220V DC zu 220V AC: DIY Wechselrichter Teil 2: 17 Schritte

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Hallo alle zusammen. Ich hoffe ihr seid alle sicher und bleibt gesund. In diesem anweisbaren zeige ich Ihnen, wie ich diesen DC-AC-Wandler gemacht habe, der 220V DC-Spannung in 220V AC-Spannung umwandelt. Die hier erzeugte AC-Spannung ist ein Rechtecksignal und kein reines Sinussignal. Dieses Projekt ist eine Fortsetzung meines Vorschauprojekts, das entwickelt wurde, um 12 Volt DC in 220 V DC umzuwandeln. Es wird dringend empfohlen, dass Sie zuerst mein vorheriges Projekt besuchen, bevor Sie mit diesem instructable fortfahren. Der Link zu meinem DC-DC-Wandlerprojekt ist:

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

Dieses System wandelt 220 V DC in ein Wechselsignal von 220 Volt bei 50 Hertz um, was in den meisten Ländern die kommerzielle Wechselstromfrequenz ist. Die Frequenz kann bei Bedarf einfach auf 60 Hertz eingestellt werden. Dazu habe ich eine vollständige H-Brückentopologie mit 4 Hochspannungs-MOSFETS verwendet.

Sie können jedes handelsübliche Gerät mit einer Nennleistung von 150 Watt und einer Spitzenleistung von etwa 200 Watt für kurze Zeit betreiben. Ich habe diese Schaltung erfolgreich mit mobilen Ladegeräten, CFL-Lampen, Laptop-Ladegerät und Tischventilator getestet und alle funktionieren mit diesem Design gut. Auch beim Betrieb des Lüfters war kein Brummen zu hören. Aufgrund der hohen Effizienz des DC-DC-Wandlers beträgt die Leerlaufstromaufnahme dieses Systems nur etwa 60 Milliampere.

Das Projekt verwendet sehr einfache und leicht zu beschaffende Komponenten und einige davon werden sogar aus alten Computernetzteilen gerettet.

Lassen Sie uns also ohne weitere Verzögerung mit dem Build-Prozess beginnen!

WARNUNG: Dies ist ein Hochspannungsprojekt und kann Ihnen einen tödlichen Schlag versetzen, wenn Sie nicht aufpassen. Versuchen Sie dieses Projekt nur, wenn Sie mit dem Umgang mit Hochspannung vertraut sind und Erfahrung in der Herstellung elektronischer Schaltungen haben. Versuchen Sie es NICHT, wenn Sie nicht wissen, was Sie tun

Lieferungen

1. IRF840 N-Kanal-MOSFETS - 4
2. IC SG3525N - 1
3. IR2104 MOSFET-Treiber-IC - 2
4. 16-poliger IC-Sockel (optional) -1
5. 8-poliger IC-Sockel (optional) - 1
6. 0,1uF Keramikkondensator - 2
7. 10uF Elektrolytkondensator - 1
8. 330uF 200 Volt Elektrolytkondensator - 2 (ich habe sie von einem SMPS gerettet)
9. 47uF Elektrolytkondensator - 2
10. 1N4007 Allzweckdiode - 2
11. 100K Widerstand -1
12. 10K Widerstand - 2
13. 100 Ohm Widerstand -1
14. 10 Ohm Widerstand - 4
15. 100K variabler Widerstand (Preset/Trimpot) - 1
16. Schraubklemmen - 2
17. Veroboard oder Perfboard
18. Anschlussdrähte
19. Lötkit
20. Multimeter
21. Oszilloskop (optional, hilft aber bei der Feinabstimmung der Frequenz)

Schritt 1: Sammeln aller erforderlichen Teile

Es ist wichtig, dass wir zuerst alle notwendigen Teile zusammentragen, damit wir schnell mit dem Projekt beginnen können. Von diesen wurden einige Komponenten aus alten Computernetzteilen gerettet.

Schritt 2: Die Kondensatorbank

Dabei spielt die Kondensatorbank eine wichtige Rolle. In diesem Projekt wird Hochspannungs-Gleichstrom in Hochspannungs-Wechselstrom umgewandelt, daher ist es wichtig, dass die Gleichstromversorgung reibungslos und ohne Schwankungen erfolgt. Hier kommen diese riesigen, bulligen Kondensatoren ins Spiel. Ich habe zwei 330uF 200V Nennkondensatoren von einem SMPS bekommen. Wenn ich sie in Reihe kombiniere, habe ich eine äquivalente Kapazität von ungefähr 165uF und erhöht die Nennspannung auf bis zu 400 Volt. Durch die Reihenschaltung von Kondensatoren wird die äquivalente Kapazität reduziert, aber die Spannungsgrenze erhöht. Dies hat den Zweck meiner Anwendung gelöst. Die Hochspannung DC wird nun durch diese Kondensatorbank geglättet. Dies bedeutet, dass wir ein stetiges Wechselstromsignal erhalten und die Spannung während des Startvorgangs oder beim plötzlichen Anschließen oder Trennen einer Last ziemlich konstant bleibt.

WARNUNG: Diese Hochspannungskondensatoren können ihre Ladung über einen langen, langen Zeitraum speichern, der bis zu mehreren Stunden betragen kann! Versuchen Sie also nur, dieses Projekt zu machen, wenn Sie über einen guten Hintergrund in der Elektronik und praktische Erfahrung im Umgang mit Hochspannung verfügen. Tun Sie dies auf eigene Gefahr

Schritt 3: Entscheidung über die Platzierung der Komponenten

Da wir dieses Projekt auf einem Veroboard machen werden, ist es wichtig, dass alle Komponenten strategisch so platziert sind, dass die relevanten Komponenten näher beieinander liegen. Auf diese Weise sind die Lötspuren minimal und es werden weniger Überbrückungsdrähte verwendet, was das Design aufgeräumter und ordentlicher macht.

Schritt 4: Der Oszillatorabschnitt

Das 50Hz (oder 60Hz) Signal wird vom beliebten PWM IC-SG3525N mit einer Kombination von RC Timing Komponenten erzeugt.

Um mehr über die Funktionsweise des SG3525 IC zu erfahren, ist hier ein Link zum Datenblatt des ICs:

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

Um eine alternierende Ausgabe von 50 Hz zu erhalten, sollte die interne Oszillationsfrequenz 100 Hz betragen, die mit Rt ungefähr 130 KHz eingestellt werden kann und Ct gleich 0,1 uF ist. Die Formel für die Frequenzberechnung ist im Datenblatt des ICs angegeben. Ein 100-Ohm-Widerstand zwischen Pin 5 und 7 wird verwendet, um eine kleine Totzeit zwischen den Schaltvorgängen hinzuzufügen, um die Sicherheit der Schaltkomponenten (MOSFETS) zu gewährleisten.

Schritt 5: Der MOSFET-Treiberabschnitt

Da die Hochspannungs-Gleichspannung über die MOSFETs geschaltet wird, ist es nicht möglich, die Ausgänge des SG3525 direkt mit dem Gate des MOSFET zu verbinden, auch das Schalten von N-Kanal-MOSFETs auf der High-Side der Schaltung ist nicht einfach und erfordert eine ordnungsgemäße Bootstrapping-Schaltung. All dies kann effizient vom MOSFET-Treiber-IC IR2104 gehandhabt werden, der MOSFETs ansteuern/schalten kann, die Spannungen von bis zu 600 Volt zulassen. Dies macht den IC für unsere Anwendung geeignet. Da IR2104 ein Halbbrücken-MOSFET-Treiber ist, benötigen wir zwei davon, um die Vollbrücke zu steuern.

Das Datenblatt von IR2104 finden Sie hier:

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

Schritt 6: Der H-Brückenabschnitt

Die H-Brücke ist dafür verantwortlich, die Stromflussrichtung durch die Last abwechselnd zu ändern, indem sie den gegebenen Satz von MOSFETS abwechselnd aktiviert und deaktiviert.

Für diesen Vorgang habe ich die IRF840 N-Kanal-MOSFETs gewählt, die bis zu 500 Volt mit einem maximalen Strom von 5 Ampere verarbeiten können, was für unsere Anwendung mehr als ausreichend ist. Die H-Brücke wird direkt an unser Wechselstromgerät angeschlossen.

Das Datenblatt zu diesem MOSFET ist unten angegeben:

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

Schritt 7: Testen der Schaltung auf dem Steckbrett

Vor dem Löten der Komponenten ist es immer eine gute Idee, die Schaltung auf einem Steckbrett zu testen und eventuelle Fehler oder Fehler zu beheben, die sich einschleichen könnten. In meinem Steckbretttest habe ich alles gemäß dem Schaltplan (in einem späteren Schritt bereitgestellt) zusammengebaut und die Ausgabeantwort mit einem DSO überprüft. Zuerst habe ich das System mit Niederspannung getestet und erst nachdem mir bestätigt wurde, dass es funktioniert, habe ich es mit Hochspannungseingang getestet

Schritt 8: Breadboard-Test abgeschlossen

Als Testlast habe ich einen kleinen 60-Watt-Lüfter zusammen mit meinem Steckbrett-Setup und einer 12-V-Blei-Säure-Batterie verwendet. Ich hatte meine Multimeter angeschlossen, um die Ausgangsspannung und den Strom zu messen, die von der Batterie verbraucht wurden. Messungen sind erforderlich, um sicherzustellen, dass keine Überlastung vorliegt und auch um den Wirkungsgrad zu berechnen.

Schritt 9: Der Schaltplan und die schematische Datei

Das Folgende ist der gesamte Schaltplan des Projekts und zusammen mit ihm habe ich die EAGLE-Schaltplandatei als Referenz beigefügt. Sie können es gerne ändern und für Ihre Projekte verwenden.

Schritt 10: Starten des Lötvorgangs auf Veroboard

Nachdem das Design getestet und verifiziert wurde, gehen wir nun zum Lötprozess über. Zuerst habe ich alle Komponenten, die die Oszillatorsektion betreffen, gelötet.

Schritt 11: Hinzufügen der MOSFET-Treiber

Die MOSFET-Treiber-IC-Basis und die Bootstrap-Komponenten wurden nun gelötet

Schritt 12: Einsetzen des ICs

Achten Sie beim Einsetzen auf die Ausrichtung des ICs. Suchen Sie nach einer Kerbe auf dem IC als Pin-Referenz

Schritt 13: Löten der Kondensatorbank

Schritt 14: Hinzufügen der MOSFETS der H-Brücke

Die 4 MOSFETs der H-Brücke sind mit ihren strombegrenzenden Gate-Widerständen von 10Ohm und mit Schraubklemmen zum einfachen Anschluss der Eingangs-Gleichspannung und der AC-Ausgangsspannung verlötet.

Schritt 15: Modul abschließen

So sieht das gesamte Modul nach dem Lötvorgang aus. Beachten Sie, wie die meisten Verbindungen mit Lötspuren und sehr wenigen Überbrückungsdrähten hergestellt wurden. Achten Sie auf lose Verbindungen wegen der Hochspannungsgefahr.

Schritt 16: Kompletter Wechselrichter mit DC-DC-Wandlermodul

Der Wechselrichter ist nun komplett, wobei beide Module vollständig und miteinander verbunden sind. Dies hat erfolgreich beim Aufladen meines Laptops und beim gleichzeitigen Antreiben eines kleinen Tischventilators funktioniert.

Ich hoffe euch gefällt dieses Projekt:)

Fühlen Sie sich frei, Ihre Kommentare, Zweifel und Feedback im Kommentarbereich unten zu teilen. Sehen Sie sich die vollständige Anleitung und das Build-Video an, um weitere wichtige Details über das Projekt und wie ich es erstellt habe, und während Sie dort sind, überlegen Sie, meinen Kanal zu abonnieren:)