Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой (от 12В до 110В/220В) - Своими руками
Своими руками

Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой (от 12В до 110В/220В)

>

Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Немного о том, почему важен инвертор именно с чистой синусоидой для обычного бытового потребителя. Не вдаваясь в дебри электротехники, чисто на бытовом уровне, многие электроприборы будут работать, только если форма выходного сигнала – чистый синус, другие приборы будут работать и на меандре, но со значительной потерей мощности и с потенциальным риском выхода из строя. К рисковым приборам относятся холодильники, насосы, стиральные машинки, котлы отопления и т.д.

Форма выходного сигнала не имеет особого значения для большинства современных телевизоров, светодиодных ламп, приборов имеющих собственные блоки питания, например ноутбук.

Соответственно цена на инвертор (или бесперебойный источник питания) с чистой синусоидой существенно выше.
В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам как сделать недорогой инвертор с чистой синусоидой от 12 В до 220 В (DC-AC) с нуля. Проект основан на недорогом модуле платы драйвера EGS002 SPWM. Плата инвертора может обрабатывать до 1 кВт (в зависимости от размера трансформатора). На создание этого проекта было потрачено около 30 долларов.
Инструменты и материалы:- Модуль драйвера инвертора EGS002 SPWM;
– МОП-транзисторы IRF3205 или IRLB4132 – 16 шт;
– Трансформатор 12 В – 220 В (500 Вт / 1000 Вт);
– Комплект изоляции транзисторов – 16 шт.;- Транзистор TIP31C NPN;- Стабилизатор напряжения L7805;- Диод 1N4007 (8 шт.);- Термистор NTC 10 кОм;- Многооборотный триммер 10 кОм;- Резистор 10 Ом (4 шт.);- Резистор 2,2 кОм;- Резистор 10 кОм (4 шт.);- Резистор 100 кОм (2 шт.);- Конденсатор 470 нФ 25v;
– Конденсатор 2,2 мкФ 350 В;
– Конденсатор 2.2 мкФ 25В;
– Конденсатор 10 мкФ 25 В;
– Конденсатор 100 мкФ 25 В;
-Сенсибилизированная плата;
-Вентилятор 12В;
– Проявляющий раствор (гидроксид натрия);
– Травитель (Хлорид железа);
– Ножовка по металлу;
-Паяльные принадлежности;-Пластиковый ящик;
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Шаг первый: о проекте
Немного общей информации о проекте.
В электростанциях используются генераторы, которые генерируют чистый синусоидальный сигнал. Все наши приборы переменного тока изначально были разработаны для работы с этой формой волны.

Несколько лет назад синусоидальные инверторы были чрезвычайно дорогими (200-1000 долларов), и в результате прямоугольная волна и модифицированная прямоугольная волна стали обычным и доступными вариантом.

Инверторы с волной прямоугольной формы менее эффективны и могут повредить чувствительные приборы.
Помимо того что инверторы прямоугольной формы являются дешевыми они создают неприятные гудящие звуки в двигателях, трансформаторах и т.д. Поэтому мастер и решил изготовить инвертор с чистой синусоидой.

Особенности проекта.
Трансформатор можно заменить для работы с выходами 110В / 220В / 230В.
Устройство имеет обратную связь по выходному напряжению (постоянное выходное напряжение переменного тока)
Неискаженный чистый синусоидальный выход (с нагрузкой)
Выбираемая выходная частота (60 Гц / 50 Гц)

Текущая защита
Защита от напряжения
Температурная защита
Активное охлаждение

ЖК-экран
Модульная конструкция с возможностью замены комплектующих
Проект состоит из двух частей. Сначала мы разбираем первую, часть и по мере выхода второй, она будет представлена на обозрение читателей. Во второй части мастер планирует улучшить проект.

Ожидается, что следующая конструкция индуктора с одной катушкой будет иметь меньший форм-фактор, более высокую эффективность преобразования и более низкое энергопотребление в режиме ожидания. Комплектующие будут заменены на SMD-компоненты. Будет произведен еще ряд улучшений.

Мастер предупреждает:
Будьте особенно осторожны с этим проектом, так как он дает на выходе «высокое напряжение – большой ток». Плата была разработана для трансформатора мощностью 1 кВт. Из-за его отсутствия я смог приобрести только лишний трансформатор ИБП мощностью 500 Вт 12 В – 220 В. Насколько мне известно, я смог добиться только 400 Вт с минимальным искажением синусоидальной волны. Во второй части видеоурока будет показан процесс устранения неполадок и подключения к большему трансформатору. В части 3 будет показан процесс разработки инвертора для конкретного пользователя с использованием модуля EGS002, а в части 4 – о создании лучшего инвертора с входом 48 В для моей автономной солнечной панели.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Шаг второй: о плате EGS002
EGS002 – это универсальное комплексное решение за 3 доллара для создания инверторов с чистой синусоидой. Можно построить из него инверторные блоки малой мощности и высокой мощности. Прямо из коробки, это еще не инвертор. Чтобы превратить его в функциональный инверторный аппарат, нужна обвязка.

Хорошие высокомощные коммерческие инверторы с чистой синусоидой очень дороги. и их цена варьируются от 120 до 400 долларов. С EGS002 вы можете проектировать всевозможные инверторы с входным напряжением, выходным напряжением и номинальной мощностью по вашему выбору. Общая стоимость проекта состовляет около 20 долларов, что в десятки раз меньше.

Теперь рассмотрим, что есть на плате EGS002.
Микроконтроллер SOIC EG8010 – EGS002 использует микросхему микроконтроллера EG8010 ASIC (специализированная интегральная схема), для вывода логических сигналов SPWM для управления инверторами H-Bridge. Микросхема также оснащена входами / выходами, специально разработанными для контроля напряжения замкнутого контура, контроля тока отключения, контроля температуры и вывода привода вентилятора. В отличие от проекта инвертора на базе Arduino, чип предварительно запрограммирован и готов к использованию.
Драйвер MOSFET / IGBT со стороны высокого и низкого уровня – плата также содержит два драйвера MOSFET IR2110S для управления N-канальным H-мостовым MOSFET для SPWM и переключения полярности на трансформатор или катушку индуктивности.
OP-AMP для измерения тока – на плате есть OP-AMP LM393 для усиления напряжения от шунтирующего резистора. Усиленное напряжение возвращается на аналоговый вход EG8010, поскольку микросхема использует его для защиты от перегрузки по току.
Выход на ЖК-дисплей – микроконтроллер EG8010 уже был предварительно запрограммирован для работы с собственным ЖК-дисплеем. Вы можете добавить доллар к EGS002 за 3 доллара, чтобы получить дополнительный ЖК-экран. Отображает выходное напряжение, ток, температуру и частотный режим.
Одинарный светодиодный индикатор ошибки – на плате есть один красный светодиод, который будет мигать определенное количество раз, отображая ошибки для устранения неполадок.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Ознакомится с документацией по плате EGS002 и аналогичной EG8010 можно скачав pdf ниже.
EG8010 IC Datasheet.pdfEGS002 SPWM Driver Board Datasheet.pdf
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Шаг третий: настройка EGS002 (выбор 60 Гц и 50 Гц)
Сзади платы в верхней левой части есть паяльных площадок для настройки определенных параметров платы. Для установки нужных параметров можно посмотреть таблицу в конце шага или прочесть краткое руководство.
Установка частоты переменного тока.
В зависимости от страны или континента, в котором вы живете, частота переменного тока устройства будет варьироваться. Например: на Филиппинах и в Америке это 60 Гц, в Индии, Китае и Европе (и в России) это 50 Гц. По умолчанию на плате установлено 50 Гц.
Для установки на 60 Гц нужно припаять перемычку JP1 и снять JP5.
Подсветка ЖК-дисплея.
Если у вас есть комбинированный комплект EGS002 + ЖК-дисплей, вы можете отключить светодиодную подсветку ЖК-экрана для экономии энергии. Также можно припаять переключатель к JP9, чтобы иметь возможность включать и выключать его в любое время. По умолчанию он включен.
Включение подсветки ЖК-дисплея – перемычка JP9.
Режим плавного пуска.
Режим плавного пуска – полезная функция, позволяющая предотвратить скачок потребляемой мощности после подключения источника постоянного тока к инвертору при подключенной нагрузке. В режиме плавного пуска напряжение будет медленно увеличиваться до установленного вами выходного напряжения в течение 3 секунд (например: 0-220 В за 3 секунды). Это также предотвращает появление искр при подключении инвертора к батарее. Если вы планируете построить схему ИБП, вам придется отключить ее.
Для включения режима плавного пуска – установите перемычку JP2 и снимите JP6.
Deadtime
Deadtime – это время в секундах, в течение которого полевые МОП-транзисторы должны отключиться перед переключением фаз. Это сделано для предотвращения перекрестной проводимости (быстрого короткого замыкания) через полумостовой МОП-транзистор (пара вертикальных МОП-транзисторов) во время высокоскоростного переключения установки Н-моста. Есть четыре режима . По умолчанию установлено 300 нс, что является наиболее приемлемым для большинства задач.
Для изменения настроек на пользовательские:
300 нс – перемычка JP7 и JP8.
500 нс – перемычка JP3 и JP8.
1.0us – перемычка JP4 и JP7.
1,5 мкс – перемычка JP3 и JP4
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Шаг четвертый: схемы
Левая часть схемы относится к тому, что находится на плате EGS002, а правая – к схеме, которую нужно будет смонтировать, чтобы построить полностью функциональный инвертор.

Мастер связал контакты стока MOSFET, охлаждающий вентилятор 12 В и контакт 12 В платы EGS002 как Vcc (источник входного питания). Обратите внимание, что 12-вольтовый вывод EGS002 – это то, что обеспечивает управляемые выходы драйвера IR2110S для затворов полевых МОП-транзисторов. Это означает, что максимальное входное напряжение для инвертора ограничено максимальным напряжением затвора MOSFET (обычно 20 В) и максимальным входным напряжением регулятора 5 В (35 В для 7805). В дальнейшем он планирует еще одно руководство по системам инверторов с более высоким входным напряжением (24 В / 48 В / 72 В).

Также он подключил четыре полевых МОП-транзистора параллельно для каждого из 4-х полевых МОП-транзисторов, используемых в монтаже H-моста, что в сумме дает 16 МОП-транзисторов. Это было сделано для уменьшения сопротивления системы в открытом состоянии для установки более мощных трансформаторов (+1 кВт при 12 В). Вы можете оставить некоторые слоты MOSFET пустыми для схем 4/8/12 MOSFET.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Шаг пятый: дизайн печатной платы
Вы можете изготовить свою собственную самодельную печатную плату или выбрать профессиональное изготовление печатных плат на соответствующем сайте.

Для этого проекта мастер решил сделать самодельную двустороннюю печатную плату. Вместо переноса тонера он использовал метод изготовления светочувствительной печатной платы, аналогичный тому, что используют фабрики. Способ удобен для струйной печати, в отличие от технологии переноса тонера.

Скачать файлы для печати или самостоятельного изготовления плат можно ниже. Файлы gerber также были включены в zip-архив. Можете заказать печатные платы на PCBway без загрузки gerber, просто кликнув на две верхние ссылки ниже.
Основная плата инвертора Плата для подключения фильтров
Пакет файлов:схема, печатная плата и файлы документации для загрузки в zip- архиве
PDF – файлы:
Коммутационная плата фильтра (нижний слой) .PDFОсновная плата инвертора (нижний слой) .PDFОсновная плата инвертора (верхний слой) .
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Шаг шестой: изготовление платы
Дальше мастер приступает к изготовлению плат. Вместо переноса тонера он использовал метод изготовления светочувствительной печатной платы, аналогичный тому, что используют фабрики. Он удобен для струйной печати, в отличие от технологии переноса тонера.

Печатает макет и отрезает плату по размеру.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Дальше снимает светозащитную пленку с печатной платы. Если не использовать прозрачную пленку для разводки печатной платы, то можно нанести немного детского крема, чтобы сделать распечатку на бумаге полупрозрачной, это позволит свету проходить сквозь бумагу. Затем помещаем плату с макетом под УФ-лампу на 7 минут или на 10-15 минут под люминесцентную лампу.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)После процесса фотоэкспозиции погружает фотоэкспонированную печатную плату в проявочный раствор (поставляемый с пакетами светочувствительных печатных плат). Используемое химическое вещество – щелочь или гидроксид натрия, смешанные с водой. В конечном итоге проявятся следы маски.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Далее помещает плату в травильный раствор с хлоридом железа.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)После травления промывает плату и удаляет остатки краски.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Шаг седьмой: монтаж
Сверлит отверстия в радиаторе.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Одним из ограничений самодельных печатных плат является отсутствие проводящих сквозных отверстий и переходных отверстий. Мастер разработал печатную плату для работы со сквозными отверстиями. Просто зачистите сплошной провод и припаяйте его, чтобы соединить сильноточные линии с каждой стороны.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Можно залудить следы припоем, чтобы обеспечить больший ток и предотвратить окисление меди в будущем.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Дальше монтирует плату согласно схемы. Как было сказано в предыдущем шаге, домашние печатные платы не имеют сквозных отверстий. Обязательно припаяйте ножки компонентов к верхней и нижней медным площадкам.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Отмечает и сверлит отверстия в радиаторе.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Мастер использует полевые МОП-транзисторы в корпусе TO-220. Металлический язычок МОП-транзистора технически привязан к его истоку. Необходимо обеспечить электрическую изоляцию, чтобы избежать проводимости между другими наборами полевых МОП-транзисторов.
Добавьте немного термопасты.
Нанесите изоляционную прокладку (слюда / стекловолокно).
Добавить термопасту.
Добавить пластиковую втулку (винтовая изоляция).
Прикрутите болты к радиатору.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)На печатной плате также отсутствует паяльная маска. Возьмите клейкую ленту и изолируйте нижнюю часть радиатора, чтобы он не закоротил медные дорожки на верхнем слое печатной платы.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)В цепи используется шунтирующий резистор для измерения тока и защиты от перегрузки по току. Вместо громоздких резисторов большой мощности можно использовать сплошной медный провод в качестве импровизированного низкопрофильного шунтирующего резистора. Мастер зачистил медный одножильный провод диаметром 2 мм, отрезал его до 60 мм, согнул и припаял к плате.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Между радиаторами устанавливает конденсатор емкостью 3300 мкФ 25 В на землю и вход питания +12 В постоянного тока для повышения стабильности.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Датчик NTC 10 кОм должен быть подключен к контактным площадкам на плате для контроля температуры. Если вы не планируете использовать датчик температуры, просто подключите к нему резистор 10 кОм. С другой стороны, инвертор все равно будет работать с охлаждающим вентилятором 12 В или без него.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Плата EGS002 продается отдельно и в комплекте с дисплеем и 7-контактным разъемом. Просто подключите контакты ЖК-дисплея к выходу на ЖК-дисплее EGS002. Как на ЖК-дисплее, так и на плате EGS002 есть надписи о том, где его подключить.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Припаивает провода трансформатора к плате и провода к входу питания.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Конденсатор фильтра должен быть добавлен для сглаживания грубого и остроконечного выходного сигнала от трансформатора. Согласно таблице данных, должен работать простой конденсатор 2,2 мкФ + 350 В (неполяризованный). Мастер сделал для него простую коммутационную плату, подключив к ней параллельно три винтовых клеммы. Пара проводов идет к высоковольтному выходу трансформатора, другая пара – к розетке, а третья пара – обратно к входу обратной связи основной платы инвертора.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Вот как выглядят осциллограммы с конденсатором и без него.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Шаг восьмой: калибровка выходного напряжения и тестирование устройства
Перед использованием инвертора обязательно откалибруйте выходное напряжение. В собранном проекте инвертора предусмотрена регулировка с обратной связью по выходному напряжению. Это означает, что пользователь может установить конкретное выходное напряжение, и инвертор будет стараться поддерживать это заданное выходное напряжение, даже когда напряжение падает, когда батарея (источник питания) начинает разряжаться. У этой настройки есть предел: если ваш инвертор больше не может поддерживать установленное выходное напряжение, светодиод ошибки будет мигать, и инвертор автоматически отключится.
Подключите вольтметр к выходу переменного тока.
Установите вольтметр на диапазон переменного тока.
Включите инвертор.
Поворачивая подстроечный резистор выставьте напряжения (220 В / 230 В).
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Во время тестирования мастер подключил литий-ионный аккумулятор 3S6P 18650 в качестве источника питания. Для теста он выбрал литий-ионный аккумулятор, так как каждая ячейка может дать 20 А или всего 120 А. Что касается выходного сигнала, то ему удалось получить только около 400 Вт на выходе с чистой формой выходного сигнала. Дальше инвертор просто отключается. Но, как уже говорилось, мастер продолжает работать над улучшением устройства.
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой  (от 12В до 110В/220В)

SitesReady

Только те, кто предпринимают абсурдные попытки, смогут достичь невозможного. - Альберт Эйнштейн

Follow us

Don't be shy, get in touch. We love meeting interesting people and making new friends.