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Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047GIF

Hola a todos y bienvenidos a este nuevo post

Hoy veremos el principio de funcionamiento y el montaje de un sencillo inversor con una potencia respetable de 100W.

Esto quiere decir que si montas este circuito, y cuentas con una bateria de 12V puedes tener 120 o 220V, igual que en los tomacorrientes domiciliarios, pudiendo alimentar diversos dispositivos:

  • Cargadores de celulares y portátiles
  • Lámparas de bajo consumo compactas (CFL)
  • Lámparas Halógenas
  • Pequeños Motores (Ventilador de Escritorio)
  • Cargas Resistivas (Soldador de Estaño)
  • y muchos otros artefactos de potencia inferior a los 100W 

Sin duda es un circuito muy util, ya que podemos acceder a tension de red en lugares donde no esta disponible con facilidad, como en el campo, en la playa, o simplemente durante un corte de electricidad del suministro electrico domiciliario.

Elevador de Tension

Me veo en la obligacion de advertirles que este proyecto debe ser abarcado por aquel que posee conocimientos basicos en electricidad y electronica, ya que no solo vamos a manipular una tension peligrosa como la es la tension de red, sino que vamos a utilizar baterías, las cuales pueden entregar grandes corrientes en condiciones de cortocircuito, las cuales inclusive pueden llegar a explotar causando serias lesiones.

Asique los invito a montar este proyecto, pero siendo prudentes y cuidadosos en todo momento mientras el proyecto se mantenga encendido.

Dicho esto, sigamos…


Inverter
Empecemos por lo esencial, ¿Qué es un inversor?

Un inversor es un sistema compuesto básicamente por dos circuitos trabajando en conjunto: por un lado funciona en base a un oscilador, y por otra parte un elevador de tensión.

El oscilador se encarga de convertir la tension continua (proveniente de una batería) en una tension alterna, con una frecuencia acorde a la de la red electrica (50 o 60Hz)

El elevador de tension se utiliza para subir el valor de esta tension alterna (12 VCA) a unos valores suficientes para que pueda ser provechoso, en este caso 120 o 220 VCA. Esto se logra con el uso de un transformador elevador.Ingresaremos con los 12VCA en su devanado de baja tensión y en su bobinado de alta tension obtendremos justamente esos 220V, listos para dar servicio.

12 a 220V
CIRCUITO

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
Como vemos el circuito es muy sencillo y con muy pocos componentes. Veamos el circuito por secciones:

Circuito Oscilador: Esta hecho en base al Circuito Integrado CD4047B (IC1) El cual esta configurado como un oscilador astable. La frecuencia a la que este trabaja esta determinado por el condensador C1 y el preset VR1 conectados a sus pines 1, 2 y 3. Con los valores indicados podemos obtener la frecuencia de 50 o 60Hz, que son la que este proyecto requiere.

La razón de haber utilizado este integrado es porque cuenta con dos salidas complementarias en las que se presenta dicha frecuencia (pines 10 y 11) Esto quiere decir que una de las salidas esta desfasada 180º respecto a la otra, por lo tanto, cuando una se encuentra en nivel alto, la otra lo estará en nivel bajo y viceversa.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
Aqui podemos ver cómo las salida Q y -Q cambian de estado cuando en el oscilador principal (pin 13) existe un flanco ascendente en el oscilograma.

Como hacer un Inversor
Fuente Estabilizada: Si bien esta sección es opcional no quise prescindir de ella. Dado que el uso tipico de este circuito es con una bateria, tenemos que tener presente que a medida que le exijamos corriente, esta comenzará a descargarse y a disminuir su tensión en bornes. Asique para evitar que la fluctuación en la carga de la batería altere el funcionamiento del oscilador emplearemos un diodo zener de 9.1V con su resistencia de polarización R3. De esta forma, Sin importar en qué estado se encuentre la batería (esta puede variar entre los 14,4V y los 10,5V) la tension en los terminales del zener será siempre de 9,1V y asi garantizamos una alimentacion estable a nuestro circuito oscilador.



Driver de Potencia: Mediante las resistencias R1 y R2 que provienen de las salidas Q y -Q de IC1 las llevaremos a los terminales Gate de los transistores Mosfets Canal N Q1 y Q2. Estos son los IRFZ44N son unos transistores de bajo costo y altas prestaciones, puede controlar corrientes continuas de hasta 50A, y la verdad es que se calientan muy poco.

La funcion de estos transistores es la de oscilar en una configuracion conocida como push-pull, y de esta forma hacer trabajar el bobinado del transformador, cada transistor hace trabajar a media parte del bobinado de 12+12 mediante sus terminales Drain y Source. Dado que el TAP se encuentra conectado a positivo, al oscilar lo que obtenemos es una onda de forma cuadrada de continua pulsante.

Transformador de Salida: Es un transformador de alimentacion de 220V y su Secundario es de 12+12V con una corriente de 4A. Es este caso lo conectaremos de manera invertida, tenemos los MOSFETS oscilando en su bobinado de baja tension, y en su secundario obtendremos, gracias a la relacion de transformacion, una tension de onda modificada de 220VAC.



Fuente: Lógicamente la fuente es una batería de 12V, la cual conectaremos a nuestro inversor a los terminales +B y -B mediante un fusible y un diodo de protección. De la capacidad de la bateria (expresada en Amper-hora) depende la autonomia del inversor en funcion a la potencia que se le exige a su salida.

Circuito con CD4047
LISTA DE COMPONENTES

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

  • R1 100Ω (Café-Negro-Café–Dorado) 1/4W
  • R2 = R1
  • R3 39Ω (Naranja-Blanco-Negro–Dorado) 1/2W

  • C1 0.1uF [104] Polyester o Cerámico
  • VR1 Trimmer o Potenciómetro Multivuelta 100KΩ

  • D1 Zener 9.1V 1W – 1N4739
  • D2 Rectificador – 1N4007
  • IC1 CD4047BE (con Zòcalo)
  • Q1 IRFZ44N MOSFET N
  • Q2 = Q1
  • F1 Fusible de 10A 250v

VARIOS

  • Placa Virgen
  • Disipador de Aluminio
  • Aislante de Mica y Niple (x2)
  • Tornillos M3 con tuerca
  • Separadores Plásticos (para sujetar el pcb)
  • Transformador de 220V/12+12V 4A
  • Portafusible empotrable
  • 5 Espadines o conectores bayoneta para PCB
  • 5 Terminales Faston de Cobre
  • Cable Rojo-Negro para alimentación de 12V
  • Tomacorriente Hembra Empotrable
  • Interruptor de 2 polos 3A a (250V/6A a 125V)
  • Chasis o gabinete para el inversor (Yo use el chasis de una fuente ATX).
  • Fusible de 1A con portafusibles (para la salida de 220V)

Posibles conectores para alimentar el inversor mediante una bateria:

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

OPCIONAL

  • Termostato de 100ºc Normal Abierto (cierra al alcanzar la temperatura)
  • Cooler o ventilador de 12v 140mA
  • Conector de 2 pines pequeño (GP)

Circuito Elevador de TensionCIRCUITO IMPRESO

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
Este dibujo no esta a escala, si quieren realizar este montaje utilizando el esquema del PCB que diseñé, en la descripcion del Video que les dejo al final del post tienen el link de descarga de las pistas y la mascara de componentes a escala, listo para transferir por el método del planchado.

Inverter
¿Quieres aprender cómo hacer circuitos impresos de forma casera? Date una vuelta por mi post donde te enseño de forma detallada paso a paso cómo realizar circuitos impresos con materiales caseros y de forma muy fácil, Te invito a visitarlo Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

4047
FASES DEL DISEÑO

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Placa transferida y revelada con cloruro férrico

Como hacer un Inversor
He utilizado mecha de 0.8mm para todos los agujeros, de 1mm para los diodo y los mosfets, de 1,75mm para los espadines y de 3mm para los agujeros de sujeción tanto del disipador como del PCB

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Placa con todos los taladros hechos a su diámetro correspondiente

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
Solo nos resta transferir la mascara de componentes para darle una mejor terminación y también ubicar correctamente los componentes a la hora de soldarlos.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Circuito impreso terminado, listo para comenzar a soldar los componentes

Circuito Elevador de Tension

MONTANDO LOS COMPONENTES



Recomiendo siempre soldar primero los componentes de menor altura, como los diodos y las resistencias. Las resistencias no poseen polaridad asique da lo mismo conectarla en un sentido o en el otro. Los diodos si tienen polaridad, usen la máscara de componentes como guía para su montaje.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Resistencias y diodos montados y soldados

Inverter

Continuamos montando los componentes faltantes, soldamos el zócalo del IC1 y los espadines. Hagan buenas soldaduras. Sean prolijos.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Condensador, trimmer y espadines soldados

4047

Finalizamos montando los mosfets con su disipador y agarrado al pcb con los tornillos. Este montaje es algo delicado, ya que los transistores deben estar aislados electricamente del disipador para evitar cortocircuitos. Realicé un breve tutorial sobre como realizar este montaje correctamente para evitar este inconveniente.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
Como hacer un Inversor
Ahora bien, en base al transformador que estemos utilizando deberemos conseguir un chasis que permita alojar todos los componentes en su interior de manera ordenada y cómoda. En este caso yo voy a reciclar el chasis metálico de una vieja fuente ATX que tenia dando vueltas en uno de mis estantes. Este gabinete tiene una rejilla, la cual va a contribuir a la correcta evacuación del calor generado por los semiconductores y por el mismo transformador. Además, vamos a aprovechar la mayoria de los mecanizados con los que ya cuenta, para alojar los componentes que necesitemos.

Asique lo unico que debemos hacer es desmontar por completo la fuente, quitar la placa que tiene y todos los conectores, dejando el gabinete vacio para poder trabajar en él.

En el frontal del chasis hice una perforacion para amurar un portafusibles empotrable, el cual alojará un fusible de 10A para proteger la alimentación proveniente de la batería.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

En la parte trasera ubicaremos:

  • Un tomacorrientes en la parte superior (donde iba la toma extra para el monitor). 
  • Un interruptor de dos polos en el hueco central (en serie con el negativo, lo usaremos para el encendido)
  • Un rectángulo de plástico en la parte inferior a modo de tapa ciega, colocaremos un neon de 220V conectado en paralelo con la salida, como indicador de encendido.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
Circuito Elevador de Tension
Por ultimo, en la parte inferior haremos cuatro orificios a 3mm para amurar el transformador con tuercas, tornillos y arandelas. También debemos medir y taladrar otros cuatro agujeros, también en 3mm para sujetar el circuito impreso mediante separadores plásticos (para evitar que las soldadudas del PCB choquen con la parte metálica del chasis)

Previo a su instalacion debemos calibrar el oscilador en 50 o 60Hz. Para ello colocamos un frecuencimetro en los gate de los transistores y giramos el trimmer hasta obtener una lectura del valor correcto en la frecuencia.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
Inverter
Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047
He aprovechado las pestañas elevadas que tiene el chasis (donde iba atornillada la placa original) para sujetar mediante bridas plasticas, cintillos o precintos los cables, para que el cableado quede mas ordenado. También aproveche uno para amurar un portafusibles con un fusible de 1A, que protege la salida de 220V del transformador.

NOTA: Sustitui el cable de alimentacion de los 12V,el que instalé en un principio era de una secion insuficiente, y alcircular una corriente elevada el cable calentaba un poco y tenia mucha caida de tension. Con este nuevo cableado (de 1,5mm2 aprox) solucioné ese inconveniente.

4047

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Como hacer un Inversor

Con en inversor montado hice una prueba, conectando a su salida una lámpara halógena de 90W. a su entrada vemos que esta consumiendo 7.2A a 13.1V (94W aprox) En el video demuestro que puede proveer una potencia superior a los 100W.

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Inversor completamente montado y terminado..!

Inversor 12 a 220V / 100VA con CD4047

Circuito Elevador de Tension

Y eso es todo por este proyecto gente, espero que les haya gustado. Entre las cosas que quería comentar, a continuación enumero algunos artefactos probados satisfactoriamente con este inversor:




  • Halógeno de 90w
  • Bajo Consumo (CFL) de 20W
  • Cargador de Celular
  • Luz Nocturna de 3W
  • Cortacabellos electrico de 10W
  • Cargador de Netbook
  • Fuente de Laboratorio

Otro punto importante es en cuanto a prestaciones. Este inversor puede considerar de una complejidad baja, es levemente mejor a uno basado en transistores bipolares, pero mucho inferior a otros sistemas basados en PWM (Modulación por Ancho de Pulso), con realimentacion y circuitos de proteccion adicionales. Más adelante haremos un inversor de mucha mas potencia, con mas prestaciones y mas eficiente, aunque por ahora nos conformamos con este proyecto, el cual por cierto funciona bastante bien..!

Elevador de Tension

Por último quiero compartir con ustedes el video donde veremos de forma practica el montaje de este inversor, te invito a verlo..! 

En la descripción del video tienen:

-Las Fotos en Alta Resolucion que les dejo en mi perfil de Google+

-El Link de Descarga en formato .pdf que incluye: 

-Lista de componentes

-PCB Lado Pistas y Mascara de Componentes en Modo Espejo y a escala, listo para transferir por el método del planchado.

-Guia de Montaje





Por cierto, este es un proyecto que realice para el especial de los 1000 suscriptores en mi canal de Youtube KrissElectronics. Aun no estas suscripto..?