3 meilleurs circuits d'onduleur sans transformateur

Comme son nom l'indique, un circuit onduleur qui convertit une entrée CC en CA sans dépendre d'un inducteur ou d'un transformateur est appelé un onduleur sans transformateur.

Puisqu'un transformateur basé sur une inductance n'est pas utilisé, le courant continu d'entrée est normalement égal à la valeur de crête du courant alternatif généré à la sortie de l'onduleur.

Cet article nous aide à comprendre 3 circuits d'onduleurs conçus pour fonctionner sans utiliser de transformateur et en utilisant un réseau IC à pont complet et un circuit générateur SPWM.

Onduleur sans transformateur utilisant IC 4047

Commençons par une topologie H-Bridge qui est probablement la plus simple dans sa forme. Cependant, techniquement, ce n'est pas l'idéal et n'est pas recommandé, car il est conçu à l'aide de mosfets à canal p / n. Les mosfets à canal P sont utilisés comme mosfets du côté haut et le canal n comme côté bas.

Étant donné que les mosfets à canal p sont utilisés sur le côté haut, le amorçage devient inutile, ce qui simplifie beaucoup la conception. Cela signifie également que cette conception ne doit pas dépendre de CI pilotes spéciaux.

Bien que le design semble cool et séduisant, il a un quelques inconvénients sous-jacents . Et c'est exactement pourquoi cette topologie est évitée dans les unités professionnelles et commerciales.

Cela dit, s'il est construit correctement, cela peut servir à des applications basse fréquence.

Voici le circuit complet utilisant IC 4047 comme générateur de fréquence de totem astable

Liste des pièces

Toutes les résistances sont 1/4 watt 5%

• R1 = 56 000
• C1 = 0,1 uF / PPC
• Résistance IC pin10 / 11 = 330 ohms - 2nos
• Résistances de grille MOSFET = 100k - 2nos
• Optocoupleurs = 4N25 - 2 nos
• MOSFET à canal P supérieur = FQP4P40 - 2nos
• MOSFET à canal N inférieur = IRF740 = 2nos
• Diodes Zener = 12V, 1/2 watt - 2 nos

L'idée suivante est également un circuit en pont en h, mais celui-ci utilise les mosfets à canal n recommandés. Le circuit a été demandé par M. Ralph Wiechert

Spécifications principales

Salutations de Saint Louis, Missouri.
Seriez-vous prêt à collaborer sur un projet d'onduleur ? Je vous paierais pour un design et / ou votre temps, si vous le souhaitez.

J'ai une Prius 2012 et 2013, et ma mère a une Prius 2007. La Prius est unique en ce sens qu'elle dispose d'une batterie haute tension de 200 VDC (nominal). Dans le passé, les propriétaires de Prius ont exploité cette batterie avec des onduleurs prêts à l'emploi pour produire leurs tensions natives et faire fonctionner des outils et des appareils. (Ici aux États-Unis, 60 Hz, 120 et 240 VCA, comme vous le savez sûrement). Le problème est que ces onduleurs ne sont plus fabriqués, mais la Prius l'est toujours.

Voici quelques onduleurs qui ont été utilisés dans le passé à cette fin:

1) PWRI2000S240VDC (voir pièce jointe) Plus fabriqué!

2) Emerson Liebert Upstation S (Il s'agit en fait d'un onduleur, mais vous retirez la batterie, qui était de 192 VDC nominal.) (Voir pièce jointe.) Plus fabriqué!

Idéalement, je cherche à concevoir un onduleur continu de 3000 watts, une onde sinusoïdale pure, une sortie 60 Hz, 120 VCA (avec une phase divisée de 240 VCA, si possible) et sans transformateur. Peut-être 4000-5000 Watts de pointe. Entrée: 180-240 VDC. Une liste de souhaits, je sais.

Je suis ingénieur en mécanique, avec une certaine expérience dans la construction de circuits, ainsi que dans la programmation de micro-contrôleurs Picaxe. Je n'ai tout simplement pas beaucoup d'expérience dans la conception de circuits à partir de zéro. Je suis prêt à essayer et à échouer, si nécessaire!

La conception

Dans ce blog, j'ai déjà discuté de plus de 100 conceptions et concepts d'onduleurs , la demande ci-dessus peut être facilement accomplie en modifiant l'un de mes designs existants et essayée pour l'application donnée.

Pour toute conception sans transformateur, il doit y avoir quelques éléments de base inclus pour la mise en œuvre: 1) L'onduleur doit être un onduleur à pont complet utilisant un pilote de pont complet et 2) l'alimentation CC d'entrée alimentée doit être égale à la tension de crête de sortie requise niveau.

En incorporant les deux facteurs ci-dessus, une conception de base d'onduleur de 3000 watts peut être observée dans le diagramme suivant, qui a un forme d'onde de sortie sinusoïdale pure fonctionnalité.

Les détails de fonctionnement de l'onduleur peuvent être compris à l'aide des points suivants:

Le basique ou le configuration standard de l'onduleur à pont complet est formé par le pilote de pont complet IC IRS2453 et le réseau mosfet associé.

Calcul de la fréquence du variateur

La fonction de cette étape est de faire osciller la charge connectée entre les mosfets à un taux de fréquence donné tel que déterminé par les valeurs du réseau Rt / Ct.

Les valeurs de ces composantes de synchronisation RC peuvent être fixées par la formule: f = 1 / 1,453 x Rt x Ct où Rt est en Ohms et Ct en Farads. Il doit être réglé pour atteindre 60 Hz pour compléter la sortie 120 V spécifiée, sinon pour les spécifications 220 V, cela pourrait être changé à 50 Hz.

Ceci peut également être réalisé par quelques essais et erreurs pratiques, en évaluant la gamme de fréquences avec un fréquencemètre numérique.

Pour obtenir un résultat d'onde sinusoïdale pure, les portes mosfets côté bas sont déconnectées de leurs alimentations IC respectives et sont appliquées de la même manière via un étage tampon BJT, configuré pour fonctionner via une entrée SPWM.

Génération de SPWM

Le SPWM qui signifie modulation de largeur d'impulsion sinusoïdale est configuré autour d'un opamp IC et un seul Générateur IC 555 PWM.

Bien que l'IC 555 soit configuré en PWM, la sortie PWM de sa broche n ° 3 n'est jamais utilisée, mais les ondes triangulaires générées à travers son condensateur de synchronisation sont utilisées pour la sculpture des SPWM. Ici, l'un des échantillons d'ondes triangulaires est censé être beaucoup plus lent en fréquence et synchronisé avec la fréquence du circuit intégré principal, tandis que l'autre doit être des ondes triangulaires plus rapides, dont la fréquence détermine essentiellement le nombre de piliers que le SPWM peut avoir.

L'amplificateur opérationnel est configuré comme un comparateur et est alimenté en échantillons d'onde triangulaire pour traiter les SPWM requis. Une onde triangulaire qui est la plus lente est extraite du brochage Ct du circuit intégré principal IRS2453

Le traitement est effectué par le circuit intégré opamp en comparant les deux ondes triangulaires à ses broches d'entrée, et le SPWM généré est appliqué aux bases de l'étage tampon BJT.

Les tampons BJT commutent en fonction des impulsions SPWM et s'assurent que les mosfets côté bas sont également commutés selon le même schéma.

La commutation ci-dessus permet à la sortie AC de commuter également avec un modèle SPWM pour les deux cycles de la forme d'onde de fréquence AC.

Sélection des mosfets

Puisqu'un onduleur sans transformateur de 3 kva est spécifié, les mosfets doivent être évalués de manière appropriée pour gérer cette charge.

Le mosfet numéro 2SK 4124 indiqué dans le diagramme ne pourra en fait pas supporter une charge de 3 kva car ils sont conçus pour supporter un maximum de 2 kva.

Quelques recherches sur le net nous permettent de trouver le mosfet: IRFB4137PBF-ND qui semble bon pour fonctionner sur des charges de 3 kva, en raison de sa puissance nominale massive à 300 V / 38 ampères.

Comme il s'agit d'un onduleur de 3 kva sans transformateur, la question de la sélection du transformateur est éliminée, mais les batteries doivent être correctement dimensionnées pour produire un minimum de 160 V lorsqu'elles sont modérément chargées et d'environ 190 V lorsqu'elles sont complètement chargées.

Correction automatique de la tension.

Une correction automatique peut être obtenue en connectant un réseau de rétroaction entre les bornes de sortie et le brochage Ct, mais cela peut en fait ne pas être nécessaire car les potentiomètres IC 555 peuvent être utilisés efficacement pour fixer le RMS de la tension de sortie, et une fois réglé le on peut s'attendre à ce que la tension de sortie soit absolument fixe et constante quelles que soient les conditions de charge, mais uniquement tant que la charge ne dépasse pas la capacité de puissance maximale de l'onduleur.

2) Onduleur sans transformateur avec chargeur de batterie et contrôle de rétroaction

Le deuxième schéma de circuit d'un onduleur compact sans transformateur sans incorporer un transformateur en fer encombrant est décrit ci-dessous. Au lieu d'un transformateur en fer lourd, il utilise un inducteur à noyau en ferrite, comme indiqué dans l'article suivant. Le schéma n'est pas conçu par moi, il m'a été fourni par l'un des lecteurs avides de ce blog M. Ritesh.

La conception est une configuration à part entière avec inclut la plupart des fonctionnalités telles que détails d'enroulement de transformateur de ferrite , étage indicateur de basse tension, installation de régulation de tension de sortie, etc.

L'explication de la conception ci-dessus n'a pas encore été mise à jour, je vais essayer de la mettre à jour bientôt, en attendant, vous pouvez consulter le diagramme et clarifier vos doutes par le biais de commentaires, le cas échéant.

Conception d'onduleur compact sans transformateur de 200 watts # 3

Une troisième conception ci-dessous montre un circuit onduleur de 200 watts sans transformateur (sans transformateur) utilisant une entrée 310V DC. C'est une conception compatible avec les ondes sinusoïdales.

introduction

Les onduleurs que nous connaissons sont des appareils qui convertissent ou plutôt inversent une source CC basse tension en une sortie CA haute tension.

La sortie CA haute tension produite est généralement de l'ordre des niveaux de tension secteur locaux. Cependant, le processus de conversion d'une basse tension à une haute tension nécessite invariablement l'inclusion de transformateurs lourds et encombrants. Avons-nous une option pour les éviter et créer un circuit onduleur sans transformateur?

Oui, il existe un moyen assez très simple de mettre en œuvre une conception d'onduleur sans transformateur.

Fondamentalement, les onduleurs utilisant une batterie à faible tension continue nécessitent de les augmenter à la tension alternative supérieure prévue, ce qui rend impérative l'inclusion d'un transformateur.

Cela signifie que si nous pouvions simplement remplacer la basse tension d'entrée CC par un niveau CC égal au niveau CA de sortie prévu, le besoin d'un transformateur pourrait être simplement éliminé.

Le schéma de circuit comprend une entrée CC haute tension pour faire fonctionner un simple circuit onduleur mosfet et nous pouvons clairement voir qu'il n'y a pas de transformateur impliqué.

Fonctionnement du circuit

Le courant continu haute tension est égal au courant alternatif de sortie requis obtenu en disposant 18 petites batteries de 12 volts en série.

La porte N1 provient de l'IC 4093, N1 a été configuré comme oscillateur ici.

Étant donné que le circuit intégré nécessite une tension de fonctionnement stricte entre 5 et 15 volts, l'entrée requise est prélevée sur l'une des batteries 12 volts et appliquée aux broches de sortie du circuit intégré pertinentes.

L'ensemble de la configuration devient ainsi très simple et efficace et élimine complètement le besoin d'un transformateur encombrant et lourd.

Les batteries sont toutes de 12 volts, 4 AH qui sont assez petites et même lorsqu'elles sont connectées ensemble ne semblent pas couvrir trop d'espace. Elles peuvent être empilées étroitement pour former une unité compacte.

La sortie sera de 110 V CA à 200 watts.

Liste des pièces

• Q1, Q2 = MPSA92
• Q3 = MJE350
• Q4, Q5 = MJE340
• Q6, Q7 = K1058,
• Q8, Q9 = J162
• NAND IC = 4093,
• D1 = 1N4148
• Batterie = 12V / 4AH, 18 nos.

Mise à niveau vers une version Sinewave

Le circuit onduleur simple 220 V sans transformateur discuté ci-dessus pourrait être mis à niveau en un onduleur sinusoïdal pur ou vrai en remplaçant simplement l'oscillateur d'entrée par un circuit générateur d'onde sinusoïdale comme indiqué ci-dessous:

Vous trouverez la liste des pièces de l'oscillateur sinusoïdal dans ce post

Circuit d'onduleur solaire sans transformateur

Le soleil est une source majeure et illimitée d'énergie brute disponible sur notre planète tout à fait gratuitement. Cette puissance est fondamentalement sous forme de chaleur, mais les humains ont découvert des méthodes d'exploitation de la lumière également à partir de cette énorme source pour fabriquer de l'énergie électrique.

Aperçu

Aujourd'hui, l'électricité est devenue la ligne de vie de toutes les villes et même des zones rurales. Avec l'épuisement des combustibles fossiles, la lumière du soleil promet d'être l'une des principales sources d'énergie renouvelables auxquelles on peut accéder directement de n'importe où et en toutes circonstances sur cette planète, gratuitement. Apprenons l'une des méthodes de conversion de l'énergie solaire en électricité pour nos avantages personnels.

Dans l'un de mes articles précédents, j'ai discuté d'un circuit d'onduleur solaire qui avait plutôt une approche simple et incorporait une topologie d'onduleur ordinaire utilisant un transformateur.

Les transformateurs comme nous le savons tous sont encombrants, lourds et peuvent devenir assez gênants pour certaines applications.
Dans la conception actuelle, j'ai essayé d'éliminer l'utilisation d'un transformateur en incorporant des mosfets haute tension et en augmentant la tension grâce à une connexion en série de panneaux solaires. Étudions l'ensemble de la configuration à l'aide des points suivants:

Comment ça fonctionne

En regardant le schéma de circuit de l'onduleur sans transformateur à base solaire illustré ci-dessous, nous pouvons voir qu'il se compose essentiellement de trois étapes principales, à savoir. l'étage d'oscillateur composé de l'IC 555 polyvalent, l'étage de sortie constitué d'un couple de mosfets de puissance haute tension et l'étage de fourniture d'énergie qui utilise la banque de panneaux solaires, qui est alimentée en B1 et B2.

Schéma

Étant donné que le circuit intégré ne peut pas fonctionner avec des tensions supérieures à 15 V, il est bien protégé par une résistance à la chute et une diode Zener. La diode Zener limite la haute tension du panneau solaire à la tension zener 15V connectée.

Cependant, les mosfets sont autorisés à fonctionner avec la pleine tension de sortie solaire, qui peut se situer entre 200 et 260 volts. Dans des conditions nuageuses, la tension peut chuter bien en dessous de 170V, donc probablement un stabilisateur de tension peut être utilisé à la sortie pour réguler la tension de sortie dans de telles situations.

Les mosfets sont de types N et P qui forment une paire pour mettre en œuvre les actions push pull et pour générer le courant alternatif requis.

Les mosfets ne sont pas spécifiés dans le diagramme, idéalement ils doivent être évalués à 450V et 5 ampères, vous rencontrerez de nombreuses variantes, si vous recherchez un peu sur le net.

Les panneaux solaires utilisés doivent strictement avoir une tension de circuit ouvert d'environ 24 V en plein soleil et d'environ 17 V pendant les périodes de crépuscule.

Comment connecter les panneaux solaires

Liste des pièces

R1 = 6K8
R2 = 140 K
C1 = 0,1 uF
Diodes = sont 1N4148
R3 = 10K, 10 watts,
R4, R5 = 100 Ohms, 1/4 watt
B1 et B2 = du panneau solaire
Z1 = 5,1 V 1 watt

Utilisez ces formules pour calculer R1, R2, C1 ....

Mettre à jour:

La conception du circuit intégré 555 ci-dessus n'est peut-être pas aussi fiable et efficace, une conception beaucoup plus fiable peut être vue ci-dessous sous la forme d'un circuit onduleur à pont en H complet . On peut s'attendre à ce que cette conception fournisse de bien meilleurs résultats que le circuit IC 555 ci-dessus

Un autre avantage de l'utilisation du circuit ci-dessus est que vous n'aurez pas besoin d'un agencement de panneau solaire double, plutôt qu'une seule alimentation solaire connectée en série suffirait à faire fonctionner le circuit ci-dessus pour obtenir une sortie de 220V.