Dans cet article, nous discutons de la construction d'un circuit inverseur de 5000 watts qui incorpore un transformateur à noyau de ferrite et est donc extrêmement compact que les homologues à noyau de fer conventionnels.

Diagramme

Veuillez noter que vous pouvez convertir cet onduleur à noyau de ferrite en toute puissance désirée, de 100 watts à 5 kva ou selon vos préférences.

Comprendre le diagramme ci-dessus est assez simple:

Le courant continu d'entrée qui pourrait se faire via une batterie ou un panneau solaire 12V, 24V ou 48V est appliqué à un onduleur à base de ferrite, qui le convertit en une sortie 220V AC haute fréquence, à environ 50 kHz.

Mais comme la fréquence de 50 kHz peut ne pas convenir à nos appareils ménagers, nous devons convertir ce courant alternatif haute fréquence en 50 Hz / 220V ou 120V AC / 60Hz requis.

Ceci est mis en œuvre via un étage inverseur à pont en H, qui convertit cette haute fréquence en sortie en 220V AC souhaité.

Cependant, pour cela, l'étage du pont en H aurait besoin d'une valeur de crête du 220V RMS, qui est d'environ 310V DC.

Ceci est réalisé en utilisant un étage redresseur en pont, qui convertit la haute fréquence 220V en 310 V DC.

Enfin, cette tension de bus de 310 V CC est reconvertie en 220 V 50 Hz à l'aide du pont en H.

On peut également voir un étage oscillateur 50 Hz alimenté par la même source DC. Cet oscillateur est en fait optionnel et peut être nécessaire pour les circuits en pont en H qui ne possèdent pas son propre oscillateur. Par exemple, si nous utilisons un pont en H basé sur un transistor, nous pouvons avoir besoin de cet étage d'oscillateur pour faire fonctionner les mosfets côté haut et bas en conséquence.

METTRE À JOUR: Vous voudrez peut-être passer directement à la nouvelle mise à jour ' CONCEPTION SIMPLIFIÉE ', vers le bas de cet article, qui explique une technique en une étape pour obtenir une sortie d'onde sinusoïdale de 5 kva sans transformateur au lieu de passer par un processus complexe en deux étapes comme indiqué dans les concepts ci-dessous:

Une conception d'inverseur simple en ferrite

Avant d'apprendre la version 5kva, voici une conception de circuit plus simple pour les nouveaux arrivants. Ce circuit n'emploie aucun circuit intégré de pilote spécialisé, fonctionne plutôt avec uniquement des MOSFETS à canal n, et un étape d'amorçage.

Le schéma de circuit complet peut être vu ci-dessous:

Spécifications du MOSFET IRF740 400 V, 10 A

Dans le simple circuit onduleur de ferrite CA de 12 V à 220 V ci-dessus, nous pouvons voir un module convertisseur prêt à l'emploi de 12 V à 310 V CC utilisé. Cela signifie que vous n'avez pas à fabriquer un transformateur complexe à base de noyau de ferrite. Pour les nouveaux utilisateurs, cette conception peut être très avantageuse car ils peuvent rapidement construire cet onduleur sans dépendre de calculs complexes, et sélections de noyau de ferrite.

Conditions de conception 5 kva

Vous devez d'abord trouver une alimentation 60 V CC pour alimenter le circuit onduleur 5 kVA proposé. L'intention est de concevoir un onduleur de commutation qui convertira la tension continue de 60 V en une tension de 310 V plus élevée à un courant réduit.

La topologie suivie dans ce scénario est la topologie push-pull qui utilise un transformateur sur le rapport de 5:18. Pour la régulation de tension dont vous pourriez avoir besoin et la limite de courant - ils sont tous alimentés par une source de tension d'entrée. Toujours au même rythme, l'onduleur accélère le courant autorisé.

Lorsqu'il s'agit d'une source d'entrée de 20A, il est possible d'obtenir 2 - 5A. Cependant, la tension de sortie de crête de cet onduleur 5kva est d'environ 310V.

Spécifications du transformateur de ferrite et du Mosfet

En ce qui concerne l'architecture, le transformateur Tr1 a 5 + 5 spires primaires et 18 pour le secondaire. Pour la commutation, il est possible d'utiliser 4 + 4 MOSFET (type IXFH50N20 (50A, 200V, 45mR, Cg = 4400pF). Vous êtes également libre d'utiliser MOSFET de n'importe quelle tension avec Uds 200V (150V) avec la moindre résistance conductrice. Le la résistance de grille utilisée et son efficacité en vitesse et capacité doivent être excellentes.

La section de ferrite Tr1 est construite autour de ferrite de 15x15 mm c. L'inducteur L1 est conçu à l'aide de cinq anneaux de poudre de fer qui peuvent être enroulés sous forme de fils. Pour le noyau d'inductance et d'autres pièces associées, vous pouvez toujours l'obtenir à partir d'anciens onduleurs (56v / 5V) et dans leurs étages d'amortissement.

Utilisation d'un circuit intégré à pont complet

Pour le circuit intégré, l'IC IR2153 peut être déployé. Les sorties des circuits intégrés pouvaient être vus tamponnées avec des étages BJT. De plus, en raison de la grande capacité de grille impliquée, il est important d'utiliser les tampons sous la forme de paires complémentaires d'amplificateurs de puissance, quelques transistors BD139 et BD140 NPN / PNP font bien le travail.

Le CI alternatif peut être SG3525

Vous pouvez également essayer d'utiliser d'autres circuits de contrôle comme SG3525 . En outre, vous pouvez modifier la tension de l'entrée et travailler en connexion directe avec le secteur à des fins de test.

La topologie utilisée dans ce circuit a la possibilité d'une isolation galvanique et la fréquence de fonctionnement est d'environ 40 kHz. Si vous avez prévu d’utiliser l’onduleur pour une petite opération, vous ne le refroidissez pas, mais pour un fonctionnement plus long, assurez-vous d’ajouter un agent de refroidissement à l’aide de ventilateurs ou de grands dissipateurs. La plupart de la puissance est perdue au niveau des diodes de sortie et la tension Schottky baisse autour de 0,5V.

L'entrée 60V pourrait être acquise en mettant 5 nsa de batteries 12V en série, la cote Ah de chaque batterie doit être évaluée à 100 Ah.

FICHE TECHNIQUE IR2153

Veuillez ne pas utiliser BD139 / BD140, utilisez plutôt BC547 / BC557, pour l'étape de pilotage ci-dessus.

Étape 330V haute fréquence

Le 220V obtenu à la sortie de TR1 dans le circuit onduleur de 5 kva ci-dessus ne peut toujours pas être utilisé pour faire fonctionner des appareils normaux car le contenu CA oscillerait à la fréquence d'entrée de 40 kHz.Pour convertir le 220V CA ci-dessus en 220V 50 Hz ou un 120V 60Hz AC, d'autres étapes seraient nécessaires comme indiqué ci-dessous:

Tout d'abord, le 220V 40kHz devra être redressé / filtré à travers un pont redresseur composé de diodes de récupération rapide évaluées à environ 25 ampères de condensateurs 300V et 10uF / 400V.

Conversion de 330 V CC en 50 Hz 220 V CA

Ensuite, cette tension redressée qui monterait maintenant jusqu'à environ 310 V devrait être pulsée aux 50 ou 60 Hz requis via un autre circuit onduleur à pont complet, comme indiqué ci-dessous:

Les bornes marquées «charge» peuvent maintenant être directement utilisées comme sortie finale pour faire fonctionner la charge souhaitée.

Ici, les mosfets pourraient être IRF840 ou tout autre type équivalent fera l'affaire.

Comment enrouler le transformateur de ferrite TR1

Le transformateur TR1 est le dispositif principal responsable de l'augmentation de la tension à 220 V à 5 kva, étant à noyau en ferrite, il est construit sur deux noyaux de ferrite EE comme détaillé ci-dessous:

Étant donné que la puissance impliquée est massive à environ 5kvs, les noyaux E doivent être de taille formidable, un noyau E en ferrite de type E80 pourrait être essayé.

N'oubliez pas que vous devrez peut-être incorporer plus de 1 noyau E, peut-être 2 ou 3 noyaux E ensemble, placés côte à côte pour réaliser la puissance de sortie massive de 5 KVA de l'assemblage.

Utilisez le plus grand qui peut être disponible et enroulez les 5 + 5 tours en utilisant 10 numéros de 20 fils de cuivre super émaillés SWG, en parallèle.

Après 5 tours, arrêtez le bobinage primaire isolez la couche avec un ruban isolant et commencez les 18 tours secondaires sur ces 5 tours primaires. Utilisez 5 brins de cuivre super émaillé 25 SWG en parallèle pour enrouler les spires secondaires.

Une fois les 18 tours terminés, terminez-le sur les fils de sortie de la bobine, isolez avec du ruban adhésif et enroulez les 5 tours primaires restants dessus pour terminer le construction TR1 fourrée en ferrite . N'oubliez pas de joindre la fin des 5 premiers tours avec le début de l'enroulement primaire des 5 tours supérieurs.

“comment fonctionnent les moteurs à induction ”

Méthode d'assemblage E-Core

Le schéma suivant donne une idée de la façon dont plus d'un noyau E peut être utilisé pour mettre en œuvre la conception de transformateur onduleur en ferrite de 5 KVA décrite ci-dessus:

Noyau de ferrite E80

Commentaires de M. Sherwin Baptista

Chers tous,

Dans le projet ci-dessus pour le transformateur, je n'ai pas utilisé d'entretoises entre les pièces du noyau, le circuit fonctionnait bien avec le trafo cool pendant son fonctionnement. J'ai toujours préféré un noyau EI.

Je rembobine toujours les trafos selon mes données calculées et les utilise ensuite.

D'autant plus que le trafo étant un noyau EI, séparer les morceaux de ferrite était plutôt facile que de supprimer un noyau EE.

J'ai également essayé d'ouvrir des trafos de base d'EE mais hélas j'ai fini par casser le noyau en le séparant.

Je n'ai jamais pu ouvrir un noyau EE sans casser le noyau.

Selon mes conclusions, je dirais peu de choses en conclusion:

--- Ces alimentations avec des trafos de base non béants fonctionnaient le mieux. (Je décris le trafo d'une ancienne alimentation PC ATX puisque je n'ai utilisé que ceux-ci. Les alimentations PC ne tombent pas en panne aussi facilement à moins que ce soit un condensateur grillé ou autre chose.) ---

--- Ces fournitures qui avaient des trafos avec des entretoises minces étaient souvent décolorées et ont échoué très tôt. (Ceci j'ai appris à le savoir par expérience depuis que jusqu'à ce jour j'ai acheté de nombreuses alimentations d'occasion juste pour les étudier) ---

--- Les alimentations beaucoup moins chères avec des marques telles que CC 12v 5a, 12v 3a ACC12v 3a RPQ 12v 5a tous

Ces types de trafos de ferrite avaient des morceaux de papier plus épais entre les noyaux et tous échouaient mal !!! ---

Dans FINAL, le trafo de noyau EI35 a fonctionné le mieux (sans garder l'entrefer) dans le projet ci-dessus.

Détails de préparation du circuit d'inverseur de noyau de ferrite 5kva:

Étape 1:

Utilisation de 5 batteries plomb-acide scellées de 12v 10Ah
Tension totale = 60v Tension réelle
= Tension de charge totale de 66 V (13,2 V chaque batt)
= Tension de charge de niveau de maintien 69 V.

Étape 2:

Après le calcul de la tension de la batterie, nous avons 66 volts à 10 ampères lorsqu'il est complètement chargé.

Vient ensuite l'alimentation de l'ic2153.
Le 2153 a un maximum de pince ZENER 15,6 V entre Vcc et Gnd.
Nous utilisons donc le fameux LM317 pour fournir une alimentation régulée 13v à l'ic.

Étape 3:

Le régulateur lm317 comprend les packages suivants

LM317LZ --- 1.2-37v 100ma à-92
LM317T --- 1.2-37v 1.5amp à-218
LM317AHV --- 1.2-57v 1.5amp à-220

Nous utilisons le lm317ahv dans lequel 'A' est le suffixe et 'HV' est le package haute tension,

puisque le régulateur ci-dessus peut prendre en charge une tension d'entrée allant jusqu'à 60 V et une tension de sortie de 57 volts.

Étape 4:

Nous ne pouvons pas fournir le 66v directement au paquet lm317ahv car son entrée est au maximum de 60v.
Nous utilisons donc des DIODES pour faire chuter la tension de la batterie à une tension sûre pour alimenter le régulateur.
Nous devons supprimer environ 10v en toute sécurité de l'entrée maximale du régulateur qui est de 60v.
Par conséquent, 60v-10v = 50v
Maintenant, l'entrée maximale sûre vers le régulateur à partir des diodes devrait être de 50 volts.

Étape 5:

Nous utilisons la diode 1n4007 régulière pour faire baisser la tension de la batterie à 50v,
Étant donné qu'il s'agit d'une diode au silicium, la chute de tension de chacun est d'environ 0,7 volts.
Maintenant, nous calculons le nombre requis de diodes dont nous avons besoin pour abaisser la tension de la batterie à 50 volts.
tension de la batterie = 66 v
tension d'entrée calc.max à la puce du régulateur = 50 v
Donc, 66-50 = 16 v
Maintenant, 0,7 *? = 16 v
Nous divisons 16 par 0,7, soit 22,8 soit 23.
Nous devons donc incorporer environ 23 diodes puisque la baisse totale de ces montants à 16.1v
Désormais, la tension d'entrée sûre calculée du régulateur est de 66 V à 16,1 V, soit 49,9 V appxm. 50v

Étape 6:

Nous fournissons le 50v à la puce du régulateur et ajustons la sortie à 13v.
Pour plus de protection, nous utilisons des billes de ferrite pour annuler tout bruit indésirable sur la tension de sortie.
Le régulateur doit être monté sur un dissipateur de taille appropriée afin de le garder au frais.
Le condensateur au tantale connecté au 2153 est un condensateur important qui garantit que ic obtient un courant continu régulier du régulateur.
Sa valeur peut être réduite de 47 uf à 1 uf 25 v en toute sécurité.

Étape 7:

Le reste du circuit reçoit 66 volts et les points de transport de courant élevé dans le circuit doivent être câblés avec des fils de jauge lourds.
Pour le transformateur, son primaire doit être de 5 + 5 tours et le secondaire de 20 tours.
La fréquence du 2153 doit être réglée à 60 KHz.

Étape 8:

Le circuit convertisseur CA haute fréquence vers CA basse fréquence utilisant la puce irs2453d doit être câblé de manière appropriée, comme indiqué sur le schéma.

Enfin terminé .

Créer une version PWM

La publication suivante traite d'une autre version d'un circuit onduleur sinusoïdal PWM de 5 kva utilisant un transformateur compact à noyau de ferrite. L'idée a été demandée par M. Javeed.

Spécifications techniques

Cher monsieur, pourriez-vous s'il vous plaît modifier sa sortie avec la source PWM et faciliter l'utilisation d'une conception aussi peu coûteuse et économique pour les personnes nécessiteuses du monde entier comme nous? J'espère que vous considérerez ma demande. En vous remerciant, votre lecteur affectueux.

La conception

Dans le post précédent, j'ai présenté un circuit onduleur de 5 kva à base de noyau de ferrite, mais comme il s'agit d'un onduleur à onde carrée, il ne peut pas être utilisé avec les divers équipements électroniques et son application peut donc être limitée uniquement aux charges résistives.

Cependant, la même conception pourrait être convertie en un onduleur à onde sinusoïdale équivalent PWM en injectant une alimentation PWM dans les mosfets côté bas, comme indiqué dans le diagramme suivant:

La broche SD de l'IC IRS2153 est affichée par erreur connectée à Ct, assurez-vous de la connecter à la ligne de masse.

Suggestion: la platine IRS2153 pourrait être facilement remplacée par Platine IC 4047 , au cas où l'IRS2153 semble difficile à obtenir.

Comme nous pouvons le voir dans le circuit onduleur 5kva basé sur PWM ci-dessus, la conception est exactement similaire à notre circuit onduleur 5kva d'origine, à l'exception de l'étage d'alimentation du tampon PWM indiqué avec les mosfets côté bas de l'étage pilote du pont en H.

L'insertion d'alimentation PWM peut être acquise via n'importe quel standard Circuit générateur PWM utilisant IC 555 ou en utilisant multivibrateur astable transistorisé.

Pour une réplication PWM plus précise, on peut également opter pour un Générateur PWM d'oscillateur Bubba pour l'approvisionnement du PWM avec la conception d'onduleur sinusoïdal de 5 kva ci-dessus.

Les procédures de construction pour la conception ci-dessus ne sont pas différentes de la conception d'origine, la seule différence étant l'intégration des étages tampons BC547 / BC557 BJT avec les mosfets côté bas de l'étage IC à pont complet et l'alimentation PWM.

Un autre design compact

Une petite inspection prouve qu'en fait l'étage supérieur n'a pas besoin d'être aussi complexe.

Le circuit du générateur de 310 V CC peut être construit en utilisant n'importe quel autre circuit basé sur un oscillateur alternatif. Un exemple de conception est montré ci-dessous où un circuit intégré à demi-pont IR2155 est utilisé comme oscillateur de manière push-pull.

Circuit convertisseur 310 V CC à 220 V CA

Encore une fois, il n'y a pas de conception spécifique qui peut être nécessaire pour l'étage de générateur 310V, vous pouvez essayer toute autre alternative selon vos préférences, quelques exemples courants étant IC 4047, IC 555, TL494, LM567, etc.

Détails de l'inducteur pour le transformateur de ferrite 310V à 220V ci-dessus

Conception simplifiée

Dans les conceptions ci-dessus jusqu'à présent, nous avons discuté d'un onduleur sans transformateur plutôt complexe qui impliquait deux étapes élaborées pour obtenir la sortie secteur finale. Dans ces étapes, la batterie DC doit d'abord être transformée en un 310 V DC via un onduleur à noyau de ferrite, puis le 310 VDC doit être commuté à 220 V RMS via un réseau de pont complet de 50 Hz.

Comme suggéré par l'un des lecteurs avides de la section des commentaires (M. Ankur), le processus en deux étapes est excessif et n'est tout simplement pas nécessaire. Au lieu de cela, la section de noyau de ferrite peut elle-même être modifiée de manière appropriée pour obtenir l'onde sinusoïdale de 220 V CA requise, et la section de pont MOSFET complet peut être éliminée.

L'image suivante montre une configuration simple pour exécuter la technique expliquée ci-dessus:

REMARQUE: Le transformateur est un transformateur à noyau de ferrite qui doit être calculer correctement ré

Dans la conception ci-dessus, l'IC 555 du côté droit est câblé pour générer des signaux oscillatoires de base de 50 Hz pour la commutation MOSFET. Nous pouvons également voir un étage d'amplification op, dans lequel ce signal est extrait du réseau de synchronisation ICs RC sous la forme d'ondes triangulaires de 50 Hz et envoyé à l'une de ses entrées pour comparer le signal avec une onde triangulaire rapide des signaux d'un autre IC 555 circuit astable. Ces ondes triangulaires rapides peuvent avoir une fréquence comprise entre 50 kHz et 100 kHz.

L'ampli opérationnel compare les deux signaux pour générer une fréquence SPWM modulée équivalente à une onde sinusoïdale. Ce SPWM modulé est alimenté aux bases des BJT d'attaque pour commuter les MOSFET à un débit SPWM de 50 kHz, modulé à 50 Hz.

Les MOSFE à leur tour commutent le transformateur à noyau de ferrite attaché avec la même fréquence modulée SPWM pour générer la sortie sinusoïdale pure prévue au secondaire du transformateur.

En raison de la commutation haute fréquence, cette onde sinusoïdale peut être pleine d'harmoniques indésirables, qui sont filtrées et lissées à travers un condensateur de 3 uF / 400 V pour obtenir une sortie d'onde sinusoïdale CA raisonnablement propre avec la puissance souhaitée, en fonction du transformateur et du spécifications de puissance de la batterie.

Le côté droit IC 555 qui génère les signaux de porteuse 50 Hz peut être remplacé par tout autre IC oscillateur favorable tel que IC 4047, etc.

Conception d'inverseur de noyau de ferrite utilisant le circuit astable de transistor

Le concept suivant montre comment un simple onduleur à noyau de ferrite pourrait être construit en utilisant un couple de circuits astables à base de transistors ordinaires et un transformateur de ferrite.

Cette idée a été demandée par quelques-uns des adeptes dévoués de ce blog, à savoir M. Rashid, M., Sandeep et aussi par quelques autres lecteurs.

Concept de circuit

Au départ, je ne pouvais pas comprendre la théorie derrière ces onduleurs compacts qui éliminaient complètement les gros transformateurs à noyau de fer.

Cependant, après réflexion, il semble que j'ai réussi à découvrir le principe très simple associé au fonctionnement de tels onduleurs.

Dernièrement, les onduleurs de type compact chinois sont devenus assez célèbres simplement en raison de leurs tailles compactes et élégantes qui les rendent remarquablement légers et pourtant extrêmement efficaces avec leurs spécifications de puissance de sortie.

Au départ, je pensais que le concept était irréalisable, car selon moi, l'utilisation de minuscules transformateurs en ferrite pour une application d'onduleurs basse fréquence semblait très impossible.

Les onduleurs à usage domestique nécessitent 50/60 Hz et pour mettre en œuvre un transformateur de ferrite, nous aurions besoin de très hautes fréquences, donc l'idée semblait très compliquée.

Après réflexion, j'ai été étonné et heureux de découvrir une idée simple pour mettre en œuvre le design. Il s'agit de convertir la tension de la batterie en tension secteur 220 ou 120 à très haute fréquence, et de commuter la sortie sur 50/60 HZ à l'aide d'un étage mosfet push-pull.

Comment ça fonctionne

En regardant la figure, nous pouvons simplement assister et comprendre l'idée dans son ensemble. Ici, la tension de la batterie est d'abord convertie en impulsions PWM haute fréquence.

Ces impulsions sont déversées dans un transformateur élévateur de ferrite ayant la puissance appropriée requise. Les impulsions sont appliquées à l'aide d'un mosfet afin que le courant de la batterie puisse être utilisé de manière optimale.

Le transformateur de ferrite augmente la tension à 220V à sa sortie. Cependant, comme cette tension a une fréquence d'environ 60 à 100 kHz, elle ne peut pas être directement utilisée pour faire fonctionner les appareils ménagers et nécessite donc un traitement supplémentaire.

Dans l'étape suivante, cette tension est redressée, filtrée et convertie en 220V DC. Ce courant continu haute tension est finalement commuté sur une fréquence de 50 Hz pour pouvoir être utilisé pour faire fonctionner les appareils électroménagers.

Veuillez noter que bien que le circuit ait été exclusivement conçu par moi, il n'a pas été testé pratiquement, faites-le à vos risques et périls et uniquement si vous avez suffisamment confiance dans les explications données.

Schéma

Liste des pièces pour circuit onduleur à noyau de ferrite compact 12V DC à 220V AC.

R3 --- R6 = 470 Ohms
R9, R10 = 10K,
R1, R2, C1, C2 = calculer pour générer une fréquence de 100 kHz.
R7, R8 = 27K
C3, C4 = 0,47 uF
T1 ---- T4 = BC547,
T5 = tout mosfet à canal N 30V 20Amp,
T6, T7 = tout, 400V, mosfet 3 ampères.
Diodes = récupération rapide, type haute vitesse.
TR1 = primaire, 13 V, 10 ampères, secondaire = 250-0-250, 3 ampères. Transformateur de ferrite E-core .... demandez l'aide d'un expert en bobineur et transformateur.

Une version améliorée de la conception ci-dessus est illustrée ci-dessous. L'étage de sortie est ici optimisé pour une meilleure réponse et plus de puissance.