この投稿では、フェライトコアトランスを組み込んだ5000ワットのインバータ回路の構築について説明します。これにより、従来の鉄コアの対応物よりも非常にコンパクトになります。

ブロック図

このフェライトコアインバーターは、100ワットから5 kvaまで、または好みに応じて、任意のワット数に変換できることに注意してください。

上記のブロック図を理解するのは非常に簡単です。

12V、24V、または48Vのバッテリーまたはソーラーパネルを介した入力DCは、フェライトベースのインバーターに適用され、約50kHzの高周波220VAC出力に変換されます。

しかし、50 kHzの周波数は私たちの家電製品には適していない可能性があるため、この高周波ACを必要な50 Hz / 220V、または120V AC / 60Hzに変換する必要があります。

これは、この高周波を目的の220VACに出力に変換するHブリッジインバーターステージを介して実装されます。

ただし、この場合、Hブリッジステージには220V RMSのピーク値が必要になります。これは、約310VDCです。

これは、高周波220Vを310 VDCに変換するブリッジ整流器ステージを使用して実現されます。

最後に、この310 VDCバス電圧はHブリッジを使用して220V 50Hzに変換されます。

同じDC電源から電力を供給される50Hzの発振器ステージも見ることができます。この発振器は実際にはオプションであり、独自の発振器を持たないHブリッジ回路に必要になる場合があります。たとえば、トランジスタベースのHブリッジを使用する場合、それに応じてハイサイドMOSFETとローサイドMOSFETを動作させるためにこの発振器ステージが必要になる場合があります。

更新： 新しく更新されたものに直接ジャンプすることをお勧めします ' シンプルなデザイン '、この記事の下部近くにあります。これは、以下の概念で説明するような複雑な2段階のプロセスを経る代わりに、トランスレスの5kva正弦波出力を取得するための1段階の手法を説明しています。

シンプルなフェライトコートインバーター設計

5kvaバージョンを学ぶ前に、これが新参者のためのより簡単な回路設計です。この回路は、専用のドライバICを使用せず、nチャネルMOSFETのみで動作します。ブートストラップ段階。

完全な回路図は以下で見ることができます：

400V、10アンペアMOSFETIRF740仕様

上記の単純な12Vから220VACフェライトインバータ回路では、既製の12Vから310VのDCコンバータモジュールが使用されていることがわかります。これは、複雑なフェライトコアベースのトランスを作成する必要がないことを意味します。新しいユーザーにとって、この設計は、複雑な計算に依存することなくこのインバーターをすばやく構築できるため、非常に有益な場合があります。フェライトコアの選択。

5kva設計の前提条件

まず、提案されている5kVAインバータ回路に電力を供給するための60VDC電源を見つける必要があります。意図は、60VのDC電圧をより低い電流でより高い310Vに変換するスイッチングインバーターを設計することです。

このシナリオで従うトポロジーは、5：18の比率で変圧器を使用するプッシュプルトポロジーです。必要になる可能性のある電圧調整と電流制限については、すべて入力電圧源から電力が供給されます。また、同じ速度で、インバーターは許容される電流を促進します。

20Aの入力ソースになると、2〜5Aを得ることができます。ただし、この5kvaインバータのピーク出力電圧は約310Vです。

フェライトトランスとMOSFETの仕様

アーキテクチャに関しては、Tr1トランスには5 + 5の一次巻線と18の二次巻線があります。スイッチングには、4 + 4 MOSFET（IXFH50N20タイプ（50A、200V、45mR、Cg = 4400pF）を使用できます。また、Uds 200V（150V）で、導電抵抗が最小の任意の電圧のMOSFETを自由に使用できます。使用されるゲート抵抗とその速度および容量の効率は優れている必要があります。

Tr1フェライトセクションは約15x15mmのフェライトcで構成されています。 L1インダクタは、ワイヤとして巻かれる可能性のある5つの鉄粉リングを使用して設計されています。インダクタコアおよびその他の関連部品については、古いインバータ（56v / 5V）およびスナバステージ内からいつでも入手できます。

フルブリッジICの使用

集積回路の場合、ICIR2153を展開できます。 ICの出力はBJTステージでバッファリングされているのがわかります。さらに、関連するゲート容量が大きいため、パワーアンプの相補ペアの形でバッファを使用することが重要です。BD139およびBD140 NPN / PNPトランジスタのカップルがうまく機能します。

代替ICはSG3525にすることができます

あなたはまたのような他の制御回路を使用しようとするかもしれません SG3525 。また、入力の電圧を変更して、テスト目的で主電源に直接接続して作業することもできます。

この回路で使用されるトポロジーには、ガルバニック絶縁の機能があり、動作周波数は約40kHzです。インバータを小規模な操作で使用する予定の場合は冷却しませんが、長時間の操作ではファンまたは大きなヒートシンクを使用して冷却剤を追加してください。ほとんどの電力は出力ダイオードで失われ、ショットキー電圧は約0.5V低くなります。

入力60Vは、5個の12Vバッテリーを直列に接続することで取得できます。各バッテリーのAh定格は100Ahである必要があります。

データシートIR2153

上記のドライバーステージには、BD139 / BD140を使用せず、代わりにBC547 / BC557を使用してください。

高周波330Vステージ

上記の5kvaインバータ回路のTR1の出力で得られた220Vは、ACコンテンツが入力40 kHz周波数で発振するため、通常の機器の動作には使用できません。上記の40 kHz 220VACを220V50Hzに変換する場合または120V 60Hz ACの場合、以下に示すように、さらにステージが必要になります。

まず、220V 40kHzは、定格が約25アンペアの300Vおよび10uF / 400Vのコンデンサで構成される高速回復ダイオードで構成されるブリッジ整流器を介して整流/フィルタリングする必要があります。

330 VDCを50Hz 220 VACに変換

次に、約310Vに達するこの整流電圧は、以下に示すように、別のフルブリッジインバータ回路を介して必要な50または60Hzでパルス化する必要があります。

「負荷」とマークされた端子は、目的の負荷を操作するための最終出力として直接使用できるようになりました。

ここでは、MOSFETはIRF840であるか、同等のタイプで十分です。

フェライトトランスTR1の巻き方

変圧器TR1は、5kvaで電圧を220Vに上げる役割を担う主要なデバイスであり、以下に詳述するように、2つのフェライトEEコア上に構築されたフェライトコアベースです。

関係する電力は約5kvsと非常に大きいため、Eコアは手ごわいサイズである必要があり、E80タイプのフェライトEコアを試すことができます。

アセンブリからの大規模な5KVA電力出力を実現するために、複数のEコアを組み込む必要がある場合があります。2つまたは3つのEコアを並べて配置することもできます。

入手可能な最大のものを使用し、10本の20SWGスーパーエナメル銅線を使用して5 + 5ターンを並列に巻きます。

5ターン後、一次巻線を停止して層を絶縁テープで絶縁し、この5つの一次ターンで二次18ターンを開始します。二次ターンの巻線には、25SWGスーパーエナメル銅の5本のストランドを並列に使用します。

18ターンが完了したら、ボビンの出力リードで終端し、テープで絶縁し、残りの5回のプライマリターンを巻き付けて完了します。フェライトコアTR1構造。最初の5ターンの終わりと、上の5ターンの一次巻線の始まりを結合することを忘れないでください。

“フライホイール自由エネルギー発電機の設計 ”

Eコア組立方法

次の図は、上記の5KVAフェライトインバータトランスの設計を実装するために複数のEコアを使用する方法に関するアイデアを示しています。

E80フェライトコア

シャーウィンバプティスタ氏からのフィードバック

親愛なる皆さん、

上記の変圧器のプロジェクトでは、コアピースの間にスペーサーを使用しませんでした。回路は、動作中のトラフォクールでうまく機能しました。私はいつもEIコアを好みました。

私はいつも計算したデータに従ってtrafosを巻き戻し、それを使用しました。

トランスはEIコアであるため、フェライト部品の分離はEEコアを廃止するよりも簡単でした。

また、EEコアトランスを開こうとしましたが、残念ながら、コアを分離しているときにコアが壊れてしまいました。

コアを壊さずにEEコアを開くことはできませんでした。

私の調査結果によると、結論として私が言うことはほとんどありません。

---ギャップのないコアトランスを備えた電源が最適に機能しました。（私はそれらだけを使用したので、古いatx pc電源からのtrafoについて説明しています。pc電源は、コンデンサーなどが飛んでいない限り、簡単に故障することはありません。）---

---薄いスペーサー付きの変圧器を備えた電源は、しばしば変色し、早い段階で静かに失敗しました（これは、これまで、それらを研究するためだけに多くの中古電源を購入して以来、経験から知りました）---

--- CC 12v 5a、12v 3a ACC12v 3a RPQ 12v5aなどのブランドのはるかに安価な電源

このようなタイプのフェライトトランスは、コア間に厚い紙片があり、すべてがうまく機能しませんでした!!! ---

FINALでは、EI35コアトランスが上記のプロジェクトで（エアギャップを維持せずに）最もよく機能しました。

5kvaフェライトコアインバータ回路の準備の詳細：

ステップ1：

12v10Ahの5個の密閉型鉛蓄電池を使用
合計電圧= 60v実際の電圧
= 66vフル充電（各バット13.2v）電圧
= 69vトリクルレベルの充電電圧。

ステップ2：

バッテリー電圧を計算すると、完全に充電されたときに10アンペアで66ボルトになります。

次はic2153への電源です。
2153には、VccとGndの間に最大15.6vのツェナークランプがあります。
そのため、有名なLM317を使用して13Vの安定化電源をICに供給します。

ステップ3：

lm317レギュレーターには次のパッケージがあります

LM317LZ --- 1.2-37v 100ma to-92
LM317T --- 1.2-37v1.5アンペアから-218
LM317AHV --- 1.2-57v1.5アンペアから-220

「A」がサフィックスコードで「HV」が高電圧パッケージであるlm317ahvを使用します。

上記のレギュレータICは、最大60vの入力電圧と57ボルトの出力電圧をサポートできるためです。

ステップ4：

入力が最大60vであるため、66vをlm317ahvパッケージに直接供給することはできません。
そのため、ダイオードを使用してバッテリー電圧を安全な電圧に下げ、レギュレーターに電力を供給します。
レギュレーターの最大入力である60vから約10vを安全に落とす必要があります。
したがって、60v-10v = 50v
これで、ダイオードからレギュレータへの安全な最大入力は50ボルトになります。

ステップ5：

通常の1n4007ダイオードを使用して、バッテリー電圧を50vに下げます。
シリコンダイオードであるため、それぞれの電圧降下は約0.7ボルトです。
次に、バッテリー電圧を50ボルトに下げるために必要なダイオードの数を計算します。
バッテリー電圧= 66v
レギュレータチップへのcalc.max入力電圧= 50v
したがって、66-50 = 16v
さて、0.7 *？ = 16v
16を0.7で割ると22.8、つまり23になります。
したがって、これらからの合計の低下は16.1vになるため、約23個のダイオードを組み込む必要があります。
ここで、レギュレータへの計算された安全な入力電圧は66v〜16.1vであり、これは49.9vappxmです。 50v

ステップ6：

レギュレーターチップに50vを供給し、出力を13vに調整します。
保護を強化するために、フェライトビーズを使用して出力電圧の不要なノイズをキャンセルします。
レギュレーターは、冷却状態を維持するために、適切なサイズのヒートシンクに取り付ける必要があります。
2153に接続されたタンタルコンデンサは、icがレギュレータからスムーズなDCを確実に取得するための重要なコンデンサです。
その値は47ufから1uf25vに安全に減らすことができます。

ステップ7：

回路の残りの部分は66ボルトになり、回路内の大電流が流れるポイントは太いゲージのワイヤーで配線する必要があります。
トランスの場合、一次側は5 + 5ターン、二次側は20ターンである必要があります。
2153の周波数は60KHzに設定する必要があります。

ステップ8：

irs2453dチップを使用した高周波ACから低周波ACへのコンバータ回路は、図に示すように適切に配線する必要があります。

ついに完成 。

PWMバージョンの作成

次の投稿では、コンパクトなフェライトコアトランスを使用した5kvaPWM正弦波インバータ回路の別のバージョンについて説明しています。そのアイデアはジェイブド氏から要求されました。

技術仕様

親愛なる先生、PWMソースで出力を変更し、私たちのような世界中の貧しい人々にそのような安価で経済的な設計を利用できるようにしてください。あなたが私の要求を検討することを願っています。ありがとう。あなたの愛情深い読者。

デザイン

以前の投稿でフェライトコアベースの5kvaインバータ回路を紹介しましたが、方形波インバータであるため、さまざまな電子機器で使用できないため、抵抗負荷のみに適用できる可能性があります。

ただし、次の図に示すように、PWMフィードをローサイドMOSFETに注入することにより、同じ設計をPWM等価正弦波インバーターに変換できます。

IC IRS2153のSDピンが誤ってCtに接続されているように見えますので、必ずアース線に接続してください。

提案：IRS2153ステージは簡単に置き換えることができます IC4047ステージ、IRS2153を入手するのが難しいと思われる場合。

上記のPWMベースの5kvaインバーター回路でわかるように、設計は、HブリッジドライバーステージのローサイドMOSFETを備えた示されたPWMバッファーフィードステージを除いて、以前の元の5kvaインバーター回路とまったく同じです。

PWMフィードの挿入は、任意の標準を介して取得できます IC555を使用したPWMジェネレータ回路またはを使用してトランジスタ化された非安定マルチバイブレータ。

より正確なPWMレプリケーションのために、ババオシレーターPWMジェネレーター上記の5kva正弦波インバーター設計でPWMを調達するため。

上記の設計の構築手順は元の設計と同じですが、唯一の違いは、BC547 / BC557BJTバッファステージとフルブリッジICステージのローサイドMOSFETおよびPWMフィードの統合です。

別のコンパクトなデザイン

少し調べてみると、実際には上段はそれほど複雑である必要はないことがわかります。

310V DC発電機回路は、他の代替発振器ベースの回路を使用して構築できます。ハーフブリッジICIR2155がプッシュプル方式で発振器として採用されている設計例を以下に示します。

繰り返しになりますが、310Vジェネレーターステージに必要な特定の設計はありません。好みに応じて他の代替案を試すことができます。一般的な例としては、IC 4047、IC 555、TL494、LM567などがあります。

上記の310V〜220Vフェライトトランスのインダクタの詳細

簡素化された設計

上記の設計では、これまで、最終的なAC主電源出力を取得するための2つの複雑な手順を含むかなり複雑なトランスレスインバータについて説明してきました。これらのステップでは、最初にバッテリーDCをフェライトコアインバーターを介して310 V DCに変換する必要があり、次に、50Hzフルブリッジネットワークを介して310VDCを220VRMSに戻す必要があります。

コメントセクションの熱心な読者の1人（Mr. Ankur）が示唆しているように、2段階のプロセスはやり過ぎであり、単に必要ではありません。代わりに、フェライトコアセクション自体を適切に変更して、必要な220 V AC正弦波を得ることができ、フルブリッジMOSFETセクションを排除することができます。

次の画像は、上記で説明した手法を実行するための簡単なセットアップを示しています。

注：トランスはフェライトコアトランスであり、 適切に計算する d

上記の設計では、右側のIC 555は、MOSFETスイッチング用の50Hzの基本的な発振信号を生成するように配線されています。この信号がICRCタイミングネットワークから50Hzの三角波の形で抽出され、その入力の1つに供給されて、別のIC555からの高速三角波信号と比較されるオペアンプステージも確認できます。不安定な回路。この高速三角波の周波数は、50kHzから100kHzの間です。

オペアンプは2つの信号を比較して、正弦波に相当する変調SPWM周波数を生成します。この変調されたSPWMは、50Hzで変調された50kHzのSPWMレートでMOSFETを切り替えるために、ドライバBJTのベースに供給されます。

次に、MOSFEは、接続されているフェライトコアトランスを同じSPWM変調周波数に切り替えて、トランスの2次側で目的の純粋な正弦波出力を生成します。

高周波スイッチングにより、この正弦波は不要な高調波でいっぱいになる可能性があります。これは、3 uF / 400 Vコンデンサでフィルタリングおよび平滑化され、トランスとに応じて、必要なワット数で適度にクリーンなAC正弦波出力を取得します。バッテリーの電力仕様。

50Hzのキャリア信号を生成する右側のIC555は、IC4047などの他の好ましい発振器ICに置き換えることができます。

トランジスタ非安定回路を使用したフェライトコアインバータの設計

次の概念は、いくつかの通常のトランジスタベースの非安定回路とフェライトトランスを使用して、単純なフェライトコアインバータを構築する方法を示しています。

このアイデアは、このブログの熱心なフォロワーの数人、つまりRashid氏、Sandeep氏、およびさらに数人の読者から要求されました。

回路コンセプト

当初、かさばる鉄心変圧器を完全に排除したこれらのコンパクトなインバーターの背後にある理論を理解することができませんでした。

しかし、少し考えた結果、そのようなインバーターの機能に関連する非常に単純な原理を発見することに成功したようです。

最近、中国のコンパクトタイプのインバーターは、コンパクトでなめらかなサイズのためにかなり有名になりました。そのため、非常に軽量でありながら、出力仕様が非常に効率的です。

私によれば、低周波インバーターの用途に小さなフェライト変圧器を使用することは非常に不可能であると思われたため、当初、この概念は実行不可能だと思いました。

家庭用インバーターは50 / 60Hzが必要で、フェライトトランスを実装するには非常に高い周波数が必要になるため、アイデアは非常に複雑に見えました。

少し考えた後、私はデザインを実装するための簡単なアイデアを発見して驚き、幸せになりました。そのすべては、非常に高い周波数でバッテリー電圧を220または120の主電源電圧に変換し、プッシュプルMOSFETステージを使用して出力を50 / 60HZに切り替えることです。

使い方

図を見ると、アイデア全体を簡単に目撃して理解することができます。ここでは、バッテリー電圧が最初に高周波PWMパルスに変換されます。

これらのパルスは、必要な適切な定格を持つステップアップフェライトトランスにダンプされます。パルスはMOSFETを使用して適用されるため、バッテリー電流を最適に利用できます。

フェライトトランスは、出力で電圧を220Vに上げます。ただし、この電圧は周波数が60〜100kHz程度であるため、家電製品の操作に直接使用することはできず、さらに処理が必要です。

次のステップでは、この電圧が整流され、フィルタリングされ、220VDCに変換されます。この高電圧DCは最終的に50Hzの周波数に切り替えられ、家電製品の操作に使用できるようになります。

回路は私が独占的に設計したものですが、実際にはテストされていないことに注意してください。与えられた説明に十分な自信がある場合は、自己責任で行ってください。

回路図

12V DC〜220VACコンパクトフェライトコアインバータ回路の部品リスト。

R3 --- R6 = 470オーム
R9、R10 = 10K、
R1、R2、C1、C2 = 100kHzの周波数を生成するように計算します。
R7、R8 = 27K
C3、C4 = 0.47uF
T1 ---- T4 = BC547、
T5 = 30V 20Amp NチャネルMOSFET、
T6、T7 =任意、400V、3アンペアのMOSFET。
ダイオード=高速回復、高速タイプ。
TR1 =プライマリ、13V、10アンペア、セカンダリ= 250-0-250、3アンペア。 Eコアフェライトトランス....専門のワインダーおよびトランス設計者に支援を求めてください。

上記の設計の改良版を以下に示します。ここでの出力ステージは、より良い応答とより多くの電力のために最適化されています。