500 WATT DC-ACby Harry Lythall - SM0VPO (Traducción

By Hipatetik µ@X¡ para forosdeelectronica.com)

PRECAUCIÓN! - Este proyecto genera voltajes peligrosos y puede causar un incendio en el caso de una falla. Sí usted no es capaz de manejar estos voltajes entonces no intente construir este proyecto, sin la supervisión de alguien que esté calificado. ESTE PROYECTO NO ES RECOMENDABLE PARA NIÑOS O PRINCIPIANTES.

Introducción

Este proyecto es un avance del original: "Poder Alternativo" , que pueden encontrarlo en psu_inverter_01.htm. En el proyecto les mostraba como había generado 50/60Hz a 50 Watts, suficiente como para encender 4 lámpras de bajo consumo de 11W, y para construir el circuito en 15 minutos, sin soldar.También les mostré como construir inversores mas grandes, usando transistores bipolares.

Este proyecto es una extensión de ese proyecto, pero este necesita un poco más de experiencia al soldar. Puede generar facilmente 500W Como parte de un kit incluiré los transistores y un transformador para generar 40Watts. Aquí está el circuito ensamblado y generando 400 Watts. La placa es de 2.1" por 2.4" así que pueden darse una idea en referencia a la escala de la foto.

Este inversor DC-AC es mucho mas estable en frecuencia que el que se hace en 15 minutos y puede ser construido para operar con voltajes desde 12 Volts a 48 Volts. Las ventajas básicas de esta unidad son:

Baja corriente de reposo en la placa de control - cerca de 10mA Opera desde 12v, 24v o 48v

Alta eficiencia - minima disipación

Frecuencia estable con carga

Máxima tolerancia de componentes

Una sola placa para 10Watts...o 1000Watts.

SI! La misma placa funciona para un pequeño transformador de 10Watt, pero también con uno de 1000. Si encontras uno de esos trafos gigantes a un "precio razonable" entonces por favor escribime.

Descripción del Circuito

El corazón de este circuito es un simple oscilador multivibrador, TR1 y TR2. Usé unos BC547 porque tengo un montón de ellos, pero BC108, 2N2222, o cualquier NPN de silicio van a funcionar. La frecuencia está determinada por el capacitor de 0.1uF y las R de 120k (100K), R1 y R2. Se usa 100K si se quieren 60Hz. Si usas la unidad en interiores en un ambiente de temperatura controlada, entonces podes usar capacitores cerámicos comunes. De lo contrario deberias usar de "Polyester" (dieléctrico de polyester o polipropileno ), que tienen excelentes propiedades de estabilidad térmica.

La salida del multivibrador, en principio, podría alimentar directamente las compuertas de los MOSFETs, pero para una mejor eficiencia los queremos encendidos 100% ON, o apagados 100% OFF (fíjense que evité el uso del término "hard on" :-). Si analizan los colectores de TR1 y TR2 encontrarán que no se genera un buena onda cuadrada. Se ve algo así:

Esa "subida" positiva es un problema. Si los transistores de poder están solo al 1/2 conduciendo, entonces disiparán (perderán) mucho poder. El intervalo de tiempo entre OFF y ON será pequeño, pero es suficiente para hacer que el Transistor de salida disipe potencia. Si sólo se disipara un 2% entonces 500 Watts mi pequeño disipador se cocinaría. quiero una bella y limpia onda cuadrada. Pero también puedo usar esta subida para causar una demora, así que hay un momento de pausa entre los dos estados de ON de los 2 transistores. Esto prevendrá cualquier superposición.

Esto es hecho por el amplificador operacional, IC1, que conmuta ON y OFF limpiamente y también funciona como un detector de nivel. Cuando los colectores de TR1 y TR2 alcanzan los 11 Volts (en el centro del círculo de la foto del osciloscopio), entonces IC1 cambiará de estado. Con estas ondas cuadradas limpias de 0 - 12 Volt hacia TR3 ay TR4, estos estarán completamente OFF, y Completamente -ON (sorry!!). Asi que veamos el circuito modificado:

El IC2 (78L12) es un regulador de voltaje de 12V que alimenta al Operacional y al oscilador. Solamente necesita dar unos 10mA de corriente de reposo para toda la placa, y maneja un máximo de 30-35 Volts. La lámpara de 24 Volt en el circuito de alimentación es una forma barata de limitar la corriente a un nivel seguro. La lámpara no es necesaria si se usa para el inversor 12V.

Fíjense el capacitor no electrolítico de 1µF por 400vDC puesto cruzando el bobinado de salida de 230v AC. Este capacitor saca las chispas que podrían dañar ciertos equipos sensitivos. Si quieres realmente hacerlo bien, entonces podrías usar un filtro de PI formado por un choque de entrada, formado por choques de 10mH y capacitores NO electrolíticos de 10uF, que harán que la onda de salida se asemeje a una sinusoide. Esto habilitará al dispositivo para trabajar con otro equipamiento mas sensible, los que están en la lista de mas abajo en este artículo (en la columna de "NO conectar").

El transformador puede ser cualquiera que tenga el bobinado de la primario, el de la línea (220-110V CA) a otro de bajo voltaje, el secundario, y que este tenga una toma central. Lo uso al revés. Uno de 12-012V a 230(115V) que maneje la corriente es perfecto para 12V y 250Watt. Uno de 24-0-24V a 230V (115V) es lo mejor para llegar a 500Watts. Necesitarás uno de 48-0-48V a 230(115V) si quieres llegar más allá de los 1000Watts. Se pueden poner transformadores en paralelo, mientras sean idénticos. Uno de 0-24 a 230V + otro de 0-24 a 230V pueden tener los dos secundarios en serie para tener 24-0-24V a 230V.

Una fuente accesible de transformadores de bajo poder son los desguaces de amplificadores HI-FI. A menudo esos trafos son de 30-0-30V que mandan voltajes rectificados de 36v DC. Generalmente son buenos para sacar 100Watts. Para más de 200W, podes usar los de esta página Elfa pero a $90 (mas 25% de impuesto) son muy caros. De cargadores de batería también se puede, o bien rebobinar un transformador elevador-aislador de la línea eléctrica de 500Watts, o uno de un conversor de 110-220V..

Construcción

Todos los componentes, salvo el transformador, son montados en un PCB impreso de un solo lado, los MOSFET de potencia también van en la placa, pero son montados en un disipador, que a la vez provee soporte para la placa. La placa no debe ser puesta sobre nada, bajo ninguna circunstancia..

Presta mucha atención a los componentes, especialmente la orientación de los transistores y el capacitor electrolítico de 10µF. Tengo que admitirlo, pero tuve un gran susto con el primer prototipo de esta placa. Cometí el error básico de poner invertido el capacitor electrolítico. Estos "pequeños insectos" hacen un ruido muy claro!

Los transistores de poder deben ser montados por separado, en disipadores aislados. Estos a la vez sno las conexiones a los transistores, asi que NO deben estar en contacto el uno con el otro, o con el chasis de la unidad. Solamente necesitas 20cm2 de área en el gabinete, e incluso es más de lo que se necesita. El disipador es más bien una cuestión de seguridad que de necesidad, ya que el prototipo tira 250Watts continuos sin ningún disipador :-). Yo usé pinzas de cocodrilo grandes como disipadores, compradas a los distribuidores locales.

Durante el uso necesitaras un fusible en la alimentación de la batería. Si quieres cargar al inversor con 500Watts, entonces tendrás una corriente de 45 Ampres a 12Volts, o 22Amperes a 24 Volts. A 48 Volts, la corriente será de 10 Amperes.

TR3 y TR4 pueden ser seleccionados según el propósito. Usé IRFP260 HEXFETs, que son unas bestias excelentes. Si aplicas 10Volts a la Compuerta (G) entonces tienen una resistencia de ON de 0.055ohms aproximadamente. Pueden manejar 45Amperes, largando una chispa a los 150Amperes. También toleran hasta 200Volts. El problema es lo que salen en dinero. Salen mucho!.Para una unidad auxiliar modesta de 24V a 115/230V, entonces IRF540 pueden ser un buen equilibrio entre dinero y poder. Podrás sacarles 200Watts al par. Aquí se puede ver una rápida comparación entre algunos dispositivos: .

Transistor Potencia (max) Vds (max) Id (max) Precio en ELFA

IRF710 36 Watts 400 Volts 2 Amperes US$ 1.00

IRF510 40 Watts 100 Volts 5 Amperes US$ 1.50

BUZ80A 75 Watts 800 Volts 3 Amperes US$ 14.00

IRF540 150 Watts 100 Volts 30 Amperes US$ 4.00

IRFP260N 300 Watts 200 Volts 50 Amperes US$ 11.00

STE180NE10 360 Watts 100 Volts 180 Amperes US$151.00

Yo usé la página de ELFA: elfa power FET page como referencia para los datos y los precios (en Euros). El dispositivo que elijas debe estar indicado para al menos 4 veces el voltaje de la bateria que usas. Algo para recordar cuando se juega con poder es que cuando las cosas salen mal generalmente hay un violento despliegue pirotécnico, así que mejor selecciona dispositivos con un buen margen..

En caso de que no lo sepas, los transistores de poder contienen un diminuto pedazo de silicio y mucho humo. El humo está altamente presurizado, que es lo que hace que estos dispositivos sean tan caros. Si dejas que el humo salga entonces no van a andar más. .

Todos los componentes encajan en la PCB, y los transistores de poder son usados para sostener la placa. No usé la lámpara de restricción de corriente para el prototipo, principalmente porque soy muy vago. También sentí que no iba a cometer otro error y volar otros componentes. Pero pondré la lámpara antes de poner a trabajar a tiempo completo la placa. Aquí está el PCB completo:

Testeo

Cuando se testea, NO uses cables de pinzas cocodrilo a pinzas cocodrilo para las conexiones de la batería, o podrías quemarte las manos en el caso de una falla en el cableado. Las baterías de ácido pueden manejar corrientes peligrosas.

Si tenes un osciloscopio a mano, entonces aplica voltaje a la placa, antes de conectar el transformador. Mira la compuerta (G) de cada transistor de poder. Debe haber una onda cuadrada limpia y perfecta de 0 a 12V. Si tenes un tester analógico, fijate si hay cerca de

6V DC presente en los mismos terminales, con respecto al negativo de la batería. Si medis los voltajes de AC entre las compuertas (Gate) de TR3 y TR4 tiene que haber 12Volts.

Uni los cables del transformador a los disipadores y conectá el positivo de la batería al transformador. Los cables de la batería deben ser de por lo menos 5Amperes, mínimo. Esto significa por lo menos 1.5mm de díametro (1.8 de sección) (14-AWG o 16SWG). Ahora podes cargar el inversor a 100WAtts a 24Volts (50Wats a 12Volts). Aquí hay una tabla simple que te dará una idea de los diámetros mínimos necesarios en los cables:

12 Volt 24 Volt 48 Volt

PotenciaAmpere

sDia. AWG SWG

Amperes

Dia. AWG SWGAmpere

sDia. AWG SWG

50 Watt 5 A 1.6 14 16 2.5 A 1.1 18 18 1.3 A 0.8 21 21

100 Watt 10 A 2.1 12 14 5 A 1.6 14 16 2.5 A 1.1 17 18

150 Watt 15 A 2.5 10 13 7.5 A 1.8 13 15 4 A 1.3 16 17

250 Watt 25 A 3.3 8 10 12.5 A 2.4 11 13 6 A 1.7 14 16

350 Watt 35 A 4.1 6 9 18 A 2.9 9 11 9 A 2.0 12 14

500 Watt 50 A 4.7 5 8 25 A 3.3 8 10 12 A 2.4 11 13

750 Watt - - - - 40 A 4.3 6 9 20 A 3.0 9 11

1000 Watt

- - - - - - - - 25 A 3.3 8 10

NOTAS:

1. Estos datos son para cable de alambre que NO está bobinado o aislado termicamente.

2. Los datos se aplican a un cableado corto .

3. "-" Indica un nivel de potencia que no es práctico.

4. Los tamaños de alambre AWG (B&S) y SWG (metrico) son paroximados. Agarrá los mas grandes que tengas a mano.

5. El díametro del cable (Dia.) está dado en milímetros.

Restricciones

La unidad descripta aquí proveerá una fuente de poder AC muy confiable. Ten en cuenta que esta unidad NO genera una onda sinusoide, lo que significa que controladores de

potencia usando control de "ángulo de fase", como reguladores de taladro, dimmers, y controladores de aparatos calentadores, no andarán. La unidad estará 100% ON u OFF. .

Muchos motores "síncronos" requieren una onda sinusoide limpia para andar sin quemarse. El viejo motor "jaula de ardilla" puede sobrecalentarse. Esto incluye ventiladores de pie y de techo, y esos grabadores retro y los de dos carretes. La mayoría de las bombas de calefacción central también requieren una onda sinusoide limpia. .

Esta unidad DC-AC también está basada en un oscilador de andar libre. Esto significa que la frecuencia es cercana, pero no exacta, que es lo que se paga por una unidad simple. Tu reloj despertador digital puede ganar o perder un par de horas al día, pero la radio va a andar. Puedes olvidarte del timer de tu VCR, pero se la puede usar para reproducir y grabar normalmente.

Se puede, sin embargo, usar para la mayoria de los artefactos eléctricos domésticos, como el cargador de celular, la computadora, modem, lamparas, TV, de hecho en el 90% de tus aparatos eléctricos va a andar. En general,si el aparato tiene entrada de transformador o una de esas unidades externas que se enchufan a la pared para tener 12Volts, entonces debería andar bien. Pero aquí presento una corta lista de cosas que van a andar y cosas que no:

SE PUEDE USAR NO SE PUEDE USAR

Cargador de celularesEquipo de testeo electrónicoComputadora, impresora, modemMonitoresLámparas de TugstenoTubos fluorescentesLampras de Bajo consumoRadio, TV, VCRReceptores de Satelite/Terrestre Candados, seguridad, CCTVMotores AC/DC, taladros, sierrasCargadores, arrancadores, calentadoresEquipos con transformador de entradaCalefactores de aceiteAlarmas de incendio, robo"Eliminador de baterías"Juguetes, Trenes a escala, etcTodos los equipos a válvulas.

Ventiladores de techo (brushless)Motores de fase, síncronosunidades de control de ángulo de faseRelojes, que dependan de los 50/60HzDimmersRegulador de velocidad de taladrosSistemas de calefaccion central síncronosViejas mesas de grabación

Si no estás seguro, no te arriesgues usándolo. Si queres probar, entonces observa mientras lo haces. Si no anda al conectar, entonces desenchufalo de inmediato. Si anda, mantenlo vigilado por un tiempo, asegurándote que no recaliente. Muchos equipos con con entrada de transformador andaran más eficientemente con onda cuadrada.

Epilogo

El texto de abajo te dará una buena idea de como construir este proyecto, y como modificarlo para otros niveles de potencia. El resultado es una unidad de potencia DC-AC que entregará 220V continuamente en el caso de un corte en la línea. En principio no hay un límite máximo a la potencia que se puede sacar de él. Los transistores de potencia no manejan corriente en la compuerta, lo que significa que se puede construir la unidad para 500Watts, entonces agregar otro par como TR3-TR4 y otro trasnformador para tener 2X 500Watts. Alimenta el nuevo par desde IC1 por medio de otros resistores de 2,2K. IC1 entregará suficiente como para alimentar 8 o más sets de transistores de potencia, lo que significa que un inversor de 4000Watts (8 X 500W), 6000W o 8000W (8x 1000W) es realmente práctico.

Un buen truco para niveles bajos de potencia es hacer andar equipos desde esta unidad continuamente, pero cargar las baterias con un cargador de baterias convencional. La carga debe ser capaz de entregar el doble de corriente manejada por la unidad DC-AC. Esto te dará una fuente de poder ininterumpida. Si la alimentación principal falla,nunca te enterarás de que ocurrió.

Si podés comprarte un panel solar, o tener un molino de viento que tire suficiente corriente, entonces también podes ahorrar dinero cargando la bateria al mismo tiempo que la usas. Probablemente nunca puedas independizarte de la companía eléctrica, pero estarás en condiciones de reducir lo que les pagas a ellos. Un par de generadores de auto en una placa pueden ser alimentados desde un motor de cortadora de césped, y esta es la solución que mi hijastro Magnus usó en la isla de su novia. El usa un sistema de 12V así que usó solamente un generador:

Límite de responsabilidad

Si no está seguro de que equipos van a andar, entonces no lo intente construir ni probar. No aceptaré ninguna responsabilidad por cualquier daño, causado por el uso de este proyecto. Es tu responsabilidad cuando enchufas un equipo..

INVERSOR

500W low cost 12V to 220V inversor

Using this circuit you can convert the 12V dc in to the 220V Ac. In this circuit 4047 is use to generate the square wave of 50hz and  amplify the current and then amplify the voltage by using the step transformer.

 

How to calculate transformer rating

The basic formula is P=VI and between input output of the transformer we have Power input = Power output

For example if we want a 220W output at 220V then we need 1A at the output. Then at the input we must have at least 18.3V at 12V because: 12V*18.3 = 220v*1

So you have to wind the step up transformer 12v to 220v but input winding must be capable to bear 20A