Схемы преобразователей 12в 220в 400вт. Конструкция преобразователя напряжения
С полгода назад приобрел себе автомобиль. Не буду описывать все сделанные для его улучшения модернизации, остановлюсь только на одном. Это инвертор 12-220В для питания бытовой электроники от бортовой сети автомобиля.
Конечно, можно было бы приобрести его в магазине за 25-30$, но смущала их мощность. Для питания даже ноутбука тока с 0,5-1 ампера, который выдает большинство автомобильных инверторов, явно маловато.
Выбор принципиальной схемы.
По своей природе я человек ленивый, поэтому решил не «изобретать велосипед», а поискать в интернете похожие конструкции, и приспособить схему одной из них для своей . Время очень поджимало, поэтому в приоритете были простота и отсутствие дорогих запчастей.
На одном из форумов была выбрана простая схема на распространенном ШИМ контроллере TL494. Недостатком этой схемы является получение на выходе прямоугольного напряжения 220 В, но для импульсных схем питания это не критично.
Подбор деталей.
Схема была выбрана потому, что практически все детали можно было взять из компьютерного блока питания. Для меня это было очень критично, потому как до ближайшего специализированного магазина более 150 км.
Из пары неисправных блоков питания на 250 и 350 Вт были выпаяны выходные конденсаторы, резисторы и сама микросхема.
Сложность возникла только с высокочастотными диодами для преобразования напряжения на выходе повышающего трансформатора, но тут меня спасли старые запасы. Характеристики КД2999В меня вполне устроили.
Сборка готового устройства.
Собирать устройство пришлось в течение пары часов после работы, потому как планировалась дальняя поездка.
Так как время было очень ограничено, искать дополнительные материалы и инструменты я просто не стал. Пользовался только тем, что оказалось под рукой. Опять же, из-за скорости не стал использовать приведенные на форумах образцы печатных плат. За 30 минут на листке бумаги была разработана собственная печатная плата, и ее рисунок перенесен на текстолит.
При помощи скальпеля был удален один из фольгированных слоев. На оставшемся слое, по нанесенным линиям были прочерчены глубокие канавки. При помощи изогнутого пинцета, он оказался наиболее удобным, канавки были углублены до не проводящего ток слоя. По местам установки деталей при помощи шила, оно на фото не попало, были сделаны отверстия.
Сборку я начал с установки трансформатора, использовался понижающий одного из блоков, его просто перевернул и вместо понижения напряжения с 400 В до 12 В, он его повышал с 12 В до 268В. Заменой резисторов R3 и конденсатора C1, можно было снизить выходное напряжение до 220 В, но дальнейшие эксперименты показали, что этого делать не стоит.
После трансформатора, в порядке уменьшения размера я установил оставшиеся запчасти.
Полевые транзисторы, было решено ставить на удлиненных вводах, чтобы они легче крепились к радиатору охлаждения.
В итоге получилось вот такое устройство:
Остался только завершающий штрих – крепление радиатора. На плате видно 4 отверстия, хотя самореза только 3, это просто в процессе сборки было решено немного изменить положение радиатора для лучшего внешнего вида. После окончательной сборки получилось вот что:
Испытания.
Специально испытывать устройство, не было времени, оно было просто подключено к аккумулятору от блока бесперебойного питания. На выход была подключена нагрузка в виде лампочки на 30 Вт. После того как она загорелась, устройство было просто заброшено в рюкзак, и я поехал на 2 недели в командировку.
За 2 недели, устройство ни разу не подвело. От него запитывались различные устройства. При замере мультиметром, максимальный полученный ток достигал 2,7 А.
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: Обзор электрогенераторов на дровах
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: Изготовим электрогенератор 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:
Читайте так же: Говорим про 10 кВт стабилизаторы напряжения для дома
Регулировка порога срабатывания осуществляется подбором резистора R3.
Предлагаем посмотреть видео по теме
Обнаружение неисправностей инвертора
Перечисленные простые схемы имеют две наиболее распространенных неисправности – либо на выходе трансформатора отсутствует напряжение, либо оно слишком мало.
Решил посветить отдельную статью изготовлению DC AC повышающего преобразователя напряжения на 220В. Это конечно отдалённо относится к теме светодиодных прожекторов и ламп, но такой мобильный источник питания широко применяется дома и в автомобиле
- 1. Варианты сборки
- 2. Конструкция преобразователя напряжения
- 3. Синусоида
- 4. Пример начинки преобразователя
- 5. Сборка из ИБП
- 6. Сборка из готовых блоков
- 7. Радиоконструкторы
- 8. Схемы мощных преобразователей
Варианты сборки
Существует 3 оптимальных способы изготовления инвертора 12 в 220 своими руками:
- сборка из готовых блоков или радиоконструкторов;
- изготовление из источника бесперебойного питания;
- использование радиолюбительских схем.
У китайцев можно найти хорошие радиоконструкторы и готовые блоки для сборки преобразователей постоянной тока в переменный 220В. По цене этот способ будет самый затратный, но требуется минимум времени.
Второй способ, это апгрейд источника бесперебойного питания (ИБП), который без аккумулятора в больших количествах продаются на Авито и стоят от 100 до 300руб.
Самый сложный вариант это сборка с ноля, без радиолюбительского опыта никак не обойтись. Придется изготавливать печатные платы, подбирать компоненты, работы очень много.
Конструкция преобразователя напряжения
Рассмотрим конструкцию обычного повышающего преобразователя напряжения с 12 на 220. Принцип работы для всех современных инверторов будет одинаковым. Высокочастотный ШИМ контроллер задаёт режим работы, частоту и амплитуду. Силовая часть выполнена на мощных транзисторах, тепло с которых отводится на корпус устройства.
На входе установлен предохранитель, защищающий от короткого замыкания автомобильный аккумулятор. Рядом с транзисторами крепится термодатчик, который следит за их нагревом. В случае перегрева инвертора 12в 220в включается система активного охлаждения состоящая из одного или нескольких вентиляторов. В бюджетных моделях вентилятор может работать постоянно, а не только при высокой нагрузке.
Силовые транзисторы на выходе
Синусоида
Форма сигнала на выходе автомобильного инвертора формируется за счёт высокочастотного генератора. Синусоида может быть быть двух видов:
- модифицированная синусоида;
- чистая синусоида, чистый синус.
Не каждый электрический прибор может работать с модифицированной синусоидой, которая имеет прямоугольную форму. У некоторых компонентов в меняется режим работы, они могут нагреваться и начать шабарчать. Похожее можно получить,если диммировать светодиодную лампу, у которой яркость не регулируется. Начинается треск и мигание.
Дорогие DC AC повышающие преобразователи напряжения 12в 220в имеют на выходе чистый синус. Стоят гораздо дороже, но электрические приборы отлично с ним работают.
Пример начинки преобразователя
Сборка из ИБП
Чтобы ничего не изобретать и не покупать готовые модули, можно попробовать компьютерный источник бесперебойного питания, сокращенно ИПБ. Они рассчитаны на 300-600вт. У меня Ippon на 6 розеток, подключено 2 монитора, 1 системник, 1телевизор, 3 камеры наблюдения, система управления видеонаблюдением. Периодически перевожу в рабочий режим отключением от сети 220, чтобы батарейка разряжалась, иначе срок службы сильно сократиться.
Коллеги электрики подключали обычный автомобильный кислотный аккумулятор к бесперебойнику, отлично работал непрерывно 6 часов, смотрели футбол на даче. В ИБП обычно встроена система диагностики гелевого аккумулятора, которая определяет его низкую емкость. Как она отнесется к автомобильному неизвестно, хотя основное отличие, это гель вместо кислоты.
Начинка ИБП
Единственная проблема, бесперебойнику могут не понравится скачки в автомобильной сети при заведённом двигателе. Для настоящего радиолюбителя эта проблема решается. Можно использовать только при заглушенном двигателе.
Преимущественно ИБП предназначены для кратковременной работы, когда пропадает 220В в розетке. При длительной постоянной работе очень желательно поставить активное охлаждение. Вентиляция пригодится для стационарного варианта и для автомобильного инвертора.
Как и все приборы, он непредсказуемо себя поведёт при запуске двигателя с подключённой нагрузкой. Стартёр машины сильно просаживает Вольты, в лучшем случае уйдёт в защиту как при выходе батареи из строя. В худшем будут скачки на выходе 220V, синусоида исказится.
Сборка из готовых блоков
Для сборки стационарного или автомобильного инвертора 12в 220в своими руками можно использовать готовые блоки, которые продаются на Ебее или у китайцев. Это сэкономит время на изготовление платы, пайку и окончательную настройку. Достаточно добавить к ним корпус и провода с крокодилами.
Приобрести можно и радиоконструктор, который укомплектован всеми радиодеталями, остаётся только спаять.
Примерная цена на осень 2016:
- 300вт – 400руб;
- 500вт – 700руб;
- 1000вт – 1500руб;
- 2000вт – 1700руб;
- 3000вт — 2500руб.
Для поиска на Aliexpress укажите запрос в поисковой строке «inverter 220 diy». Сокращение «DIY» обозначает для «сборки своими руками».
Плата на 500W, выход на 160, 220, 380 вольт
Радиоконструкторы
Радиоконструктор стоит дешевле, чем готовая плата. Самые сложные элементы могут быть уже находится на плате. После сборки практически не требует настройки, для которой необходим осциллограф. Разброс параметров радиокомпонентов и номиналы неплохо подобраны. Иногда в пакетик кладут запасные детали, вдруг по неопытности ножку оторвёте.
Схемы мощных преобразователей
Мощный инвертор в основном используют для подключения строительных электроинструментов при строительстве дачи или фазенды. Маломощный преобразователь напряжения на 500вт от мощного на 5000 — 10000 Ватт отличается количеством трансформаторов и силовых транзисторов на выходе. Поэтому сложность изготовления и цена практически одинаковые, транзисторы стоят недорого. По мощности оптимально 3000вт, можно подключить дрель, болгарку и другой инструмент.
Покажу несколько схем инверторов с 12, 24, 36 на 220В. Такие ставить в легковой автомобиль не рекомендуется, можно случайно электрику подпортить. Схемотехника DC AC преобразователей 12 на 220 простая, задающий генератор и силовая часть. Генератор делают на популярной TL494 или аналогах.
Большое количество схем повышателей с 12v на 220v для изготовления своими руками можно найти по ссылке
http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/preobrazovateli_naprjazhenija/101-4
Всего там около 140 схем, половина из них повышающие преобразователи с 12, 24 на 220В. Мощности от 50 до 5000вт.
После сборки потребуется наладка всей схемы при помощи осциллографа, желательно иметь опыт работы с высоковольтными схемами.
Для сборки мощного инвертора на 2500 Ватт потребуется 16 транзисторов и 4 подходящих трансформатора. Стоимость изделия будет немалая, сопоставимая со стоимостью похожего радиоконструктора. Плюсом таких затрат будет чистый синус на выходе.
Предлагаю схему преобразователя напряжения (инвертора) 12/220В (мощность до 500 Ватт), питающегося от аккумулятора напряжением 12В, который может пригодиться в автомобиле и быту для освещения, для питания телевизора, небольшого холодильника и т.п. Схема собрана на двух микросхемах 155-ой серии и шести транзисторах. В выходном каскаде применены полевые транзисторы, обладающие очень малым сопротивлением в открытом состоянии, благодаря чему повышается КПД преобразователя и отпадает необходимость в установке их на радиаторы слишком большой площади.
Разберёмся с работой схемы: (см. диаграмму и схему). На микросхеме D1 собран генератор прямоугольных импульсов, частота следования которых около 200 Гц - диаграмма "A". С вывода 8 микросхемы импульсы поступают далее на делители частоты, собранные на элементах D2.1 - D2.2 микросхемы D2. В результате чего на выводе 6 микросхемы D2 частота следования импульсов становится вдвое меньше - 100 Гц - диаграмма "B", а на выводе 8 импульсы становятся равным частоте 50 Гц - диаграмма "C". С вывода 9 снимаются неинвертируемые импульсы 50 Гц - диаграмма "D". На диодах VD1-VD2 собрана логическая схема "ИЛИ". В результате чего взятые с выводов микросхем D1 вывод 8, D2 вывод 6 импульсы образуют на катодах диодов импульс соответствующий диаграмме "E". Каскад на транзисторах V1 и V2 служит для увеличения амплитуды импульсов необходимых для полного открывания полевых транзисторов. Транзисторы V3 и V4, подключенные к выходам 8 и 9 микросхемы D2 поочерёдно открываются, запирая тем самым то один полевой транзистор V5, то другой V6. В результате чего управляющие импульсы формируются так, что между ними существует пауза, из-за чего исключается возможность протекания сквозного тока через выходные транзисторы и значительно повышается КПД. На диаграммах "F" и "G" показаны сформированные импульсы управления транзисторами V5 и V6.
Правильно собранный преобразователь начинает работать сразу после подачи питания. При наладке следует подключить к выходу устройства частотомер и выставить частоту 50-60 Гц подбором резистора R1, а при необходимости конденсатором C1.
О деталях
Транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом, КТ209 можно заменить на КТ361 с любым буквенным индексом. Стабилизатор напряжения KA7805 заменим на отечественный КР142ЕН5А. Резисторы любые мощностью 0,125...0,25 вт. Диоды практически любые низкочастотные например КД105, IN4002. Конденсатор C1 типа К73-11, К10-17В с малым уходом ёмкости при прогреве. Трансформатор взят от старого лампового чёрно-белого телевизора например: "Весна", "Рекорд". Обмотка на напряжение 220 вольт остаётся, а остальные обмотки удаляются. Поверх этой обмотки наматываются две обмотки проводом ПЭЛ - 2,1мм. Для лучшей симметрии их следует намотать одновременно в два провода. При подключении обмоток следует учесть фазировку. Полевые транзисторы закреплены через слюдяные прокладки на общий радиатор из алюминия, площадью поверхности не менее 600 кв.см.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Линейный регулятор | UA7805 | 1 | КР142ЕН5А | В блокнот | ||
| D1 | Вентиль | К155ЛА3 | 1 | В блокнот | ||
| D2 | D-триггер | К155ТМ2 | 1 | В блокнот | ||
| V1, V3, V4 | Биполярный транзистор | КТ315Б | 3 | В блокнот | ||
| V2 | Биполярный транзистор | КТ209А | 1 | КТ361 | В блокнот | |
| V5, V6 | MOSFET-транзистор | IRLR2905 | 2 | Через слюдяные прокладки | В блокнот | |
| VD1, VD2 | Диод | КД522А | 2 | КД105, 1N4002 и т.д. | В блокнот | |
| C1 | Конденсатор | 2.2 мкФ | 1 | К73-11, К10-17В | В блокнот | |
| C2 | 470 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C3 | Электролитический конденсатор | 2200 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 7.5 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R3, R5-R8 | Резистор |
