220V DC σε 220V AC: DIY Inverter Μέρος 2: 17 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Γεια σε όλους. Ελπίζω να είστε όλοι ασφαλείς και να είστε υγιείς. Σε αυτό το διδακτικό θα σας δείξω πώς έφτιαξα αυτόν τον μετατροπέα DC σε AC που μετατρέπει την τάση 220V DC σε τάση AC 220V. Η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος που παράγεται εδώ είναι ένα σήμα τετραγωνικού κύματος και όχι ένα καθαρό ημιτονοειδές σήμα. Αυτό το έργο είναι μια συνέχεια του έργου προεπισκοπήσεων που σχεδιάστηκε για τη μετατροπή 12Volts DC σε 220V DC. Συνιστάται ιδιαίτερα να επισκεφτείτε το προηγούμενο έργο μου πρώτα πριν συνεχίσετε αυτό το διδακτικό. Ο σύνδεσμος για το έργο μετατροπέα DC σε DC είναι:

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

Αυτό το σύστημα μετατρέπει το 220V DC σε και εναλλασσόμενο σήμα 220Volts στα 50 Hertz, το οποίο η εμπορική συχνότητα τροφοδοσίας AC στις περισσότερες χώρες. Η συχνότητα μπορεί εύκολα να ρυθμιστεί στα 60 Hertz εάν απαιτείται. Για να συμβεί αυτό, χρησιμοποίησα μια τοπολογία γεφυρών H με 4 MOSFETS υψηλής τάσης.

Μπορείτε να λειτουργήσετε οποιαδήποτε εμπορική συσκευή με ισχύ ισχύος 150 watt και κορυφή περίπου 200 watt για σύντομη διάρκεια. Έχω δοκιμάσει με επιτυχία αυτό το κύκλωμα με φορτιστές κινητής τηλεφωνίας, λαμπτήρες CFL, φορτιστή φορητού υπολογιστή και ανεμιστήρα τραπεζιού και όλοι λειτουργούν τέλεια με αυτό το σχέδιο. Δεν ακούστηκε κανένας ήχος κατά τη λειτουργία του ανεμιστήρα. Λόγω της υψηλής απόδοσης του μετατροπέα DC-DC, η κατανάλωση ρεύματος χωρίς φορτίο αυτού του συστήματος είναι μόνο περίπου 60 milliamps.

Το έργο χρησιμοποιεί πολύ απλά και εύκολα στην απόκτηση εξαρτημάτων και μερικά από αυτά διασώζονται ακόμη και από παλιά τροφοδοτικά υπολογιστή.

Έτσι, χωρίς περαιτέρω καθυστέρηση, ας ξεκινήσουμε με τη διαδικασία κατασκευής!

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Αυτό είναι ένα έργο υψηλής τάσης και μπορεί να σας προκαλέσει ένα θανατηφόρο σοκ αν δεν είστε προσεκτικοί. Δοκιμάστε αυτό το έργο μόνο εάν είστε καλά εξοικειωμένοι με το χειρισμό υψηλής τάσης και έχετε εμπειρία στην κατασκευή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. ΜΗΝ επιχειρήσετε αν δεν ξέρετε τι κάνετε

Προμήθειες

1. MOSFETS καναλιού IRF840 N - 4
2. IC SG3525N - 1
3. IR2104 mosfet πρόγραμμα οδήγησης IC - 2
4. Βάση IC 16 ακίδων (προαιρετικό) -1
5. Βάση IC 8 ακίδων (προαιρετικό) - 1
6. Κεραμικός πυκνωτής 0.1uF - 2
7. Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 10uF - 1
8. 330uF ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 200 volt - 2 (τους έσωσα από ένα SMPS)
9. Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 47uF - 2
10. Δίοδος γενικής χρήσης 1N4007 - 2
11. 100K αντίσταση -1
12. Αντίσταση 10Κ - 2
13. Αντίσταση 100 ohm -1
14. Αντίσταση 10 ohm - 4
15. 100K μεταβλητή αντίσταση (προεπιλογή/ trimpot) - 1
16. Βιδωτοί ακροδέκτες - 2
17. Veroboard ή διάτρητος πίνακας
18. Σύνδεση καλωδίων
19. Σετ συγκόλλησης
20. Πολύμετρο
21. Παλαιογράφος (προαιρετικό αλλά θα σας βοηθήσει να ρυθμίσετε τη συχνότητα)

Βήμα 1: Συγκέντρωση όλων των απαιτούμενων τμημάτων

Είναι σημαντικό να συγκεντρώσουμε πρώτα όλα τα απαραίτητα μέρη, ώστε να μπορέσουμε να προχωρήσουμε γρήγορα στην κατασκευή του έργου. Από αυτά, μερικά εξαρτήματα έχουν διασωθεί από παλιό τροφοδοτικό υπολογιστή.

Βήμα 2: Η τράπεζα πυκνωτών

Η τράπεζα πυκνωτών παίζει σημαντικό ρόλο εδώ. Σε αυτό το έργο, το DC υψηλής τάσης μετατρέπεται σε AC υψηλής τάσης, επομένως είναι σημαντικό η παροχή συνεχούς ρεύματος να είναι ομαλή και χωρίς διακυμάνσεις. Αυτό είναι όπου παίζουν αυτοί οι τεράστιοι πυκνωτές. Πήρα δύο πυκνωτές 330uF 200V από ένα SMPS. Ο συνδυασμός τους σε σειρά μου δίνει και ισοδύναμη χωρητικότητα περίπου 165uF και αυξάνει την ονομαστική τάση έως 400 βολτ. Χρησιμοποιώντας τη σειρά συνδυασμών πυκνωτών, η ισοδύναμη χωρητικότητα μειώνεται αλλά το όριο τάσης αυξάνεται. Αυτό έλυσε τον σκοπό της εφαρμογής μου. Το DC υψηλής τάσης εξομαλύνεται τώρα από αυτήν την τράπεζα πυκνωτών. Αυτό σημαίνει ότι θα έχουμε ένα σταθερό σήμα AC και η τάση θα παραμείνει αρκετά σταθερή κατά την εκκίνηση ή όταν ξαφνικά συνδέεται ή αποσυνδέεται ένα φορτίο.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Αυτοί οι πυκνωτές υψηλής τάσης μπορούν να αποθηκεύσουν τη φόρτιση τους για μεγάλο, μεγάλο χρονικό διάστημα, που μπορεί να φτάσει έως και αρκετές ώρες! Προσπαθήστε λοιπόν να πραγματοποιήσετε αυτό το έργο μόνο εάν έχετε καλό υπόβαθρο ηλεκτρονικών και έχετε πρακτική εμπειρία χειρισμού υψηλής τάσης. Κάντε το με δική σας ευθύνη

Βήμα 3: Απόφαση για την τοποθέτηση εξαρτημάτων

Δεδομένου ότι θα κάνουμε αυτό το έργο σε μια πλακέτα veroboard, είναι σημαντικό όλα τα εξαρτήματα να είναι στρατηγικά τοποθετημένα έτσι ώστε τα σχετικά συστατικά να είναι πιο κοντά το ένα με το άλλο. Με αυτόν τον τρόπο, τα ίχνη συγκόλλησης θα είναι ελάχιστα και θα χρησιμοποιηθεί λιγότερος αριθμός καλωδίων που θα κάνουν το σχέδιο πιο τακτοποιημένο και τακτοποιημένο.

Βήμα 4: Το τμήμα ταλαντωτών

Το σήμα 50Hz (ή 60Hz) δημιουργείται από το δημοφιλές PWM IC-SG3525N με συνδυασμό εξαρτημάτων χρονισμού RC.

Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη λειτουργία του SG3525 IC, ακολουθεί ένας σύνδεσμος προς το φύλλο δεδομένων του IC:

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

Για να έχετε εναλλασσόμενη έξοδο 50Hz, η εσωτερική συχνότητα ταλάντωσης πρέπει να είναι 100 Hz, η οποία μπορεί να οριστεί χρησιμοποιώντας Rt περίπου 130KHz και Ct ίση με 0.1uF. Ο τύπος υπολογισμού συχνότητας δίνεται στο φύλλο δεδομένων του IC. Μια αντίσταση 100 ohm μεταξύ των ακίδων 5 και 7 χρησιμοποιείται για να προσθέσει λίγο χρόνο μεταξύ της μεταγωγής για να διασφαλιστεί η ασφάλεια των εξαρτημάτων μεταγωγής (MOSFETS).

Βήμα 5: Το τμήμα προγράμματος οδήγησης MOSFET

Επειδή το DC υψηλής τάσης θα αλλάξει μέσω των MOSFET, δεν είναι δυνατή η απευθείας σύνδεση των εξόδων SG3525 στην πύλη του MOSFET, ενώ η αλλαγή MOSFET καναλιού Ν στην υψηλή πλευρά του κυκλώματος δεν είναι εύκολη και απαιτεί κατάλληλο κύκλωμα εκκίνησης. Όλα αυτά μπορούν να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά από το πρόγραμμα οδήγησης MOSFET IC IR2104, το οποίο μπορεί να οδηγήσει/ αλλάξει MOSFET που επιτρέπουν τάσεις έως 600Volts. Αυτό καθιστά το IC κατάλληλο για εκτός εφαρμογής. Δεδομένου ότι το IR2104 είναι πρόγραμμα οδήγησης MOSFET μισής γέφυρας, θα χρειαστούμε δύο από αυτά για να ελέγξουμε την πλήρη γέφυρα.

Το φύλλο δεδομένων του IR2104 μπορείτε να το βρείτε εδώ:

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

Βήμα 6: Το τμήμα H Bridge

Η γέφυρα Η είναι αυτή που είναι υπεύθυνη για την εναλλακτική αλλαγή της κατεύθυνσης της ροής του ρεύματος μέσω του φορτίου ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας εναλλακτικά το συγκεκριμένο σύνολο MOSFETS.

Για αυτήν τη λειτουργία επέλεξα τα MOSFET καναλιού IRF840 N που μπορούν να χειριστούν έως και 500 βολτ με μέγιστο ρεύμα 5 Amps, το οποίο είναι υπεραρκετό για την εφαρμογή μας. Η γέφυρα Η είναι αυτό που θα συνδεθεί απευθείας με την εξωτερική συσκευή AC.

Το φύλλο δεδομένων σε αυτό το MOSFET δίνεται παρακάτω:

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

Βήμα 7: Δοκιμή του κυκλώματος στο Breadboard

Πριν από τη συγκόλληση των εξαρτημάτων στη θέση τους, είναι πάντα καλή ιδέα να δοκιμάσετε το κύκλωμα σε μια σανίδα ψωμιού και να διορθώσετε τυχόν λάθη ή σφάλματα που μπορεί να εμφανιστούν. Στη δοκιμή του breadboard συγκέντρωσα τα πάντα σύμφωνα με το σχηματικό (παρέχεται σε μεταγενέστερο βήμα) και επαλήθευσα την απόκριση εξόδου χρησιμοποιώντας έναν DSO. Αρχικά δοκίμασα το σύστημα με χαμηλή τάση και μόνο αφού επιβεβαιώθηκα ότι λειτουργεί το δοκίμασα με είσοδο υψηλής τάσης

Βήμα 8: Ολοκληρώθηκε η δοκιμή Breadboard

Ως δοκιμαστικό φορτίο, χρησιμοποίησα έναν μικρό ανεμιστήρα 60 watt μαζί με τη ρύθμιση του breadboard και μια μπαταρία μολύβδου 12V. Είχα συνδέσει τα πολύμετρα για να μετρήσω την τάση εξόδου και το ρεύμα που καταναλώνεται από την μπαταρία. Απαιτούνται μετρήσεις για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει υπερφόρτωση και επίσης για τον υπολογισμό της απόδοσης.

Βήμα 9: Το διάγραμμα κυκλώματος και το σχηματικό αρχείο

Ακολουθεί ολόκληρο το διάγραμμα κυκλώματος του έργου και μαζί με αυτό έχω επισυνάψει το σχηματικό αρχείο EAGLE για αναφορά σας. Μη διστάσετε να τροποποιήσετε και να χρησιμοποιήσετε το ίδιο για τα έργα σας.

Βήμα 10: Έναρξη της διαδικασίας συγκόλλησης στο Veroboard

Με το σχέδιο να δοκιμάζεται και να επαληθεύεται, τώρα προχωράμε στη διαδικασία συγκόλλησης. Πρώτον, έχω κολλήσει όλα τα εξαρτήματα που αφορούν το τμήμα ταλαντωτή.

Βήμα 11: Προσθήκη των προγραμμάτων οδήγησης MOSFET

Η βάση IC του προγράμματος οδήγησης MOSFET και τα εξαρτήματα του bootstrap ήταν τώρα κολλημένα

Βήμα 12: Εισαγωγή του IC στη θέση του

Προσέξτε τον προσανατολισμό του IC κατά την εισαγωγή. Αναζητήστε μια εγκοπή στο IC για αναφορά καρφιτσών

Βήμα 13: Συγκόλληση της τράπεζας πυκνωτών

Βήμα 14: Προσθήκη των MOSFETS της γέφυρας H

Τα 4 MOSFET της γέφυρας Η είναι κολλημένα στη θέση τους μαζί με τις αντιστάσεις πύλης περιορισμού ρεύματος 10Ohms και μαζί με βιδωτούς ακροδέκτες για εύκολη σύνδεση της τάσης εισόδου DC και της τάσης εξόδου AC.

Βήμα 15: Πλήρης ενότητα

Έτσι φαίνεται ολόκληρη η μονάδα μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας συγκόλλησης. Παρατηρήστε πώς οι περισσότερες συνδέσεις έχουν γίνει χρησιμοποιώντας ίχνη συγκόλλησης και πολύ λίγα καλώδια βραχυκυκλωτήρων. Προσέξτε τυχόν χαλαρές συνδέσεις λόγω κινδύνων υψηλής τάσης.

Βήμα 16: Πλήρης μετατροπέας με μονάδα μετατροπέα DC-DC

Ο μετατροπέας είναι τώρα πλήρης με τις δύο μονάδες ολοκληρωμένες και προσαρτημένες μεταξύ τους. Αυτό λειτουργεί επιτυχώς στη φόρτιση του φορητού υπολογιστή μου και την τροφοδοσία ταυτόχρονα ενός μικρού ανεμιστήρα τραπεζιού.

Ελπίζω να σας αρέσει αυτό το έργο:)

Μη διστάσετε να μοιραστείτε τα σχόλια, τις αμφιβολίες και τα σχόλιά σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων. Παρακολουθήστε την πλήρη οδηγία και δημιουργήστε βίντεο για πιο ουσιαστικές λεπτομέρειες σχετικά με το έργο και πώς το έχτισα, και ενώ είστε εκεί, σκεφτείτε να εγγραφείτε στο κανάλι μου:)