Преобразователь напряжения на полевых транзисторах своими руками
Обновлено: 06.07.2024
Инвертор 12V/220V вещь на хозяйстве нужная. Иногда просто необходимая: сеть, допустим, пропала, а телефон разряжен и в холодильнике мясо. Спрос определяет предложение: за готовые модели на 1кВт и более, от которых можно запитывать любые электроприборы, придется выложить где-то от $150. Возможно, более $300. Однако сделать преобразователь напряжения своими руками в наше время дело доступное каждому, кто умеет паять: собрать его из готового набора компонент обойдется втрое-вчетверо дешевле + немного работы и металла из подручного хлама. Если есть зарядное устройство для автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ), можно уложиться вообще в 300-500 руб. А если имеются еще и начальные радиолюбительские навыки, то, порывшись в загашниках, вполне возможно сделать инвертор 12V DC/220V AC 50Hz на 500-1200 Вт вовсе даром. Рассмотрим возможные варианты.
Варианты: глобально
Преобразователь напряжения 12-220 В для питания нагрузки до 1000 Вт и более в целом можно сделать самостоятельно такими способами (в порядке повышения затрат):
Из готового модуля
Готовые модули инверторов напряжения 12/220 В
Напр., в наборе (модуле) 2 ключа (их видно, они торчат из платы, см. слева на рис.); модули с ключами на радиаторе (справа на рис.) стоят дороже и рассчитаны на определенную, как правило, не очень большую мощность. Кулера нет, мощность нужна 1,5 кВт. Значит, нужен радиатор от 150 кв. см. Кроме него еще установочные комплекты для ключей: изолирующие теплопроводящие прокладки и фурнитура под крепежные винты – изолирующие чашечки и шайбы. Если модуль с теплозащитой (между ключами будет торчать еще какая-то фитюлька – термодатчик), то немного термопасты для приклеивания его к радиатору. Провода – само собой, см. далее.
Из ИБП (UPS)
Батарея и мощность
Автолюбители знают: гонял стартер 20 мин – покупай новый аккумулятор. Правда, в новых машинах есть ограничители времени его работы, так что, возможно, и не знают. И точно не все знают, что стартер легковушки, раскрутившись, берет ток ок. 75 А (в течение 0,1-0,2 с при запуске – до 600 А). Простейший расчет – и выходит, что, если в инверторе нет автоматики, ограничивающей разряд батареи, то наша за 15 мин сядет полностью. Так что выбирайте или конструируйте свой преобразователь с учетом возможностей наличной АКБ.
Примечание: из этого следует огромное преимущество преобразователей 12/220 в на основе компьютерных ИБП – их контроллер не даст полностью посадить батарею.
Ресурс кислотных АКБ заметно не уменьшается, если они разряжаются 2-х часовым током (12 А для 60 А/ч, 24 А для 120 А/ч и 42 А для 210 А/ч). С учетом КПД преобразования это дает допустимую долговременную мощность нагрузки в прим. 120 Вт, 230 Вт и 400 Вт соотв. Для 10 мин. нагрузки (напр., для запитки электроинструмента) она может быть увеличена в 2,5 раза, но после этого АБК должна отдохнуть не менее 20 мин.
В целом итог получается не совсем уж плохой. Из обычного бытового электроинструмента только болгарка может брать 1000-1300 Вт. Остальные, как правило, обходятся мощностью до 400 Вт, а шуруповерты до 250 Вт. Холодильник от АКБ 12 В 60 А/ч через инвертор проработает 1,5-5 час; вполне достаточно, чтобы принять необходимые меры. Поэтому делать преобразователь на 1кВт для батареи 60 А/ч смысл имеет.
Что будет на выходе?
Преобразователи напряжения ради уменьшения массогабаритов устройства за редкими исключениями (см. далее) работают на повышенных частотах от сотен Гц до единиц и десятков кГц. Ток такой частоты не примет никакой потребитель, а потери его энергии в обычной проводке будут огромны. Поэтому инверторы 12-200 строятся под выходное напряжение след. видов:
- Постоянное выпрямленное 220 В (220V AC). Пригодны для питания телефонных зарядок, большинства источников питания (ИП) планшетов, ламп накаливания, люминесцентных экономок и светодиодных. На мощность от 150-250 Вт отлично подойдут для ручного электроинструмента: потребляемая им мощность на постоянном токе немного снижается, а крутящий момент возрастает. Непригодны для импульсных блоков питания (ИБП) телевизоров, компьютеров, ноутбуков, микроволновок и т.п. мощностью более 40-50 Вт: в таких обязательно есть т. наз. пусковой узел, для нормальной работы которого сетевое напряжение должно периодически проходить через ноль. Непригодны и опасны для приборов с силовыми трансформаторами на железе и электромоторами переменного тока: стационарного электроинструмента, холодильников, кондиционеров, большей части Hi-Fi аудио, кухонных комбайнов, некоторых пылесосов, кофеварок, кофемолок и микроволновок (для последних – из-за наличия мотора вращения стола).
- Модифицированное синусоидальное (см. далее) – пригодны для любых потребителей, кроме Hi-Fi аудио с ИБП, прочих устройств с ИБП от 40-50 Вт (см. выше) и, часто локальных охранных систем, домашних метеостанций и т.п. с чувствительными аналоговыми датчиками.
- Чистое синусоидальное – пригодны без ограничений, кроме как по мощности, для любых потребителей электроэнергии.
Синус или псевдосинус?
С целью повышения экономичности преобразование напряжения осуществляется не только на повышенных частотах, но и разнополярными импульсами. Однако запитывать очень многие приборы-потребители последовательностью разнополярных прямоугольных импульсов (т. наз. меандром) нельзя: большие выбросы на фронтах меандра при хоть чуть-чуть реактивной нагрузке приведут к большим потерям энергии и могут вызвать неисправность потребителя. Однако проектировать преобразователь на синусодальный ток тоже нельзя – КПД не превысит прим. 0,6.
Преобразование постоянного напряжения в модифицированную и чистую синусоиду
Однако приборы с капризными аналоговыми узлами и ИБП запускать от модифицированной синусоиды нежелательно. Последние – крайне нежелательно. Дело в том, что средняя площадка модифицированной синусоиды не чистый ноль напряжения. Узел запуска ИБП от модифицированной синусоиды срабатывает нечетко и весь ИБП может не выйти из режима запуска в рабочий. Пользователь это видит сначала как безобразные глюки, а потом из девайса идет дым, как в анекдоте. Поэтому приборы в ИБП нужно запитывать от инверторов типа Чистый Синус.
Делаем инвертор сами
Приборы для контроля частоты сети электропитания
Стоят тот и другой недорого, продаются в интернете, а в больших городах в электротехнических спецмагазинах. Старый резонансный частотомер можно найти на на железном базаре, а тот или другой после наладки инвертора очень даже подойдут для контроля частоты сети в доме – счетчик на подключение их к сети не реагирует.
50 Гц от компьютера
Видео: простой преобразователь 12-220 из компьютерного БП
Ключи
Допустим, компьютерного ИБП нет или нужна мощность побольше. Тогда важное значение приобретает выбор ключевых элементов: они должны коммутировать большие токи с наименьшими потерями на переключение, быть надежными и доступными по цене. В этом отношении биполярные транзисторы и тиристоры в данной сфере применения уверенно уходят в прошлое.
Лучшие из мощных полевиков для преобразователей напряжения – с изолированным затвором и индуцированным каналом (MOSFET), напр. IFR3205, слева на рис.:
Мощные транзисторы для преобразователей напряжения
Благодаря ничтожной мощности переключения КПД инвертора с выходом DC на таких транзисторах может достигать 0,95, а с выходом AC 50 Гц 0,85-0,87. Аналоги MOSFET со встроенным каналом, напр. IFRZ44, дают КПД пониже, но стоят гораздо дешевле. Пара тех или других позволяет довести мощность в нагрузке до прим. 600 Вт; те и другие без проблем запараллеливаются (справа на рис.), что позволяет строить инверторы на мощность до 3 кВт.
Примечание: мощность потерь переключения ключей со встроенным каналом при работе на существенно реактивную нагрузку (напр., асинхронный электродвигатель) может достигать 1,5 Вт на ключ. Ключи с индуцированным каналом от этого недостатка свободны.
TL494
Третий элемент, который позволил довести преобразователи напряжения до теперешнего состояния – специализированная микросхема TL494 и ее аналоги. Все они представляют собой контроллер широтно-импульсной модуляции (ШИМ), формирующий на выходах сигнал модифицированной синусоиды. Выходы разнополярные, что позволяет управлять парами ключей. Опорная частота преобразования задается одной RC цепью, параметры которой можно менять в широких пределах.
Когда хватит постоянки
Круг потребителей тока 220 В DC ограничен, но как раз у них потребность в автономном электропитании возникает не только в аварийных ситуациях. Напр., при работе электроинструментом на выезде либо в дальнем углу своего же участка. Или присутствует всегда, скажем, у дежурного освещения входа в дом, прихожей, коридора, придомовой территории от солнечной батареи, днем подзаряжающей АКБ. Третий типичный случай – зарядка телефона на ходу от прикуривателя. Здесь мощность на выходе нужна совсем маленькая, так что инвертор может быть выполнен всего на 1 транзисторе по схеме релаксационного генератора, см. след. ролик.
Видео: повышающий преобразователь на одном транзисторе
Пример схемы с внешними времязадающими элементами дан на поз. 1 рис.:
Схемы простых преобразователей напряжения 12-200 В
Ошибочно выбранный магнитопровод трансформатора маломощного преобразователя напряжения
Порядок расчета данного инвертора дан в скане на рис.:
Ключевые величины в нем – частота преобразования и рабочая индукция в магнитопроводе. Частоту преобразования выбирают исходя из материала наличного сердечника и требуемой мощности:
Примечание: если в наличии есть стальной магнитопровод заведомо завышенного сечения, не выжимайте из него мощность! Пусть лучше индукция будет меньше – КПД преобразователя возрастет, а форма выходного напряжения улучшится.
Выпрямление
50 гц? Это очень просто!
Простой инвертор на 50 Гц (поз. 4 рис. выше со схемами) интересная конструкция. У некоторых видов типовых трансформаторов питания собственная постоянная времени близка к 10 мс, т.е. половине периода 50 Гц. Подкорректировав ее времязадающими резисторами, которые будут одновременно и ограничителями тока управления ключей, можно получить на выходе сразу сглаженный меандр 50 Гц без сложных схем формирования. Подойдут трансформаторы ТП, ТПП, ТН на 50-120 Вт, но не всякие. Возможно, придется изменить номиналы резисторов и/или включить параллельно им конденсаторы на 1-22 нФ. Если частота преобразования все равно далеко от 50 Гц, разбирать и перематывать трансформатор бесполезно: склеенный ферромагнитным клеем магнитопровод распушится, и параметры трансформатора резко ухудшатся.
Этот инвертор – дачный преобразователь выходного дня. Аккумулятор машины он не посадит по тем же причинам, что и предыдущий. Но его хватит на освещение домика с верандой светодиодными лампами и телевизор или вибрационный насос в скважине. Частота преобразования налаженного инвертора при изменениях тока нагрузки от 0 до максимального не выходит за пределы технормы для сетей электропитания.
DC от микросхемы
КПД описанных преобразователей не превышает 0,8, а частота в зависимости от тока нагрузки заметно плавает. Предельная мощность нагрузки менее 400 Вт, так что пришла пора вспомнить о современных схемных решениях.
Схема простого преобразователя 12 В DC/ 220 В DC на 500-600 Вт дана на рис.:
Схема преобразователя 12-220 В DC 1000 Вт
Основное его назначение – питание ручного электроинструмента. К качеству подводимого напряжения такая нагрузка не требовательна, поэтому ключи взяты подешевле; подойдут также IFRZ46, 48. Трансформатор мотается на феррите сечением 2-2,5 кв. см; подойдет сердечник силового трансформатора от компьютерного ИБП. Первичная обмотка – 2х5 витков жгута из 5-6 обмоточных проводов диаметром по меди 0,7-0,8 мм (см. ниже); вторичная – 80 витков такого же провода. Налаживание не требуется, но контроля разряда батареи нет, так что в процессе работы нужно прицепить к ее клеммам мультиметр и не забывать на него поглядывать (то же касается и всех прочих самодельных инверторов напряжения). Если напряжение упало до 10,8 В (1,8 В на банку) – стоп, выключаемся! Упало до1,75 В на банку (10,5 В вся батарея) – это уже пошла сульфатация!
Как мотать трансформатор на кольце
- Изолируют магнитопровод и с помощью намоточного челнока наматывают на него вторичную повышающую обмотку, укладывая витки как можно плотнее, поз. 1 на рис.:
Намотка трансформатора преобрзователя напряжения на ферритовом кольце
Примечание: на электрических принципиальных схемах начала обмоток, если это имеет значение, обозначаются точкой.
50 Гц сглаженные
- Первоначально определенная величина рабочей индукции делится на 1,1 и применяется во всех дальнейших расчетах. Так нужно, чтобы учесть т. наз. коэффициент формы несинусоидального напряжения Кф; у синусоиды Кф=1.
- Повышающая обмотка рассчитывается сначала как сетевая на 220 В для заданной мощности (или определенной по параметрам магнитопровода и величине рабочей индукции). Затем найденное количество ее витков умножается на 1,08 для мощности до 150 Вт, на 1,05 для мощностей 150-400 Вт и на 1,02 для мощностей 400-1300 Вт.
- Половина низковольтной обмотки рассчитывается как вторичная на напряжение 14,5 В под ключи биполярные или со встроенным каналом и на 13,2 В для ключей с индуцированным каналом.
Примеры схемных решений преобразователей 12-200 В 50 Гц с разделительным трансформатором даны на рис.:
Схемы преобразователей напряжения 12-220 В 50 Гц на 500-1000 Вт
Инвертор 12-220 В 50 Гц с задающим генератором на TL494 (справа на рис.) частоту держит железно во всех мыслимых немыслимых условиях эксплуатации. Для более эффективного сглаживания псевдосинусоиды используется явление т. наз. безразличного резонанса, при котором фазовые соотношения токов и напряжений в колебательном контуре становятся такими же, как при остром резонансе, но их амплитуды заметно не увеличиваются. Технически это решается просто: к повышающей обмотке подключают сглаживающий конденсатор, значение емкости которого подбирают по наилучшей форме тока (не напряжения!) под нагрузкой. Для контроля формы тока в цепь нагрузки на мощность 0,03-0,1 от номинальной включают резистор на 0,1-0,5 Ом, к которому и подключают осциллограф с закрытым входом. Сглаживающая емкость не уменьшает КПД инвертора, но пользоваться для настройки компьютерными программами симуляции НЧ осциллографа нельзя, т.к. вход звуковой карты, которая в них используется, не рассчитан на амплитуду в 220х1,4 = 310 В! Ключи и мощности такие же, как в пред. случае.
Более совершенная схема преобразователя 12-200 В 50 Гц дана на рис.:
Схема усовершенствованногопреобразователя 12-200 В 50 Гц
А нельзя ли без трансформатора?
Да, и такое решение нередко применяется в фирменных преобразователях. Это – электрический мост из ключей на высоковольтных силовых полевых транзисторах с напряжением пробоя от 400 В и током стока более 5 А. Подойдут из первичных цепей компьютерных ИБП, а из старого хлама – КП904 и т.п.
Мост запитывается постоянкой 220 В DC от несложного инвертора 12-220 с выпрямлением. Плечи моста открываются парами наперекрест поочередно, и ток в нагрузке, включенной в диагональ моста, меняет направление; цепи управления всех ключей гальванически разделены. В промышленных конструкциях ключи управляются от спец. ИМС с развязкой оптопарами, но в любительских условиях то и другое можно заменить дополнительным маломощным инвертором 12 В DC – 12 В 50 Гц, работающим на маленький трансформатор на железе, см. рис. Магнитопровод для него можно взять от китайского базарного маломощного трансформатора питания. За счет его электрической инерции качество выходного напряжения получается даже лучше, чем модифицированная синусоида.
Схема получения 220 В 50 Гц от преобразователя напряжения без мощного трансформатора на железе
На необъятных просторах нашей родины в городах и селах часто бывают перебои с электричеством, от этого никто не застрахован. Поэтому предлагаю собрать самодельный преобразователь напряжения с 12 на 220В 50Гц, который выручит Вас в трудную минуту и станет не заменимым помощником, где бы вы не находились: в лесу, на даче, дома, на рыбалке.
На этом рисунке изображена схема простого преобразователя напряжения с 12 на 220В с рабочей частотой 50Гц.
Схема преобразователя напряжения с 12 на 220В 50Гц
В основу схемы заложен старый добрый симметричный мультивибратор на двух биполярных транзисторах Т2 и Т3, который управляет мощными ключами на полевых транзисторах Т4, Т5, Т6 и Т7. Прямоугольные импульсы снимаемые с мультивибратора поочередно открывают полевые транзисторы и тем самым накачивают трансформатор, который преобразует входящее постоянное напряжение 12В в переменное напряжение 220В. Рабочая частота мультивибратора 50 Гц. Подстройку частоты мультивибратора можно выполнять на глаз подстречным резистором Р2, например сравнить гул пластин выходного трансформатора преобразователя напряжения с включенным в сеть обыкновенным сетевым трансформатором или с помощью осциллографа. Как это сделал я.
Защита от разряда аккумулятора собрана на транзисторе Т1 и реле Rel1. Минимальное напряжение срабатывания защиты устанавливается подстроечным резистором Р1. Как работает защита? При напряжении более 12В, ток через открытый транзистор Т1 поступает на обмотку реле Rel1. Контакты реле замыкаются и включается мультивибратор, зеленый светодиод сигнализирует о включении преобразователя напряжения. При разряде аккумулятора ниже 10В транзистор закрывается, контакты реле размыкаются, мультивибратор отключается и загорается красный светодиод.
На этом рисунке изображена печатная плата преобразователя напряжения с 12 на 220В 50Гц.
Печатная плата преобразователя напряжения с 12 на 220В 50Гц
Преобразователь напряжения собирается на печатной плате размером 70х100 мм. Биполярные транзисторы структуры n-p-n Т2 и Т3 можно ставить практически любые КТ815, BD139, КТ805, КТ819, TIP41, MJE13007, MJE13009 и многие другие.
Схема может качать до четырех пар мощных полевых транзисторов IRFZ40/44/46/48, IRF3205, IRL3705/ IRF3808 и другие N-канальные полевые транзисторы. Во время работы устройства транзисторы остаются холодными, поэтому радиатор ставить не надо. Мощность преобразователя напрямую зависит от габаритов трансформатора. С трансформатора габаритной мощностью в 100Вт , более 100Вт снять никак не получится. На холостом ходу преобразователь напряжения потребляет от 0.15А до 1А все зависит от мощности трансформатора.
Какой трансформатор подойдет для преобразователя напряжения?
В схеме установлен обыкновенный сетевой трансформатор с железным сердечником. Первичная сетевая обмотка трансформатора на 220В, а две вторичные обмотки по 15В соединенные последовательно и имеют общую среднюю точку. Идеальный вариант это конечно использовать тороидальный трансформатор от стереосистемы, такие трансформаторы более компактного размера и немного увеличенным КПД. Первичная обмотка трансформатора станет выходной, из нее будет выходить 220В, а вторичная обмотка подключается к мультивибратору согласно схеме.
Если у вас обычный трансформатор, например от лампового телевизора, то вторичную обмотку надо перемотать. Для этого вам понадобится медный провод в лаковой или полихлорвиниловой изоляции. Вторичная обмотка мотается в два провода и содержит всего 30 витков, из расчета два витка на один вольт в итоге получится две обмотки по 15 вольт. Конец первой обмотки соединяется с началом второй это и будет средняя точка.
Выходная мощность преобразователя зависит от размера трансформатора. Существуют специальные формулы расчета трансформатора для преобразователя напряжения, но все это очень сложно и проблематично. Как показала практика, чем толще провод намотан во вторичной обмотке, тем выше КПД преобразователя напряжения. Но не всегда размер окна трансформатора позволяет намотать толстый провод. Поэтому, должна быть золотая середина, диаметр провода вторичной обмотки должен быть в два раза, больше диаметра провода, которым намотана первичная обмотка.
Например, у Вас есть трансформатор у которого первичная сетевая обмотка намотана медным проводом диаметром 0.5 мм, тогда вторичную обмотку мотаем проводом диаметром 1 мм, намотать более толстый провод не получится, ограниченное пространство окна трансформатора не позволит этого сделать.
Мощность собранного мною преобразователя 100Вт, рабочая частота 50Гц. Выходное напряжение 220В.
К данному устройству можно подключить практически любой маломощный прибор, светодиодную лампу, ноутбук, вентилятор, шуруповерт, телевизор, электробритву.
Радиодетали для сборки
Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!
Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как работает преобразователь напряжения с 12 на 220В 50Гц
Многие радиолюбители являются и автолюбителями и любят отдохнуть с друзьями на природе, а от благ цивилизации отказываться совсем не хочется. Поэтому они собирают своими руками преобразователь напряжения 12 220 схема которого рассмотрена на рисунках ниже. В этой статье я расскажу и покажу различные варианты конструкций инверторов, который используются для получения сетевого напряжения 220 Вольт от автомобильного аккумулятора.
Устройство построено на двухтактном инверторе на двух мощных полевых транзисторах. К данной конструкции подойдут любые N-канальные полевые транзисторы с током 40 Ампер и более, я применил недорогие транзисторы IRFZ44/46/48, но если вам на выходе нужна большая мощность лучше используйте более мощные полевые транзисторы IRF3205.
Трансформатор наматываем на ферритовом кольце или броневом сердечнике Е50, да можно и на любом другом . Первичную обмотку следует наматывать двух жильным проводом с сечением 0,8мм - 15 витков. Если применить броневой сердечник с двумя секциями на каркасе, первичная обмотка мотается в одной из секций, а вторичная состоит из 110-120 витков медного провода 0,3-0,4мм. На выходе трансформатора получаем переменное напряжение в диапазоне 190-260 Вольт, импульсов прямоугольной формы.
Преобразователь напряжения 12 220 схема которого была описана, может питать различную нагрузку, мощность которой не более 100 ватт
Форма выходных импульсов — Прямоугольная
Трансформатор в схеме с двумя первичными обмотки на 7 Вольт (каждое плечо) и сетевой обмоткой на 220 Вольт. Подходят практически любые трансформаторы от бесперебойников, но с мощностью от 300 Ватт. Диаметр провода первичной обмотки 2,5 мм.
Транзисторы IRFZ44 при их отсутствии можно легко заменить на IRFZ40,46,48 и даже на более мощные — IRF3205, IRL3705. Транзисторы в схеме мультивибратора TIP41 (КТ819) можно заменить на отечественные КТ805, КТ815, КТ817 и т.п.
Внимание, схема не имеет защиты на выходе и входе от короткого замыкания или перегрузки, ключи будут перегреваться или сгорят.
Два варианта конструкции печатной платы и фото готового преобразователя можно скачать по ссылке выше.
Этот преобразователь достаточно мощный и его можно применить для питания паяльника, болгарки, микроволновки и прочих устройств. Но не забываем о том, что рабочая частота его не 50 Герц.
Первичная обмотка трансформатора наматывается 7-ю жилами сразу, проводом диаметром 0,6мм и содержит 10 витков с отводом от середины растянутая по всему ферритовому кольцу. После намотки, обмотку изолируем и начинаем наматывать повышающую, тем же проводом, но уже 80 витков.
Силовые транзисторы желательно установить на теплоотводы. Если собрать схему преобразователя правильно, то она должна заработать сразу же и настройки не требует.
Как и в предыдущей конструкции, сердцем схемы является TL494.
Это готовое устройство двухтактного импульсного преобразователя, полным отечественный аналогом ее является 1114ЕУ4. На выходе схемы применены высокоэффективные выпрямительные диоды и С-фильтр.
Преобразователь напряжения 12 220 схема которую мы рассмотрели, включает в свой состав дроссель. Его можно изготовить своими руками намотав на ферритовом кольце от компьютерного блока питания диаметром 10мм и 20 витков проводом ПЭЛ 2.
Имеется также рисунок печатной платы схемы преобразователя напряжения 12 220 вольт:
И несколько фоток получившегося преобразователя 12-220 Вольт:
Опять понравившееся мне TL494 в паре с мосфетами (Эта такая современная разновидность полевых транзисторов), трансформатор на этот раз я позаимствовал из старого компьютерного блока питания. При разводке платы я учитывал выводы именно его, поэтому при своем варианте размещения будьте бдительны.
Для изготовлении корпуса я использовал банку 0,25L из под газировки, так удачно сныканную после перелета из Владивостока, острым ножем срезаем верхнее колечко и вырезаем у него середину, в него на эпоксидке вклеил кружок из стеклотекстолита с отверстиями под выключатель и разъем.
Для придания банке жесткости, вырезал из пластиковой бутылки полоску шириной с наш корпус, и обмазал его эпоксидным клеем поместил в банку, после высыхания клея банка стала достаточно жесткой и с изолированными стенками, дно банки оставил чистым, для лучшего теплового контакта с радиатором транзисторов.
В завершение сборки припаял провода к крышке я закрепил ее термоклеем, это позволит, если возникнет необходимость разобрать преобразователь напряжения, просто нагрев крышку феном.
Конструкция преобразователя предназначена для преобразования 12 вольтового напряжения от аккумулятора в 220 Вольт переменного с частотой 50 Гц. Идея схемы позаимствована из старого выпуска журнала радио за ноябрь 1989 года.
Радиолюбительская конструкция содержит задающий генератор рассчитанный на частоту 100Гц на триггере К561ТМ2, делитель частоты на 2 на той же микросхеме, но на втором триггере и усилитель мощности на транзисторах, нагруженный трансформатором.
Транзисторы учитывая выходную мощность преобразователя напряжения следует установить на радиаторы с большой площадью охлаждения.
Трансформатор можно перемотать из старого сетевого трансформатора ТС-180. Сетевую обмотку можно использовать в качестве вторичной, а затем наматываются обмотки Ia и Ib.
Собранный из рабочих компонентов преобразователь напряжения не требует налаживания, за исключением подборки конденсатора С7 при подключенной нагрузке.
Если необходим чертеж печатной платы выполненный в программе sprint layout, щелкните на рисунок ПП.
Сигналы с микроконтроллера PIC16F628A через сопротивления по 470 Ом управляют силовыми транзисторами, заставляя их поочередно открываться. В истоковые цепи полевых трпнзисторов подключены полуобмотки трансформатора мощность 500-1000 ВА. На его вторичных обмотках должно быть по 10 вольт. Если взять Провод сечением 3 мм.кв, то выходная мощность будет около 500 Вт.
Вся конструкция получается очень компактная, так что можно использовать макетную плату, без травления дорожек. Архив с прошивкой микроконтроллера ловите по зеленой ссылке чуть выше
Преобразователь напряжения 12 220 схема на цифровых микросхемах CD4001 и CD4013 рассчитанный на 70 Вт
Схема преобразователя 12-220 выполнена на генераторе, создающем симметричные импульсы, следующие противофазно и выходного блока реализованного на полевых ключах, в нагрузку которым подключен повышающим трансформатором. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран по классической схеме мультивибратор, генерирующий импульсы с частотой следования 100 Гц.
Для формирования симметричных импульсов идущих в противофазе, в схеме использован D-триггер микросхемы CD4013. Он делит на два все импульсы, попадающие на его вход. Если имеем сигнал идущий на вход с частотой 100Гц, то на выходе триггера будет всего 50Гц.
Так как полевые транзисторы имеют изолированный затвор, то активное сопротивление между их каналом и затвором стремится к бесконечно большой величине. Для защиты выходов триггера от перегрузки в схеме имеется два буферных элемента DD1.3 и DD1.4, через которые импульсы следуют на полевые транзисторы.
В стоковые цепи транзисторов включен повышающий трансформатор. Для защиты от самоиндукции самоиндукции на стоках к ним подсоединены стабилитроны повышенной мощности. Подавление ВЧ помех осуществляется фильтром на R4, C3.
Обмотка дросселя L1 сделана своими руками на ферритовом кольце диаметром 28мм. Она намотана проводом ПЭЛ-2 0,6 мм одним слоем. Трансформатор самый обычный сетевой на 220 вольт, но мощностью не ниже 100Вт и имеющий две вторичные обмотки на 9В каждая.
Для повышения КПД преобразователя напряжения и предотвращения сильного перегрева, в выходном каскаде схемы инвертора применены полевые транзисторы с низким сопротивлением.
На DD1.1 – DD1.3, C1, R1, сделан генератор прямоугольных импульсов с частотой следования импульсов 200 Гц. Затем импульсы поступают на делитель частоты построенный на элементах DD2.1 – DD2.2. Поэтому на выходе делителя 6 выходе DD2.1 частота понижается до 100Гц, а уже на 8 выходе DD2.2. она составляет 50 Гц.
Сигнал с 8 вывода DD1 и с 6 вывода DD2 следует на диоды VD1 и VD2. Для полного открытия полевых транзисторов требуется увеличить амплитуду сигнала, который проходит с диодов VD1 и VD2, для этого в схеме преобразователя напряжения применены биполярные транзисторы VT1 и VT2. Посредством VT3 и VT4 осуществляется управление полевыми выходными транзисторами. Если в процессе сборки инвертора не было сделано ошибок, то он начинает работать сразу после подачи питания. Единственное что рекомендуется сделать это подобрать номинал сопротивления R1, чтобы на выходе были привычные 50 Гц.
Трансформатор для схемы преобразователя напряжения 12 220, можно изготовить своими руками. Для этого придется немного переделать старый силовой трансформатор от отечественного телевизора. Все обмотки удаляем, кроме сетевой. Затем наматываем две обмотки проводом ПЭЛ – 2,1 мм. Полевые транзисторы требуется установить на радиатор.
В этой схеме преобразователя генератор генерирует прямоугольные импульсы с частотой следования около 50 Гц с защитными паузами, которые исключают одновременное открывание полевых транзисторов VT5 и VT6. Когда на выходе Q1 (или Q2) появится низкий уровень, произойдет открытие транзисторов VT1 и VT3 (или VT2 и VT4), и затворные емкости начинают разряжаться, и закрываются транзисторы VT5 и VT6.
Собственно преобразователь собран по классической двухтактной схеме.
Если напряжение на выходе преобразователя превысит установленное значение, напряжение на резисторе R12 будет выше 2,5 В, и поэтому ток через стабилизатор DA3 резко увеличится и появится сигнал высокого уровня на входе FV микросхемы DA1.
Ее выходы Q1 и Q2 переключатся в нулевое состояние и полевые транзисторы VT5 и VT6 закроются, вызывая уменьшение выходного напряжения.
В схему преобразователя напряжения также добавлен узел защиты по току, на основе реле К1. Если ток, протекающий через обмотку, будет выше установленного значение, сработают контакты геркона К1.1. На входе FC микросхемы DA1 будет высокий уровень и ее выходы перейдут в состояние низкого уровня, вызывая закрытие транзисторов VT5 и VT6 и резкое снижение потребляемого тока.
После этого, DA1 останется в заблокированном состоянии. Для запуска преобразователя потребуется перепад напряжения на входе IN DA1, чего можно добиться либо отключением питания, либо кратковременным замыканием емкости С1. Для этого можно ввести в схему кнопку без фиксации, контакты которой припаять параллельно конденсатору.
Т.к выходное напряжение - меандр, для его сглаживания предназначен конденсатор С8. Светодиод HL1 необходим для индикации наличия выходного напряжения.
Трансформатор Т1 сделан из ТС-180, его можно найти в блоках питания старых кинескопных телевизоров. Все его вторичные обмотки удаляют, а сетевую на напряжение 220 В оставляют. Она и служит выходной обмоткой преобразователя. Полуобмотки 1.1 и I.2 делают из провода ПЭВ-2 1,8 по 35 витков. Начало одной обмотки соединяют с концом другой.
Реле - самодельное. Его обмотка состоит из 1-2 витков изолированного провода, рассчитанного на ток до 20. 30 А. Провод намотан на корпусе геркона с замыкающими контактами.
Подбором резистора R3 можно задать требуемую частоту выходного напряжения , а резистором R12 - амплитуду от 215. 220 В.
Инвертор (в узком электротехническом понимании этого слова) – это устройство для преобразования постоянного тока в переменное с изменением величины действующего значения напряжения. В ещё более узком – преобразователь постоянного напряжения (12, 24 или 48 В) в переменное 220 В.
И наконец, в радикально узком понимании – штуковина, позволяющая запитать от автомобильного аккумулятора различные бытовые приборы, рассчитанные на сетевое питание, а короче – весьма полезный и удобный в хозяйстве прибамбас!
Схема, изображённая на Рис.1, а также комментарии к ней заимствованы из книги М. А. Шустова "Практическая схемотехника", раздел - "Преобразователи напряжения".
Рис.1 Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц
"Максимальная выходная мощность преобразователя - 100 Вт, КПД - до 50%.
Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 (КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах ѴТ3 и ѴТ4 (КТ825). Эти транзисторы устанавливают без изолирующих прокладок на общий радиатор.
Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 А. В качестве силового использован готовый сетевой трансформатор на 100 Вт (сечение центральной части железного сердечника — около 10 см2). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8В/10А каждая. Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R1 и R2".
Так как мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, а мощные эмиттерные повторители повторяют эту форму, то и в нагрузке будет протекать переменный ток, напоминающий по форме синусоиду и дополнительных мер по сглаживанию не требуется.
Значительно повысить КПД инвертора можно, если применить в качестве силовых каскадов не повторители напряжения, а транзисторы, работающие в ключевом режиме.
Такая модификация преобразователя приведена на Рис.2.
Рис.2 Схема простого преобразователя напряжения с повышенным КПД
Принцип работы преобразователя такой же, как и у предыдущего устройства. Задающий генератор (Т1, Т2) формирует два пара-фазных напряжения с частотой 50 Гц. Напряжения с выходов задающего генератора подаются на два однотипных ключевых каскада (Т3, Т4), которые коммутируют напряжение на первичной обмотке трансформатора. Поскольку мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, ключевые транзисторы срабатывают с некоторой задержкой, обуславливая формирование на выходе инвертора подобие модифицированного синусоидального напряжения.
С указанными на схеме элементами выходная мощность преобразователя составляет около 200 Вт. Дальнейшего повышения КПД и увеличения мощности инвертора можно добиться простой заменой биполярных ключевых элементов на мощные MOSFET транзисторы, как это показано на Рис.2.
"Эквивалентная частота генерации составляет 50 Гц и задаётся величиной сопротивления резистора R5 и ёмкостью конденсатора С5. Резистором R4 регулируется скважность выходных импульсов. Им можно регулировать выходное напряжение.
На выходах микросхемы (выводы 9 и 10) выделяются противофазные импульсы, немного задержанные относительно друг друга, чтобы не вызывать сквозного тока в схеме выходного каскада в моменты переключения. Импульсы поступают на мощные ключевые полевые транзисторы VT1 и VT2. Диоды VD2 и VD3 защищают эти транзисторы от выбросов отрицательной ЭДС на первичной обмотке импульсного трансформатора Т1.
Многие схемы, построенные на TL494, TL594 и т. д., при всех своих достоинствах, часто обладают одним, но существенным недостатком. Если не позаботиться о корректной установке "мёртвого времени" ИМС (в приведённой схеме - резистором R4), то напряжения на выходе преобразователей будет иметь форму, близкую к форме меандра со всеми вытекающими отсюда последствиями. Причём, никакие дополнительные дроссели, а также конденсаторы во вторичной обмотке трансформатора - к существенному результату не приведут!
Рис.4 Схема простого импульсного преобразователя напряжения на микросхеме 561ИЕ8
В качестве выходных транзисторов подойдут IRFZ034 (15А), IRFZ044 и RG723A (30A), IRFZ046 (50A), IRFP064 (100А). Для надёжности устройства рекомендуется иметь двойной запас по току и тройной - по напряжению. Силовые цепи должны быть по возможности короче и выполнены проводами соответствующего сечения.
Создание преобразователей с чистым 50-герцовым синусом обычно сопряжено с использованием микроконтроллерных прибамбасов, что делает рассмотрение этого вопроса (для нас доблестных электронщиков) не таким уж и простым и в рамках данной статьи - нецелесообразным.
Читайте также: