3 melhores circuitos inversores sem transformador

Como o nome sugere, um circuito inversor que converte uma entrada CC em CA sem depender de um indutor ou transformador é chamado de inversor sem transformador.

Como um transformador baseado em indutor não é empregado, a CC de entrada é normalmente igual ao valor de pico da CA gerada na saída do inversor.

A postagem nos ajuda a entender 3 circuitos de inversores projetados para funcionar sem o uso de um transformador e usando uma rede IC full bridge e um circuito gerador SPWM.

Inversor sem transformador usando IC 4047

Vamos começar com uma topologia H-Bridge que é provavelmente a mais simples em sua forma. No entanto, tecnicamente não é o ideal, e não é recomendado, já que é projetado usando mosfets de canal p / n. Os mosfets do canal P são usados ​​como mosfets do lado alto e o canal n como o lado baixo.

Como os mosfets do canal p são usados ​​no lado alto, o bootstrapping torna-se desnecessário, o que simplifica muito o design. Isso também significa que este projeto não precisa depender de ICs de driver especiais.

Embora o design pareça legal e atraente, tem um poucas desvantagens subjacentes . E é exatamente por isso que essa topologia é evitada em unidades profissionais e comerciais.

Dito isso, se for construído corretamente, pode servir para aplicações de baixa frequência.

Aqui está o circuito completo usando IC 4047 como gerador de frequência totem pólo astável

Lista de Peças

Todos os resistores são 1/4 watt 5%

• R1 = 56k
• C1 = 0,1uF / PPC
• IC pin10 / 11 resistor = 330 ohms - 2nos
• Resistores de porta MOSFET = 100k - 2nos
• Optoacopladores = 4N25 - 2 nos
• MOSFETs do canal P superior = FQP4P40 - 2nos
• MOSFETs de canal N inferior = IRF740 = 2nos
• Diodos Zener = 12V, 1/2 watt - 2 nos

A próxima ideia também é um circuito de ponte h, mas este usa os mosfets de canal n recomendados. O circuito foi solicitado pelo Sr. Ralph Wiechert

Especificações Principais

Saudações de Saint Louis, Missouri.
Você estaria disposto a colaborar em um projeto de inversor ? Eu pagaria por um design e / ou seu tempo, se você quiser.

Eu tenho um Prius 2012 e 2013, e minha mãe tem um Prius 2007. O Prius é o único que possui uma bateria de alta voltagem de 200 VCC (nominal). No passado, os proprietários de Prius utilizaram este pacote de bateria com inversores de prateleira para produzir suas tensões nativas e executar ferramentas e aparelhos. (Aqui nos EUA, 60 Hz, 120 e 240 VCA, como tenho certeza que você sabe). O problema é que esses inversores não são mais fabricados, mas o Prius ainda é.

Aqui estão alguns inversores que foram usados ​​no passado para esta finalidade:

1) PWRI2000S240VDC (ver anexo) Não é mais fabricado!

2) Emerson Liebert Upstation S (Este é na verdade um UPS, mas você remove a bateria, que era 192 VCC nominal.) (Veja o anexo.) Não é mais fabricado!

Idealmente, estou procurando projetar um inversor contínuo de 3000 Watts, onda senoidal pura, saída de 60 Hz, 120 VCA (com fase dividida de 240 VCA, se possível) e sem transformador. Talvez pico de 4000-5000 Watts. Entrada: 180-240 VCC. Uma bela lista de desejos, eu sei.

Sou engenheiro mecânico, com alguma experiência na construção de circuitos, bem como na programação de microcontroladores Picaxe. Simplesmente não tenho muita experiência em projetar circuitos do zero. Estou disposto a tentar e falhar, se necessário!

O design

Neste blog eu já discuti mais do que 100 projetos e conceitos de inversores , a solicitação acima pode ser facilmente realizada modificando um dos meus designs existentes e testada para o aplicativo fornecido.

Para qualquer projeto sem transformador, deve haver algumas coisas básicas incluídas para a implementação: 1) O inversor deve ser um inversor de ponte completa usando um driver de ponte completa e 2) a alimentação CC de entrada alimentada deve ser igual à tensão de pico de saída necessária nível.

Incorporando os dois fatores acima, um design básico de inversor de 3000 watts pode ser testemunhado no diagrama a seguir, que tem um forma de onda de saída de onda senoidal pura recurso.

Os detalhes de funcionamento do inversor podem ser entendidos com o auxílio dos seguintes pontos:

O básico ou o configuração padrão do inversor de ponte completa é formado pelo driver de ponte completa IC IRS2453 e a rede mosfet associada.

Calculando a frequência do inversor

A função deste estágio é oscilar a carga conectada entre os mosfets em uma dada taxa de frequência, conforme determinado pelos valores da rede Rt / Ct.

Os valores desses componentes de tempo RC podem ser definidos pela fórmula: f = 1 / 1,453 x Rt x Ct onde Rt está em Ohms e Ct em Farads. Deve ser definido para atingir 60 Hz para complementar a saída especificada de 120 V, alternativamente, para especificações de 220 V, isso pode ser alterado para 50 Hz.

Isso também pode ser obtido por meio de tentativa e erro prático, avaliando a faixa de frequência com um medidor de frequência digital.

Para alcançar um resultado de onda senoidal pura, as portas mosfets do lado inferior são desconectadas de seus respectivos feeds IC e são aplicadas da mesma por meio de um estágio de buffer BJT, configurado para operar por meio de uma entrada SPWM.

Gerando SPWM

O SPWM que significa modulação de largura de pulso de onda senoidal é configurado em torno de um opamp IC e um único Gerador IC 555 PWM.

Embora o IC 555 seja configurado como PWM, a saída PWM de seu pino # 3 nunca é usada, em vez disso, as ondas triangulares geradas em seu capacitor de temporização são utilizadas para esculpir os SPWMs. Aqui, uma das amostras de onda triangular deve ser muito mais lenta em frequência e sincronizada com a frequência do IC principal, enquanto a outra precisa ser ondas triangulares mais rápidas, cuja frequência determina essencialmente o número de pilares que o SPWM pode ter.

O opamp é configurado como um comparador e é alimentado com amostras de ondas triangulares para processar os SPWMs necessários. Uma onda triangular que é a mais lenta é extraída da pinagem Ct do IC principal IRS2453

O processamento é feito pelo opamp IC comparando as duas ondas triangulares em suas pinagens de entrada, e o SPWM gerado é aplicado às bases do estágio de buffer BJT.

Os buffers BJTs alternam de acordo com os pulsos SPWM e certifique-se de que os mosfets do lado inferior também sejam alternados no mesmo padrão.

A comutação acima permite que a saída CA também comute com um padrão SPWM para ambos os ciclos da forma de onda frequecny CA.

Selecionando os mosfets

Uma vez que um inversor sem transformador de 3kva é especificado, os mosfets precisam ser classificados adequadamente para lidar com essa carga.

O mosfet número 2SK 4124 indicado no diagrama não será capaz de sustentar uma carga de 3kva porque eles são classificados para lidar com um máximo de 2kva.

Algumas pesquisas na rede nos permitem encontrar o mosfet: IRFB4137PBF-ND que parece bom para operar com cargas de 3kva, devido à sua classificação de potência massiva de 300V / 38 ampères.

Por se tratar de um inversor de 3kva sem transformador, a questão de selecionar o transformador é eliminada; no entanto, as baterias devem ser adequadamente avaliadas para produzir um mínimo de 160 V com carga moderada e cerca de 190 V com carga total.

Correção automática de tensão.

Uma correção automática pode ser alcançada conectando uma rede de feedback entre os terminais de saída e a pinagem Ct, mas isso pode realmente não ser necessário porque os potenciômetros IC 555 podem ser usados ​​efetivamente para fixar o RMS da tensão de saída e, uma vez definido o Pode-se esperar que a tensão de saída seja absolutamente fixa e constante, independentemente das condições de carga, mas apenas enquanto a carga não exceder a capacidade máxima de potência do inversor.

2) Inversor sem transformador com carregador de bateria e controle de feedback

O segundo diagrama de circuito de um inversor sem transformador compacto sem incorporar um transformador de ferro volumoso é discutido abaixo. Em vez de um transformador de ferro pesado, ele usa um indutor com núcleo de ferrite, conforme mostrado no artigo a seguir. O esquema não foi desenhado por mim, ele foi fornecido por um dos leitores ávidos deste blog, Sr. Ritesh.

O design é uma configuração completa com a maioria dos recursos, como detalhes do enrolamento do transformador de ferrite , estágio indicador de baixa tensão, instalação de regulação de tensão de saída etc.

A explicação para o design acima ainda não foi atualizada, tentarei atualizá-la em breve, entretanto você pode consultar o diagrama e tirar suas dúvidas através de comentários, se houver.

Design de inversor compacto sem transformador de 200 watts # 3

Um terceiro projeto abaixo mostra um circuito inversor de 200 watts sem um transformador (sem transformador) usando uma entrada de 310 Vcc. É um projeto compatível com a onda senoidal.

Introdução

Os inversores, como sabemos, são dispositivos que convertem, ou melhor, invertem uma fonte CC de baixa tensão em uma saída CA de alta tensão.

A saída CA de alta tensão produzida está geralmente na ordem dos níveis de tensão da rede local. No entanto, o processo de conversão de baixa tensão para alta tensão invariavelmente requer a inclusão de transformadores robustos e volumosos. Temos uma opção para evitar isso e fazer um circuito inversor sem transformador?

Sim, existe uma maneira bastante simples de implementar um design de inversor sem transformador.

Basicamente, o inversor que utiliza bateria de baixa tensão CC exige que sejam aumentados para a tensão CA mais alta pretendida, o que, por sua vez, torna a inclusão de um transformador obrigatória.

Isso significa que se pudéssemos apenas substituir a entrada de baixa tensão CC por um nível CC igual ao nível CA de saída pretendido, a necessidade de um transformador poderia ser simplesmente eliminada.

O diagrama do circuito incorpora uma entrada CC de alta tensão para operar um circuito inversor mosfet simples e podemos ver claramente que não há transformador envolvido.

Operação de Circuito

A CC de alta tensão é igual à CA de saída necessária, derivada do arranjo de 18 baterias pequenas de 12 volts em série.

A porta N1 é do IC 4093, N1 foi configurado como o oscilador aqui.

Uma vez que o IC requer uma tensão operacional estrita entre 5 e 15 volts, a entrada necessária é obtida de uma das baterias de 12 volts e aplicada às pinagens de IC relevantes.

Toda a configuração torna-se assim muito simples e eficiente e elimina completamente a necessidade de um transformador volumoso e pesado.

As baterias são todas de 12 volts e 4 AH, que são bem pequenas e, mesmo quando conectadas, não parecem cobrir muito espaço. Elas podem ser empilhadas para formar uma unidade compacta.

A saída será de 110 V AC a 200 watts.

Lista de Peças

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

Atualizando para uma versão Sinewave

O circuito inversor simples sem transformador de 220 V discutido acima pode ser atualizado para um inversor de onda senoidal pura ou verdadeira simplesmente substituindo o oscilador de entrada por um circuito gerador de onda senoidal, conforme mostrado abaixo:

Lista de peças para o oscilador de onda senoidal pode ser encontrada neste post

Circuito Inversor Solar Sem Transformador

O Sol é uma fonte importante e ilimitada de energia bruta que está disponível em nosso planeta de forma totalmente gratuita. Este poder está fundamentalmente na forma de calor, porém os humanos descobriram métodos de explorar a luz também desta enorme fonte de fabricação de energia elétrica.

Visão geral

Hoje a eletricidade se tornou a linha de vida de todas as cidades e até mesmo das áreas rurais. Com o esgotamento dos combustíveis fósseis, a luz do sol promete ser uma das principais fontes renováveis ​​de energia que pode ser acessada diretamente de qualquer lugar e em todas as circunstâncias deste planeta, sem custos. Vamos aprender um dos métodos de conversão de energia solar em eletricidade para nossos benefícios pessoais.

Em um dos meus posts anteriores, discuti um circuito inversor solar que tinha uma abordagem simples e incorporou uma topologia de inversor comum usando um transformador.

Os transformadores, como todos sabemos, são volumosos, pesados ​​e podem se tornar bastante inconvenientes para algumas aplicações.
No projeto atual, tentei eliminar o uso de um transformador incorporando mosfets de alta tensão e aumentando a tensão por meio de conexões em série de painéis solares. Vamos estudar toda a configuração com a ajuda dos seguintes pontos:

Como funciona

Olhando para o diagrama do circuito do inversor sem transformador com base solar mostrado abaixo, podemos ver que ele consiste basicamente em três estágios principais, viz. o estágio oscilador feito do versátil IC 555, o estágio de saída consistindo de um par de mosfets de alta tensão e o estágio de entrega de energia que emprega o banco de painéis solares, que é alimentado em B1 e B2.

Diagrama de circuito

Como o IC não pode operar com tensões superiores a 15 V, ele é bem protegido por um resistor de queda e um diodo zener. O diodo zener limita a alta tensão do painel solar na tensão zener de 15 V conectada.

No entanto, os mosfets podem ser operados com a tensão de saída solar total, que pode estar em qualquer lugar entre 200 a 260 volts. Em condições nubladas, a tensão pode cair para bem abaixo de 170 V. Portanto, provavelmente um estabilizador de tensão pode ser usado na saída para regular a tensão de saída em tais situações.

Os mosfets são tipos N e P que formam um par para implementar as ações push pull e para gerar o AC necessário.

Os mosfets não são especificados no diagrama, idealmente eles devem ser classificados em 450 V e 5 amperes, você encontrará muitas variantes, se pesquisar um pouco na rede.

Os painéis solares usados ​​devem ter estritamente uma tensão de circuito aberto de cerca de 24 V em plena luz do sol e cerca de 17 V durante os períodos de crepúsculo.

Como conectar os painéis solares

Lista de Peças

R1 = 6K8
R2 = 140K
C1 = 0,1uF
Diodos = são 1N4148
R3 = 10K, 10 watts,
R4, R5 = 100 Ohms, 1/4 watt
B1 e B2 = do painel solar
Z1 = 5,1 V 1 watt

Use essas fórmulas para calcular R1, R2, C1 ....

Atualizar:

O projeto do IC 555 acima pode não ser tão confiável e eficiente, um projeto muito confiável pode ser visto abaixo na forma de um circuito inversor H-bridge completo . Pode-se esperar que este projeto forneça resultados muito melhores do que o circuito de 555 IC acima

Outra vantagem de usar o circuito acima é que você não exigirá um arranjo de painel solar duplo, em vez disso, uma única fonte de energia solar conectada em série seria suficiente para operar o circuito acima e obter uma saída de 220V.