如何構(gòu)建帶有集成自動(dòng)電池充電器級的500瓦逆變器電路

在這篇文章中，我們將全面討論如何構(gòu)建帶有集成自動(dòng)電池充電器級的 500 瓦逆變器電路。

在本文中，我們還將學(xué)習(xí)如何升級系統(tǒng)以獲得更高的負(fù)載，以及如何將 ot 增強(qiáng)為純正弦波版本。

這款 500 瓦電源逆變器可將鉛酸電池的 12 V DC 或 24 V DC 轉(zhuǎn)換為 220 V 或 120 V

AC，可用于為所有類型的負(fù)載供電，直接從 CFL 燈、LED 燈泡、風(fēng)扇、加熱器、電機(jī)、泵、混合器、計(jì)算機(jī)等。

基本設(shè)計(jì)

逆變器可以以許多不同的方式設(shè)計(jì)，只需根據(jù)用戶偏好用另一種類型的振蕩器級替換振蕩器級即可。

振蕩器級基本上是一個(gè)非穩(wěn)定的多諧振蕩器，可以使用IC或晶體管。

雖然基于非穩(wěn)態(tài)振蕩器的設(shè)計(jì)方式多種多樣，但我們在這里將使用IC

4047選項(xiàng)，因?yàn)樗且环N多功能、精確且專用的非穩(wěn)態(tài)芯片，專為內(nèi)側(cè)等應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

使用 IC 4047

由于IC的高精度和可讀性，使用IC 4047制造任何逆變器可能是最推薦的選擇。該器件是一款多功能振蕩器 IC，在其引腳 10 和引腳 11

上提供雙推挽或觸發(fā)器輸出，并在引腳 13 上提供單方波輸出。

基本電路

具有方波輸出的基本 500

瓦逆變器可以像上面一樣簡單構(gòu)建。但是，要使用電池充電器對其進(jìn)行升級，我們可能必須使用根據(jù)電池規(guī)格適當(dāng)額定的充電器變壓器。

在學(xué)習(xí)充電器配置之前，讓我們首先熟悉該項(xiàng)目所需的電池規(guī)格。

從我們之前的一篇文章中，我們知道鉛酸電池更合適的充電和放電速率應(yīng)該是 0.1C 速率或比電池 Ah 額定值小 10 倍的電源電流。這意味著要在 7

瓦負(fù)載下至少備份 500 小時(shí)，電池 Ah 可以按以下方式計(jì)算

500V 電池的 12 瓦負(fù)載所需的工作電流約為 500 / 12 = 41 安培

這個(gè) 41 安培需要持續(xù) 7 小時(shí)，這意味著電池 Ah 必須 = 41 x 7 = 287 Ah。但是，在現(xiàn)實(shí)生活中，這至少需要 350

Ah。

對于 24 V 電池，在 50 Ah 時(shí)可能會(huì)減少 200%。這就是為什么當(dāng)逆變器的額定功率偏高時(shí)，始終建議使用更高的工作電壓。

使用 24 V 電池

為了使電池和變壓器尺寸更小，電纜更細(xì)，您可能需要使用24 V電池來操作建議的500瓦設(shè)計(jì)。

基本設(shè)計(jì)將保持不變，除了在IC 7812電路中添加了4047 IC，如下所示：

示意圖

充電器

為了保持設(shè)計(jì)簡單而有效，我避免在這里使用電池充電器的自動(dòng)切斷，并確保逆變器和充電器操作使用單個(gè)公共變壓器。

建議的帶電池充電器的500瓦逆變器的完整電路圖如下所示：

相同的概念已經(jīng)在其他相關(guān)帖子中詳細(xì)討論過，您可以參考以獲取更多信息。

基本上，逆變器使用相同的變壓器為電池充電并將電池電源轉(zhuǎn)換為 220 V AC

輸出。該操作通過繼電器轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，該網(wǎng)絡(luò)交替將變壓器繞組更改為充電模式和逆變器模式。

工作原理

當(dāng)電網(wǎng)電源交流不可用時(shí)，繼電器觸點(diǎn)位于各自的常閉點(diǎn)（常閉）。這將MOSFET的漏極與變壓器初級連接，電器或負(fù)載與變壓器的次級連接。

設(shè)備進(jìn)入逆變器模式并開始從電池產(chǎn)生所需的 220V AC 或 120 V AC。

繼電器線圈由一個(gè)簡單的粗糙的無變壓器（電容）電源電路供電，使用2uF / 400V壓降電容器。

電源不需要穩(wěn)定或良好調(diào)節(jié)，因?yàn)樨?fù)載是繼電器線圈的形式，繼電器線圈非常重載，可以輕松承受來自 2uF 電容器的開關(guān)導(dǎo)通浪涌。

控制變壓器電源交流側(cè)的RL1繼電器線圈連接在阻斷二極管之前，而控制MOSFET側(cè)的RL2線圈位于二極管之后并與大電容器并聯(lián)。

這樣做是為了給RL2產(chǎn)生一個(gè)小的延遲效果，或者確保RL1在RL2之前打開和關(guān)閉。這是出于安全考慮，并確保每當(dāng)繼電器從逆變器模式切換到充電模式時(shí)，MOSFET

永遠(yuǎn)不會(huì)受到反向充電電源的影響。

安全建議

眾所周知，在任何逆變器電路中，變壓器的工作方式都像重感負(fù)載一樣。當(dāng)如此重的感性負(fù)載以一定頻率切換時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生大量的電流尖峰，這可能對敏感電子設(shè)備和相關(guān)IC造成潛在危險(xiǎn)。

為了確保電子載物臺(tái)的適當(dāng)安全性，按以下方式修改 7812 部分可能很重要：

對于12V應(yīng)用，可以將上述尖峰保護(hù)電路降低到以下版本：

電池、MOSFET 和變壓器決定功率

我們已經(jīng)通過不同的帖子多次討論過這個(gè)問題，變壓器、電池和 MOSFET 額定值實(shí)際上決定了逆變器可以產(chǎn)生多少功率。

我們已經(jīng)在前面的段落中討論了電池計(jì)算，現(xiàn)在讓我們看看如何計(jì)算變壓器以補(bǔ)充所需的功率輸出。

這其實(shí)很簡單。由于電壓應(yīng)該是 24 V，功率為 500 瓦，因此將 500 除以 24 得到 20.83 安培。這意味著變壓器安培額定值必須高于 21

安培，最好高達(dá) 25 安培。

但是，由于我們在充電和逆變器模式下都使用相同的變壓器，因此我們必須以最適合兩種操作的方式選擇電壓。

初級側(cè)的20-0-20 V似乎是一個(gè)很好的折衷方案，實(shí)際上，它是逆變器在兩種模式下整體工作的理想額定值。

由于僅使用半繞組為電池充電，因此變壓器的20 V RMS額定值可用于借助連接在電池端子上的相關(guān)濾波電容器在電池兩端獲得20 x 1.41 = 28.2

V峰值直流。該電壓將以良好的速率和正確的速度為電池充電。

在逆變器模式下，當(dāng)電池處于 26 V 左右時(shí)，將允許逆變器輸出處于 24/26 = 220 / 輸出

輸出 = 238 V

當(dāng)電池處于最佳充電狀態(tài)時(shí)，這看起來是一個(gè)健康的輸出，即使電池降至 23 V，輸出也有望維持健康的 210V

計(jì)算MOSFET：MOSFET基本上像開關(guān)一樣工作，在切換額定電流時(shí)不得燃燒，并且由于對開關(guān)電流的電阻增加，也不得升溫。

為了滿足上述方面，我們必須確保MOSFET的電流處理能力或ID規(guī)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過25瓦逆變器的500安培。此外，為了防止高耗散和低效開關(guān)，MOSFET 的

RDSon 規(guī)格必須盡可能低。

圖中所示的設(shè)備是IRF3205，其ID為110安培，RDSon為8毫歐（0.008歐姆），實(shí)際上看起來相當(dāng)令人印象深刻，非常適合這個(gè)逆變器項(xiàng)目。

零件清單

要使上述500瓦逆變器與電池充電器，您將需要以下物料清單：

IC 4047 = 1

電阻

56K = 1

10 歐姆 = 2

電容 0.1uF = 1

電容器 4700uF / 50 V = 1（電池端子兩端）

場效應(yīng)管 IRF3205 = 2

二極管 20 A = 1

MOSFET 散熱器 = 大型翅片式

MOSFET 兩端的阻斷二極管漏極/源極 = 1N5402（請將它們連接在每個(gè) MOSFET

的漏極/源極上，以增加對變壓器初級反電動(dòng)勢的保護(hù)。陰極將進(jìn)入漏極引腳。

繼電器 DPDT 40 A = 2 nos

升級到改進(jìn)正弦波逆變器

上面討論的方波版本可以有效地轉(zhuǎn)換為改進(jìn)的正弦波500瓦逆變器電路，輸出波形得到極大改善。

為此，我們使用古老的IC 555和IC 741組合來制造預(yù)期的正弦波形。

帶電池充電器的完整電路如下：

這個(gè)想法與本網(wǎng)站的其他一些正弦波逆變器設(shè)計(jì)中應(yīng)用的想法相同。它是用計(jì)算出的SPWM斬波功率MOSFET的柵極，以便復(fù)制的高電流SPWM在變壓器初級的推挽繞組上振蕩。

IC 741用作比較器，用于比較其兩個(gè)輸入端上的兩個(gè)三角波。慢基三角波從IC 4047 Ct引腳獲取，而快速三角波從外部IC

555非穩(wěn)態(tài)級獲得。結(jié)果是計(jì)算出的 IC 6 引腳 741 處的

SPWM。該SPWM在功率MOSFET的柵極處斬波，該功率MOSFET由變壓器以相同的SPWM頻率進(jìn)行開關(guān)。

這導(dǎo)致次級側(cè)具有純正弦波輸出（經(jīng)過一些過濾）。

全橋設(shè)計(jì)

上述概念的全橋版本使用以下給定配置構(gòu)建：

為簡單起見，不包括自動(dòng)電池切斷，因此建議在電池電壓達(dá)到完全充電水平后立即關(guān)閉電源?；蛘?，您也可以在電池的充電正極線上添加一個(gè)適當(dāng)?shù)臒艚z燈泡，以確保電池的安全充電。