Circuito inversor de 500 vatios con cargador de batería

Pruebe Nuestro Instrumento Para Eliminar Los Problemas





En esta publicación, analizaremos detalladamente cómo construir un circuito inversor de 500 vatios con una etapa de carga de batería automática integrada.

Más adelante en el artículo también aprenderemos cómo actualizar el sistema para cargas más altas y cómo mejorar ot en una versión de onda sinusoidal pura.



Este inversor de potencia de 500 vatios convertirá una batería de plomo-ácido de 12 V CC o 24 V CC a 220 V o 120 V CA, que se puede utilizar para alimentar todo tipo de cargas, desde luces CFL, bombillas LED, ventiladores, calentadores. , motores, bombas, mezcladores, computadora, etc.

Diseño básico

Un el inversor se puede diseñar de muchas formas diferentes, simplemente reemplazando la etapa del oscilador con otro tipo de etapa del oscilador, según la preferencia del usuario.



La etapa del oscilador es básicamente una multivibrador astable que podría estar usando circuitos integrados o transistores.

Aunque un oscilador basado en astable se puede diseñar de varias maneras, usaremos la opción IC 4047 aquí, ya que es un chip astable versátil, preciso y especializado diseñado específicamente para aplicaciones como inversores.

Usando IC 4047

Haciendo cualquier inversor usando el IC 4047 es probablemente la opción más recomendada debido a la alta precisión y legibilidad del IC. El dispositivo es un IC oscilador versátil que proporciona una salida de doble push-pull o flip flop a través de su pin10 y pin11, y también una salida de onda cuadrada única en el pin13.

CIRCUITO BASICO

Un inversor básico de 500 vatios con una salida de onda cuadrada puede ser tan simple de construir como el anterior. Sin embargo, para actualizarlo con un cargador de batería, es posible que tengamos que emplear un transformador de cargador con la clasificación adecuada según las especificaciones de la batería.

Antes de aprender la configuración del cargador, primero familiaricémonos con la especificación de la batería requerida para este proyecto.

Por una de nuestras publicaciones anteriores, sabemos que la tasa de carga y descarga más apropiada de una batería de plomo ácido debe ser a una tasa de 0.1C o una corriente de suministro que sea 10 veces menor que la clasificación de Ah de la batería. Esto implica que para obtener un mínimo de 7 horas de respaldo a una carga de 500 vatios, el Ah de la batería podría calcularse de la siguiente manera

La corriente operativa requerida para una carga de 500 vatios de una batería de 12 V será de 500/12 = 41 amperios aproximadamente

Estos 41 amperios deben durar 7 horas, lo que implica que el Ah de la batería debe ser = 41 x 7 = 287 Ah. Sin embargo, en la vida real, deberá ser de al menos 350 Ah.

Para una batería de 24 V, esto puede reducirse a un 50% menos a 200 Ah. Esta es exactamente la razón por la que siempre se recomienda un voltaje operativo más alto, ya que la potencia nominal del inversor aumenta en el lado más alto.

Usando batería de 24 V

Para mantener el tamaño de la batería y el transformador más pequeños y los cables más delgados, es posible que desee utilizar una batería de 24 V para operar con el diseño propuesto de 500 vatios.

El diseño básico permanecería como está, excepto un 7812 IC agregado al circuito IC 4047, como se muestra a continuación:

Diagrama esquemático

Cargador de batería

Para mantener el diseño simple pero efectivo, he evitado el uso de corte automático para el cargador de batería aquí, y también se han asegurado de que se utilice un único transformador común para las operaciones del inversor y del cargador.

El diagrama de circuito completo para el inversor de 500 vatios propuesto con cargador de batería se puede ver a continuación:

El mismo concepto ya se ha discutido detalladamente en una de las otras publicaciones relacionadas, a la que puede consultar para obtener información adicional.

Básicamente, el inversor utiliza el mismo transformador para cargar la batería y para convertir la energía de la batería a una salida de 220 V CA. La operación se implementa a través de una red de conmutación de relés, que cambia alternativamente el devanado del transformador a modo de carga y modo inversor.

Cómo funciona

Cuando la red de CA de la red no está disponible, los contactos del relé se colocan en sus respectivos puntos N / C (normalmente cerrados). Esto conecta los desagües de los MOSFET con el primario del transformador, y los aparatos o la carga se conectan con el secundario del transformador.

La unidad entra en modo inversor y comienza a generar los 220 V CA o 120 V CA necesarios a partir de la batería.

Las bobinas de relé se alimentan de un simple crudo circuito de alimentación sin transformador (capacitivo) utilizando un condensador de caída de 2uF / 400V.

No se requiere que el suministro esté estabilizado o bien regulado porque la carga está en forma de bobinas de relé que son bastante resistentes y resistirán fácilmente la sobretensión del interruptor de encendido del condensador de 2uF.

La bobina para el relé RL1 que controla el lado de la red AC del transformador se puede ver conectada antes de un diodo de bloqueo, mientras que la bobina de RL2 que controla el lado MOSFET se coloca después del diodo y en paralelo a un condensador grande.

Esto se hace intencionalmente para crear un pequeño efecto de retardo para RL2, o para asegurar que RL1 se encienda y apague antes que RL2. Esto es por motivos de seguridad y para garantizar que los MOSFET nunca estén sujetos al suministro de carga inversa siempre que el relé pase del modo inversor al modo de carga.

Sugerencias de seguridad

Como sabemos, en cualquier circuito inversor el transformador funciona como una carga inductiva pesada. Cuando una carga inductiva tan pesada se conmuta con una frecuencia, es probable que genere una gran cantidad de picos de corriente que pueden ser potencialmente peligrosos para la electrónica sensible y los circuitos integrados involucrados.

Para garantizar la seguridad adecuada a la etapa electrónica, puede ser importante modificar la sección 7812 de la siguiente manera:

Para una aplicación de 12 V, puede reducir el circuito de protección de picos anterior a la siguiente versión:

La batería, el MOSFET y el transformador determinan la potencia

Hemos discutido esto muchas veces a través de diferentes publicaciones de que son el transformador, la batería y las clasificaciones MOSFET las que realmente deciden cuánta energía puede producir un inversor.

Ya hemos hablado de los cálculos de la batería en los párrafos anteriores, ahora veamos cómo transformador se puede calcular para complementar la potencia requerida.

En realidad, es muy simple. Dado que se supone que el voltaje es de 24 V y la potencia de 500 vatios, dividir 500 entre 24 da 20,83 amperios. Lo que significa que el amperaje del transformador debe estar por encima de 21 amperios, preferiblemente hasta 25 amperios.

Sin embargo, dado que estamos usando el mismo transformador para los modos de carga e inversor, tenemos que seleccionar el voltaje de tal manera que se adapte a ambas operaciones de manera óptima.

Un 20-0-20 V para el lado primario parece ser un buen compromiso; de hecho, es la clasificación ideal para el funcionamiento general del inversor en ambos modos.

Dado que solo se usa medio devanado para cargar la batería, la clasificación de 20 V RMS del transformador se puede usar para obtener un pico de 20 x 1,41 = 28,2 V CC en la batería con la ayuda del condensador de filtro asociado conectado a través de la batería. terminales. Este voltaje cargará la batería a buen ritmo y a la velocidad correcta.

En el modo inversor, cuando la batería está alrededor de 26 V, permitirá que la salida del inversor esté en 24/26 = 220 / Out

Salida = 238 V

Esto parece una salida saludable mientras que la batería está cargada de manera óptima, e incluso cuando la batería cae a 23 V, se puede esperar que la salida mantenga unos 210 V saludables.

Cálculo de MOSFET : Los MOSFET funcionan básicamente como interruptores que no deben quemarse mientras se cambia la cantidad nominal de corriente, y tampoco deben calentarse debido a una mayor resistencia a las corrientes de conmutación.

Para satisfacer los aspectos anteriores, debemos asegurarnos de que la capacidad de manejo actual o la especificación de ID del MOSFET supere los 25 amperios para nuestro inversor de 500 vatios. Además, para evitar una alta disipación y un cambio ineficaz, la especificación RDSon del MOSFET debe ser lo más baja posible.

El dispositivo que se muestra en el diagrama es IRF3205 , que tiene un ID de 110 amperios y RDSon de 8 miliohms (0,008 ohmios), lo que en realidad se ve bastante impresionante y perfectamente adecuado para este proyecto de inversor.

Lista de partes

Para fabricar el inversor de 500 vatios anterior con cargador de batería, necesitará la siguiente lista de materiales:

  • IC 4047 = 1
  • Resistencias
  • 56K = 1
  • 10 ohmios = 2
  • Condensador 0.1uF = 1
  • Condensador 4700uF / 50 V = 1 (a través de los terminales de la batería)
  • MOSFET IRF3205 = 2
  • Diodo 20 amperios = 1
  • Disipador de calor para los MOSFET = tipo con aletas grandes
  • Diodo de bloqueo a través de MOSFET Drenaje / Fuente = 1N5402 (Conéctelos a través del drenaje / fuente de cada MOSFET para mayor protección contra EMF inverso del primario del transformador. El cátodo irá al pin de drenaje.
  • Relé DPDT 40 amperios = 2 nos

Actualización a inversor de onda sinusoidal modificada

La versión de onda cuadrada discutida anteriormente se puede convertir efectivamente en un onda sinusoidal modificada Circuito inversor de 500 vatios con forma de onda de salida muy mejorada.

Para esto usamos la vejez IC 555 y IC 741 combinación para fabricar la forma de onda sinusoidal deseada.

El circuito completo con cargador de batería se da a continuación:

La idea es la misma que se ha aplicado en algunos de los otros diseños de inversores de onda sinusoidal de este sitio web. Es cortar la puerta de los MOSFET de potencia con SPWM calculado para que un SPWM de alta corriente replicado oscile a través del devanado push-pull del primario del transformador.

El IC 741 se utiliza como comparador que compara dos ondas triangulares en sus dos entradas. La onda triangular de base lenta se adquiere del pin IC 4047 Ct, mientras que la onda triangular rápida se deriva de una etapa astable externa IC 555. El resultado es un SPWM calculado en el pin 6 del IC 741. Este SPWM se corta en las puertas de los MOSFET de potencia que conmuta el transformador a la misma frecuencia de SPWM.

Esto da como resultado el lado secundario con una salida de onda sinusoidal pura (después de un poco de filtración).

Diseño de puente completo

La versión de puente completo para el concepto anterior se puede construir usando la configuración dada a continuación:

En aras de la simplicidad, no se incluye un corte automático de la batería, por lo que se recomienda apagar el suministro tan pronto como el voltaje de la batería alcance el nivel de carga completo. O, alternativamente, puede agregar un bombilla de filamento en serie con la línea positiva de carga de la batería, para garantizar una carga segura de la batería.

Si tiene preguntas o dudas con respecto al concepto anterior, el cuadro de comentarios a continuación es todo suyo.




Artículo anterior: Reguladores de voltaje fijo de 3 terminales: circuitos de trabajo y aplicación Siguiente: Cómo hacer PCB en casa