2019 március 25 - hétfő

2.4.5.12.5. Zoli invertere

Zoli is megépítette az itt bemutatott invertert, de aztán tovább is fejlesztette. A tapasztalatait ismerteti a következő sorokban.

1. kísérlet

A Térszobrászat tanulmányozása közben megtaláltam az inverter cikket, gondoltam, első lépésben ez egy nekem való feladat, hogy megépítsem. Neki is láttam, beszereztem az anyagokat, a hűtőbordát és elkészítettem. Szándékosan 2×4 db teljesítmény MOS FET-et alkalmaztam, hogy nagyobb, akár 1000-1200 W-os teljesítményt ís elbírjon. És úgy akartam megépíteni, hogy 12-48 V bemenő feszültségig használható legyen, természetesen a transzformátor primer tekercsének ez esetben tudnia kell a mindenkori tápfeszültségeket. A FET-eket is e szerint választottam (IRF 3205 és IRF 4905), mindkettő 55 V-os és minimális belső ellenállású félvezető.

A kapcsolási rajzot annyiban módosítottam, hogy a párhuzamosan kapcsolt FET-ek kapujára (Gate) egy-egy 22 Ohmos ellenállással ágaztam le a TR1 és TR2 tranzisztorok kollektoráról. A másik módosítás a kisáramú vezérlőkör tápellátását érintette (a kapcs. rajzon a FET-ektől balra), az 1 kW-os ellenállások és a 7805-ös stab. IC "elé"betettem egy 7812-es, 12 V feszültséget előállító IC-t – egy kapcsolóval kapcsolhatóan, – nagyobb tápfeszültségek esetére (max. 35 V-ig, mert ekkora a legnagyobb tápfeszültség, amit elbír a 78xx-es IC sorozat). Ez amiatt szükséges, mert a FET-ek max. ±20 V-ot bírnak el Gate-Source közötti vezérlőfeszültségként.

12 V-nál szépen működött az inverter, leszámítva a trafó erőteljes zúgását, és a hűtőbordán lévő FET-ek jól hallható "cicergését", ami gondolom a négyszögjeles vezérlés miatt van. Üresjáratban (terheletlenül) közel 1 A áramot vett fel, ez kb. 12 Wattos veszteségi teljesítmény, ami elsősorban a használt 180 VA-es trafónak tudható be.

Viszont 24 V-ról megtáplálva jött elő a következő probléma. Egy stabilizált, beállítható feszültségű és áramkorlátú tápegységgel üzemeltem be, aminek max. árama 2,5 A. A jelenség a következő volt: ha feltekertem 16 V fölé a tápfeszültséget (a trafó 24 V-os tekercsére voltak kötve a FET-ek), az áramkorlát bekapcsolt és a tápfeszültség maradt 16 V-on. Abban az esetben is tette ezt, ha az inverter teljesen terheletlen volt. Sőt, úgy is kipróbáltam, hogy a transzformátor 24 V-os tekercse helyett egy 24 V/5 W-os autóizzót kötöttem be, hogy annak kapcsolgassák a FET-ek a tápfeszültséget, de akkor is ez volt a helyzet. Tehát nem a trafó terhelte túl, hanem a FET-ek vezérlésével lehetett valami probléma. 24 V-ot sajnos nem tudtam nagyobb teljesítményben és áramkorlátozás nélkül szolgáltatni az inverternek, de lehet hogy jobb is, mert így nem szállt el semmi.

Aztán eszembe jutott valami: kipróbáltam a 7812-es helyett 7815-el, akkor 19 V-ig tudtam így elmenni, majd efölött hirtelen megnőtt az inverter által felvett áram és bekapcsolt a tápegységen újra az áramkorlát. Tehát ez esetben is a Gate-Source vezérlőfeszültségnél 4 V-al nagyobbat "engedtek" meg kapcsolni a FET-ek, aztán "áteresztettek". Aztán gondoltam kipróbálom 7815 nélkül, az eredeti kapcsolás szerint, de max. 20 V-al, nehogy a FET-ek tönkremenjenek. Itt egészen 19,5-20 V-ig elmentem és szépen működött, tovább nem akartam, gondolom ez érthető…

Sajnos magát a nyák lapot NEM úgy terveztem, hogy 4 FET-et kiiktatva csak a másik 4 működhessen (az eredeti kapcs. rajz szerint), ezért ezt a verziót nem próbáltam, de lehetséges, hogy a probléma itt gyökerezik, persze nem biztos. Amit kipróbáltam még, hogy a Gate-ekhez betett 22 W-os ellenállások helyett 100 W-osokat ill. egy másik esetben csak vezetéket (átkötést) tettem be, a helyzet ugyanaz volt, 19 V fölött megnőtt a fölvett áram és bekapcsolt a tápegység áramkorlátja.

Az okra nem sikerült rájönnöm, oszcilloszkópom nincs, persze lehet, hogy az sem segített volna.

12 V-ról kipróbáltam nagyobb teljesítménnyel (autóakkumulátorról megtáplálva), ezzel kapcsolatban is vegyesek a tapasztalataim. A terhelést 40 W (asztali lámpa) és 120 W között változtattam és sajnos 10-20 Voltot változott a kimenőfeszültség a terhelésváltozás hatására. Persze nekem is az a helyzet állt fönt, mint Lacinál (lásd itt), hogy "visszafelé" a trafó nem igen adta le a 220 Voltot még terheletlenül sem. Az inverter kint volt a szabadban az autó mellett, mintegy 10-12 fok hőmérsékletben. A FET-ek szinte alig érezhetően voltak melegebbek a külső hőmérsékletnél, a hűtőborda pedig egyáltalán nem. Pedig volt, hogy percekig 10 A körüli áram folyt rajtuk keresztül, ez kellemes meglepetés volt. A trafó viszont határozottan melegedett kint a hidegben, 10-12 perc alatt langyos lett, pedig nem is volt teljes terhelésen. (A trafót ismerem, 220 V szinuszról, normál használat mellett sokkal kevéssé zúg és kevéssé melegszik).

Később kutattam a net-en és találtam néhány inverter-kapcsolást, amelyek talán még ennél is egyszerűbbek és lehetséges, hogy az én általam tapasztalt jelenséget sem produkálják. Hátránya, hogy középpont-leágazásos transzformátor kell hozzá (bár "éles" esetben az embernek úgyis csináltatnia/tekertetnie kell a transzformátort, így ez nem probléma), előnye, hogy fele annyi és csak N-csatornás FET kell hozzá, amivel jelentős disszipációs teljesítményt (és ezáltal hűtőborda méretet) takaríthatunk meg.

A teljesítmény-rész elvi kapcsolása az 1. ábrán látható, a teljes inverter pedig a 2. ábrán.

Square_Wave_Inverter 2.4.5.12.5. Zoli invertere

1. ábra. Az inverter teljesítmény része

Inverter 2.4.5.12.5. Zoli invertere

2. ábra. Az inverter kapcsolási rajza

Vezérlésként használhatjuk az 555 helyett a CD4047 oszcillátort, ezt mutatja a 3. ábra. kiegészítve esetleg az itt bemutatott kapcsolás tranzisztoros FET-meghajtó áramkörével.

CD4047%20oscillator%20for%20inverter 2.4.5.12.5. Zoli invertere

3. ábra. Egy lehetséges oszcillátor CD4047-tel

Ezt a kapcsolást nem építettem meg, de ránézésre működőképes.

Felmerült bennem egy további kérdés ezekkel az egyszerű inverter kapcsolásokkal kapcsolatban is: rendben, hogy működik, de mi történik rövidzár esetén? Mert tapasztalatom szerint egy félvezető gyorsabban elszáll, mint az olvadóbiztosíték. Persze ez esetben ugye a transzformátor (a veszteségei és egyebek miatt) csillapító tényező lehet, mivel nem a 12 V-os tekercset, hanem a 220-asat zárjuk rövidre – mondjuk egy meghibásodott fogyasztóval.

Száz szónak is egy a vége, az inverter – 12 V-ról legalábbis – működik, kérdés, hogy a gyakorlatban meg tudna-e felelni ekkora teljesítménynek és részterhelésen/üresjáratban a nagy trafó miatt nem lenne-e hatalmas (100-150 W-os) a veszteségi teljesítménye? Meg ugye rövidzár esetén mi történne?

2. kísérlet

Volt időm újra egy kicsit az inverterrel foglalkozni és átalakítottam a FET-es nagyáramú részt oly módon, ahogyan az 1. kísérletben írtam (lásd a 2. ábrát). Tehát csak N-csatornás FET-ek és a középleágazásos trafótekerccsel vannak összekapcsolva.

Várakozásom bejött, a leírt hibát (12 V-nál nagyobb feszültségen) EGYÁLTALÁN NEM csinálja, gyönyörűen működik 24 V-ról úgy, hogy a FET-ek vezérlőfeszültsége 12 V, amit a két tranzisztor kapcsolgat a FET-ek Kapujára.

A kapcs. rajzot megrajzoltam számítógépen, ezt mutatja a 4. ábra.

inverter_KZ 2.4.5.12.5. Zoli invertere

4. ábra. A 2. kísérletben használt inverter kapcsolási rajza

Rajzoltam alulra egy 4047-es IC-vel is megépíthető négyszögjel-generátort, ami értelemszerűen a "vez." (vezérlőjel), "vez. INV" és a "+12 V" pontokra csatlakozik a felső ábrán. Ezt nem építettem meg, egy neten talált inverter kapcsolási rajzából ollóztam (sajnos a linket nem mentettem el). Előnye, hogy nem kell a két tranzisztor sem a FET-ek meghajtásához, mert az IC 0 V ill. 12 V kimenő feszültséget produkál a két kimenetén.

Egyébként utánanéztem, a jelenleg használt 4069-es IC is működhet 12 V-ról, nem tudom, hogy a japán szerző miért alkalmazta 5 V-ról és tette bele a két tranzisztort. Ha jól tudom, a FET-eknek nagyon kicsi kapuáramra van szüksége, és a használt típusok kb. 4 V G-S feszültségnél kezdenek nyitni és 12 V G-S fesznél már bőven teljes nyitási fázisban vannak. Tehát egy 0 és 12 V között kapcsolgató kis IC meg tudná hajtani őket, elvileg. Egyébként ezt sem próbáltam, de ha igazam van (már pedig úgy tűnik), akkor egyszerűbb lehetne az áramkör.

A 4. ábrán, a 7812-es stabilizáló IC-t 12 V-nál értelemszerűen nem kell berakni, az csak 24 V esetén kell, hogy a tranzisztoroknak és a többi elemnek a 12 V-ot biztosítsa.

Az 5. ábrán az inverter a jelenlegi állapotában látható, a P-csatornás FET-eket kiiktattam és a nyák-lap hátoldalán csináltam minimális változtatást, ami által a kapcsolás működik.

PB054708kicsi 2.4.5.12.5. Zoli invertere

5. ábra. A megépített inverter

Elgondolkodtató lehet egy kiegészítő rövidzárvédelem tervezése/építése a kapcsoláshoz, de ehhez nekem technikailag nincsenek meg az eszközeim, hogy vajon mit csinál, ha 24 V / 200 A-nél kap egy rövidzárat, működik-e a tervezett védelem, vagy elszállnak a FET-ek. Persze az IRF 3205-ös 110 Ampert bír el károsodás nélkül folyamatosan, tehát nagy teljesítmény esetén a 2-2 FET-hez lehet, hogy elég egy 150-200 A-es biztosíték, ha kereskedelmi forgalomban kapható ilyen egyáltalán. A 220 V-os ágba pedig egy – a villanyórákban is látható – 10 vagy 15 A-es kismegszakító. Kérdés, hogy ez utóbbi szereti-e a négyszögjelet, mert eredetileg szinusszal működik.

3. kísérlet

Átalakítottam, leegyszerűsítettem az invertert az 5. ábra szerint tranzisztorok nélkülire.

Inverter2_KZ_kicsi 2.4.5.12.5. Zoli invertere

5. ábra. A 3. kísérletben használt inverter kapcsolási rajza

Jelenleg a 4069-es IC 12 V-os tápfeszültségről közvetlenül vezérli a FET-eket. Az R1-R2-es, 10 kW-os ellenállásokat azért tettem bele, mert egy esetleges IC-hibánál "leföldelik" a FET-ek Kapuit (Gate) és azok lezárnak, így nem fogyaszt áramot és sem a FET-ek, sem a transzformátor nem mennek tönkre.

A K1 kapcsoló a 12 V és 24 V közötti tápfeszültség átkapcsolására hivatott (persze ha szükséges). Az én trafóm tudja mindegyik feszültséget, ezért én ilyenkor átkötöm a sorkapcsokon a vezetékeket.

Amit észrevettem, hogy – a nagyobb IC tápfesz miatt valószínűleg – a frekvencia magasabb értékig megy föl a potméter állításával. Mivel sem oszcilloszkópom, se frekvenciamérőm, ezért nem tudom mettől-meddig szabályoz. Az 50 Hz-et fülre állítottam be, a tápegységem trafójának búgásához. Kicsit ugyan eltérően zenélnek, mert a négyszögjelnek "ércesebb" a hangja a szinusznál.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás