220V DC naar 220V AC: doe-het-zelf-omvormer deel 2: 17 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Dag iedereen. Ik hoop dat jullie allemaal veilig zijn en gezond blijven. In deze instructable zal ik je laten zien hoe ik deze DC naar AC-omzetter heb gemaakt die 220V DC-spanning omzet in 220V AC-spanning. De hier gegenereerde AC-spanning is een blokgolfsignaal en geen zuiver sinusgolfsignaal. Dit project is een voortzetting van mijn previews-project dat is ontworpen om 12 Volt DC om te zetten naar 220V DC. Het wordt ten zeerste aanbevolen dat u eerst mijn vorige project bezoekt voordat u doorgaat met dit instructable. De link naar mijn DC naar DC converter project is:

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

Dit systeem zet de 220V DC om in een wisselsignaal van 220Volt bij 50 Hertz, wat in de meeste landen de commerciële AC-voedingsfrequentie is. De frequentie kan indien nodig eenvoudig worden aangepast tot 60 Hertz. Om dit te laten gebeuren, heb ik een volledige H-brugtopologie gebruikt met behulp van 4 hoogspannings-MOSFETS.

U kunt elk commercieel apparaat met een vermogen van 150 watt en een piek van ongeveer 200 watt gedurende korte tijd gebruiken. Ik heb dit circuit met succes getest met mobiele opladers, spaarlampen, laptopoplader en tafelventilator en ze werken allemaal prima met dit ontwerp. Er was ook geen zoemend geluid tijdens het bedienen van de ventilator. Vanwege het hoge rendement van de DC-DC-converter is het nullaststroomverbruik van dit systeem slechts ongeveer 60 milliampère.

Het project maakt gebruik van zeer eenvoudige en gemakkelijk te verkrijgen componenten en sommige zijn zelfs geborgen uit oude computervoedingen.

Laten we dus zonder verdere vertraging aan de slag gaan met het bouwproces!

WAARSCHUWING: Dit is een hoogspanningsproject en kan u een dodelijke schok geven als u niet voorzichtig bent. Probeer dit project alleen als je goed thuis bent in het omgaan met hoogspanning en ervaring hebt met het maken van elektronische circuits. Probeer het NIET als u niet weet wat u doet

Benodigdheden

1. IRF840 N-kanaal MOSFETS - 4
2. IC SG3525N - 1
3. IR2104 mosfet-stuurprogramma IC - 2
4. 16-pins IC-basis (optioneel) -1
5. 8-pins IC-basis (optioneel) - 1
6. 0.1uF keramische condensator - 2
7. 10uF elektrolytische condensator - 1
8. 330uF 200 volt elektrolytische condensator - 2 (ik heb ze gered van een SMPS)
9. 47uF elektrolytische condensator - 2
10. 1N4007 diode voor algemeen gebruik - 2
11. 100K weerstand -1
12. 10K weerstand - 2
13. 100 ohm weerstand -1
14. 10 ohm weerstand - 4
15. 100K variabele weerstand (preset/ trimpot) - 1
16. Schroefklemmen - 2
17. Veroboard of perfboard
18. Draden aansluiten
19. Soldeer kit
20. Multimeter
21. Oscilloscoop (optioneel, maar helpt om de frequentie te verfijnen)

Stap 1: Verzamel alle benodigde onderdelen

Het is belangrijk dat we eerst alle benodigde onderdelen verzamelen, zodat we snel aan de slag kunnen met het maken van het project. Hiervan zijn een paar componenten geborgen uit een oude computervoeding.

Stap 2: De condensatorbank

De condensatorbank speelt hierbij een belangrijke rol. In dit project wordt hoogspannings-DC omgezet in hoogspannings-wisselstroom, dus het is belangrijk dat de DC-toevoer soepel en zonder schommelingen verloopt. Dit is waar deze enorme krachtige condensatoren in het spel komen. Ik heb twee 330uF 200V-condensatoren van een SMPS. Door ze in serie te combineren, krijg ik een equivalente capaciteit van ongeveer 165uF en verhoogt de spanning tot 400 volt. Door de seriecombinatie van condensatoren te gebruiken, wordt de equivalente capaciteit verminderd, maar neemt de spanningslimiet toe. Dit loste het doel voor mijn toepassing op. De hoogspanningsgelijkstroom wordt nu afgevlakt door deze condensatorbank. Dit betekent dat we een stabiel AC-signaal krijgen en dat de spanning redelijk constant blijft tijdens het opstarten of wanneer een belasting plotseling wordt bevestigd of losgekoppeld.

WAARSCHUWING: Deze hoogspanningscondensatoren kunnen hun lading voor een lange, lange periode opslaan, dat kan tot enkele uren zijn! Dus probeer dit project alleen te maken als je een goede achtergrond in elektronica hebt en praktische ervaring hebt met het omgaan met hoogspanning. Doe dit op eigen risico

Stap 3: De plaatsing van componenten bepalen

Aangezien we dit project op een veroboard gaan maken, is het belangrijk dat alle componenten strategisch worden geplaatst zodat relevante componenten dichter bij elkaar staan. Op deze manier zullen soldeersporen minimaal zijn en zal er minder aantal jumperdraden worden gebruikt, waardoor het ontwerp netter en netter wordt.

Stap 4: De oscillatorsectie

Het 50Hz (of 60Hz) signaal wordt gegenereerd door de populaire PWM IC-SG3525N met een combinatie van RC timing componenten.

Voor meer details over de werking van de SG3525 IC, is hier een link naar de datasheet van de IC:

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

Om een alternerende output van 50 Hz te krijgen, moet de interne oscillatiefrequentie 100 Hz zijn, die kan worden ingesteld met Rt van ongeveer 130 KHz en Ct is gelijk aan 0,1 uF. De formule voor de frequentieberekening staat in de datasheet van de IC. Een weerstand van 100 ohm tussen pin 5 en 7 wordt gebruikt om een kleine dode tijd tussen het schakelen toe te voegen om de veiligheid van schakelcomponenten (MOSFETS) te garanderen.

Stap 5: De MOSFET-stuurprogrammasectie

Aangezien hoogspannings-DC via de MOSFET's wordt geschakeld, is het niet mogelijk om de SG3525-uitgangen rechtstreeks op de poort van de MOSFET aan te sluiten, ook het schakelen van N-kanaal-MOSFET's in de hoge kant van het circuit is niet eenvoudig en vereist een goed bootstrapping-circuit. Dit alles kan efficiënt worden afgehandeld door de MOSFET-driver IC IR2104 die in staat is om MOSFET's aan te sturen/schakelen die spanningen tot 600 volt mogelijk maken. Dit maakt het IC geschikt voor buitentoepassing. Aangezien IR2104 een MOSFET-stuurprogramma voor een halve brug is, hebben we er twee nodig om de volledige brug te besturen.

De datasheet van IR2104 is hier te vinden:

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

Stap 6: De H-brugsectie

De H-brug is verantwoordelijk voor het afwisselend veranderen van de richting van de stroom door de belasting door afwisselend de gegeven set MOSFETS te activeren en te deactiveren.

Voor deze operatie heb ik gekozen voor de IRF840 N-kanaal MOSFET's die tot 500 volt aankunnen met een maximale stroom van 5 ampère, wat meer dan genoeg is voor onze toepassing. De H-brug is wat direct wordt aangesloten op ons AC-apparaat.

De datasheet van deze MOSFET wordt hieronder gegeven:

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

Stap 7: het circuit testen op breadboard

Voordat u de componenten op hun plaats soldeert, is het altijd een goed idee om het circuit op een breadboard te testen en eventuele fouten of fouten te corrigeren die zich kunnen voordoen. In mijn breadboard-test heb ik alles geassembleerd volgens het schema (meegeleverd in een latere stap) en de outputrespons geverifieerd met behulp van een DSO. Aanvankelijk testte ik het systeem met laagspanning en pas nadat ik had bevestigd dat het werkte, testte ik het met hoogspanningsingang

Stap 8: Breadboard-test voltooid

Als testbelasting heb ik een kleine ventilator van 60 watt gebruikt, samen met mijn breadboard-opstelling en een 12V-loodzuurbatterij. Ik had mijn multimeters aangesloten om de uitgangsspanning en stroomverbruik van de batterij te meten. Metingen zijn nodig om er zeker van te zijn dat er geen overbelasting is en ook om de efficiëntie te berekenen.

Stap 9: Het schakelschema en het schematische bestand

Het volgende is het volledige schakelschema van het project en daarnaast heb ik het EAGLE-schemabestand ter referentie bijgevoegd. Voel je vrij om hetzelfde aan te passen en te gebruiken voor je projecten.

Stap 10: Het soldeerproces op Veroboard starten

Nu het ontwerp is getest en geverifieerd, gaan we verder met het soldeerproces. Eerst heb ik alle componenten met betrekking tot het oscillatorgedeelte gesoldeerd.

Stap 11: De MOSFET-stuurprogramma's toevoegen

De MOSFET-stuurprogramma-IC-basis en de bootstrap-componenten zijn nu gesoldeerd

Stap 12: De IC op zijn plaats plaatsen

Wees voorzichtig met de richting van het IC tijdens het plaatsen. Zoek naar een inkeping op het IC voor pinreferentie

Stap 13: De condensatorbank solderen

Stap 14: De MOSFETS van de H-brug toevoegen

De 4 MOSFET's van de H-brug zijn op hun plaats gesoldeerd samen met hun stroombegrenzende poortweerstanden van 10 Ohm en samen met schroefklemmen voor eenvoudige aansluiting van de DC-ingangsspanning en de AC-uitgangsspanning.

Stap 15: Module voltooien

Zo ziet de hele module eruit nadat het soldeerproces is voltooid. Merk op hoe de meeste verbindingen zijn gemaakt met soldeersporen en heel weinig jumperdraden. Pas op voor losse verbindingen vanwege hoogspanningsrisico's.

Stap 16: Complete omvormer met DC-DC-convertermodule

De omvormer is nu compleet met beide modules compleet en met elkaar verbonden. Dit heeft met succes gewerkt bij het opladen van mijn laptop en het tegelijkertijd voeden van een kleine tafelventilator.

Ik hoop dat je dit project leuk vindt:)

Deel gerust uw opmerkingen, twijfels en feedback in de opmerkingen hieronder. Bekijk de volledige instructie- en bouwvideo voor meer essentiële details over het project en hoe ik het heb gebouwd, en terwijl je daar bent, overweeg dan om je te abonneren op mijn kanaal:)