Первой и основной целью моей работы было сделать повышающий преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт. То есть, усложнять себе задачу я не собирался, поэтому предлагаемый мной вариант сборки имеет одно неоспоримое достоинство: он крайне прост.
Рис.1: Импульсный преобразователь напряжения.
Прибор строится по двухтактной схеме. Для воплощения данной схемы мне понадобилось только два полевых транзистора без задающих генераторов. По этой причине, даже при отсутствии соответствующего опыта, вам не составит труда собрать преобразователь напряжения своими руками.
К тому же, все необходимые для этого элементы всегда есть под рукой у любого радиолюбителя. Если говорить о выходной частоте, предлагаемого мной устройства, то она, к сожалению, является переменной. Но это очень просто можно поправить, если на выходе установить диодный выпрямитель и конденсатор, с расчётной ёмкостью на 100 мкФ при напряжении 400 Вольт. Хотя, если ёмкость будет слегка меньше, никакими проблемами это вам не грозит.
Тот преобразователь напряжения, который собирал я, можно, пожалуй, отнести к категории резонансных, поскольку рабочая частота зависит от колебательного (LC) контура. А в качестве катушки используется первичная обмотка трансформатора, параллельно которой установлен конденсатор небольшой ёмкости на 2,2 мкФ (400 Вольт). Но в любом случае, даже при самом плохом стечении обстоятельств вы сможете настроить ваш прибор на необходимую частоту экспериментальным путём. Кроме того, частоту преобразователя напряжения можно отрегулировать затворными ограничительными резисторами.
В качестве силовых ключей использовал довольно мощные канальные высоковольтного типа (примерно 200 Вольт). Но вы, в случае со своим собственным устройством, вполне можете заменить их на низковольтные.
Не забывайте, что мощность конечно же, в первую очередь определяется трансформатором и полевыми транзисторами. Точно могу сказать, что по выполненной мной схеме можно получать до 0,5 кВт выходной мощности. По-моему, неплохо, если собираешь простенький преобразователь напряжения своими руками.
На самом деле, я при сборке данной схемы был далеко не оригинален, подобные преобразователи и схемы к ним встречаются везде и их трудно не заметить, и не опробовать.
К самой плате генератора помимо транзистора подсоединяются также , которые стабилизируют затворное напряжение. Для этой цели подходят элементы мощностью 0,5 ватт, 1 ватт, 1,3 ватт. Они не имеют склонности перегреваться, хотя конечно будет лучше, если вы возьмёте более мощные экземпляры. Напряжение стабилизации у стабилитрона должно быт от 10 вольт до 15 вольт. Сам я воспользовался стабилитронами на 15 вольт.
Конкретные параметры данного элемента нет необходимости учитывать. По сути, и сами эти элементы можно просто изъять из схемы преобразователя напряжения. Конечно, цепь будет работать не так хорошо, как если бы все составляющие были на месте, но всё же функционировать она от этого не перестанет.
Существуют затворные ограничители на 470 Ом, я брал на 390 Ом, и здесь возможны отклонения от 100 до 470 Ом. Также мною были применены диоды ультрабыстрого типа. Подойдут сюда также и просто быстродействующие диоды с током минимум в 1А 9при желании можно использовать и более мощные экземпляры.
Если использовать один общий теплоотвод для транзисторов, обязательно нужно изолировать их специальными слюдяными прокладками и изолирующими шайбами.
Я сделал два раздельных теплоотвода для транзисторов преобразователя напряжения, поэтому они не будут сильно нагреваться даже к тех случаях, когда задействована максимальная мощность. Возможен небольшой перегрев входного дросселя, поэтому его необходимо будет обмотать проводом диаметром до двух миллиметров.
Брал дроссель от компьютерных блоков питания на порошковом железе. Количество витков на дросселе не принципиально, определяется по своему усмотрению (примерно от 7 до 15).
Чтобы получить 220 Вольт, я применил уже готовый трансформатор. Первичная обмотка (когда она делается без отвода) состоит из восьми витков толстого провода (8мм или больше) в 3-4 шины.
Если говорить конкретно про напряжение в 500 ватт, то первичная обмотка содержит 7-8 витков по 10 жил провода на 0,7 мм. Вторичная обмотка составляет всего 48 витков провода с диаметром в 1 мм. Можно мотать и более тонкими проводами, например 2 жилы по 0,5 мм. Возможно, что так вам будет удобнее.
Используемая мной схема хороша тем, что в неё можно включить уже готовые трансформаторы и применять их в уже готовом блоке питания. При этом нет необходимости что-то перематывать. Сетевая обмотка, которая в компьютерном блоке являлась первичной, в вашем устройстве станет уже вторичной.
Пара выводов на 12 Вольт должна быть подключена к силовым выводам транзистора. Проверку на рабочесть я проводил с помощью лампы на 100 Ватт. По результатам этой проверки стало очевидно, что цепь совершенно не перегружена.
Конечно, для использования такого инвертора в реальной жизни потребуется обеспечить выпрямление тока. С этой целью можно применить такие же диоды, как и те, что использовались на плате.
А далее, получившееся устройство можно спокойно использовать для зарядки телевизора, ноутбука, телефона. Но не стоить соединять инверторы к приборам с сетевым трансформатором или электродвигателем, это ни к чему хорошему не приведёт.
Дополнительная информация
Вычисление количества витков первичной и вторичной обмотки
Для расчёта вторичной обмотки при сборке преобразователя напряжения своими руками потребуется:
- Выявить, сколько вольт даёт каждый дополнительный виток (для этого питающее напряжение следует поделить на количество витков первичной обмотки);
- Нужное значение напряжение поделить на показатель виток/вольт, если получившееся число оказалось дробным (и дробная часть при этом не менее половины единицы), то округлить его в сторону большего значения.
Для расчёта первичной обмотки потребуется:
- Вычислить максимальный потребляемый ток первичной обмотки: Pmax/12=Imax, где Pmax – максимально потребляемая мощность;
- Ориентируясь на силу и плотность (ампер на мм 2) тока вычислить необходимую площадь или подходящее сечение провода.
Поскольку движение тока происходит не по всему проводу, а только по его поверхности, то скорее всего придётся заменить один толстый провод на несколько тонких. К тому же это позволит снизить степень нагревания.
Трансформатор
Когда уже вычислено необходимое количество витков для первичной обмотки, можно взяться за намотку трансформатора.
Для этого нужно взять все провода холостого хода, скрутить в косичку и начать делать обмотку. То же самое нужно проделать со второй частью первичной обмотки. Принципиально, чтобы распределение витков от обеих обмоток было равномерным. В противном случае может произойти, перегрев трансформатора, особенно в том случае, если мощность будет максимальной или близкой к таковой, а уровень напряжения вторичной обмотки будет проседать всё с большей силой.
Дроссель
Дросселя для преобразователя напряжения наиболее удобно мотать с помощью жёлтых колец, которые можно изъять из компьютерного блока питания. Изначально они изготавливаются на 5-6 витков, но согласно практике, лучше всего, если мотается по 2-3 витка на вольт. К сожалению, из-за подобной модернизации дроссель становится весьма громоздким. Желательно, чтобы используемый для обмотки дросселя провод в сечении был не менее 2 мм, в противном случае вся мощность уйдёт в никуда.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.
В данной статье вы сможете ознакомиться с детальной пошаговой инструкцией по изготовлению инвертора переменного тока на 220 В 50Гц из автомобильного аккумулятора на 12 В. Такой прибор способен выдавать мощность от 150 до 300Вт.
Схема данного устройства достаточно простая
.
Данная схема работает по принципу преобразователей типа Push-Pull. Сердцем устройства будет служить плата CD-4047 работающая как задающий генератор, а также осуществляет управление полевыми транзисторами, которые работают в режиме ключей. Всего один транзистор может быть открыт, в случае если будут открыты два транзистора в одно время, то случится замыкание, в результате которого транзисторы сгорят, также это может произойти в случае неправильного управления.
Плата CD-4047 не рассчитана на высокоточное управление полевыми транзисторами, но с данным заданием справляется отлично. Также для работы устройства потребуется трансформатор из старого ИБП на 250 или 300Вт с первичной обмоткой и средней точкой подключения плюса от источника питания.
Трансформатор имеет достаточно большое количество вторичных обмоток, вам будет нужно с помощью вольтомметра измерять все отводы и найти сетевую обмотку на 220В. Нужные нам провода будут выдавать наибольшее электросопротивление приблизительно 17 Ом, лишние отводки можете удалить.
Перед тем как начать паять желательно все еще раз перепроверить. Рекомендуется выбирать транзисторы с одной партии и одинаковыми характеристиками, конденсатор часто задающей цепи иметь небольшую утечку и узкий допуск. Такие характеристики определяются тестером для транзисторов.
Так как у платы CD-4047 нет аналогов, необходимо приобрести именно ее, а вот полевые транзисторы если есть необходимость можете поменять на n-канальные с напряжением от 60В и током минимум 35А. Подходят из серии IRFZ.
Также схема может работать с использованием биполярных транзисторов на выходе, но следует учесть, что мощность устройства станет намного меньше, если сравнивать с схемой, на которой используются «полевики».
Ограничительно затворные резисторы должны обладать сопротивлением 10-100 Ом, но предпочтительнее использовать резисторы на 22-47 Ом мощность которых составляет 250 мВт.
Часто задающая цепь собирается исключительно из элементов указанных на схеме, которая имеет точные настройки на 50Гц.
Если вы правильно соберете прибор, он будет работать с первых секунд, но при первом запуске важно подстраховаться. Для этого вместо предохранителя (смотреть схему) нужно установить резистор номинал которого составляет 5-10 Ом или лампочку на 12В, для того чтоб избежать взрыва транзисторов если были допущены ошибки.
Если устройство работает стабильно, то трансформатор буде издавать звук, но ключи не будут греться. Если все работает правильно резистор (лампочку) нужно убрать, а питание подается через предохранитель.
В среднем инвертором потребляет энергии при роботе на холостых от 150 до 300 мА в зависимости, какой источник питания и тип трансформатора.
Затем нужно замерить выдаваемое напряжение, на выходе должно быть около 210-260В, это считается нормальным показателем, поскольку инвертор не имеет стабилизации. Далее нужно проверить устройство, под нагрузкой подключив лампочку на 60 Ватт и дать поработать 10-15 секунд, ключи за это время немного нагреются, так как на них нет теплоотводов. Ключи должны греться равномерно, в случае не равномерного нагрева, нужно искать, где допущены ошибки.
Снабжаем инвертор функцией Remote Control
Главный плюсовой провод следует подключить к средней точке трансформатора, но чтобы устройство начало работать, к плате нужно подключить слаботочный плюс. Благодаря этому запустится генератор импульсов.
Пару предложений про монтаж. Все устанавливается в корпус блока питания для компьютеров, транзисторы следует установить на раздельные радиаторы.
Если будет установлен общий теплоотвод, обязательно изолируйте корпус транзисторов от радиатора. Кулер подключается к шине на 12В.
Одним из существенных недостатков данного инвертора считается отсутствие защиты от замыкания и если оно произойдет, то все транзисторы сгорят. Для того чтоб этого не допустить, на выходе обязательно нужно установить предохранитель на 1А.
Для запуска инвертора используется кнопка не большой мощности, через которую будет подаваться плюс на плату. Силовые шины трансформатора следует закрепить прямо к радиаторам транзисторов.
Если подключить к выходу преобразователя энергометр, то на нем сможете увидеть, что исходящая частота и напряжение в рамках допустимого. Если у вас получилась значение больше или меньше 50Гц ее нужно настроить, используя многооборотный переменный резистор, он установлен на плате.
Начальная цель для проекта была сделать мощный 12 на 220 преобразователь. Основное достоинство данного устройства, это простота сборки, выполненная по двухтактной схеме. Всего 2 полевых транзистора, без каких-либо задающих генераторов. Даже, если опыта работы в таком деле, как сборка преобразователя, но есть огромное желание попробовать, то в этом нет ничего сложного, вы можете собрать без труда его своими руками .
Необязательно покупать какие-то детали для устройства, все компоненты можно найти у себя дома в старой технике.
Давайте посмотрим видеоролик преобразователя:
Что касается параметров преобразователя, к сожалению, выходная частота переменная, но вы легко ее можете превратить в постоянный ток, устанавливая на выходе выпрямитель и большой конденсатор с расчетной емкостью где-то 100 микрофарат, при напряжении в 400 вольт. Рабочая частота зависит от лц-контура. В качестве катушки у нас идет первичная обмотка катушки. Установлены 2 дросселя. Обмотка не имеет отвод.
В качестве силовых ключей применены мощные канальные транзисторы высоковольтного типа. Их можно заменить на любые низковольтные. Мощность в первую очередь зависит от трансформатора и палевых транзисторов.
Что касается схемы, она вам позволит снять до 500 ватт или полкиловатта выходной мощности, при этом не будет никаких задающих цепей и прочих конструкций.
На самой плате генератора помимо транзистора установлены также стабилитроны для стабилизации затворного напряжения. Затворный ограничитель есть еще и на 470 ОМ, для конструкции подойдет от 100 до 670 ОМ можно использовать.
Помимо этого установлены 2 диода.
При использовании одного общего теплоотвода, в обязательном порядке их нужно изолировать прокладками и изолирующими шайбами.
Перегревается у вас будет чуток-дроссель, поэтому его нужно обмотать проводом с диаметром до 2 мм.
Трансформатор использовался готовый 220 вольт с первичной обмоткой. Обмотка состоит из 8 витков толстого провода.
Схема может быть без средней точки или со средней точкой.
В нашем случае подключена лампа накаливания в 11 ват. Нам ее нужно засветить полным накалом.
От постоянного тока можно запитать все указанные выше приборы. Нельзя запитывать холодильник, пылесос, микроволновку. Можно запитать зарядку от телефона, ноутбука и даже компьютер.
Купить готовое устройство не составит проблем
– в автомагазинах можно найти (импульсные преобразователи напряжения) различной мощности и цены.
Однако, цена подобного устройства средней мощности (300-500 Вт) составляет несколько тысяч рублей, а надежность многих китайских инверторов достаточно спорна. Изготовление своими руками простого преобразователя – это не только способ ощутимо сэкономить, но и возможность улучшить свои знания в электронике. В случае отказа же ремонт самодельной схемы окажется ощутимо проще.
Простой импульсный преобразователь
Схема этого устройства очень проста , а большинство деталей могут быть извлечены из ненужного блока питания компьютера. Конечно, у нее есть и ощутимый недостаток – получаемое на выходе трансформатора напряжение 220 вольт далеко по форме от синусоидального и имеет частоту значительно больше, чем принятые 50 Гц. Напрямую подключать к нему электродвигатели или чувствительную электронику нельзя.
Для того, чтобы иметь возможность подключать к этому инвертору содержащую импульсные блоки питания технику (например, блок питания ноутбука), применено интересное решение – на выходе трансформатора установлен выпрямитель со сглаживающими конденсаторами . Правда, работать подключенный адаптер сможет только в одном положении розетки, когда полярность выходного напряжения совпадет с направлением встроенного в адаптер выпрямителя. Простые потребители типа ламп накаливания или паяльника можно подключать непосредственно к выходу трансформатора TR1.
Основа приведенной схемы – это ШИМ-контроллер TL494, наиболее распространенный в таких устройствах. Частоту работы преобразователя задают резистор R1 и конденсатор C2, их номиналы можно брать несколько отличающимися от указанных без заметного изменения в работе схемы.
Для большей эффективности схема преобразователя включает в себя два плеча на силовых полевых транзисторах Q1 и Q2. Эти транзисторы нужно разместить на алюминиевых радиаторах, если предполагается использовать общий радиатор – устанавливайте транзисторы через изоляционные прокладки. Вместо указанных на схеме IRFZ44 можно использовать близкие по параметрам IRFZ46 или IRFZ48.
Выходной дроссель наматывается на ферритовом кольце от дросселя, также извлекаемого из компьютерного блока питания. Первичная обмотка мотается проводом диаметром 0,6 мм и имеет 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывается вторичная обмотка, содержащая 80 витков. Также можно взять выходной трансформатор из сломанного источника бесперебойного питания.
Читайте так же: Рассказываем про устройство сварочного трансформатора
Вместо высокочастотных диодов D1 и D2 можно взять диоды типов FR107, FR207.
Так как схема очень проста, после включения при правильном монтаже она начнет работать сразу и не потребует никакой настройки. Отдавать в нагрузку она сможет ток до 2,5 А, но оптимальным режимом работы будет ток не более 1,5 А – а это более 300 Вт мощности.
Готовый инвертор такой мощности стоил бы порядка трех-четырех тысяч рублей .Эта схема выполнена на отечественных комплектующих и достаточно стара, но это не делает ее менее эффективной. Главное ее достоинство – это получение на выходе полноценного переменного тока с напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц.
Здесь генератор колебаний выполнен на микросхеме К561ТМ2, представляющей собой сдвоенный D-триггер. Она является полным аналогом зарубежной микросхемы CD4013 и может быть заменена ей без изменений в схеме.
Преобразователь также имеет два силовых плеча на биполярных транзисторах КТ827А. Их главный недостаток по сравнению с современными полевыми – это большее сопротивление в открытом состоянии, из-за чего нагрев при той же коммутируемой мощности у них сильнее.
Так как преобразователь работает на низкой частоте, трансформатор должен иметь мощный стальной сердечник . Автор схемы предлагает использовать распространенный советский сетевой трансформатор ТС-180.
Как и другие инверторы на основе простых ШИМ-схем, этот преобразователь имеет на выходе достаточно отличающуюся от синусоидальной форму напряжения, но это несколько сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7. Также из-за этого трансформатор во время работы может издавать ощутимый гул – это не является признаком неисправности схемы.
Простой инвертор на транзисторах
Этот преобразователь работает по тому же принципу, что и перечисленные выше схемы, но генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) в нем построен на биполярных транзисторах.
Особенность этой схемы в том, что она сохраняет работоспособность даже на сильно разряженном аккумуляторе: диапазон входных напряжений составляет 3,5…18 вольт. Но, так как в ней отсутствует какая-либо стабилизация выходного напряжения, при разрядке аккумулятора будет одновременно пропорционально падать и напряжение на нагрузке.
Так как эта схема также является низкочастотной, трансформатор потребуется аналогичный используемому в инверторе на основе К561ТМ2.
Усовершенствования схем инверторов
Приведенные в статье устройства крайне просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами . Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным переделкам, которые к тому же позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.
Читайте так же: Делаем сварочный полуавтомат своими руками
Увеличение выходной мощности
Все описанные устройства работают по одному принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора соединяется с входом питания на время, заданное частотой и скважностью задающего генератора. При этом генерируются импульсы магнитного поля, возбуждающие во вторичной обмотке трансформатора синфазные импульсы с напряжением, равным напряжению в первичной обмотке, умноженному на отношение числа витков в обмотках.
Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Именно максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, и определяет максимальную мощность преобразователя.
Существуют два способа увеличения мощности инвертора: либо применить более мощный транзистор, либо применить параллельное включение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как позволяет не только применить более дешевые детали, но и сохраняет работоспособность преобразователя при отказе одного из транзисторов. В отсутствие встроенной защиты от перегрузок такое решение значительно повысит надежность самодельного прибора. Уменьшится и нагрев транзисторов при их работе на прежней нагрузке.
На примере последней схемы это будет выглядеть так:
Автоматическое отключение при разряде аккумулятора
Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его при критическом падении напряжения питания, может серьезно подвести Вас , если оставить такой инвертор подключенным к аккумулятору автомобиля. Дополнить самодельный инвертор автоматическим контролем будет крайне полезно.
Простейший автоматический выключатель нагрузки можно сделать из автомобильного реле:
Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором замыкаются его контакты. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет составлять около 10% от сопротивления обмотки реле) настраивается момент, когда реле разорвет контакты и прекратит подачу тока на инвертор.
ПРИМЕР : Возьмем реле с напряжением срабатывания (U р) 9 вольт и сопротивлением обмотки (R о) 330 ом. Чтобы оно срабатывало при напряжении выше 11 вольт (U min) , последовательно с обмоткой нужно включить резистор с сопротивлением R н, рассчитываемым из условия равенства U р / R о =(U min — U р)/ R н. В нашем случае потребуется резистор на 73 ома, ближайший стандартный номинал – 68 ом.Конечно, это устройство крайне примитивно и является скорее разминкой для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить несложной схемой управления, которая поддерживает порог отключения гораздо точнее:
Данный инвертор был разработан всего месяц назад и с того дня получил широкую популярность. Схема относительно проста, не содержит микросхем и сложных схематических решений – простой задающий генератор настроенный на 57Гц и силовые ключи.
Мощности инвертора зависит напрямую от количества пар выходных ключей и от габаритных размеров используемого трансформатора. Сам трансформатор взят от старого бесперебойника. Выходное напряжение 220-260 Вольт. Мощность с 3-я парами полевых ключей составляет до 400 ватт, с хорошим аккумулятором до 500 ватт!
Выходная частота позволяет подключить к этому инвертору такие бытовые приборы как – телевизор, магнитофон, проигрыватели, зарядные устройства от мобильных телефонов, ноутбуков и нетбуков, компьютер, холодильник, болгарка, дрель, пылесос и все, попадет под руки.
Схему можно реализовать всего за пару долларов, если в наличии имеется трансформатор.Несколько слов о самой схеме. Полевые ключи можно использовать IRFZ40/44/48, IRF3205, IRL3705 либо более мощные IRF3808 – всего с двумя парами этих ключей можно снять мощность в районе 800-900 ватт!Транзисторы генератора можно заменить на KT817/815/819/805
С одной парой irfz44 можно снять до 150 ватт чистой мощности (в некоторых случаях до 200 ватт). Пленочные конденсаторы с напряжением 65-400 вольт, особо не важно. Затворные резисторы ключей могут иметь номинал от 2,2 до 22Ом.
>Инвертор работает без дополнительной наладки – сразу же после включения, ток потребления без нагрузки составляет 270-300мА, при этом в холостом ходу транзисторы никак не должны перегреваться. Укрепляют транзисторы на общий теплоотвод обязательно через слюдяные прокладки. Силовые шины питания должны иметь диаметр не менее 5мм, мощность инвертора все-таки не мала.
Вся конструкция отлично вошла в корпус от блока питания компьютера и до сих пор выручает в некоторых ситуациях, когда в доме нет электричества или нужно запитать бытовую нагрузку в полевых условиях, отличный вариант для автомобилиста, если нужно проводить ремонтные работы над авто в дали от розетки (с 3-я парами irf3205 мощность будет в районе 1000 ватт, следовательно без проблем можете подключать, дрели, болгарки и другие подобного рода инструменты).
