Высокое напряжение и не только. Высокое напряжение и не только Самая простая схема преобразователя 12 220

За долгие годы после появления электричества мы окончательно привыкли к сети 220, что любой прибор может от неё работать. Различную бытовую технику нам хочется взять с собой в путешествия или на отдых, но в автомобиле только 12 или 24. Для решения этой проблемы лучше всего использовать преобразователь напряжения с 12 до 220 вольт. Благодаря современной элементной базе и ШИМ контроллерам, такой блок стал миниатюрным и лёгким.

Второе распространённое название, это « р». Соответственно в интернет-магазине может называться по-разному, не всегда бывает легко найти.

Как всегда китайцы заманивают нас низкими ценами и большими мощностями инверторов 12 в 220. Об этом расскажу отдельно, вас вряд ли интересуют китайские ватты, у которых один нолик бывает лишний.

1. Применение
2. Технические характеристики
3. Мощность
4. Охлаждение
5. Пример характеристик
6. Типовое энергопотребление
7. Дополнительная защита
8. Подключение в авто
9. Как сделать своими руками
10. Подключение ноутбука в авто
11. Цены на преобразователи

Применение

Инверторы напряжения DC-AC нашли широкое применение в местности без электрификации. От стандартного аккумулятора на 12В можно получить бытовые 220В. Форма электрического тока на выходе немного ограничивает применение, не все электрические приборы могут переносить синусоиду почти прямоугольной формы.

По количеству Ватт на выходе в основном бывают:

автомобильные на 100вт, 300вт, 500 Ватт;
мощные стационарные 2000вт, 3000вт, 5000вт, 10000вт.

По конструкции делятся на:

на автомобильные;
стационарные;
компактные.

Рассматривать преобразователь с 12 на 220 в машину буду для использования питания светодиодного освещения, так как весь сайт этому посвящен. Но всё это распространяется и на любую бытовую технику с питанием от сети 220В.

При выезде на пикник или отдаленную дачу бывает необходимость осветить помещение или место ночёвки. Самый простой способ, подключить светодиодный светильник или лампу для дома в автомобильный инвертор 12 220v. Это конечно не очень оптимально с точки зрения экономного расхода энергии аккумулятора авто, КПД снижается вместе с увеличением нагрузки. В лампочке тоже стоит ШИМ драйвер для питания светодиодов.

Стационарный инвертор 12 в 220 с чистым синусом незаменим при использовании энергии солнечных батарей или ветряков. Изначально такие генераторы выдают 12В, 24В, 36В, которые можно напрямую аккумулировать.

Компактные модели могут питаться от 12в до 50в, более неприхотливы в выборе источника питания. В автомобильном варианте выглядят как большая зарядка с розеткой.

Технические характеристики

Все DC — AC преобразователи тока с 12 на 220 на выходе имеют стандартные параметры, частота 50 Герц и 220V. Они соответствуют параметрам в нашей домашней сети и совместимы практически со всеми домашними устройствами.

Основные параметры:

номинальная мощность;
коэффициент полезного действия;
активное или пассивное охлаждение;
энергопотребление на холостом ходу;
максимальный ток потребления на входе;
напряжение питания;
защита от замыкания и перегрева;
вид синусоиды на выходе.

Все современные преобразователи конструктивно реализованы на импульсных контроллерах, которые обеспечивают высокий коэффициент полезного действия. Это значение может достигать 95%, остальные 5% энергии будут рассеиваться самим прибором, за счет которых он нагревается.

Самые доступные модели имеют модифицированную синусоиду на выходе, прямоугольного вида. У дорогих «чистая синусоида», такая же плавная, как обычной домашней розетке.

Некоторые электроприборы при включении потребляют энергии в 2 раза больше. Например, бытовая дрель на 750вт не сможет запуститься от инвертора на 1000вт. Пиковой кратковременной мощности может не хватить для старта двигателя. Решением такой проблемы будет использование электроприборов с плавным пуском.

Мощность

Реальная мощность дешевых DC-AC преобразователей с 12 на 220 может быть в 2 – 3 раза ниже. Интернет-магазины и производители используют китайский маркетинг для увеличения продаж. Крупно указывают кратковременную пиковую мощность, на которой прибор может работать 5 минут, пока не отключится из-за перегрева и перегрузки.

Для домашнего можно смело покупать стационарные на 2000 вт, 3000 вт, 5000 вт, всегда найдется чем его загрузить. Промышленные уже на 10000вт, 15000вт и выше, рассчитаны на энергоснабжение электроинструментов. Для легковых автомобилей достаточно 100вт, 300вт, 500 Ватт, 2000вт. Если больше, то требуется серьёзная подготовка транспорта.

При выборе уточняйте, как мощность указана, номинальная долговременная или кратковременная. При подсчёте предполагаемой нагрузки делайте запас на 20%, чтобы не эксплуатировать преобразователь не пределе, это значительно продлит его ресурс. У дорогих есть запас, у дешевых наоборот, слегка не хватает до нормы.

Подключение лучше проводит у специалистов, сила тока от аккумулятора для автомобильного инвертора на 500W будет около 50А. По неосторожности можно спалить провода и много чего другого. Лучше перестраховаться и поставить дополнительный предохранитель или систему защиты. Джиперы ставят отдельную кнопку отключения массы. Я сторонник максимальной безопасности, на себе попробовал все виды воздействия электричества, даже когда отвертка в руках плавится.

Охлаждение

Пассивное с ребрами из алюминия

Нагрев зависит от полной мощности инвертора и подключенной нагрузки. В качестве системы охлаждения используется алюминиевый корпус устройства. Когда мощность большая, то устанавливается вентилятор, за счёт которого циркулирует воздух внутри. Активное охлаждение работает не постоянно, только когда температура корпуса превышает установленную и термодатчик включает вентилятор.

Автомобильный транспорт и любой другой подвержены сильному воздействию пыли. Поэтому при большой нагрузке вентилятор может просто не включится, потому что забился пылью.

Активное охлаждение с вентилятором

Пример характеристик

В качестве наглядного примера рассмотрим типовые параметры обычного повышателя.

1. Номинальная рабочая 1000вт, работать на ней может любое количество времени.

2. Максимальная 2000вт, только в течение короткого промежутка времени 5-10 минут, некоторые приборы на старте потребляют в 2 раза больше.

3. Ток без нагрузки 1А, энергопотребление самого преобразователя напряжения от батареи без нагрузки. При 12В это будет 12 Ватт в час.

4. Форма сигнала, модифицированная синусоида — колебания тока прямоугольной формы, все дешевые повышатели дают только такую форму.

5. Входное напряжение 11-15В, при выходе за эти значения сработает защита, и всё отключится.

6. Напряжение на выходе 220В ±10%. Показатель зависит от нагрузки на инвертор и его качества. Обычно питание электроники рассчитано на изменения питания в этих пределах.

7. Частота тока 50Гц, частота колебаний в секунду.

8. КПД 94%, средний коэффициент полезного действия. Остальные 6% потребляет сам прибор, за счёт которых и нагревается. Хорошим КПД считается от 90%.

Типовое энергопотребление

В таблице указано минимальное потребление энергии для популярной бытовой техники. Чтобы узнать количество Ватт для конкретного прибора, посмотрите количество Ватт на его блоке питания или поищите на корпусе. Если известна только маркировка и название модели, то всегда можно погуглить характеристики. Точнее всего будет замерять ваттметром еще дома, чтобы узнать точные реальные показатели, которые сильно зависят от режима работы.

Дополнительная защита

Хорошая модель с индикаторами

Хороший преобразователь напряжения с 12 на 220 должен иметь защиту от короткого замыкания, перегрузки и перегрева. Обязательно должен быть предохранитель в самом устройстве. Мощность подключаемых приборов может меняться, да и дети случайно могут подключить утюг. Чтобы инвертор не сгорел, защита от перегрузки должна его своевременно отключить. Короткое замыкание приводит к возникновению большой силы тока, которая моментально разогревает провода и они воспламеняются. Блок защиты должен отключить выход инвертора, и не включать пока есть замыкание.

В качественных моделях блок защищен от неправильной полярности, слишком низкого и слишком высокого входного напряжения. Дополнительные индикаторы и встроенные вольтметры покажут текущее состояние, и помогают заблаговременно выявить неисправность.

Начинка и конструкция

Наличие термозащиты можно определить по наличию датчика температуры на радиаторе охлаждения силовых транзисторов. Этот датчик включает вентилятор, когда температура системы охлаждения превысила допустимую.

Подключение в авто

Чаще всего подключают в автомобилях, по неосторожности многие спалили не один предохранитель в блоке защиты электрики машины. Прикуриватель имеет ограничение по мощности подключаемой нагрузки, смартфон и планшет вы можете заряжать без проблем. Во всех авто прикуриватель защищён предохранителем около 15 Ампер от короткого замыкания. Это около 180W. В инструкции по эксплуатации производитель пишет, что не надо подключать в прикуриватель нагрузку более 130-150W, то есть максимум 12 ампер. При перегрузке сгорит предохранитель и всё отключится. Если такое случилось, то можно временно взять предохранитель со второстепенной электрики, типа задних стеклоподъемников или противотуманных фар.

Только толстые провода или хорошие крокодилы

Мощную нагрузку на 12V можно подключать только напрямую к аккумулятору или делать отдельную толстую проводку в салон авто. Провода не должны касаться подвижных частей силового агрегата и других механизмов под капотом. Должны иметь защиту от истирания и замыкания на массу. С этим сам сталкивался, когда прямо находу на трассе резко потухли все приборы в машине.

Не используйте переходники с прикуривателя на крокодилы. Они бывают собраны только на обжиме, без пропайки. Избегайте любого плохого контакта на линиях питания, это приведет к нагреву этих участков.

Как сделать своими руками

Многим будет интересно собрать преобразователь напряжения с 12 на 220 своими руками. Чтобы сберечь своё время, предпочитаю использовать готовые блоки или подручные приборы. В интернете есть хорошие схемы на 2000, 2500 и 3000 Вт, они отличаются в основном количеством силовых транзисторов на выходе.

На Ебее и Алиэкспресс продаётся около 10 разновидностей готовых высоковольтных модулей. От простейших до качественных с кулером на радиаторе. Остаётся добавить провода и клеммы, установить розетку и дополнительную защиту.

Старый ИБП

Но самый лучший вариант изготовления инвертора 12 в 220 своими руками, это использование источника бесперебойного питания ИБП. Это полностью готовое устройство, продвинутые модели снабжены экранами и индикаторами. Остаётся только вывести кабель на 12 вольт наружу. В ИБП есть основные виды защиты, на корпусе от 1 до 6 розеток.

Старый ИБП стоит 100-300руб, иногда их отдают бесплатно, у меня их валялось 3 штуки. Проще и быстрее их найти на Авито, встречаются очень хорошие модели по сказочным ценам.

Подключение ноутбука в авто

Отдельно рассмотрим подключение к прикуривателю ноутбука с питанием на 19V. Использовать автомобильный инвертор на 220V не рационально, придется с 12V делать 220V и потом 19V. Слишком много энергии будет уходить на преобразование. Оптимальный вариант, использование повышающего преобразователя с 12 на 19В.

Я купил универсальный блок за 250руб вместе с доставкой на Aliexpress. В российских магазинах за него просят слишком много, но можно поискать на Авито по доступной цене. Протестировал его своим ноутбуком, держит ток до 4А, количество вольт не проседает при нагрузке, нагрев в норме.

XL4016

Дешевые китайские блоки конечно имеют реальные параметры ниже заявленных Но всегда можно доработать конструкцию и элементную базу.

Цены на преобразователи

Россияне любят затариваться мелкой электроникой на китайском базаре Aliexpress. По роду своей деятельности постоянно слежу за ценами на Алиэкспресс и сравниваю с российскими. На октябрь 2016 года покупать на Алиэкспресс не выгодно из-за курса доллара. Можно дешевле и лучше купить в России, к тому же получите гарантию и возможность обмена в течение 2 недель.

Китайцы любят завысить технические характеристики, ведь 99% из вас не будут проверять соответствие обещанных параметрам. А оставшийся 1% потребует небольшой компенсации за обман со стороны продавца. По опыту коллег обещанные китайцами 3000вт можно смело делить на 3, и получите реальное долговременную мощность.

Если вы прочитали обзор про китайский преобразователь с 12 на 220, где им довольны и пишут, что хорошо работает, не бросайтесь идти и покупать по ссылке. Их выпускают разные заводы, начинка бывает разные даже в пределах одной партии. Контроль качества у них низкий, процент брака относительно высокий. Отзывы пишут в основном люди, которые купили его недавно и пользуются ими в первый раз. То есть объективность мнения очень низкая, верьте только результатам измерений и тестов.

В последнее время очень часто наблюдаю, что все больше и больше людей увлекаются сборкой самодельных инверторов. Поскольку заинтересованы начинающие радиолюбители, я решил вспомнить о схеме, которую опубликовал на нашем сайте год назад. Сегодня я решил переделать схему увеличивая выходную мощность и детально пояснить процесс сборки.

Скажу сразу - это самый простой преобразователь 12-220 с учетом выходной мощности схемы. В качестве задающего генератора задействован старый и добрый мультивибратор. Разумеется, такое решение многим уступает современным высокоточным генераторам на микросхемах, но давайте не забудем, что я стремился максимально упростить схему так, чтобы в итоге получился инвертор, который будет доступен широкой публике. Мультивибратор - не есть плохо, он работает более надежно, чем некоторые микросхемы, не так критичен к входным напряжениям, работает при суровых погодных условиях (вспомним TL494, которую нужно подогревать, при минусовых температурах).

Трансформатор использован готовый, от UPS, габариты сердечника позволяют снять 300 ватт выходной мощности. Трансформатор имеет две первичные обмотки на 7 Вольт (каждое плечо) и сетевую обмотку на 220 Вольт. По идее, подойдут любые трансформаторы от бесперебойников.

Диаметр провода первичной обмотки где-то 2,5мм, как раз то, что нужно.

Основные характеристики схемы

Номинал входного напряжения - 3,5-18 Вольт
Выходное напряжение 220Вольт +/-10%
Частота на выходе - 57 Гц
Форма выходных импульсов - Прямоугольная
Максимальная мощность - 250-300 Ватт.

Недостатки

Долго думал какие у схемы недостатки, на счет КПД, оно на 5-10% ниже аналогичных промышленных устройств.
Схема не имеет никаких защит на входе и на выходе, при КЗ и перегрузке полевые ключи будут перегреваться до тех пор, пока не выйдут из строя.
Из за формы импульсов, трансформатор издает некий шум, но это вполне нормально для таких схем.

Достоинства

Простота, доступность, затраты, 50 Гц на выходе, компактные размеры платы, легкий ремонт, возможность работы в суровых погодных условиях, широкий допуск используемых компонентов - все эти достоинства делают схему универсальной и доступной для самостоятельного повторения.

Китайский инвертор на 250-300 ватт, можно купить где-то за 30-40$, на этот инвертор я потратил 5$ - купил только полевые транзисторы, все остальное найдется на чердаке думаю у каждого.

Элементная база

В обвязке минимальное количество компонентов. Транзисторы IRFZ44 можно с успехом заменить на IRFZ40/46/48 или на более мощные - IRF3205/IRL3705, они не критичны.

Транзисторы мультивибратора TIP41 (КТ819) можно заменить на КТ805, КТ815, КТ817 и т.п.

С успехом подключал к этому инвертору телевизор, пылесос и другие бытовые устройства, работает неплохо, если устройство имеет встроенный импульсный БП, то вы не заметите разницы в работе от сети и от преобразователя, в случае запитки дрели - запускается с неким звуком, но работает довольно хорошо.

Плата была нарисована вручную обыкновенным маникюром

В итоге инвертор понравился на столько, что решил поместить в корпус от компьютерного блока питания.
Реализована также функция REM, для включения схемы нужно всего лишь подключить провод REM на плюсовую шину, тогда поступит питание на генератор и схема начнет работать.

С такой схемы вполне реально снять и большую мощность (500-600 Ватт, может и больше), в дальнейшем попробую увеличить мощность, так, что следующая статья не за горами, до новых встреч...

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	TIP41	2	КТ819, КТ805, КТ815, КТ817	В блокнот
VT3...VT6	MOSFET-транзистор	IRFZ44	4	Замена: IRFZ40/46/48, IRF3205/IRL3705	В блокнот
C1, C2	Конденсатор	2.2 мкФ	2		В блокнот
R1...R4	Резистор	6.2 Ом	4		В блокнот
R5, R8	Резистор	680 Ом	2		В блокнот
R6, R7	Резистор

Самодельный преобразователь напряжения (инвертор) 12 вольт на 220 вольт может быть полезен автомобилистам, выезжающим на своем автомобиле на природу, рыбалку, дачу. Он позволяет зарядить телефон, в ночное время подключить лампы для освещения, поработать и поиграть на ноутбуке, посмотреть телевизор.
Преобразователь 12 вольт на 220 вольт с максимальной выходной мощностью 500 Вт собран на 2 отечественных микросхемах (К155ЛА3 и К155ТМ2) и 6 транзисторах, и нескольких радиодеталей. Для повышения КПД и предотвращения сильного нагревания, в выходном каскаде устройства использованы очень мощные полевые транзисторы IRLR2905 с минимальным сопротивлением. Возможно замена на IRF2804, но мощность преобразователя немного упадёт
На элементах DD1.1 - DD1.3, C1, R1, по стандартной схеме собран задающий генератор прямоугольных импульсов с примерной частотой 200 герц. С выхода генератора импульсы следуют на делитель частоты, состоящий из элементов DD2.1 - DD2.2. Вследствие этого на выходе делителя (вывод 6 элемента DD2.1) частота следования импульсов снижается до 100 герц, а уже на выходе 8 DD2.2. частота сигнала равна 50 герц.
Прямоугольный сигнал с вывода 8 микросхемы DD1 и с вывода 6 микросхемы DD2 поступает на диоды VD1 и VD2 соответственно. Чтобы полевые транзисторы полностью открывались необходимо увеличить амплитуду сигнала, который поступает с диода VD1 и VD2, для этого используются транзисторы VT1 и VT2. С помощью транзисторов VT3 и VT4 (они выполняют роль драйвера) происходит управление выходными силовыми транзисторами. Если в процессе сборки инвертора не было допущено ошибок, то он начинает работать сразу после включения. Возможно что может потребоваться подбор сопротивления резистора R1, чтобы на выходе было ровно 50 герц.

Преобразователь напряжения (инвертор) 12 / 220 50 Гц 500 Вт схема своими руками

Кремниевые транзисторы VT1, VT3 и VT4 - КТ315 с любой буквой. Транзистор VT2 возможно заменить на КТ361. Стабилизатор DA1 — отечественный аналог КР142ЕН5А. Все резисторы в схеме мощностью 0,25 Вт. Диоды любые КД105, 1N4002. Конденсатор C1 со стабильной емкостью — тип К10-17. В качестве трансформатора ТР1 возможно применить силовой трансформатор от старого советского телевизора. Все обмотки необходимо удалить, оставив только сетевую обмотку. Поверх сетевой обмотки намотать одновременно две обмотки проводом ПЭЛ - 2,2 мм. Полевые силовые транзисторы необходимо обязательно установить на алюминиевый ребристый радиатор общей площадью 750 кв.см.

Рекомендуется первый запуск преобразователя(инвертора) производить через бытовую лампу накаливания 220 вольт и мощностью 100 - 150 ватт, включив последовательно в одну из питающих проводов, этим вы обезопасите от порчи радиодеталей в случае допущенной ошибки.

Работая с повышающими преобразователями или инверторами соблюдайте правила электрической безопасности так как работа производится с опасным для организма напряжением!!! Выходную вторичную обмотку в процессе наладки и сборки обязательно изолировать кембриками из резиновых трубочек во избежание случайного контакта.

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.

Автомобильный инвертор напряжения порой бывает невероятно полезен, но большинство изделий в магазинах либо грешат качеством, либо по мощности не устраивают, а стоят при этом недёшево. Но ведь схема инвертора состоит из простейших деталей, потому мы предлагаем инструкцию по сборке преобразователя напряжения своими руками.

Корпус для инвертора

Первое, что нужно учесть — потери преобразования электричества, выделяющиеся в виде тепла на ключах схемы. В среднем эта величина составляет 2-5% от номинальной мощности устройства, но показатель этот имеет свойство расти из-за неправильного подбора или старения комплектующих.

Отвод тепла от полупроводниковых элементов имеет ключевое значение: транзисторы очень чувствительны к перегреву и выражается это в быстрой деградации последних и, вероятно, их полному отказу. По этой причине основанием для корпуса должен служить теплоотвод — алюминиевый радиатор.

Из радиаторных профилей хорошо подойдёт обычная «расчёска» шириной 80-120 мм и длиной около 300-400 мм. к плоской части профиля винтами крепятся экраны полевых транзисторов — металлические пятачки на их задней поверхности. Но и с этим не всё просто: электрического контакта между экранами всех транзисторов схемы быть не должно, поэтому радиатор и крепления изолируются слюдяными плёнками и картонными шайбами, при этом по обе стороны диэлектрической прокладки металлсодержащей пастой наносится термоинтерфейс.

Определяем нагрузку и закупаем компоненты

Крайне важно понимать, почему инвертор — это не просто трансформатор напряжения, а также почему существует столь разнообразный перечень подобных устройств. Прежде всего помните, что подключив трансформатор к источнику постоянного тока, вы ничего не получите на выходе: ток в АКБ не меняет полярности, соответственно, явление электромагнитной индукции в трансформаторе отсутствует как таковое.

Первая часть схемы инвертора — входной мультивибратор, имитирующий колебания сети для совершения трансформации. Собирается он обычно на двух биполярных транзисторах, способных раскачать силовые ключи (например, IRFZ44, IRF1010NPBF или мощнее — IRF1404ZPBF), для которых важнейший параметр — предельно допустимый ток. Он может достигать нескольких сотен ампер, но в целом вам достаточно умножить значение тока на вольтаж аккумуляторной батареи, чтобы получить ориентировочное количество ватт выходной мощности без учёта потерь.

Простой преобразователь на основе мультивибратора и силовых полевых ключей IRFZ44

Частота работы мультивибратора непостоянна, рассчитывать и стабилизировать её — пустая трата времени. Вместо этого ток на выходе трансформатора снова превращается в постоянный с помощью диодного моста. Такой инвертор может быть пригоден для питания чисто активных нагрузок — ламп накаливания или электрических нагревателей , печек.

На основе полученной базы можно собирать и другие схемы, отличающиеся частотой и чистотой выходного сигнала. Подбор компонентов для высоковольтной части схемы сделать проще: токи здесь не такие высокие, в ряде случаев сборку выходного мультивибратора и фильтра можно заменить парой микросхем с соответствующей обвязкой. Конденсаторы для нагрузочной сети следует использовать электролитические, а для цепей с низким уровнем сигнала — слюдяные.

Вариант преобразователя с генератором частоты на микросхемах К561ТМ2 в первичном контуре

Стоит также заметить, что для увеличения итоговой мощности вовсе не обязательно закупать более мощные и стойкие к нагреву компоненты первичного мультивибратора. Задачу можно решить увеличением числа преобразовательных контуров, включенных параллельно, но для каждого из них потребуется собственный трансформатор.

Вариант с пареллельным подключением контуров

Борьба за синусоиду — разбираем типовые схемы

Инверторы напряжения сегодня используются повсеместно как автолюбителями, желающими пользоваться бытовой техникой вдалеке от дома, так и обитателями автономных жилищ, питающихся солнечной энергией . И в целом можно сказать, что от сложности устройства преобразователя напрямую зависит ширина спектра токоприёмников, которые можно к нему подключить.

К сожалению, чистый «синус» присутствует только в магистральной электросети, добиться преобразования постоянного тока в него очень и очень сложно. Но в большинстве случаев этого и не требуется. Чтобы подключать электрические двигатели (от дрели до кофемолки), достаточно пульсирующего тока с частотой от 50 до 100 герц без сглаживания.

ЭСЛ, светодиодные лампы и всевозможные генераторы тока (блоки питания, зарядные устройства)более критичны к выбору частоты, поскольку именно на 50 Гц основана схема их работы. В таких случаях следует включать во вторичный вибратор микросхемы, зовущиеся генератором импульсов. Они могут коммутировать небольшую нагрузку непосредственно, либо исполнять роль «дирижёра» для серии силовых ключей выходной цепи инвертора.

Но даже такой хитрый план не сработает, если вы планируете использовать инвертор для стабильного питания сетей с массой разнородных потребителей, включая асинхронные электрические машины. Здесь чистый «синус» очень важен и реализовать такое под силу лишь преобразователям частоты с цифровым управлением сигналом.

Трансформатор: подберём или сами

Для сборки инвертора нам не хватает всего одного элемента схемы, выполняющего трансформацию низкого напряжения в высокое. Вы можете использовать трансформаторы из блоков питания персональных компьютеров и старых ИБП, их обмотки как раз рассчитаны на трансформацию 12/24-250 В и обратно, остаётся лишь правильно определить выводы.

И всё же лучше намотать трансформатор своими руками, благо что ферритовые кольца дают возможность сделать это самому и с любыми параметрами. Феррит обладает отличной электромагнитной проводимостью, а значит, потери при трансформации будут минимальными даже если провод намотан вручную и не плотно. К тому же вы легко рассчитаете необходимое количество витков и толщину провода по имеющимся в сети калькуляторам.

Перед намоткой кольцо сердечника нужно подготовить — снять надфилем острые кромки и плотно обмотать изолятором — стеклотканью, пропитанной эпоксидным клеем. Далее следует намотка первичной обмотки из толстого медного провода расчётного сечения. После набора нужного количества витков их необходимо равномерно распределить по поверхности кольца с равным интервалом. Выводы обмотки соединяются согласно схеме и изолируются термоусадкой.

Первичная обмотка покрывается двумя слоями лавсановой изоленты, затем наматывается высоковольтная вторичная обмотка и ещё один слой изоляции. Важный момент — мотать «вторичку» нужно в обратном направлении, иначе трансформатор работать не будет. В завершение к одному из отводов нужно припаять в разрыв полупроводниковый термопредохранитель, ток и температура срабатывания которого определяются параметрами провода вторичной обмотки (корпус предохранителя нужно плотно примотать к трансформатору). Сверху трансформатор обматывается двумя слоями виниловой изоляции без клейкой основы, конец закрепляется стяжкой или цианакрилатным клеем.

Монтаж радиоэлементов

Осталось собрать устройство. Поскольку компонентов в схеме не так много, можно размещать их не на печатной плате, а навесным монтажом с креплением к радиатору, то есть к корпусу устройства. К штыревым ножкам подпаиваемся моножильным медным проводом достаточно большого сечения, затем место соединения укрепляется 5-7 витками тонкой трансформаторной проволоки и небольшим количеством припоя ПОС-61. После остывания соединения оно изолируется тонкой термоусадочной трубкой.

Схемы высокой мощности и со сложным вторичным контуром могут потребовать изготовления печатной платы, на краю которой в ряд размещены транзисторы для свободного крепления к теплоотводу. Для изготовления печатки пригоден стеклотекстолит с толщиной фольги не менее 50 мкм, если же покрытие более тонкое — усиливайте цепи низкого напряжения перемычками из медного провода.

Изготовить печатную плату в домашних условиях сегодня просто — программа Sprint-Layout позволяет рисовать обтравочные трафареты для схем любой сложности, в том числе и для двухсторонних плат. Полученное изображение распечатывается лазерным принтером на качественной фотобумаге. Затем трафарет прикладывается к очищенной и обезжиренной меди, проглаживается утюгом, бумага размывается водой. Технология получила название «лазерно-утюжной» (ЛУТ) и описана в сети достаточно подробно.

Вытравливать остатки меди можно хлорным железом, электролитом или даже поваренной солью, способов предостаточно. После вытравливания припекшийся тонер нужно смыть, просверлить монтажные отверстия сверлом в 1 мм и пройтись по всем дорожкам паяльником (под флюсом), чтобы залудить медь контактных площадок и улучшить проводимость каналов.