Circuit onduleur de 500 watts avec chargeur de batterie

Dans cet article, nous discuterons en détail de la façon de construire un circuit onduleur de 500 watts avec un étage de chargeur de batterie automatique intégré.

Plus loin dans l'article, nous apprendrons également comment mettre à niveau le système pour des charges plus élevées et comment l'améliorer en une version à onde sinusoïdale pure.

Cet onduleur de 500 watts convertira un 12 V CC ou 24 V CC d'une batterie au plomb en 220 V ou 120 V CA, qui peut être utilisé pour alimenter tous les types de charges, directement des lampes CFL, ampoules LED, ventilateurs, radiateurs , moteurs, pompes, mélangeurs, ordinateur, etc.

Conception de base

Une l'onduleur peut être conçu de nombreuses manières différentes, simplement en remplaçant l'étage d'oscillateur par un autre type d'étage d'oscillateur, selon les préférences de l'utilisateur.

L'étage de l'oscillateur est fondamentalement un multivibrateur astable qui pourraient utiliser des circuits intégrés ou des transistors.

Bien qu'un oscillateur basé sur astable puisse être conçu de différentes manières, nous utiliserons ici l'option IC 4047 car il s'agit d'une puce polyvalente, précise et astable spécialement conçue pour des applications telles que les inverseurs.

Utilisation de IC 4047

Faire n'importe quel onduleur en utilisant l'IC 4047 est probablement l'option la plus recommandée en raison de la haute précision et de la lisibilité du CI. Le dispositif est un circuit intégré d'oscillateur polyvalent qui fournit une sortie double push-pull ou bascule sur ses broches 10 et 11, ainsi qu'une seule sortie d'onde carrée sur la broche 13.

CIRCUIT DE BASE

Un onduleur de base de 500 watts avec une sortie d'onde carrée peut être aussi simple que ci-dessus à construire. Cependant, pour le mettre à niveau avec un chargeur de batterie, il se peut que nous devions utiliser un transformateur de chargeur correctement évalué selon les spécifications de la batterie.

Avant d'apprendre la configuration du chargeur, familiarisons-nous d'abord avec les spécifications de batterie requises pour ce projet.

D'après l'un de nos articles précédents, nous savons que le taux de charge et de décharge plus approprié d'une batterie au plomb-acide doit être à 0,1C ou à un courant d'alimentation 10 fois inférieur à la cote Ah de la batterie. Cela implique que pour obtenir un minimum de 7 heures de sauvegarde à une charge de 500 watts, la batterie Ah pourrait être calculée de la manière suivante

Le courant de fonctionnement requis pour une charge de 500 watts à partir d'une batterie 12 V sera de 500/12 = 41 ampères environ

Ces 41 ampères doivent durer 7 heures, ce qui implique que la batterie Ah doit être = 41 x 7 = 287 Ah. Cependant, dans la vraie vie, cela devra être d'au moins 350 Ah.

Pour une batterie 24 V, cela peut être réduit de 50% à 200 Ah. C'est exactement pourquoi une tension de fonctionnement plus élevée est toujours conseillée car la puissance nominale de l'onduleur devient plus élevée.

Utilisation d'une batterie 24 V

Afin de garder la batterie et la taille du transformateur plus petites et les câbles plus fins, vous pouvez utiliser une batterie 24 V pour le fonctionnement de la conception proposée de 500 watts.

La conception de base resterait telle quelle, sauf une 7812 IC ajouté au circuit IC 4047, comme indiqué ci-dessous:

Diagramme schématique

Chargeur de batterie

Pour garder le design simple mais efficace, j'ai évité d'utiliser un coupure automatique du chargeur de batterie ici, et ont également veillé à ce qu'un seul transformateur commun soit utilisé pour les opérations de l'onduleur et du chargeur.

Le schéma de circuit complet de l'onduleur de 500 watts proposé avec chargeur de batterie peut être vu ci-dessous:

Le même concept a déjà été longuement discuté dans l'un des autres articles connexes, auxquels vous pouvez vous référer pour plus d'informations.

Fondamentalement, l'onduleur utilise le même transformateur pour charger la batterie et pour convertir la puissance de la batterie en sortie 220 V CA. L'opération est mise en œuvre via un réseau de commutation de relais, qui change alternativement l'enroulement du transformateur en mode de charge et en mode onduleur.

Comment ça fonctionne

Lorsque le réseau AC n'est pas disponible, les contacts de relais sont positionnés à leurs points N / C respectifs (normalement fermés). Cela relie les drains des MOSFET au primaire du transformateur, et les appareils ou la charge se connectent au secondaire du transformateur.

L'unité passe en mode onduleur et commence à générer le 220 V CA ou 120 V CA requis à partir de la batterie.

Les bobines de relais sont alimentées à partir d'un simple brut circuit d'alimentation sans transformateur (capacitif) en utilisant un condensateur de chute 2uF / 400V.

Il n'est pas nécessaire que l'alimentation soit stabilisée ou bien régulée car la charge se présente sous la forme de bobines de relais qui sont assez lourdes et résisteront facilement à la surtension de l'interrupteur ON du condensateur 2uF.

La bobine du relais RL1 qui contrôle le côté secteur AC du transformateur peut être vue connectée avant une diode de blocage, tandis que la bobine de RL2 qui contrôle le côté MOSFET est positionnée après la diode et en parallèle à un grand condensateur.

Ceci est fait intentionnellement pour créer un petit effet de retard pour RL2, ou pour s'assurer que RL1 est activé et désactivé avant RL2. Ceci est pour des raisons de sécurité et pour garantir que les MOSFET ne sont jamais soumis à l'alimentation de charge inverse chaque fois que le relais passe du mode onduleur au mode charge.

Suggestions de sécurité

Comme nous le savons, dans n'importe quel circuit onduleur, le transformateur fonctionne comme une charge inductive lourde. Lorsqu'une charge inductive aussi lourde est commutée avec une fréquence, elle ne peut que générer des pics de courant massifs qui peuvent être potentiellement dangereux pour l'électronique sensible et les circuits intégrés impliqués.

Pour assurer une bonne sécurité de la platine électronique, il peut être important de modifier la section 7812 de la manière suivante:

Pour une application 12V, vous pouvez réduire le circuit de protection contre les pointes ci-dessus à la version suivante:

La batterie, le MOSFET et le transformateur déterminent la puissance

Nous en avons discuté à plusieurs reprises à travers différents articles, à savoir que ce sont le transformateur, la batterie et les valeurs MOSFET qui décident réellement de la puissance qu'un onduleur peut produire.

Nous avons déjà parlé des calculs de batterie dans les paragraphes précédents, voyons maintenant comment le le transformateur peut être calculé pour compléter la puissance de sortie requise.

C'est en fait très simple. Puisque la tension est censée être de 24 V et la puissance de 500 watts, diviser 500 par 24 donne 20,83 ampères. Cela signifie que l'intensité nominale du transformateur doit être supérieure à 21 ampères, de préférence jusqu'à 25 ampères.

Cependant, comme nous utilisons le même transformateur pour les modes de charge et d'onduleur, nous devons sélectionner la tension de manière à ce qu'elle convienne de manière optimale aux deux opérations.

Un 20-0-20 V pour le côté primaire semble être un bon compromis, en fait c'est le calibre idéal pour le fonctionnement global de l'onduleur dans les deux modes.

Étant donné que seul un demi-enroulement est utilisé pour charger la batterie, la valeur nominale de 20 V RMS du transformateur peut être utilisée pour obtenir un pic de 20 x 1,41 = 28,2 V CC à travers la batterie à l'aide du condensateur de filtre associé connecté à travers la batterie. terminaux. Cette tension chargera la batterie à un bon rythme et à la bonne vitesse.

En mode onduleur, lorsque la batterie est à environ 26 V, permettra à la sortie de l'onduleur d'être à 24/26 = 220 / Out

Sortie = 238 V

Cela semble une sortie saine tandis que la batterie est chargée de manière optimale, et même lorsque la batterie tombe à 23 V, on peut s'attendre à ce que la sortie maintienne un 210V sain

Calcul du MOSFET : Les MOSFET fonctionnent essentiellement comme des interrupteurs qui ne doivent pas brûler lors de la commutation de la quantité nominale de courant et ne doivent pas non plus chauffer en raison de la résistance accrue aux courants de commutation.

Pour satisfaire les aspects ci-dessus, nous devons nous assurer que la capacité de traitement actuelle ou la spécification ID du MOSFET est bien supérieure à 25 ampères pour notre onduleur de 500 watts. Aussi pour éviter une dissipation élevée et une commutation inefficace, la spécification RDSon du MOSFET doit être aussi faible que possible.

L'appareil illustré dans le diagramme est IRF3205 , qui a un ID de 110 ampères et un RDSon de 8 milliohms (0,008 Ohms), ce qui est en fait assez impressionnant et parfaitement adapté à ce projet d'onduleur.

Liste des pièces

Pour fabriquer l'onduleur de 500 watts ci-dessus avec chargeur de batterie, vous aurez besoin de la nomenclature suivante:

• IC 4047 = 1
• Résistances
• 56K = 1
• 10 ohms = 2
• Condensateur 0.1uF = 1
• Condensateur 4700uF / 50 V = 1 (entre les bornes de la batterie)
• MOSFET IRF3205 = 2
• Diode 20 ampères = 1
• Dissipateur thermique pour les MOSFET = grand type à ailettes
• Diode de blocage à travers les MOSFET Drain / Source = 1N5402 (Veuillez les connecter à travers le drain / source de chaque MOSFET pour une protection supplémentaire contre les EMF inverses du primaire du transformateur. La cathode ira à la broche de drain.
• Relais DPDT 40 ampères = 2 nos

Mise à niveau vers un onduleur sinusoïdal modifié

La version à onde carrée décrite ci-dessus peut être efficacement convertie en un onde sinusoïdale modifiée Circuit onduleur de 500 watts avec une forme d'onde de sortie nettement améliorée.

Pour cela, nous utilisons la vieillesse IC 555 et IC 741 combinaison pour fabriquer la forme d'onde sinusoïdale prévue.

Le circuit complet avec chargeur de batterie est donné ci-dessous:

L'idée est la même qui a été appliquée dans quelques-uns des autres modèles d'onduleurs sinusoïdaux de ce site Web. Il s'agit de couper la grille des MOSFET de puissance avec un SPWM calculé de sorte qu'un SPWM répliqué à courant élevé oscille à travers l'enroulement push-pull du primaire du transformateur.

L'IC 741 est utilisé comme comparateur qui compare deux ondes triangulaires sur ses deux entrées. L'onde triangulaire de base lente est acquise à partir de la broche IC 4047 Ct, tandis que l'onde triangulaire rapide est dérivée d'un étage astable IC 555 externe. Le résultat est un SPWM calculé à la broche 6 de l'IC 741. Ce SPWM est haché aux grilles des MOSFET de puissance qui sont commutés par le transformateur à la même fréquence SPWM.

Il en résulte un côté secondaire avec une sortie sinusoïdale pure (après une certaine filtration).

Conception de pont complet

La version complète du pont pour le concept ci-dessus peut être construite en utilisant la configuration ci-dessous:

Par souci de simplicité, une coupure automatique de la batterie n'est pas incluse, il est donc recommandé de couper l'alimentation dès que la tension de la batterie atteint le niveau de charge complet. Ou bien, vous pouvez ajouter un ampoule à filament en série avec la ligne positive de charge de la batterie, pour assurer une charge sûre de la batterie.

Si vous avez des questions ou des doutes concernant le concept ci-dessus, la boîte de commentaires ci-dessous est à vous.