Можно вспомнить много случаев, когда пригодился бы преобразователь из 12 вольт постоянного тока в 220 вольт переменного – например, приехав на дачу на автомобиле, можно вечером включить освещение или запитать от аккумулятора насос для полива. Также такой инвертор – неотъемлемая часть ветряных генераторов.
Купить готовое устройство не составит проблем – а автомагазинах можно найти автомобильные инверторы (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.
Распространенные схемы
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.
Схемы устройств большей мощности
Преобразователь мощностью до 400 Вт
Схема состоит из задающего генератора (микросхема А1 — КР1211ЕУ1, зарубежного аналога не имеет — это задающий генератор с двумя выходами: прямым и инверсным, соответственно 4 и 6), двух ключей (полевики VT1 и VT2), трансформатора Т1 (повышающего).
Вывод 1, когда на него подается высокий уровень сигнала, останавливает генератор, в этой реализации не использован, в схеме на него подается сигнал постоянного низкого уровня.
Частота генерации определяется R1 – C1, надежный запуск генератора обеспечивают R2 – C2. Стабилизатор (элементы R3, VD1, C3, стабилизация 8-10 В) питает микросхему.
На выходе — двухтактный каскад: два мощных полевых транзистора IRL2505 (при нагрузке до 200 Вт радиаторы не требуются, если возможна большая нагрузка — радиаторы обязательны).
Трансформатором может быть какой-угодно сетевой с двумя обмоткми на 12 В требуемой мощности, лучше тороидальный, можно другой, но должно соблюдаться следующее условие: по мощности трансформатор должен превышать предполагаемую нагрузку в 2 (это если тороидальный сердечник) – 2.5 раза. Пример: если нагрузкой будут 100 Вт – нужна мощность 250 Вт, если тороидальный — 200 Вт.
Конденсатором С6 (он сглаживает импульс) — может быть К-73-17 либо подобный, напряжением 400 В или выше. Когда мощность потребления большая, ток с 12 В может превышать 40 А, вот почему на сечение и длину шины питания необходимо обратить внимание.
Мощный преобразователь напряжения с 12 В на 220 В
Предназначен для нагрузки до 1000 Вт, требующей переменного напряжения 220В. Использованы старые транзисторы П216, которые радиолюбители еще могут найти в своем хозяйстве.
В качестве задающего генератора здесь используются транзисторы VT1, VT2 и трансформатор Т1 – задается частота 200 Гц. Вторичная обмотка Т1 сигнал через конденсаторы отправляет к электродам тиристоров VD1, VD2, которые создают импульсное напряжение в первой обмотке трансформатора Т2.
Неполярный конденсатор С4 (его емкость) подобран так, что его напряжение поочередно закрывает тиристоры. Резистором R3 защищаются цепи 12 В от перегрузки во время открывания тиристора.
У трансформатора Т1:
- у сердечника – пластина Ш16Х10;
- в обмотке 1 – 40+40 витков ПЭЛ 0.8;
- в обмотке 2 – 10+10 витков ПЭЛ 0.3;
- в обмотке 3 – 20+20 витков ПЭЛ 0.3.
В трансформаторе Т2:
- в сердечнике – пластина Ш50Х60;
- в обмотке 1 – 40+40 витков проводом 3 мм в диаметре;
- в обмотке 2 – 460 витков, провод ПЭЛ 0.8.
Использование тиристоров КУ202 позволит собрать подобный преобразователь меньшей мощности.
Также можно применить новые кремниевые транзисторы, в этом случае требуется корректировка режима постоянного тока.
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.
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.
Преобразователь напряжения с 12 на 220В 50Гц своими руками
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
- Фольгированный текстолит 70х100 мм
- Конденсаторы С1 1000 мкФ 25В, С2, С3 4.7 мкФ 50В
- Резисторы Р1 10 кОм, Р2 1 кОм, R1 10 кОм, R2, R3 1 кОм, R4, R7 680 Ом, R5, R6 2.2 кОм, R8-R11 10 Ом
- Светодиоды Красный, Зеленый рабочее напряжение 3В
- Стабилизатор напряжения L7809CV
- Реле SRD-12VDC-SL-C
- Транзисторы Т1 BD139, Т2, Т3 КТ815, BD139, КТ805, КТ819, TIP41, MJE13007, MJE13009 и другие структуры n-p-n. Т4-Т7 IRFZ40/44/46/48, IRF3205, IRL3705/ IRF3808 и другие N-канальные полевые транзисторы
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
Обнаружение неисправностей инвертора
Перечисленные простые схемы имеют две наиболее распространенных неисправности – либо на выходе трансформатора отсутствует напряжение, либо оно слишком мало.
- Первый случай – это либо одновременный отказ обоих плеч преобразователя, что маловероятно, либо отказ ШИМ-генератора. Для проверки воспользуйтесь светодиодным пробником, какой можно приобрести в любом магазине радиодеталей. Если ШИМ работает, на затворах транзисторов Вы увидите наличие сигнала по быстрым пульсациям свечения диода (особенно хорошо это заметно в низкочастотных схемах). При наличии управляющего сигнала проверьте, нет ли обрывов в соединениях трансформатора и целостность его обмотки.
- Большое падение напряжения – это явный признак отказа одного из силовых плеч инвертора. Найти отказавший транзистор можно простейшим образом – его радиатор останется холодным. Замена ключа вернет инвертору работоспособность.
