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: Выбор импульсных зарядных устройств для автомобильного аккумулятора
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: Узнаем, как выбрать стабилизатор напряжения для газового котла
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: Изготовление воздушного электрического компрессора 220 В своими руками
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.
Инвертор (преобразователь) используют для подключения к бортовой сети автомобиля различных устройств, работающих от напряжения 220 вольт, например, мощного усилителя или ноутбука. Преобразователи, которые продают в магазинах, не всегда могут выдать необходимую мощность, поэтому многие водители, разбирающиеся в электронике, делают автомобильный инвертор 12 220v своими руками. Устройства, которые делают своими руками, лучше подходят для питания конкретных устройств, а также обходятся дешевле, чем серьезные агрегаты, продающиеся в магазинах.
Как работает инвертор
Основа автомобильного инвертора – генератор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Это устройство работает от аккумулятора 12 вольт и выдает прямоугольные импульсы (меандр) с изменяемой скважностью (соотношением времени наличия/отсутствия напряжения). Когда скважность равна единице, инвертор обеспечивает максимальный ток. Чем меньше скважность, тем соответственно, меньше ток. При этом напряжение на выходе всегда соответствует значению 220 вольт. Частота работы генератора от 50 килогерц до 5 мегагерц, в зависимости от схемы и деталей. Превращение высокочастотного напряжения в низкочастотное (50 герц) происходит с помощью сглаживания меандра в колебательном контуре, образованном трансформатором и конденсатором, а также фильтрации гармоник. Ведь генератор ШИМ не только создает переменное напряжение 220 вольт с высокой частотой, но благодаря меняющемуся изменению скважности, модулирует выходное напряжение синусоидальным сигналом с частотой 50 герц.
Когда инвертор работает без нагрузки, скважность сигналов ШИМ-генератора минимальна, а напряжение на выходе составляет 220в. Подключение нагрузки приводит к увеличению тока и падению напряжения на выходе устройства ниже 220v. Система обратной связи сравнивает выходное напряжение с заданным стандартом, после чего подает на генератор сигнал, увеличивающий скважность импульсов. Благодаря этому возрастает выходная мощность, поднимается напряжение. При отключении нагрузки выходное напряжение поднимается выше 220 вольт, после чего система обратной связи снижает скважность импульсов до тех пор, пока напряжение не придет в норму. Изменение скважности и выходного тока приводит к увеличению нагрузки на аккумулятор, поэтому его напряжение нередко опускается ниже 12 вольт. В этом случае схема с обратной связью еще больше увеличивает скважность, вплоть до единицы.
Нередко преобразователь, сделанный своими руками, в котором не предусмотрена обратная связь, реагирует на подключение к разряженному аккумулятору снижением выходного напряжения. Поэтому они не очень подходят для питания усилителя или ноутбука, но вполне смогут обеспечить функционирование устройств с реактивной нагрузкой – ручной электроинструмент, лампы, кипятильники.
Если преобразователь необходим для питания усилителя, приемника, телевизора или ноутбука, то без обратной связи не обойтись. Некоторое усложнение схемы компенсируется тем, что обратная связь компенсирует перепады напряжения, благодаря чему обеспечит нормальную работу усилителя или других устройств.
Выбор схемы
В интернете выложено огромное количество схем устройств, преобразующих энергию автомобильного аккумулятора (12 вольт) в переменное напряжение 220 вольт и пригодных для изготовления своими руками. Поэтому выбирать схему необходимо, ориентируясь на доступ к элементной базе и опыт работы с такими устройствами. Если неподалеку от вас есть магазин радиодеталей, то вы можете узнать у них, какие контроллеры и силовые транзисторы наиболее доступны и уже под них подобрать наиболее подходящую схему. Также можно воспользоваться теми деталями, которые есть в любом блоке питания компьютера. Оттуда вы сможете взять:
- контроллер (ШИМ-генератор);
- ферритовое кольцо для трансформатора;
- силовые транзисторы;
- конденсаторы;
- резисторы;
- фильтрующие дроссели.
Если вы не уверены в том, что сможете своими руками сделать сложное устройство с обратной связью, собирайте инвертор 12 → 220 вольт на основе мультивибратора на 50 герц. Трансформатор для него можно снять со старого транзисторного телевизора или источника бесперебойного питания (UPS). Такой инвертор занимает гораздо больше места, чем высокочастотное устройство, однако он проще в настройке, да и детали для него найти легче.
Пример схемы
Подключение и эксплуатация инвертора
Автомобильный инвертор с 12 в 220 вольт мощностью больше 120 ватт потребляет ток свыше 10 ампер, поэтому его нежелательно подключать к штатному прикуривателю или замку зажигания. Это особенно актуально для современных автомобилей. Ведь более сильный ток приведет к перегоранию предохранителя, а установка вместо него «жучка» может закончиться возгоранием проводки. Поэтому инвертор мощностью свыше 120 ватт необходимо подключать к аккумулятору через предохранитель и выключатель с реле. Для этого придется своими руками проложить отдельный провод и установить где-то розетку на 220 вольт. Ее можно поставить как под передней панелью со стороны пассажира, так и в багажнике. Ведь очень неудобно каждый раз открывать капот, подключать инвертор к аккумулятору и тащить провод в салон машины. Проще нажать на кнопку, которая включает реле и преобразователь с 12 на 220 вольт начнет работать.
Любой инвертор, работающий от аккумулятора 12 вольт, помимо напряжения с частотой 50 герц, производит и огромное количество гармоник, большая часть которых кратны частоте работы ШИМ-генератора. Эти гармоники появляются из-за влияния меандра на колебательный контур, образованный трансформатором и конденсатором. Если уровень гармоник высок, то они будут влиять на работу усилителя, CD-проигрывателя или приемника, подключенных к бортовой сети автомобиля (12 вольт) наполняя их сигнал шумами, треском, рычанием и другими посторонними звуками. Однако гармоники никак не скажутся на работе ноутбука, лампы или ручного электрического инструмента.
Инвертор состоит из задающего генератора на 50 Герц (до 100 Гц), который построен на основе самого обычного мультивибратора. С момента публикации схемы наблюдал, что многие успешно повторили схему, отзывы довольно хорошие - проект удался.
Данная схема позволяет получить на выходе почти сетевые 220 Вольт с частотой 50Гц (зависит от частоты мультивибратора. На выходе нашего инвертора прямоугольные импульсы, но с выводами прошу не спешить - такой инвертор пригоден для питания почти всех бытовых нагрузок, за исключением тех нагрузок, которые имеют встроенный двигатель, который чувствителен к форме подаваемого сигнала.
Телевизор, проигрыватели, зарядные устройства от портативных ПК, нотбуков, мобильных устройств, паяльники, лампы накаливания, светодиодные лампы, ЛДС, даже персональный компьютер - все это можно без проблем питать от предлагаемого инвертора.
Несколько слов о мощности инвертора. Если задействовать одну пару силовых ключей серии IRFZ44 мощность порядка 150 ватт, ниже указана выходная мощность в зависимости от количества пар ключей и их типа
Транзистор Кол-во пар. Мощность (Вт)
IRFZ44/46/48 1/2/3/4/5 250/400/600/800/1000
IRF3205/IRL3705/IRL 2505 1/2/3/4/5 300/500/700/900/1150
IRF1404 1/2/3/4/5 400/650/900/1200/1500Max
Но и это еще не все, один из тех людей, который собрал сей прибор отписывался с гордостью, что ему удалось снять до 2000 ватт, разумеется и это реально, если использовать скажем 6 пар IRF1404 - действительно убойные ключи с током 202Ампер, но разумеется максимальный ток не может доходить до таких значений, поскольку выводы при таких токах попросту бы расплавились.
Инвертор имеет функцию REMOTE (ремоут контроль). Фишка в том, что для запуска инвертора нужно подать маломощный плюс от АКБ на линию, к которому подключены маломощные резисторы мультивибратора. Несколько слов о самих резисторах - все брать с мощностью 0,25 ватт - они не будут перегреваться. Транзисторы в мультивибраторе нужны довольно мощные, если собираетесь качать несколько пар силовых ключей. Из наших подойдут КТ815/17 а еще лучше КТ819 или импортные аналоги.
Конденсаторы - являются частотнозадающими, их емкость 4.7мкФ, при таком раскладе компонентов мультивибратора, частота инвертора будет в районе 60Гц.
Трансформатор я взял от старого бесперебойника, мощность транса подбирается исходя от нужно (расчетной) мощности инвертора, первичные обмотки 2 по 9 Вольт (7-12 Вольт), вторичная обмотка стандарт - сетевая.
Конденсаторы пленочные, с расчетным напряжением 63/160 и более вольт, берите та, что есть под рукой.
Ну вот и все, добавлю только, что силовые ключи при большой мощности будут нагреваться как печка, им нужен очень хороший теплоотвод, плюс активное охлаждение. Не забываем изолировать пары одного плеча от теплоотвода, во избежания КЗ транзисторов.
Инвертор не имеет никаких защит и стабилизацию, возможно напряжение будет отклоняться от 220 Вольт.
Скачать печатную плату с сервера
С уважением - АКА КАСЬЯН
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.