220V DC až 220V AC: DIY měnič Část 2: 17 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Ahoj všichni. Doufám, že jste všichni v bezpečí a zůstanete zdraví. V tomto pokynu vám ukážu, jak jsem vytvořil tento měnič DC na AC, který převádí napětí 220 V DC na napětí 220 V AC. Zde generované střídavé napětí je signálem čtvercové vlny a ne čistě sinusovým signálem. Tento projekt je pokračováním mého projektu náhledů, který byl navržen pro převod 12Voltů DC na 220V DC. Důrazně doporučujeme, abyste nejprve navštívili můj předchozí projekt, než budete pokračovat v tomto pokynu. Odkaz na můj projekt převaděče DC na DC je:

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

Tento systém převádí 220 V DC na střídavý signál 220 V při 50 Hz, což je komerční napájecí frekvence ve většině zemí. V případě potřeby lze frekvenci snadno upravit na 60 Hz. Aby se to stalo, využil jsem plnou topologii H mostu pomocí 4 vysokonapěťových MOSFETŮ.

Můžete krátkodobě provozovat jakýkoli komerční spotřebič s výkonem 150 wattů a špičkou asi 200 wattů. Úspěšně jsem testoval tento obvod pomocí mobilních nabíječek, žárovek CFL, nabíječek notebooků a stolních ventilátorů a všechny s tímto designem fungují dobře. Při ovládání ventilátoru se neozýval ani hukot. Vzhledem k vysoké účinnosti měniče DC-DC je spotřeba proudu tohoto systému bez zátěže pouze asi 60 miliampérů.

Projekt využívá velmi jednoduché a snadno dostupné komponenty a některé z nich jsou dokonce zachráněny ze starých počítačových napájecích zdrojů.

Bez dalšího zdržování tedy můžeme začít s procesem sestavení!

UPOZORNĚNÍ: Jedná se o projekt vysokého napětí, který vám může způsobit smrtelný šok, pokud si nebudete dávat pozor. Tento projekt vyzkoušejte pouze tehdy, pokud dobře ovládáte vysoké napětí a máte zkušenosti s výrobou elektronických obvodů. NEPOKOUŠEJTE se, pokud nevíte, co děláte

Zásoby

1. MOSFETY N kanálu IRF840 - 4
2. IC SG3525N - 1
3. Ovladač IC Mosfet IR2104 IC - 2
4. 16pinová IC základna (volitelně) -1
5. 8pinová IC základna (volitelně) - 1
6. Keramický kondenzátor 0,1 uF - 2
7. 10uF elektrolytický kondenzátor - 1
8. Elektrolytický kondenzátor 330uF 200 voltů - 2 (zachránil jsem je z SMPS)
9. 47uF elektrolytický kondenzátor - 2
10. 1N4007 dioda pro všeobecné použití - 2
11. 100K odpor -1
12. 10K odpor - 2
13. Odpor 100 ohmů -1
14. Rezistor 10 ohmů - 4
15. 100K variabilní odpor (přednastavený/ trimpot) - 1
16. Šroubové svorky - 2
17. Veroboard nebo perfboard
18. Propojovací vodiče
19. Pájecí sada
20. Multimetr
21. Osciloskop (volitelný, ale pomůže doladit frekvenci)

Krok 1: Shromáždění všech požadovaných dílů

Je důležité, abychom nejprve shromáždili všechny potřebné části, abychom mohli rychle přejít k vytvoření projektu. Z nich bylo několik součástek zachráněno ze starého napájení počítače.

Krok 2: Kondenzátorová banka

Zde hraje důležitou roli banka kondenzátorů. V tomto projektu se vysokonapěťové stejnosměrné napětí převádí na vysokonapěťové střídavé napětí, proto je důležité, aby bylo stejnosměrné napájení plynulé a bez jakýchkoli výkyvů. Zde vstupují do hry tyto obrovské svalnaté kondenzátory. Od SMPS jsem dostal dva kondenzátory o výkonu 330uF 200V. Kombinace v sérii mi dává ekvivalentní kapacitu zhruba 165uF a zvyšuje jmenovité napětí až na 400 voltů. Použitím sériové kombinace kondenzátorů se ekvivalentní kapacita sníží, ale zvýší se mez napětí. Tím byl vyřešen účel mé aplikace. Vysoké napětí DC je nyní vyhlazeno touto kondenzátorovou bankou. To znamená, že získáme stálý střídavý signál a napětí zůstane poměrně konstantní během spouštění nebo při náhlém připojení nebo odpojení zátěže.

VAROVÁNÍ: Tyto vysokonapěťové kondenzátory mohou uchovávat svůj náboj po dlouhou dobu, což může být až několik hodin! Pokuste se tedy tento projekt uskutečnit pouze tehdy, pokud máte dobré znalosti v oblasti elektroniky a máte praktické zkušenosti s manipulací s vysokým napětím. Udělejte to na vlastní nebezpečí

Krok 3: Rozhodování o umístění součástí

Vzhledem k tomu, že budeme tento projekt realizovat na veroboardu, je důležité, aby všechny komponenty byly strategicky rozmístěny tak, aby příslušné komponenty byly k sobě blíže. Tímto způsobem budou stopy pájky minimální a bude použit menší počet propojovacích vodičů, díky čemuž bude design přehlednější a úhlednější.

Krok 4: Sekce oscilátoru

Signál 50 Hz (nebo 60 Hz) generuje oblíbený PWM IC-SG3525N s kombinací časovacích komponent RC.

Chcete -li získat další podrobnosti o fungování IC SG3525, zde je odkaz na datový list IC:

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

Abyste získali střídavý výstup 50 Hz, měla by být vnitřní oscilační frekvence 100 Hz, kterou lze nastavit pomocí Rt přibližně 130 KHz a Ct se rovná 0,1 uF. Vzorec pro výpočet frekvence je uveden v datovém listu IC. 100 ohmový odpor mezi kolíky 5 a 7 se používá k přidání malé doby nečinnosti mezi přepínáním, aby byla zajištěna bezpečnost spínacích komponent (MOSFETS).

Krok 5: Sekce ovladače MOSFET

Jakmile bude vysokonapěťové stejnosměrné napětí přepínáno přes MOSFET, není možné přímo připojit výstupy SG3525 k bráně MOSFETu, také přepínání N kanálových MOSFETů na vysoké straně obvodu není snadné a vyžaduje správný bootstrappingový obvod. To vše může efektivně zvládnout ovladač MOSFET IC IR2104 a je schopen řídit/ přepínat MOSFETy, které umožňují napětí až 600 voltů. Díky tomu je IC vhodný pro použití venku. Vzhledem k tomu, že IR2104 je ovladač MOSFET s polovičním můstkem, budeme potřebovat dva z nich pro ovládání plného můstku.

Datasheet IR2104 naleznete zde:

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

Krok 6: Sekce H Bridge

Most H je zodpovědný za alternativní změnu směru toku proudu zátěží alternativní aktivací a deaktivací dané sady MOSFETŮ.

Pro tuto operaci jsem vybral MOSFETy kanálu IRF840 N, které zvládnou až 500 voltů s maximálním proudem 5 ampérů, což je pro naši aplikaci více než dostačující. Most H je to, co bude přímo připojeno k externímu spotřebiči střídavého proudu.

Datový list k tomuto MOSFETu je uveden níže:

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

Krok 7: Testování obvodu na prkénku

Před pájením součástek na místo je vždy dobré vyzkoušet obvod na prkénku a opravit případné chyby nebo chyby, které by se mohly plížit. V mém testu na desce jsem sestavil vše podle schématu (poskytnuté v pozdějším kroku) a ověřil výstupní odpověď pomocí DSO. Zpočátku jsem testoval systém s nízkým napětím a až poté, co mi bylo potvrzeno, že funguje, jsem jej otestoval se vstupem vysokého napětí

Krok 8: Test Breadboard dokončen

Jako testovací zátěž jsem použil malý 60 wattový ventilátor spolu s nastavením na prkénku a olověnou baterii 12V. Nechal jsem připojit své multimetry k měření výstupního napětí a proudu spotřebovaného z baterie. Je třeba provést měření, aby se zajistilo, že nedojde k přetížení, a také pro výpočet účinnosti.

Krok 9: Schéma zapojení a schematický soubor

Následuje celé schéma zapojení projektu a spolu s ním jsem pro vaši referenci připojil schematický soubor EAGLE. Nebojte se je upravit a použít pro své projekty.

Krok 10: Zahájení procesu pájení na Veroboard

S testováním a ověřováním návrhu nyní přejdeme k procesu pájení. Nejprve jsem pájel všechny komponenty týkající se sekce oscilátoru.

Krok 11: Přidání ovladačů MOSFET

Nyní byla pájena IC základna ovladače MOSFET a součásti bootstrapu

Krok 12: Vložení IC na místo

Při vkládání dávejte pozor na orientaci IC. Podívejte se na zářez na IC pro pinový odkaz

Krok 13: Pájení kondenzátorové banky

Krok 14: Přidání MOSFETŮ mostu H

4 MOSFETy můstku H jsou připájeny na místě spolu s jejich hradlovými odpory omezujícími proud 10 Ohmů a se šroubovými svorkami pro snadné připojení vstupního stejnosměrného napětí a střídavého výstupního napětí.

Krok 15: Dokončete modul

Takto vypadá celý modul po dokončení procesu pájení. Všimněte si, jak byla většina připojení provedena pomocí pájecích stop a velmi málo propojovacích vodičů. Dávejte pozor na všechna uvolněná připojení kvůli riziku vysokého napětí.

Krok 16: Kompletní měnič s modulem měniče DC-DC

Střídač je nyní kompletní s moduly kompletními a navzájem propojenými. To úspěšně funguje při nabíjení mého notebooku a napájení malého stolního ventilátoru současně.

Doufám, že se vám tento projekt líbí:)

Neváhejte se podělit o své komentáře, pochybnosti a zpětnou vazbu v sekci komentáře níže. Podívejte se na úplné pokyny a vytvořte video, kde najdete další podstatné podrobnosti o projektu a o tom, jak jsem ho vytvořil, a když jste tam, zvažte přihlášení k odběru mého kanálu:)