Da 220 V CC a 220 V CA: inverter fai da te Parte 2: 17 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ciao a tutti. Spero che siate tutti al sicuro e stiate bene. In questo tutorial ti mostrerò come ho realizzato questo convertitore da CC a CA che converte la tensione da 220 V CC a 220 V CA. La tensione CA generata qui è un segnale a onda quadra e non un segnale a onda sinusoidale pura. Questo progetto è una continuazione del mio progetto di anteprime che è stato progettato per convertire 12Volts DC a 220V DC. Si consiglia vivamente di visitare il mio progetto precedente prima di continuare in questa guida. Il collegamento al mio progetto di convertitore da CC a CC è:

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

Questo sistema converte la corrente continua da 220 V in un segnale alternato di 220 Volt a 50 Hertz, che è la frequenza di alimentazione CA commerciale nella maggior parte dei paesi. La frequenza può essere facilmente regolata a 60 Hertz, se necessario. Affinché ciò accada, ho utilizzato una topologia a ponte H completa utilizzando 4 MOSFET ad alta tensione.

È possibile eseguire qualsiasi apparecchio commerciale con una potenza nominale di 150 watt e circa 200 watt di picco per un breve periodo. Ho testato con successo questo circuito con caricabatterie mobili, lampadine CFL, caricabatterie per laptop e ventilatore da tavolo e tutti funzionano bene con questo design. Non c'era nessun ronzio anche durante il funzionamento della ventola. A causa dell'elevata efficienza del convertitore DC-DC, il consumo di corrente a vuoto di questo sistema è solo di circa 60 milliampere.

Il progetto utilizza componenti molto semplici e facili da ottenere e alcuni di essi sono persino recuperati da vecchi alimentatori per computer.

Quindi, senza ulteriori indugi, iniziamo con il processo di compilazione!

ATTENZIONE: questo è un progetto ad alta tensione e può darti uno shock letale se non stai attento. Prova questo progetto solo se sei esperto nella gestione dell'alta tensione e hai esperienza nella realizzazione di circuiti elettronici. NON tentare se non sai cosa stai facendo

Forniture

1. IRF840 MOSFET a canale N - 4
2. CI SG3525N - 1
3. CI driver mosfet IR2104 - 2
4. Base IC a 16 pin (opzionale) -1
5. Base CI a 8 pin (opzionale) - 1
6. Condensatore ceramico 0.1uF - 2
7. Condensatore elettrolitico 10uF - 1
8. Condensatore elettrolitico 330uF 200 volt - 2 (li ho recuperati da un SMPS)
9. Condensatore elettrolitico 47uF - 2
10. Diodo per uso generale 1N4007 - 2
11. Resistenza da 100K -1
12. Resistenza 10K - 2
13. Resistenza da 100 ohm -1
14. Resistenza da 10 ohm - 4
15. Resistenza variabile da 100K (preset/tripot) - 1
16. Morsetti a vite - 2
17. Veroboard o perfboard
18. Cavi di collegamento
19. Kit di saldatura
20. Multimetro
21. Oscilloscopio (opzionale ma aiuterà a mettere a punto la frequenza)

Passaggio 1: raccogliere tutte le parti necessarie

È importante raccogliere prima tutte le parti necessarie in modo da poter passare rapidamente alla realizzazione del progetto. Di questi alcuni componenti sono stati recuperati dal vecchio alimentatore del computer.

Passaggio 2: il banco di condensatori

Il banco di condensatori gioca un ruolo importante qui. In questo progetto, la CC ad alta tensione viene convertita in CA ad alta tensione, quindi è importante che l'alimentazione CC sia regolare e senza fluttuazioni. È qui che entrano in gioco questi enormi condensatori robusti. Ho ottenuto due condensatori da 330uF 200V da un SMPS. La loro combinazione in serie mi dà una capacità equivalente di circa 165 uF e aumenta la tensione nominale fino a 400 volt. Utilizzando la combinazione di condensatori in serie, la capacità equivalente si riduce ma il limite di tensione aumenta. Questo ha risolto lo scopo della mia applicazione. La CC ad alta tensione è ora appianata da questo banco di condensatori. Ciò significa che otterremo un segnale CA costante e la tensione rimarrà abbastanza costante durante l'avvio o quando un carico viene improvvisamente collegato o scollegato.

ATTENZIONE: questi condensatori ad alta tensione possono immagazzinare la loro carica per un lungo, lungo periodo di tempo, che può arrivare fino a diverse ore! Quindi prova a realizzare questo progetto solo se hai un buon background di elettronica e hai esperienza pratica nella gestione dell'alta tensione. Fai questo a tuo rischio

Passaggio 3: decidere il posizionamento dei componenti

Poiché realizzeremo questo progetto su una veroboard, è importante che tutti i componenti siano posizionati strategicamente in modo che i componenti rilevanti siano più vicini l'uno all'altro. In questo modo, le tracce di saldatura saranno minime e verrà utilizzato un numero inferiore di ponticelli rendendo il design più ordinato e pulito.

Passaggio 4: la sezione dell'oscillatore

Il segnale a 50Hz (o 60Hz) viene generato dal popolare PWM IC-SG3525N con una combinazione di componenti di temporizzazione RC.

Per avere maggiori dettagli sul funzionamento dell'IC SG3525, ecco un link alla scheda tecnica dell'IC:

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

Per ottenere un'uscita alternata di 50Hz, la frequenza di oscillazione interna dovrebbe essere 100 Hz che può essere impostata utilizzando Rt a circa 130KHz e Ct uguale a 0.1uF. La formula per il calcolo della frequenza è fornita nella scheda tecnica dell'IC. Una resistenza da 100 ohm tra i pin 5 e 7 viene utilizzata per aggiungere un po' di tempo morto tra le commutazioni per garantire la sicurezza dei componenti di commutazione (MOSFET).

Passaggio 5: la sezione del driver MOSFET

Poiché l'alta tensione DC verrà commutata tramite i MOSFET, non è possibile collegare direttamente le uscite SG3525 al gate del MOSFET, inoltre la commutazione dei MOSFET a canale N nella parte alta del circuito non è facile e richiede un corretto circuito di bootstrap. Tutto questo può essere gestito in modo efficiente dal driver MOSFET IC IR2104 che è in grado di pilotare/commutare MOSFET che consentono tensioni fino a 600 Volt. Questo rende l'IC adatto per la nostra applicazione. Poiché IR2104 è un driver MOSFET a mezzo ponte, ne avremo bisogno due per controllare l'intero ponte.

La scheda tecnica di IR2104 può essere trovata qui:

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

Passaggio 6: la sezione del ponte H

Il ponte H è ciò che è responsabile di cambiare alternativamente la direzione del flusso di corrente attraverso il carico attivando e disattivando alternativamente il dato set di MOSFET.

Per questa operazione ho scelto i MOSFET a canale N IRF840 che possono gestire fino a 500 volt con una corrente massima di 5 Amp, che è più che sufficiente per la nostra applicazione. Il ponte H è ciò che sarà collegato direttamente all'apparecchio CA.

La scheda tecnica di questo MOSFET è riportata di seguito:

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

Passaggio 7: test del circuito su breadboard

Prima di saldare i componenti in posizione, è sempre una buona idea testare il circuito su una breadboard e correggere eventuali errori o errori che potrebbero insinuarsi. Nel mio test breadboard ho assemblato tutto secondo lo schema (fornito in un passaggio successivo) e verificato la risposta in uscita utilizzando un DSO. Inizialmente ho testato il sistema a bassa tensione e solo dopo aver verificato che funzionava l'ho testato con ingresso ad alta tensione

Passaggio 8: test breadboard completato

Come carico di prova, ho usato una piccola ventola da 60 watt insieme alla mia configurazione della breadboard e una batteria al piombo da 12 V. Avevo i miei multimetri collegati per misurare la tensione di uscita e la corrente consumata dalla batteria. Le misurazioni sono necessarie per assicurarsi che non ci siano sovraccarichi e anche per calcolare l'efficienza.

Passaggio 9: lo schema del circuito e il file schematico

Quello che segue è l'intero schema circuitale del progetto e insieme ad esso ho allegato il file schematico di EAGLE come riferimento. Sentiti libero di modificare e utilizzare lo stesso per i tuoi progetti.

Passaggio 10: avvio del processo di saldatura su Veroboard

Con il design in fase di test e verifica, ora passiamo al processo di saldatura. Per prima cosa ho saldato tutti i componenti riguardanti la sezione dell'oscillatore.

Passaggio 11: aggiunta dei driver MOSFET

La base del circuito integrato del driver MOSFET e i componenti bootstrap sono stati ora saldati

Passaggio 12: inserimento dell'IC in posizione

Fare attenzione all'orientamento dell'IC durante l'inserimento. Cerca una tacca sull'IC per il riferimento dei pin

Passaggio 13: saldatura del banco di condensatori

Passaggio 14: aggiunta dei MOSFET del ponte H

I 4 MOSFET del ponte H sono saldati in posizione insieme ai loro resistori di gate di limitazione della corrente di 10 Ohm e insieme a terminali a vite per un facile collegamento della tensione CC in ingresso e della tensione CA in uscita.

Passaggio 15: modulo completo

Ecco come appare l'intero modulo dopo che il processo di saldatura è stato completato. Notare come la maggior parte dei collegamenti siano stati realizzati utilizzando tracce di saldatura e pochissimi cavi di collegamento. Fare attenzione a eventuali collegamenti allentati a causa dei rischi di alta tensione.

Passaggio 16: inverter completo con modulo convertitore CC-CC

L'inverter è ora completo con entrambi i moduli completi e collegati tra loro. Questo ha funzionato con successo nel caricare il mio laptop e alimentare contemporaneamente un piccolo ventilatore da tavolo.

Spero che questo progetto vi piaccia:)

Sentiti libero di condividere i tuoi commenti, dubbi e feedback nella sezione commenti qui sotto. Guarda le istruzioni complete e crea il video con i dettagli più essenziali sul progetto e su come l'ho costruito, e già che ci sei considera di iscriverti al mio canale:)