220 V DC do 220 V AC: Falownik DIY Część 2: 17 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Cześć wszystkim. Mam nadzieję, że wszyscy jesteście bezpieczni i zdrowi. W tej instrukcji pokażę, jak zrobiłem ten konwerter DC na AC, który konwertuje napięcie 220 V DC na napięcie 220 V AC. Generowane tutaj napięcie AC jest sygnałem prostokątnym, a nie czystym sygnałem sinusoidalnym. Ten projekt jest kontynuacją mojego projektu zapowiedzi, który został zaprojektowany do konwersji 12Volts DC na 220V DC. Zdecydowanie zaleca się, aby najpierw odwiedzić mój poprzedni projekt, zanim przejdziesz dalej. Link do mojego projektu konwertera DC na DC to:

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

Ten system konwertuje 220 V DC na sygnał przemienny 220 V przy 50 Hz, co jest komercyjną częstotliwością zasilania AC w większości krajów. W razie potrzeby częstotliwość można łatwo dostosować do 60 Hz. Aby tak się stało, wykorzystałem pełną topologię mostka H przy użyciu 4 wysokonapięciowych tranzystorów MOSFET.

Możesz uruchomić dowolne komercyjne urządzenie o mocy znamionowej 150 watów i około 200 watów szczytowej przez krótki czas. Z powodzeniem przetestowałem ten obwód z ładowarkami mobilnymi, żarówkami CFL, ładowarką do laptopa i wentylatorem stołowym i wszystkie działają dobrze z tym projektem. Podczas pracy wentylatora również nie było buczenia. Ze względu na wysoką sprawność przetwornicy DC-DC pobór prądu bez obciążenia tego układu wynosi tylko około 60 miliamperów.

Projekt wykorzystuje bardzo proste i łatwe do zdobycia komponenty, a niektóre z nich są nawet uratowane ze starych zasilaczy komputerowych.

Więc bez dalszej zwłoki zacznijmy proces budowania!

OSTRZEŻENIE: Jest to projekt wysokiego napięcia i może spowodować śmiertelny porażenie, jeśli nie będziesz ostrożny. Wypróbuj ten projekt tylko wtedy, gdy jesteś dobrze zorientowany w obsłudze wysokiego napięcia i masz doświadczenie w tworzeniu obwodów elektronicznych. NIE próbuj, jeśli nie wiesz, co robisz

Kieszonkowe dzieci

1. IRF840 N-kanałowy MOSFET - 4
2. Układ scalony SG3525N - 1
3. Układ scalony sterownika mosfet IR2104 - 2
4. 16-pinowa podstawa IC (opcjonalnie) -1
5. 8-pinowa podstawa IC (opcjonalnie) - 1
6. Kondensator ceramiczny 0,1uF - 2
7. Kondensator elektrolityczny 10uF - 1
8. Kondensator elektrolityczny 330uF 200 V - 2 (uratowałem je z SMPS)
9. Kondensator elektrolityczny 47uF - 2
10. 1N4007 dioda ogólnego przeznaczenia - 2
11. Rezystor 100K -1
12. Rezystor 10K - 2
13. Rezystor 100 omów -1
14. Rezystor 10 omów - 4
15. Rezystor zmienny 100K (ustawiony/trympot) - 1
16. Zaciski śrubowe - 2
17. Veroboard lub perfboard
18. Podłączanie przewodów
19. Zestaw lutowniczy
20. Multimetr
21. Oscyloskop (opcjonalny, ale pomoże dostroić częstotliwość)

Krok 1: Zbieranie wszystkich wymaganych części

Ważne jest, abyśmy najpierw zebrali wszystkie niezbędne części, abyśmy mogli szybko przejść do tworzenia projektu. Spośród nich kilka elementów zostało uratowanych ze starego zasilacza komputerowego.

Krok 2: Bank kondensatorów

Ważną rolę odgrywa tu bateria kondensatorów. W tym projekcie wysokie napięcie DC jest konwertowane na wysokie napięcie AC, dlatego ważne jest, aby nasze zasilanie DC było płynne i bez żadnych wahań. Tutaj do gry wchodzą te ogromne, mocne kondensatory. Dostałem dwa kondensatory o wartości znamionowej 330uF 200V z zasilacza impulsowego. Połączenie ich szeregowo daje mi równoważną pojemność około 165uF i zwiększa napięcie do 400 woltów. Stosując szeregową kombinację kondensatorów, równoważna pojemność zostaje zmniejszona, ale limit napięcia wzrasta. To rozwiązało cel mojej aplikacji. Prąd stały o wysokim napięciu jest teraz wygładzany przez ten zespół kondensatorów. Oznacza to, że otrzymamy stały sygnał AC, a napięcie pozostanie dość stałe podczas rozruchu lub gdy obciążenie zostanie nagle podłączone lub odłączone.

OSTRZEŻENIE: Te wysokonapięciowe kondensatory mogą przechowywać ładunek przez długi, długi czas, który może wynosić nawet kilka godzin! Więc spróbuj wykonać ten projekt tylko wtedy, gdy masz dobre przygotowanie w dziedzinie elektroniki i masz doświadczenie w obsłudze wysokiego napięcia. Zrób to na własne ryzyko

Krok 3: Decyzja o rozmieszczeniu komponentów

Ponieważ będziemy tworzyć ten projekt na veroboard, ważne jest, aby wszystkie komponenty były strategicznie rozmieszczone, aby odpowiednie komponenty były bliżej siebie. W ten sposób ślady lutowania będą minimalne, a liczba zworek będzie mniejsza, dzięki czemu projekt będzie bardziej uporządkowany i schludny.

Krok 4: Sekcja oscylatora

Sygnał 50Hz (lub 60Hz) jest generowany przez popularny PWM IC-SG3525N z kombinacją komponentów czasowych RC.

Aby uzyskać więcej informacji na temat działania układu scalonego SG3525, oto link do arkusza danych układu scalonego:

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

Aby uzyskać zmienną moc wyjściową 50 Hz, wewnętrzna częstotliwość oscylacji powinna wynosić 100 Hz, którą można ustawić za pomocą Rt około 130 kHz, a Ct jest równe 0,1 uF. Wzór na obliczenie częstotliwości jest podany w arkuszu danych układu scalonego. Rezystor 100 omów między stykami 5 i 7 służy do dodawania niewielkiego czasu martwego między przełączaniem, aby zapewnić bezpieczeństwo elementów przełączających (MOSFETS).

Krok 5: Sekcja sterownika MOSFET

Ponieważ wysokie napięcie DC będzie przełączane przez tranzystory MOSFET, nie jest możliwe bezpośrednie podłączenie wyjść SG3525 do bramki MOSFET, również przełączanie tranzystorów MOSFET z kanałem N po wysokiej stronie obwodu nie jest łatwe i wymaga prawidłowego obwodu ładowania początkowego. Wszystko to może być efektywnie obsługiwane przez sterownik MOSFET IC IR2104, który jest w stanie sterować/przełączać tranzystory MOSFET, które pozwalają na napięcie do 600 woltów. To sprawia, że IC nadaje się do naszej aplikacji. Ponieważ IR2104 jest sterownikiem półmostkowym MOSFET, będziemy potrzebować dwóch z nich do sterowania pełnym mostkiem.

Arkusz danych IR2104 można znaleźć tutaj:

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

Krok 6: Sekcja mostka H

Mostek H odpowiada za naprzemienną zmianę kierunku przepływu prądu przez obciążenie poprzez naprzemienne załączanie i wyłączanie danego zestawu MOSFET-ów.

Do tej operacji wybrałem tranzystory MOSFET IRF840 z kanałem N, które mogą obsługiwać napięcie do 500 woltów przy maksymalnym prądzie 5 A, co jest więcej niż wystarczające dla naszej aplikacji. Mostek H jest bezpośrednio podłączony do urządzenia AC.

Arkusz danych do tego MOSFET jest podany poniżej:

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

Krok 7: Testowanie obwodu na płycie prototypowej

Przed lutowaniem elementów na miejscu zawsze dobrze jest przetestować obwód na płytce stykowej i naprawić wszelkie błędy lub błędy, które mogą się pojawić. W moim teście płytki prototypowej zmontowałem wszystko zgodnie ze schematem (dostarczonym w późniejszym kroku) i zweryfikowałem odpowiedź wyjściową za pomocą DSO. Początkowo testowałem układ z niskim napięciem i dopiero po upewnieniu się, że działa, przetestowałem go z wejściem wysokiego napięcia

Krok 8: Ukończono test deski do krojenia chleba

Jako obciążenie testowe użyłem małego wentylatora o mocy 60 W wraz z konfiguracją płytki stykowej i 12-woltowym akumulatorem kwasowo-ołowiowym. Podłączyłem multimetry do pomiaru napięcia wyjściowego i prądu pobieranego z akumulatora. Potrzebne są pomiary, aby upewnić się, że nie ma przeciążenia, a także obliczyć wydajność.

Krok 9: Schemat obwodu i plik schematu

Poniżej znajduje się cały schemat obwodu projektu, a wraz z nim załączyłem plik schematyczny EAGLE w celach informacyjnych. Zapraszam do modyfikowania i używania tego samego w swoich projektach.

Krok 10: Rozpoczęcie procesu lutowania na Veroboard

Po przetestowaniu i weryfikacji projektu, teraz przechodzimy do procesu lutowania. Najpierw przylutowałem wszystkie elementy dotyczące sekcji oscylatora.

Krok 11: Dodawanie sterowników MOSFET

Podstawa układu scalonego sterownika MOSFET i komponenty ładowania początkowego zostały teraz przylutowane

Krok 12: Wkładanie układu scalonego na miejsce

Uważaj na orientację układu scalonego podczas wkładania. Poszukaj wycięcia na układzie scalonym, aby uzyskać odniesienie do pinów

Krok 13: Lutowanie baterii kondensatorów

Krok 14: Dodawanie tranzystorów MOSFET mostka H

4 tranzystory MOSFET mostka H są przylutowane na miejscu wraz z ich rezystorami ograniczającymi prąd bramki 10 omów oraz zaciskami śrubowymi dla łatwego podłączenia wejściowego napięcia DC i napięcia wyjściowego AC.

Krok 15: Kompletny moduł

Tak wygląda cały moduł po zakończeniu procesu lutowania. Zwróć uwagę, że większość połączeń została wykonana przy użyciu śladów lutowania i bardzo niewielu przewodów połączeniowych. Uważaj na wszelkie luźne połączenia ze względu na ryzyko związane z wysokim napięciem.

Krok 16: Kompletny falownik z modułem konwertera DC-DC

Falownik jest teraz kompletny, oba moduły są kompletne i połączone ze sobą. To z powodzeniem działało przy jednoczesnym ładowaniu mojego laptopa i zasilaniu małego wentylatora stołowego.

Mam nadzieję, że podoba Ci się ten projekt:)

Zapraszam do dzielenia się swoimi komentarzami, wątpliwościami i opiniami w sekcji komentarzy poniżej. Obejrzyj pełną instrukcję i film z kompilacją, aby poznać bardziej istotne szczegóły dotyczące projektu i tego, jak go zbudowałem, a gdy już tam będziesz, rozważ zasubskrybowanie mojego kanału:)