Circuito inversor de 500 watts com carregador de bateria

Neste artigo, discutiremos de forma abrangente como construir um circuito inversor de 500 watts com um estágio de carregador de bateria automático integrado.

Mais adiante no artigo, também aprenderemos como atualizar o sistema para cargas mais altas e como aprimorá-lo em uma versão de onda senoidal pura.

Este inversor de energia de 500 watts converterá 12 V DC ou 24 V DC de uma bateria de ácido de chumbo em 220 V ou 120 V AC, que pode ser usado para alimentar todos os tipos de cargas, desde lâmpadas CFL, lâmpadas LED, ventiladores, aquecedores , motores, bombas, misturadores, computador e assim por diante.

Design básico

A inversor pode ser projetado de muitas maneiras diferentes, simplesmente substituindo o estágio do oscilador por outro tipo de estágio do oscilador, de acordo com a preferência do usuário.

O estágio do oscilador é basicamente um multivibrador astável que podem estar usando ICs ou transistores.

Embora um oscilador com base astável possa ser projetado de várias maneiras, usaremos a opção IC 4047 aqui, pois é um chip astável versátil, preciso e especializado, projetado especificamente para aplicações como inversores.

Usando IC 4047

Fazendo qualquer inversor usando o IC 4047 é provavelmente a opção mais recomendada devido à alta precisão e legibilidade do IC. O dispositivo é um oscilador IC versátil que fornece uma saída push pull ou flip-flop dupla em seu pino 10 e pino 11, e também uma única saída de onda quadrada no pino 13.

CIRCUITO BÁSICO

Um inversor básico de 500 watts com saída de onda quadrada pode ser tão simples de construir quanto acima. No entanto, para atualizá-lo com um carregador de bateria, podemos ter que empregar um transformador de carregador classificado apropriadamente de acordo com as especificações da bateria.

Antes de aprender a configuração do carregador, vamos primeiro nos familiarizar com a especificação da bateria necessária para este projeto.

Em uma de nossas postagens anteriores, sabemos que a taxa de carga e descarga mais apropriada de uma bateria de chumbo-ácido deve ser a uma taxa de 0,1 C ou uma corrente de alimentação 10 vezes menor que a classificação Ah da bateria. Isso implica que para obter um mínimo de 7 horas de backup com carga de 500 watts, o Ah da bateria pode ser calculado da seguinte maneira

A corrente operacional necessária para uma carga de 500 watts de uma bateria de 12 V será de 500/12 = 41 Amps aproximadamente

Esses 41 amperes precisam durar 7 horas, o que implica que a bateria Ah deve ser = 41 x 7 = 287 Ah. No entanto, na vida real, isso precisará ser de pelo menos 350 Ah.

Para uma bateria de 24 V, isso pode cair para 50% menos em 200 Ah. É exatamente por isso que uma tensão operacional mais alta é sempre recomendada, já que a classificação de potência do inversor fica no lado mais alto.

Usando bateria de 24 V

Para manter o tamanho da bateria e do transformador menores e os cabos mais finos, você pode usar uma bateria de 24 V para operar o projeto de 500 watts proposto.

O projeto básico permaneceria como está, exceto um 7812 IC adicionado ao circuito IC 4047, conforme mostrado abaixo:

Diagrama esquemático

Carregador de bateria

Para manter o design simples, mas eficaz, evitei o uso de um corte automático para o carregador de bateria aqui, e também garantiu que um único transformador comum seja usado para as operações do inversor e do carregador.

O diagrama completo do circuito para o inversor de 500 watts proposto com carregador de bateria pode ser visto abaixo:

O mesmo conceito já foi discutido detalhadamente em uma das outras postagens relacionadas, que você pode consultar para obter informações adicionais.

Basicamente, o inversor usa o mesmo transformador para carregar a bateria e para converter a energia da bateria para saída de 220 V CA. A operação é realizada por meio de uma rede de troca de relés, que alternadamente muda o enrolamento do transformador para modo de carga e modo de inversor.

Como funciona

Quando a rede CA da rede não está disponível, os contatos do relé são posicionados em seus respectivos pontos N / C (normalmente fechados). Isso conecta os drenos dos MOSFETs ao primário do transformador e os aparelhos ou a carga se conectam ao secundário do transformador.

A unidade entra no modo inversor e começa a gerar os 220 V CA ou 120 V CA necessários a partir da bateria.

As bobinas de relé são alimentadas a partir de um simples circuito de alimentação sem transformador (capacitivo) usando um capacitor de redução de 2uF / 400V.

A alimentação não precisa ser estabilizada ou bem regulada porque a carga está na forma de bobinas de relé, que são bastante pesadas e resistem facilmente ao surto de ativação do capacitor de 2uF.

A bobina para o relé RL1 que controla o lado CA da rede elétrica do transformador pode ser vista conectada antes de um diodo de bloqueio, enquanto a bobina de RL2 que controla o lado MOSFET é posicionada após o diodo e em paralelo a um grande capacitor.

Isso é feito intencionalmente para criar um pequeno efeito de retardo para RL2 ou para garantir que RL1 ligue e desligue antes de RL2. Isso é por questões de segurança e para garantir que os MOSFETs nunca sejam submetidos à alimentação reversa de carregamento sempre que o relé passar do modo inversor para o modo de carregamento.

Sugestões de Segurança

Como sabemos, em qualquer circuito inversor o transformador funciona como uma carga indutiva pesada. Quando uma carga indutiva tão pesada é comutada com uma frequência, ela gera uma grande quantidade de picos de corrente que podem ser potencialmente perigosos para os eletrônicos sensíveis e os ICs envolvidos.

Para garantir a segurança adequada para o estágio eletrônico, pode ser importante modificar a seção 7812 da seguinte maneira:

Para uma aplicação de 12 V, você pode reduzir o circuito de proteção de pico acima para a seguinte versão:

Bateria, MOSFET e transformador determinam a potência

Já discutimos isso muitas vezes em diferentes postagens que dizem que é o transformador, a bateria e as classificações do MOSFET que realmente decidem quanta energia um inversor pode produzir.

Já falamos sobre os cálculos da bateria nos parágrafos anteriores, agora vamos ver como o transformador pode ser calculado para complementar a potência necessária.

na verdade, é muito simples. Como a tensão deve ser de 24 V e a potência de 500 watts, dividir 500 por 24 resulta em 20,83 amperes. Significa que a classificação de ampères do transformador deve estar acima de 21 ampères, de preferência até 25 ampères.

No entanto, como estamos usando o mesmo transformador para os modos de carregamento e inversor, temos que selecionar a tensão de forma que se adapte às duas operações da melhor forma.

Um 20-0-20 V para o lado primário parece ser um bom compromisso, na verdade é a classificação idealmente adequada para o funcionamento geral do inversor em ambos os modos.

Uma vez que apenas meio enrolamento é usado para carregar a bateria, a classificação de 20 V RMS do transformador pode ser usada para obter 20 x 1,41 = 28,2 V CC de pico na bateria com a ajuda do capacitor de filtro associado conectado à bateria terminais. Essa tensão carregará a bateria a uma boa taxa e na velocidade correta.

No modo inversor, quando a bateria está em torno de 26 V, permitirá que a saída do inversor esteja em 24/26 = 220 / Saída

Out = 238 V

Isso parece uma saída saudável enquanto a bateria está perfeitamente carregada e mesmo quando a bateria cai para 23 V, a saída pode ser esperada para sustentar uma saudável 210V

Calculando MOSFET : MOSFETs funcionam basicamente como interruptores que não devem queimar durante a comutação da quantidade nominal de corrente e também não devem aquecer devido ao aumento da resistência às correntes de comutação.

Para satisfazer os aspectos acima, temos que nos certificar de que a capacidade de manuseio atual ou a especificação de ID do MOSFET é bem mais de 25 amperes para nosso inversor de 500 watts. Além disso, para evitar alta dissipação e comutação ineficiente, as especificações RDSon do MOSFET devem ser as mais baixas possíveis.

O dispositivo mostrado no diagrama é IRF3205 , que tem um ID de 110 A e RDSon de 8 miliohms (0,008 Ohms), o que realmente parece bastante impressionante e perfeitamente adequado para este projeto de inversor.

Lista de Peças

Para fazer o inversor de 500 watts acima com carregador de bateria, você precisará da seguinte lista de materiais:

• IC 4047 = 1
• Resistores
• 56K = 1
• 10 ohms = 2
• Capacitor 0,1uF = 1
• Capacitor 4700uF / 50 V = 1 (entre os terminais da bateria)
• MOSFETs IRF3205 = 2
• Diodo 20 amp = 1
• Dissipador de calor para os MOSFETs = Tipo de aleta grande
• Diodo de bloqueio através de MOSFETs Dreno / Fonte = 1N5402 (Conecte-os ao dreno / fonte de cada MOSFET para proteção adicional contra EMF reverso do primário do transformador. O cátodo irá para o pino de drenagem.
• Relé DPDT 40 amp = 2 nos

Atualizando para o Inversor Sinewave Modificado

A versão de onda quadrada discutida acima pode ser efetivamente convertida em um onda senoidal modificada Circuito inversor de 500 watts com forma de onda de saída muito melhorada.

Para isso usamos a velhice IC 555 e IC 741 combinação para fabricar a forma de onda senoidal pretendida.

O circuito completo com carregador de bateria é dado abaixo:

A ideia é a mesma que foi aplicada em alguns dos outros projetos de inversores de onda senoidal neste site. É cortar a porta dos MOSFETs de potência com SPWM calculado de modo que um SPWM de alta corrente replicado oscile através do enrolamento push pull do primário do transformador.

O IC 741 é usado como um comparador que compara duas ondas triangulares em suas duas entradas. A onda do triângulo de base lenta é adquirida do pino IC 4047 Ct, enquanto a onda do triângulo rápido é derivada de um estágio astável externo do IC 555. O resultado é um SPWM calculado no pino 6 do IC 741. Este SPWM é cortado nas portas dos MOSFETs de potência que estão sendo comutados pelo transformador na mesma frequência SPWM.

Isso resulta no lado secundário com uma saída de onda senoidal pura (após alguma filtração).

Full Bridge Design

A versão de ponte completa para o conceito acima pode ser construída usando a configuração fornecida abaixo:

Para simplificar, um corte automático da bateria não está incluído, por isso é recomendável DESLIGAR a alimentação assim que a tensão da bateria atingir o nível de carga total. Ou, alternativamente, você pode adicionar um apropriado lâmpada de filamento em série com a linha positiva de carga da bateria, para garantir um carregamento seguro da bateria.

Se você tiver dúvidas ou perguntas sobre o conceito acima, a caixa de comentários abaixo é toda sua.