3 bästa transformatorlösa inverterarkretsar

Som namnet antyder kallas en växelriktarkrets som omvandlar en likströmsingång till växelström utan att vara beroende av en induktor eller en transformator en transformatorfri växelriktare.

Eftersom en induktorbaserad transformator inte används är ingångsströmmen normalt lika med toppvärdet för växelström som genereras vid utgången från växelriktaren.

Inlägget hjälper oss att förstå tre växelriktarkretsar som är utformade för att fungera utan att använda en transformator och använda ett fullbryggat IC-nätverk och en SPWM-generatorkrets.

Transformatorlös växelriktare med IC 4047

Låt oss börja med en H-Bridge-topologi som förmodligen är den enklaste i sin form. Men tekniskt sett är det inte den perfekta och rekommenderas inte, eftersom den är utformad med hjälp av p / n-kanalmosfeter. P-kanalmusketer används som högmuskler och n-kanal som lågsida.

Eftersom p-kanalmusketer används på högsidan, är bootstrapping blir onödigt, och detta förenklar designen mycket. Detta innebär också att denna design inte behöver bero på speciella förar-IC: er.

Även om designen ser cool och lockande ut, har den en några underliggande nackdelar . Och det är exakt varför denna topologi undviks i professionella och kommersiella enheter.

Som sagt, om det är byggt korrekt kan det tjäna syftet för lågfrekventa applikationer.

Här är den kompletta kretsen som använder IC 4047 som den stabila totempolfrekvensgeneratorn

Dellista

Alla motstånd är 1/4 watt 5%

• R1 = 56k
• Cl = 0,1 uF / PPC
• IC pin10 / 11 motstånd = 330 ohm - 2nos
• MOSFET-grindmotstånd = 100k - 2nos
• Optokopplare = 4N25 - 2 nr
• Övre P-kanal MOSFETs = FQP4P40 - 2nos
• Nedre N-kanal MOSFETs = IRF740 = 2nos
• Zener-dioder = 12V, 1/2 watt - 2 nos

Nästa idé är också en h-bridge-krets, men den här använder de rekommenderade n-kanal-mosfetterna. Kretsen begärdes av Ralph Wiechert

Huvudspecifikationer

Hälsningar från Saint Louis, Missouri.
Skulle du vara villig att samarbeta vidare ett inverterprojekt ? Jag skulle betala dig för en design och / eller din tid, om du vill.

Jag har en 2012 och 2013 Prius, och min mamma har en Prius 2007. Prius är unik genom att den har ett 200 VDC (nominellt) högspänningsbatteri. Prius-ägare har tidigare använt det här batteripaketet med hylsomformare för att mata ut sina egna spänningar och använda verktyg och apparater. (Här i USA, 60 Hz, 120 & 240 VAC, som jag är säker på att du vet). Problemet är att växelriktarna inte längre tillverkas, men Prius är fortfarande.

Här är ett par växelriktare som tidigare använts för detta ändamål:

1) PWRI2000S240VDC (Se bilaga) Tillverkas inte längre!

2) Emerson Liebert Upstation S (Detta är faktiskt en UPS, men du tar bort batteripaketet, vilket var 192 VDC-nominellt.) (Se bilaga.) Tillverkas inte längre!

Helst vill jag utforma en 3000 watt kontinuerlig inverter, ren sinusvåg, utgång 60 Hz, 120 VAC (med 240 VAC splitfas, om möjligt) och transformatorfri. Kanske 4000-5000 watt topp. Ingång: 180-240 VDC. Ganska en önskelista vet jag.

Jag är maskiningenjör, med lite erfarenhet av att bygga kretsar och programmerar Picaxe mikrokontroller. Jag har bara inte mycket erfarenhet av att designa kretsar från grunden. Jag är villig att försöka misslyckas, om det behövs!

Designen

I den här bloggen har jag redan diskuterat mer än 100 inverterdesigner och koncept , ovanstående begäran kan enkelt uppnås genom att ändra en av mina befintliga konstruktioner och pröva för den givna applikationen.

För alla transformatorlösa konstruktioner måste det finnas ett par grundläggande saker som ska ingå i implementeringen: 1) Omformaren måste vara en fullbrygga-växelriktare som använder en fullbryggadrivare och 2) den matade ingångs-DC-matningen måste vara lika med den önskade utgångsspänningen nivå.

Innehåller ovanstående två faktorer, en grundläggande 3000 watt inverterkonstruktion kan bevittnas i följande diagram, som har en ren sinusvågs utgångsvågform funktion.

Omvandlarens funktionsdetaljer kan förstås med hjälp av följande punkter:

Grundläggande eller standardkonfiguration för full broomvandlare bildas av IC-IRS2453 för hela bryggföraren och tillhörande mosfet-nätverk.

Beräkning av frekvensomformaren

Funktionen för detta steg är att oscillera den anslutna belastningen mellan mosfetterna vid en given frekvens som bestäms av värdena för Rt / Ct-nätverket.

Värdena för dessa timing RC-komponenter kan ställas in med formeln: f = 1 / 1,453 x Rt x Ct där Rt är i Ohm och Ct i Farads. Det bör ställas in för att uppnå 60Hz för att komplettera den angivna 120V-utgången, alternativt för 220V-specifikationer kan detta ändras till 50Hz.

Detta kan också uppnås genom praktiskt försök och fel genom att bedöma frekvensområdet med en digital frekvensmätare.

För att uppnå ett rent sinewave-resultat kopplas mosfetsgrindarna på låg sida från sina respektive IC-matningar och appliceras på samma sätt genom ett BJT-buffertsteg, konfigurerat att fungera via en SPWM-ingång.

Genererar SPWM

SPWM som står för sinusvågspulsbreddsmodulering är konfigurerad kring en opamp IC och en singel IC 555 PWM geneartor.

Även om IC 555 är konfigurerad som PWM används aldrig PWM-utsignalen från dess stift # 3, utan snarare används triangelvågorna som genereras över dess tidskondensator för snidning av SPWM. Här antas en av triangelvågproverna vara mycket långsammare i frekvens och synkroniserad med huvud-IC: s frekvens, medan den andra måste vara snabbare triangelvågor, vars frekvens i huvudsak bestämmer antalet pelare som SPWM kan ha.

Opamp är konfigurerad som en komparator och matas med triangelvågsprover för bearbetning av de nödvändiga SPWM: erna. En triangelvåg som är den långsammare extraheras från Ct-pinout på huvud IC IRS2453

Bearbetningen görs av opamp IC genom att jämföra de två triangelvågorna vid dess ingångsuttag och den genererade SPWM appliceras på baserna i BJT-buffertsteget.

BJT-buffertarna växlar enligt SPWM-pulserna och ser till att lågmusklerna också byts i samma mönster.

Ovanstående omkoppling gör att utgången AC också kan växla med ett SPWM-mönster för båda cyklerna för AC-frekvensen.

Välja mosfets

Eftersom en 3kva transformatorlös omformare är specificerad måste mosfetterna klassificeras på lämpligt sätt för att hantera denna belastning.

Mosfet nummer 2SK 4124 som anges i diagrammet kommer faktiskt inte att kunna upprätthålla en 3kva belastning eftersom dessa är klassade för att hantera högst 2kva.

En del undersökningar på nätet gör att vi kan hitta mosfet: IRFB4137PBF-ND vilket ser bra ut för drift över 3kva-belastningar på grund av dess massiva effekt på 300V / 38amp.

Eftersom det är en transformatorlös 3kva-växelriktare elimineras frågan om att välja transformator, men batterierna måste vara korrekt klassade för att producera minst 160V medan de är måttligt laddade och cirka 190V när de är fulladdade.

Automatisk spänningskorrigering.

En automatisk korrigering kan uppnås genom att koppla in ett återkopplingsnätverk mellan utgångarna och Ct pinout, men detta kan faktiskt inte krävas eftersom IC 555-krukorna effektivt kan användas för att fixera RMS för utgångsspänningen och en gång ställt in utgångsspänningen kan förväntas vara absolut fast och konstant oavsett belastningsförhållandena, men bara så länge belastningen inte överstiger växelriktarens maximala effektkapacitet.

2) Transformatorlös växelriktare med batteriladdare och återkopplingskontroll

Det andra kretsschemat för en kompakt transformatoromvandlare utan att inkludera skrymmande järntransformator diskuteras nedan. Istället för en tung järntransformator använder den en ferritkärninduktor som visas i följande artikel. Schemat är inte designat av mig, det tillhandahölls mig av en av de ivriga läsarna av den här bloggen Mr. Ritesh.

Designen är en fullfjädrad konfiguration med innehåller de flesta funktioner som t.ex. ferrittransformatorlindningsdetaljer , indikatorsteg för lågspänning, regleringsanläggning för utspänning etc.

Förklaringen till ovanstående design har inte uppdaterats ännu, jag kommer att försöka uppdatera den snart, under tiden kan du hänvisa till diagrammet och få dina tvivel klarade genom eventuella kommentarer.

200 watt kompakt transformatorlös inverterdesign # 3

En tredje design nedan visar en 200 watt växelriktarkrets utan transformator (transformatorlös) med en 310V DC-ingång. Det är en sinusvågskompatibel design.

Introduktion

Omvandlare är som vi känner till enheter som omvandlar eller snarare inverterar en lågspännings DC-källa till en högspännings AC-utgång.

Den producerade högspännings AC-utgången är i allmänhet i storleksordningen lokala spänningsnivåer. Omvandlingsprocessen från lågspänning till högspänning kräver emellertid alltid inkludering av kraftiga och skrymmande transformatorer. Har vi ett alternativ att undvika dessa och skapa en transformatorlös växelriktarkrets?

Ja, det finns ett ganska enkelt sätt att implementera en transformatorlös inverterdesign.

I grund och botten kräver växelriktare som använder låg DC-spänningsbatteri att öka dem till den avsedda högre AC-spänningen, vilket i sin tur gör det nödvändigt att inkludera en transformator.

Det betyder att om vi bara kunde ersätta den ingående lågspänningsströmmen med en likströmsnivå lika med den avsedda växelströmsnivån, kan behovet av en transformator helt enkelt elimineras.

Kretsschemat innehåller en högspännings DC-ingång för att driva en enkel mosfet-inverterarkrets och vi kan tydligt se att det inte finns någon transformator inblandad.

Kretsdrift

Högspänningsströmmen är lika med den erforderliga utgången växelström genom att ordna 18 små, 12 volts batterier i serie.

Porten N1 är från IC 4093, N1 har konfigurerats som oscillator här.

Eftersom IC kräver en strikt driftsspänning mellan 5 och 15 volt, tas den erforderliga ingången från ett av 12 volts batterier och appliceras på relevanta IC-uttag.

Hela konfigurationen blir alltså mycket enkel och effektiv och eliminerar helt behovet av en skrymmande och tung transformator.

Batterierna är alla 12 volt, 4 AH-klassade, vilka är ganska små och även när de är anslutna verkar de inte täcka för mycket utrymme. De kan staplas tätt för att bilda en kompakt enhet.

Utgången blir 110 V AC vid 200 watt.

Dellista

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

Uppgradering till en Sinewave-version

Den ovan diskuterade enkla 220V transformatorlösa inverterarkretsen kan uppgraderas till en ren eller sann sinusvågomvandlare helt enkelt genom att ersätta ingångsoscillatorn med en sinusgeneratorkrets som visas nedan:

Dellista för sinusvågoscillatorn finns i det här inlägget

Transformatorlös solcellsomvandlare

Solen är en viktig och en obegränsad källa av rå kraft som är tillgänglig på vår planet helt gratis. Denna kraft är i grunden i form av värme, men människor har upptäckt metoder för att utnyttja ljuset också från denna enorma källa för tillverkning av elkraft.

Översikt

Idag har el blivit livslinjen för alla städer och även landsbygdsområdena. Med utarmning av fossilt bränsle lovar solljus att bli en av de största förnybara energikällorna som kan nås direkt var som helst och under alla omständigheter på denna planet, utan kostnad. Låt oss lära oss en av metoderna för att omvandla solenergi till el för våra personliga fördelar.

I ett av mina tidigare inlägg har jag diskuterat en solinriktarkrets som snarare hade ett enkelt tillvägagångssätt och införlivade en vanlig invertertopologi med hjälp av en transformator.

Transformatorer som vi alla vet är skrymmande, tunga och kan bli ganska obekväma för vissa applikationer.
I den nuvarande designen har jag försökt eliminera användningen av en transformator genom att införliva högspänningsmusketer och genom att öka spänningen genom seriekoppling av solpaneler. Låt oss studera hela konfigurationen med hjälp av följande punkter:

Hur det fungerar

Om vi ​​tittar på det nedan visade solbaserade transformatorlösa kretsschemat kan vi se att det i grunden består av tre huvudsteg, nämligen. oscillatorsteget består av den mångsidiga IC 555, utgångssteget består av ett par högspänningseffekter och kraftleveranssteget som använder solpanelbanken, som matas vid B1 och B2.

Kretsschema

Eftersom IC inte kan arbeta med spänningar på mer än 15V, är den väl skyddad genom ett släppmotstånd och en zenerdiod. Zenerdioden begränsar högspänningen från solpanelen vid den anslutna 15V zenerspänningen.

Men mosfetterna får köras med full solutgångsspänning, som kan ligga någonstans mellan 200 och 260 volt. Vid mulna förhållanden kan spänningen sjunka till långt under 170V, så förmodligen kan en spänningsstabilisator användas vid utgången för att reglera utspänningen under sådana situationer.

Myggarna är N- och P-typer som bildar ett par för att genomföra push-pull-åtgärderna och för att generera erforderlig AC.

Myggarna är inte specificerade i diagrammet, helst måste de klassas till 450V och 5 ampere, du kommer att stöta på många varianter, om du googlar lite över nätet.

De använda solpanelerna bör strikt ha en öppen kretsspänning på cirka 24V vid fullt solljus och cirka 17V under ljusa skymningsperioder.

Hur man ansluter solpanelerna

Dellista

R1 = 6K8
R2 = 140K
Cl = 0,1 uF
Dioder = är 1N4148
R3 = 10K, 10 watt,
R4, R5 = 100 ohm, 1/4 watt
B1 och B2 = från solpanel
Z1 = 5.1V 1 watt

Använd dessa formler för att beräkna R1, R2, C1 ....

Uppdatering:

Ovanstående 555 IC-design kanske inte är så tillförlitlig och effektiv, en mycket pålitlig design kan ses nedan i form av a full H-bridge-inverterarkrets . Denna design kan förväntas ge mycket bättre resultat än ovanstående 555 IC-krets

En annan fördel med att använda ovanstående krets är att du inte behöver ett dubbelt solpanelarrangemang, utan en enda seriekopplad solförsörjning skulle räcka för att driva ovanstående krets för att uppnå en 220V utgång.