzata e la sua efficienza in velocità e capacità devono essere eccellenti.

La sezione di ferrite Tr1 è costruita intorno a ferrite 15x15 mm c. L'induttore L1 è progettato utilizzando cinque anelli di polvere di ferro che possono essere avvolti come fili. Per il nucleo dell'induttore e altre parti associate, è sempre possibile ottenerlo da vecchi inverter (56v / 5V) e all'interno dei loro stadi di soppressione.

Utilizzo di un circuito integrato Full Bridge

Per il circuito integrato è possibile utilizzare l'IC IR2153. Le uscite dei circuiti integrati potrebbero essere viste tamponate con stadi BJT. Inoltre, a causa della grande capacità di gate coinvolta, è importante utilizzare i buffer sotto forma di coppie complementari di amplificatori di potenza, una coppia di transistor BD139 e BD140 NPN / PNP fanno bene il lavoro.

L'IC alternativo può essere SG3525

Puoi anche provare a utilizzare altri circuiti di controllo come SG3525 . Inoltre, è possibile modificare la tensione dell'ingresso e lavorare in collegamento diretto con la rete a scopo di test.

La topologia utilizzata in questo circuito ha la funzione di isolamento galvanico e la frequenza operativa è di circa 40 kHz. Nel caso in cui si prevede di utilizzare l'inverter per una piccola operazione, non si raffredda, ma per un funzionamento più lungo assicurarsi di aggiungere un agente di raffreddamento utilizzando ventole o grandi dissipatori di calore. La maggior parte della potenza viene persa ai diodi di uscita e la tensione Schottky si abbassa intorno a 0,5 V.

L'ingresso 60V può essere acquisito mettendo in serie 5 n ° di batterie da 12V, il rating Ah di ogni batteria deve essere valutato a 100 Ah.

SCHEDA TECNICA IR2153

Si prega di non utilizzare BD139 / BD140, invece utilizzare BC547 / BC557, per la fase driver sopra.

Stadio 330V ad alta frequenza

I 220 V ottenuti all'uscita di TR1 nel circuito inverter da 5 kva sopra non possono ancora essere utilizzati per il funzionamento di apparecchi normali poiché il contenuto CA oscillerebbe alla frequenza di ingresso di 40 kHz. Per convertire i sopra 40 kHz 220 V CA in 220 V 50 Hz o a 120 V 60 Hz CA, sarebbero necessari ulteriori stadi come indicato di seguito:

Per prima cosa i 220V 40kHz dovranno essere raddrizzati / filtrati attraverso un raddrizzatore a ponte costituito da diodi a recupero rapido classificati a circa 25 ampere 300V e condensatori 10uF / 400V.

Conversione da 330 V CC a 50 Hz 220 V CA.

Successivamente, questa tensione raddrizzata che ora monterebbe fino a circa 310 V dovrebbe essere pulsata ai 50 o 60 Hz richiesti attraverso un altro circuito inverter a ponte intero come mostrato di seguito:

I terminali contrassegnati con 'carico' possono ora essere utilizzati direttamente come uscita finale per azionare il carico desiderato.

Qui i mosfet potrebbero essere IRF840 o andrà bene qualsiasi tipo equivalente.

Come avvolgere il trasformatore di ferrite TR1

Il trasformatore TR1 è il dispositivo principale responsabile dell'aumento della tensione a 220 V a 5 kva, essendo basato su un nucleo di ferrite, è costruito su un paio di nuclei EE di ferrite come descritto di seguito:

Poiché la potenza in gioco è enorme a circa 5kvs, i core E devono essere di dimensioni formidabili, si potrebbe provare un E-core in ferrite di tipo E80.

Ricorda che potresti dover incorporare più di 1 E core, possono essere 2 o 3 E-core insieme, affiancati per ottenere la massiccia potenza di 5KVA dall'assieme.

Usa il più grande disponibile e avvolgi i 5 + 5 giri utilizzando 10 numeri di filo di rame super smaltato 20 SWG, in parallelo.

Dopo 5 giri, fermare l'avvolgimento primario isolare lo strato con un nastro isolante e iniziare i 18 giri secondari su questi 5 giri primari. Utilizzare 5 fili di rame super smaltato 25 SWG in parallelo per avvolgere le spire secondarie.

Una volta completati i 18 giri, terminarlo attraverso i cavi di uscita della bobina, isolare con nastro adesivo e avvolgere i restanti 5 giri primari su di esso per completare il costruzione TR1 con anima in ferrite . Non dimenticare di unire la fine dei primi 5 giri con l'inizio dei primi 5 giri dell'avvolgimento primario.

Metodo di assemblaggio E-Core

Il diagramma seguente fornisce un'idea di come più di 1 E-core può essere utilizzato per implementare il progetto del trasformatore dell'inverter in ferrite da 5 KVA discusso sopra:

E80 Nucleo di ferrite

Feedback dal Sig. Sherwin Baptista

Carissimi,

Nel progetto sopra per il trasformatore, non ho usato alcun distanziatore tra i pezzi del nucleo, il circuito ha funzionato bene con il trafo cool durante il funzionamento. Ho sempre preferito un core EI.

Ho sempre riavvolto i trafos secondo i miei dati calcolati e poi li ho usati.

Tanto più che il trafo essendo un nucleo EI, separare i pezzi di ferrite era piuttosto facile che eliminare un nucleo EE.

Ho anche provato ad aprire trafos EE core ma purtroppo ho finito per rompere il core mentre lo separavo.

Non avrei mai potuto aprire un core EE senza rompere il core.

Secondo le mie scoperte, poche cose vorrei dire in conclusione:

--- Quegli alimentatori con trafos core senza gap hanno funzionato meglio. (Sto descrivendo il trafo di un vecchio alimentatore per PC ATX poiché ho usato solo quelli. Gli alimentatori del PC non si guastano così facilmente a meno che non si tratti di un condensatore bruciato o qualcos'altro.) ---

--- Quelle forniture che avevano trafos con distanziatori sottili spesso erano scolorite e non funzionavano molto presto (questo l'ho saputo per esperienza da quando fino ad oggi ho comprato molti alimentatori di seconda mano solo per studiarli) ---

--- Gli alimentatori molto più economici con marchi come CC 12v 5a, 12v 3a ACC12v 3a RPQ 12v 5a tutti

Questi tipi di traforo di ferrite avevano pezzi di carta più spessi tra i nuclei e tutti fallivano male !!! ---

In FINALE il trafo centrale EI35 ha funzionato al meglio (senza mantenere il traferro) nel progetto di cui sopra.

Dettagli sulla preparazione del circuito dell'inverter con nucleo in ferrite 5kva:

Passo 1:

  • Utilizzo di 5 batterie al piombo sigillate da 12v 10Ah
  • Tensione totale = 60 V Tensione effettiva
  • = 66 V di carica completa (13,2 V per batteria)
  • = 69v Tensione di carica del livello di mantenimento.

Passo 2:

Dopo il calcolo della tensione della batteria, abbiamo 66 volt a 10 ampere quando è completamente carica.

  • Poi arriva l'alimentazione di ic2153.
  • Il 2153 ha un massimo di pinza ZENER da 15,6 V tra Vcc e Gnd.
  • Quindi usiamo il famoso LM317 per fornire alimentazione regolata a 13 V all'IC.

Passaggio 3:

Il regolatore lm317 ha i seguenti pacchetti

  1. LM317LZ --- 1.2-37 v 100ma a-92
  2. LM317T --- 1.2-37v 1.5amp a-218
  3. LM317AHV --- 1.2-57v 1.5amp a-220

Usiamo lm317ahv in cui 'A' è il codice del suffisso e 'HV' è il pacchetto ad alta tensione,

poiché il regolatore di cui sopra può supportare una tensione di ingresso fino a 60 V e un voto di uscita di 57 volt.

Passaggio 4:

  • Non possiamo fornire il 66v direttamente al pacchetto lm317ahv poiché il suo ingresso è massimo di 60v.
  • Quindi utilizziamo DIODI per abbassare la tensione della batteria a una tensione sicura per alimentare il regolatore.
  • Dobbiamo far cadere circa 10v in sicurezza dall'ingresso massimo del regolatore che è 60v.
  • Pertanto, 60v-10v = 50v
  • Ora l'ingresso massimo sicuro al regolatore dai diodi dovrebbe essere di 50 volt.

Passaggio 5:

  • Usiamo il normale diodo 1n4007 per abbassare la tensione della batteria a 50 V,
  • Essendo un diodo al silicio, la caduta di tensione di ciascuno è di circa 0,7 volt.
  • Ora calcoliamo il numero richiesto di diodi di cui abbiamo bisogno per ridurre la tensione della batteria a 50 volt.
  • tensione della batteria = 66v
  • calc. max tensione in ingresso al chip regolatore = 50v
  • Quindi, 66-50 = 16v
  • Ora, 0,7 *? = 16v
  • Dividiamo 16 per 0,7 che è 22,8, ovvero 23.
  • Quindi dobbiamo incorporare circa 23 diodi poiché il calo totale da questi ammonta a 16.1v
  • Ora, la tensione di ingresso sicura calcolata al regolatore è 66 V - 16,1 V che è 49,9 V appxm. 50v

Passaggio 6:

  • Forniamo 50 V al chip del regolatore e regoliamo l'uscita a 13 V.
  • Per una maggiore protezione, utilizziamo perline di ferrite per eliminare qualsiasi rumore indesiderato sulla tensione di uscita.
  • Il regolatore deve essere montato su un dissipatore di dimensioni adeguate per mantenerlo fresco.
  • Il condensatore al tantalio collegato al 2153 è un condensatore importante che assicura che ic riceva una corrente continua dal regolatore.
  • Il suo valore può essere ridotto da 47uf a 1uf 25v in sicurezza.

Passaggio 7:

  • Il resto del circuito riceve 66 volt ei punti di trasporto di corrente elevata nel circuito devono essere cablati con fili di calibro pesante.
  • Per il trasformatore il suo primario dovrebbe essere 5 + 5 giri e il secondario 20 giri.
  • La frequenza del 2153 dovrebbe essere impostata a 60KHz.

Passaggio 8:

Il circuito del convertitore da CA ad alta frequenza a CA a bassa frequenza che utilizza il chip irs2453d deve essere cablato in modo appropriato come mostrato nel diagramma.

Finalmente completato .

Creazione di una versione PWM

Il seguente messaggio discute un'altra versione di un circuito inverter a onda sinusoidale PWM 5kva che utilizza un trasformatore compatto con nucleo in ferrite. L'idea è stata richiesta dal signor Javeed.

Specifiche tecniche

Gentile signore, potrebbe modificare la sua uscita con la sorgente PWM e facilitare l'uso di un design così economico ed economico a persone bisognose di tutto il mondo come noi? Spero che considererai la mia richiesta. Ringraziandoti Il tuo affettuoso lettore.

Il design

Nel post precedente ho introdotto un circuito inverter da 5kva basato su nucleo di ferrite, ma essendo un inverter ad onda quadra non può essere utilizzato con le varie apparecchiature elettroniche, e quindi la sua applicazione può essere limitata ai soli carichi resistivi.

Tuttavia, lo stesso design potrebbe essere convertito in un inverter a onda sinusoidale equivalente PWM iniettando un feed PWM nei mosfet lato basso come mostrato nel diagramma seguente:

Il pin SD di IC IRS2153 viene erroneamente mostrato collegato a Ct, assicurarsi di collegarlo con la linea di terra.

Suggerimento: lo stadio IRS2153 potrebbe essere facilmente sostituito con Stadio IC 4047 , nel caso in cui l'IRS2153 sembra difficile da ottenere.

Come possiamo vedere nel circuito Inverter 5kva basato su PWM sopra, il design è esattamente simile al nostro precedente circuito inverter 5kva originale, ad eccezione dello stadio di alimentazione buffer PWM indicato con i mosfet lato basso dello stadio driver H-bridge.

L'inserimento del feed PWM può essere acquisito tramite qualsiasi standard Circuito generatore PWM utilizzando IC 555 o utilizzando multivibratore astabile transistorizzato.

Per una replica PWM più accurata, si può anche optare per un file Oscilatore Bubba generatore PWM per il sourcing del PWM con il design dell'inverter sinusoidale da 5 kva mostrato sopra.

Le procedure di costruzione per il progetto di cui sopra non sono diverse dal progetto originale, l'unica differenza è l'integrazione degli stadi buffer BJT BC547 / BC557 con i mosfet del lato basso dello stadio IC a ponte intero e il PWM alimentato in esso.

Un altro design compatto

Una piccola ispezione dimostra che in realtà lo stadio superiore non deve essere così complesso.

Il circuito del generatore da 310 V CC potrebbe essere costruito utilizzando qualsiasi altro circuito basato su oscillatore alternativo. Di seguito è mostrato un esempio di progettazione in cui un mezzo ponte IC IR2155 viene utilizzato come oscillatore in modo push pull.

Circuito convertitore da 310 V CC a 220 V CA.

Ancora una volta, non esiste un design specifico che potrebbe essere necessario per lo stadio del generatore 310V, puoi provare qualsiasi altra alternativa secondo le tue preferenze, alcuni esempi comuni sono IC 4047, IC 555, TL494, LM567 ecc.

Dettagli dell'induttore per il trasformatore in ferrite da 310 V a 220 V sopra

avvolgimento induttore in ferrite per 330 V CC da batteria 12V

Design semplificato

Finora nei progetti di cui sopra abbiamo discusso un inverter senza trasformatore piuttosto complesso che prevedeva due passaggi elaborati per ottenere l'uscita di rete CA finale. In queste fasi, la batteria CC deve prima essere trasformata in una CC da 310 V tramite un inverter con nucleo di ferrite, quindi la CC da 310 V deve essere ripristinata a 220 V RMS attraverso una rete full bridge a 50 Hz.

Come suggerito da uno degli avidi lettori nella sezione commenti (Mr. Ankur), il processo in due fasi è eccessivo e semplicemente non è richiesto. Invece, la sezione del nucleo di ferrite può essere modificata adeguatamente per ottenere l'onda sinusoidale da 220 V CA richiesta e la sezione MOSFET a ponte intero può essere eliminata.

L'immagine seguente mostra una semplice configurazione per eseguire la tecnica sopra spiegata:

NOTA: il trasformatore è un trasformatore con nucleo di ferrite che deve essere calcolare adeguatamente d

Nel progetto sopra, l'IC 555 sul lato destro è cablato per generare segnali oscillatori di base a 50 Hz per la commutazione del MOSFET. Possiamo anche vedere uno stadio dell'amplificatore operazionale, in cui questo segnale viene estratto dalla rete di temporizzazione RC degli IC sotto forma di onde triangolari da 50 Hz e alimentato a uno dei suoi ingressi per confrontare il segnale con un segnale a onda triangolare veloce da un altro IC 555 circuito stabile. Queste onde triangolari veloci possono avere una frequenza compresa tra 50 kHz e 100 kHz.

L'amplificatore operazionale confronta i due segnali per generare una frequenza SPWM modulata equivalente a onda sinusoidale. Questo SPWM modulato viene inviato alle basi dei driver BJT per la commutazione dei MOSFET a una velocità SPWM di 50 kHz, modulata a 50 Hz.

I MOSFE, a loro volta, commutano il trasformatore con nucleo di ferrite collegato con la stessa frequenza modulata SPWM per generare l'uscita sinusoidale pura prevista sul secondario del trasformatore.

A causa della commutazione ad alta frequenza, questa onda sinusoidale può essere piena di armoniche indesiderate, che viene filtrata e livellata attraverso un condensatore da 3 uF / 400 V per ottenere un'uscita sinusoidale CA ragionevolmente pulita con il wattaggio desiderato, a seconda del trasformatore e del specifiche di alimentazione della batteria.

Il lato destro IC 555 che genera i segnali portanti a 50 Hz può essere sostituito da qualsiasi altro oscillatore favorevole IC come IC 4047 ecc.

Design dell'inverter con nucleo in ferrite che utilizza un circuito astabile a transistor

Il concetto seguente mostra come un semplice inverter con nucleo di ferrite potrebbe essere costruito utilizzando un paio di normali circuiti astabili basati su transistor e un trasformatore di ferrite.

Questa idea è stata richiesta da alcuni dei seguaci dedicati di questo blog, vale a dire Mr. Rashid, Mr, Sandeep e anche da alcuni lettori in più.

Concetto di circuito

Inizialmente non sono riuscito a capire la teoria alla base di questi inverter compatti che hanno eliminato completamente gli ingombranti trasformatori con nucleo in ferro.

Tuttavia, dopo alcune riflessioni, sembra di essere riuscito a scoprire il semplicissimo principio associato al funzionamento di tali inverter.

Ultimamente gli inverter cinesi di tipo compatto sono diventati piuttosto famosi proprio per le loro dimensioni compatte ed eleganti che li rendono straordinariamente leggeri e tuttavia estremamente efficienti con le loro specifiche di potenza.

Inizialmente pensavo che il concetto fosse irrealizzabile, perché secondo me l'uso di minuscoli trasformatori di ferrite per l'applicazione di inverter a bassa frequenza sembrava altamente impossibile.

Gli inverter per uso domestico richiedono 50/60 Hz e per l'implementazione del trasformatore in ferrite avremmo richiesto frequenze molto alte, quindi l'idea sembrava molto complicata.

Dopo un po 'di riflessione sono rimasto sorpreso e felice di scoprire una semplice idea per implementare il design. Si tratta di convertire la tensione della batteria in una tensione di rete di 220 o 120 ad altissima frequenza e di commutare l'uscita a 50/60 HZ utilizzando uno stadio mosfet push-pull.

Come funziona

Guardando la figura possiamo semplicemente assistere e capire l'intera idea. Qui la tensione della batteria viene prima convertita in impulsi PWM ad alta frequenza.

Questi impulsi vengono scaricati in un trasformatore di ferrite elevatore avente il valore nominale appropriato richiesto. Gli impulsi vengono applicati utilizzando un mosfet in modo che la corrente della batteria possa essere utilizzata in modo ottimale.

Il trasformatore di ferrite aumenta la tensione a 220V in uscita. Tuttavia, poiché questa tensione ha una frequenza da circa 60 a 100 kHz, non può essere utilizzata direttamente per il funzionamento degli elettrodomestici e quindi necessita di ulteriori elaborazioni.

Nella fase successiva questa tensione viene rettificata, filtrata e convertita a 220 V CC. Questa corrente continua ad alta tensione viene infine commutata alla frequenza di 50 Hz in modo che possa essere utilizzata per il funzionamento degli elettrodomestici.

Si prega di notare che sebbene il circuito sia stato progettato esclusivamente da me, non è stato testato praticamente, fatelo a vostro rischio e solo se avete sufficiente fiducia nelle spiegazioni fornite.

Schema elettrico
Elenco delle parti per il circuito inverter con nucleo in ferrite compatto da 12V CC a 220 V CA.
  • R3 --- R6 = 470 Ohm
  • R9, R10 = 10K,
  • R1, R2, C1, C2 = calcolare per generare 100 kHz freq.
  • R7, R8 = 27K
  • C3, C4 = 0,47 uF
  • T1 ---- T4 = BC547,
  • T5 = qualsiasi mosfet a canale N da 30 V 20 A,
  • T6, T7 = qualsiasi mosfet da 400 V, 3 amp.
  • Diodi = recupero veloce, tipo ad alta velocità.
  • TR1 = primario, 13 V, 10 amp, secondario = 250-0-250, 3 amp. Trasformatore in ferrite E-core .... chiedi aiuto a un esperto progettista di avvolgitori e trasformatori.

Di seguito è mostrata una versione migliorata del design di cui sopra. Lo stadio di uscita qui è ottimizzato per una migliore risposta e più potenza.

Versione migliorata



Precedente: Suonare una melodia usando la funzione Tono () in Arduino Successivo: cosa c'è dentro un auricolare Bluetooth