220V DC a 220V AC: Inversor DIY Parte 2: 17 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Olá pessoal. Espero que todos estejam seguros e saudáveis. Neste instrutível, mostrarei como fiz este conversor CC para CA que converte a tensão de 220 V CC em 220 V CA. A tensão CA gerada aqui é um sinal de onda quadrada e não um sinal de onda senoidal puro. Este projeto é uma continuação do meu projeto de pré-visualizações, que foi projetado para converter 12Volts DC para 220V DC. É altamente recomendável que você visite meu projeto anterior primeiro, antes de continuar a fazê-lo. O link para o meu projeto de conversor DC para DC é:

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

Este sistema converte 220V DC em um sinal alternado de 220Volts a 50 Hertz, que é a freqüência de alimentação AC comercial na maioria dos países. A frequência pode ser facilmente ajustada para 60 Hertz, se necessário. Para que isso aconteça, usei uma topologia de ponte H completa usando 4 MOSFETS de alta tensão.

Você pode executar qualquer aparelho comercial com uma potência de 150 watts e cerca de 200 watts de pico de curta duração. Eu testei com sucesso este circuito com carregadores de celular, lâmpadas CFL, carregador de laptop e ventilador de mesa e todos eles funcionam bem com este design. Também não houve zumbido durante a operação do ventilador. Devido à alta eficiência do conversor DC-DC, o consumo de corrente sem carga deste sistema é de apenas cerca de 60 miliamperes.

O projeto usa componentes muito simples e fáceis de obter e alguns deles são até recuperados de fontes de alimentação de computadores antigos.

Portanto, sem mais atrasos, vamos começar com o processo de compilação!

AVISO: Este é um projeto de alta tensão e pode causar um choque letal se você não tomar cuidado. Só tente este projeto se você estiver bem versado no manuseio de alta tensão e tiver experiência em fazer circuitos eletrônicos. NÃO tente se você não sabe o que está fazendo

Suprimentos

1. MOSFETS IRF840 N canal - 4
2. IC SG3525N - 1
3. IR2104 mosfet driver IC - 2
4. Base de IC de 16 pinos (opcional) -1
5. Base de IC de 8 pinos (opcional) - 1
6. Capacitor de cerâmica 0,1uF - 2
7. Capacitor eletrolítico de 10uF - 1
8. Capacitor eletrolítico 330uF 200 volts - 2 (eu os salvei de um SMPS)
9. Capacitor eletrolítico 47uF - 2
10. 1N4007 diodo de uso geral - 2
11. 100K resistor -1
12. Resistor de 10K - 2
13. Resistor de 100 ohm -1
14. Resistor de 10 ohm - 4
15. Resistor variável de 100K (predefinição / trimpot) - 1
16. Terminais de parafuso - 2
17. Veroboard ou perfboard
18. Fios de conexão
19. Kit de solda
20. Multímetro
21. Osciloscópio (opcional, mas ajudará a ajustar a frequência)

Etapa 1: reunindo todas as peças necessárias

É importante reunir primeiro todas as peças necessárias para que possamos avançar rapidamente para a execução do projeto. Destes, alguns componentes foram recuperados da fonte de alimentação do computador antigo.

Etapa 2: o banco de capacitores

O banco de capacitores desempenha um papel importante aqui. Neste projeto, CC de alta tensão é convertida em CA de alta tensão, portanto, é importante que o fornecimento de CC seja suave e sem quaisquer flutuações. É aqui que esses enormes capacitores robustos entram em jogo. Eu tenho dois capacitores de 330uF 200V de um SMPS. Combiná-los em série me dá uma capacitância equivalente de aproximadamente 165uF e aumenta a classificação de tensão em até 400 volts. Usando a combinação em série de capacitores, a capacitância equivalente é reduzida, mas o limite de tensão aumenta. Isso resolveu o propósito do meu aplicativo. A CC de alta tensão agora é suavizada por este banco de capacitores. Isso significa que obteremos um sinal CA constante e a tensão permanecerá razoavelmente constante durante a inicialização ou quando uma carga for conectada ou desconectada repentinamente.

AVISO: Esses capacitores de alta tensão podem armazenar sua carga por um longo, longo período de tempo, que pode levar até várias horas! Portanto, só tente fazer este projeto se você tiver um bom conhecimento em eletrônica e tiver experiência prática no manuseio de alta tensão. Faça isso por sua própria conta e risco

Etapa 3: Decidindo a colocação de componentes

Como faremos este projeto em um veroboard, é importante que todos os componentes sejam colocados estrategicamente para que os componentes relevantes fiquem mais próximos uns dos outros. Desta forma, os traços de solda serão mínimos e menos número de fios de ligação será usado, tornando o design mais organizado e organizado.

Etapa 4: A seção do oscilador

O sinal de 50 Hz (ou 60 Hz) está sendo gerado pelo popular PWM IC-SG3525N com uma combinação de componentes de temporização RC.

Para obter mais detalhes sobre o funcionamento do IC SG3525, aqui está um link para o datasheet do IC:

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

Para obter uma saída alternada de 50 Hz, a frequência de oscilação interna deve ser 100 Hz, que pode ser definida usando Rt aproximadamente 130KHz e Ct igual a 0,1uF. A fórmula para cálculo da frequência é fornecida na folha de dados do IC. Um resistor de 100 ohms entre os pinos 5 e 7 é usado para adicionar um pouco de tempo morto entre a comutação para garantir a segurança dos componentes de comutação (MOSFETS).

Etapa 5: A seção do driver MOSFET

Uma vez que a alta tensão CC será comutada através dos MOSFETs, não é possível conectar diretamente as saídas SG3525 à porta do MOSFET, também alternar N canal MOSFETs no lado alto do circuito não é fácil e requer um circuito de bootstraping adequado. Tudo isso pode ser administrado de forma eficiente pelo driver MOSFET IC IR2104, que é capaz de acionar / chavear MOSFETs que permitem tensões de até 600Volts. Isso torna o IC adequado para nossa aplicação. Como o IR2104 é um driver MOSFET de meia ponte, precisaremos de dois deles para controlar a ponte completa.

A folha de dados do IR2104 pode ser encontrada aqui:

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

Etapa 6: A Seção da Ponte H

A ponte H é a responsável por alterar alternativamente a direção do fluxo de corrente através da carga, ativando e desativando alternativamente o determinado conjunto de MOSFETS.

Para esta operação, escolhi os MOSFETs de canal IRF840 N que podem lidar com até 500 volts com uma corrente máxima de 5 Amps, o que é mais do que suficiente para nossa aplicação. A ponte H é o que será conectado diretamente ao dispositivo de CA fora.

A folha de dados para este MOSFET é fornecida abaixo:

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

Etapa 7: Testando o circuito na placa de ensaio

Antes de soldar os componentes no lugar, é sempre uma boa ideia testar o circuito em uma placa de ensaio e retificar quaisquer erros ou erros que possam surgir. Em meu teste de breadboard, montei tudo conforme o esquema (fornecido em uma etapa posterior) e verifiquei a resposta de saída usando um DSO. Inicialmente testei o sistema com baixa tensão e só depois de ser confirmado que estava funcionando é que testei com entrada de alta tensão

Etapa 8: Teste de placa de ensaio concluído

Como carga de teste, usei uma pequena ventoinha de 60 watts junto com a configuração da placa de ensaio e uma bateria de chumbo-ácido de 12V. Eu tinha meus multímetros conectados para medir a tensão de saída e a corrente consumida da bateria. As medições são necessárias para garantir que não haja sobrecarga e também para calcular a eficiência.

Etapa 9: o diagrama de circuito e o arquivo esquemático

A seguir está o diagrama de circuito completo do projeto e junto com ele anexei o arquivo esquemático EAGLE para sua referência. Sinta-se à vontade para modificar e usar o mesmo para seus projetos.

Etapa 10: Iniciando o processo de soldagem no Veroboard

Com o projeto sendo testado e verificado, agora podemos avançar para o processo de soldagem. Primeiro, soldei todos os componentes relativos à seção do oscilador.

Etapa 11: Adicionando os drivers MOSFET

A base do IC do driver MOSFET e os componentes do bootstrap agora foram soldados

Etapa 12: Inserindo o IC no lugar

Tenha cuidado com a orientação do IC durante a inserção. Procure um entalhe no IC para referência do pino

Etapa 13: Soldar o banco de capacitores

Etapa 14: Adicionando os MOSFETS da ponte H

Os 4 MOSFETs da ponte H são soldados no lugar junto com seus resistores de porta de limitação de corrente de 10Ohms e junto com terminais de parafuso para fácil conexão da tensão CC de entrada e da tensão CA de saída.

Etapa 15: Módulo completo

Este é o aspecto de todo o módulo após a conclusão do processo de soldagem. Observe como a maioria das conexões foi feita usando traços de solda e muito poucos fios de jumper. Tenha cuidado com conexões soltas devido aos riscos de alta tensão.

Etapa 16: Inversor completo com módulo conversor DC-DC

O inversor agora está completo com ambos os módulos completos e conectados um ao outro. Isso tem funcionado com sucesso para carregar meu laptop e alimentar um pequeno ventilador de mesa simultaneamente.

Espero que gostem deste projeto:)

Fique à vontade para compartilhar seus comentários, dúvidas e feedbacks na seção de comentários abaixo. Assista às instruções completas e crie um vídeo com mais detalhes essenciais sobre o projeto e como eu o construí e, enquanto você estiver lá, considere se inscrever em meu canal:)