Dlaczego falownik? Dla większości nazwa "falownik" kojarzy się z urządzeniami które przetwarzają prąd stały na prąd zmienny/przemienny i nazwanie prostego układu falownikiem mogłoby zostać uznane za nadużycie
Oczywiście istnieje wiele różnych rodzajów falowników stosowanych np. w technice napędów (sterowanie silnikami AC) czy to w np. fotowoltaice nazywanych inwerterami (choć z praktycznego punktu widzenia nic z inwerterem wspólnego nie mają). Nazewnictwo jest czasami mylne bo np. inwerter solarny dla mnie przynajmniej kojarzy się z urządzeniem "odwracającym" lub bramką logiczną NOT czy też funkcją
. Nie mniej prezentowany gadżet jest sprzedawany jako inwerter/falownik i pozostając przy tym nazewnictwie go zaprezentuję. Ten konkretny moduł w zasadzie jest falownikiem gdyż z prądu stałego "robi" prąd zmienny. Przyjrzyjmy się zatem konstrukcji tego modułu. Budowa jest bardzo prosta żeby nie powiedzieć prostacka
. Jeden specjalizowany układ scalony, przekaźnik, dwa tranzystory mocy oraz garstka elementów RC.
Aby poznać szczegóły budowy poświęciłem trochę czasu i narysowałem schemat;
Zastosowanie specjalizowanego drivera/generatora IR2153 uprościło układ w zasadzie do granic możliwości;
IR2153 dedykowany jest do stosowania w przetwornicach tzw. pół-mostkowych (ang. Half-bridge) i pracuje ze stałym wypełnieniem wynoszącym 50%. Poniżej typowe połączenie;
Schemat wewnętrzny jest bardzo prosty;
Pewnego wyjaśnienia wymagają bloki opisane "Dead Time", mają one za zadanie wprowadzić krótkie opóźnienie między załączeniami tranzystorów wyjściowych tak aby nigdy nie nastąpiła sytuacja że oba są wysterowane jednocześnie. W typowym układzie połączeń spowodowałoby to po prostu zwarcie. Lepiej wyjaśni to wykres;
HO i LO to wyjścia driverów bramek a td to właśnie "Dead Time" czyli czas martwy. IR 2153 poprzez rezystory R2 i R4 (22Ω) steruje bramkami tranzystorów wyjściowych, te tranzystory to STP75NF75;
Użyty przekaźnik pełni funkcję zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania i jest to wersja przeznaczona do zastosowań motoryzacyjnych;
Sprawdźmy zatem w praktyce jak nasz "falownik" działa, do tego będzie potrzebny dowolny transformator sieciowy z symetrycznym uzwojeniem wtórnym o napięciu około 2x12V i mocy nie przekraczającej 300W (według zaleceń sprzedawcy). No cóż, ciężki temat u mnie
. Znalazłem w "przydasiach" transformator sieciowy TS40/87 pochodzący z decka kasetowego "Finezja", ma on co prawda uzwojenie około 2x7,5÷8V jednak krótki test powinien przeżyć
. Na początek oscyloskop i podejrzymy przebiegi na bramkach.
Widać że najniższa możliwa do ustawienia częstotliwość to około 113Hz, czyżby ktoś "się machnął" przy obliczaniu wartości elementów RC generatora IR2153? Podłączam transformator i dla bezpieczeństwa zaczynam od 9V (bez obciążenia), przekaźnik jest co prawda na 12V ale w wersji automotive co sugeruje dość szeroki zakres napięć pracy. I, i nic! Działa wbudowane w IR2153 zabezpieczenie podnapięciowe blokujące pracę układu. Ryzyko zawodowe, 12V i ograniczenie ustawione na 5A;
Po krótkiej chwili nic nie wybuchło to mierzę napięcie wyjściowe (mój multimetr mierzy RMS do 6kHz);
No dobrze, dajmy zatem obciążenie. W tej roli wystąpiła tradycyjna żarówka 230V 40W z gwintem E14 której moc pokrywała się z mocą transformatora (40VA). Zasilanie;
Po kilkunastu minutach pracy pod obciążeniem uzwojenie wtórne (w tym przypadku pracujące jako pierwotne) zrobiło się dość mocno ciepłe (dotykając ręką to tak ze 45°C) a rdzeń minimalnie podniósł temperaturę. Pomyślałem że wysoka temperatura to efekt połączenia zawyżonej częstotliwości (~113Hz) oraz przesadzenia z napięciem dla transformatora. Na początek korekta częstotliwości, od strony druku dolutowałem równolegle do kondensatora 220nF dodatkowy 100nF/50V SMD 1206;
Po tym "zabiegu" częstotliwość spadła do około 75Hz, dołożyłem kolejny 100nF i otrzymałem około 50Hz;
Po przerysowaniu schematu pierwsze co przyszło mi na myśl to wykorzystanie "falownika" do podniesienia częstotliwości sieci dla urządzeń potrzebujących 60Hz. Wiele tematów pojawia się na forum odnośnie takiego czegoś do zasilania np. zegarów z USA gdzie po podłączeniu "u nas" owe chronometry się późnią. Prawdę mówiąc nie wiem jak zachowałby się silnik synchroniczny (w zegarze analogowym) przy zasilaniu prostokątem
. Z drugiej strony czasem taka prosta przetwornica z wykorzystaniem "falownika" oraz zbędnego transformatora może się przydać.
Aby poznać szczegóły budowy poświęciłem trochę czasu i narysowałem schemat;
Zastosowanie specjalizowanego drivera/generatora IR2153 uprościło układ w zasadzie do granic możliwości;
IR2153 dedykowany jest do stosowania w przetwornicach tzw. pół-mostkowych (ang. Half-bridge) i pracuje ze stałym wypełnieniem wynoszącym 50%. Poniżej typowe połączenie;
Schemat wewnętrzny jest bardzo prosty;
Pewnego wyjaśnienia wymagają bloki opisane "Dead Time", mają one za zadanie wprowadzić krótkie opóźnienie między załączeniami tranzystorów wyjściowych tak aby nigdy nie nastąpiła sytuacja że oba są wysterowane jednocześnie. W typowym układzie połączeń spowodowałoby to po prostu zwarcie. Lepiej wyjaśni to wykres;
HO i LO to wyjścia driverów bramek a td to właśnie "Dead Time" czyli czas martwy. IR 2153 poprzez rezystory R2 i R4 (22Ω) steruje bramkami tranzystorów wyjściowych, te tranzystory to STP75NF75;
Użyty przekaźnik pełni funkcję zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania i jest to wersja przeznaczona do zastosowań motoryzacyjnych;
Sprawdźmy zatem w praktyce jak nasz "falownik" działa, do tego będzie potrzebny dowolny transformator sieciowy z symetrycznym uzwojeniem wtórnym o napięciu około 2x12V i mocy nie przekraczającej 300W (według zaleceń sprzedawcy). No cóż, ciężki temat u mnie
Widać że najniższa możliwa do ustawienia częstotliwość to około 113Hz, czyżby ktoś "się machnął" przy obliczaniu wartości elementów RC generatora IR2153? Podłączam transformator i dla bezpieczeństwa zaczynam od 9V (bez obciążenia), przekaźnik jest co prawda na 12V ale w wersji automotive co sugeruje dość szeroki zakres napięć pracy. I, i nic! Działa wbudowane w IR2153 zabezpieczenie podnapięciowe blokujące pracę układu. Ryzyko zawodowe, 12V i ograniczenie ustawione na 5A;
Po krótkiej chwili nic nie wybuchło to mierzę napięcie wyjściowe (mój multimetr mierzy RMS do 6kHz);
No dobrze, dajmy zatem obciążenie. W tej roli wystąpiła tradycyjna żarówka 230V 40W z gwintem E14 której moc pokrywała się z mocą transformatora (40VA). Zasilanie;
Po kilkunastu minutach pracy pod obciążeniem uzwojenie wtórne (w tym przypadku pracujące jako pierwotne) zrobiło się dość mocno ciepłe (dotykając ręką to tak ze 45°C) a rdzeń minimalnie podniósł temperaturę. Pomyślałem że wysoka temperatura to efekt połączenia zawyżonej częstotliwości (~113Hz) oraz przesadzenia z napięciem dla transformatora. Na początek korekta częstotliwości, od strony druku dolutowałem równolegle do kondensatora 220nF dodatkowy 100nF/50V SMD 1206;
Po tym "zabiegu" częstotliwość spadła do około 75Hz, dołożyłem kolejny 100nF i otrzymałem około 50Hz;
Po przerysowaniu schematu pierwsze co przyszło mi na myśl to wykorzystanie "falownika" do podniesienia częstotliwości sieci dla urządzeń potrzebujących 60Hz. Wiele tematów pojawia się na forum odnośnie takiego czegoś do zasilania np. zegarów z USA gdzie po podłączeniu "u nas" owe chronometry się późnią. Prawdę mówiąc nie wiem jak zachowałby się silnik synchroniczny (w zegarze analogowym) przy zasilaniu prostokątem
Pamiętajcie że praca z napięciami sieciowymi (115/230VAC) jest skrajnie niebezpieczna!
Należy zachować ostrożność i zadbać o bezpieczeństwo!
Z prądem elektrycznym żartów nie ma!
Fajne? Ranking DIY
