Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками

Преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками

Преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками — при использовании бытовых приборов малой мощности, особенно в полевых условиях, появляется потребность в подзарядке их аккумулятора. Поэтому в таких случаях, когда нет поблизости электросети 220v, очень выручает инвертор с 12 на 220 вольт.

Представляю вашему вниманию несложную схему преобразователя постоянного напряжения с 12v до 220v переменного на выходе. Изначально передо мной стояла задача изготовить недорогой, компактный, небольшой мощности прибор преобразования напряжения. Поэтому было принято решение собирать его из деталей, которые были у меня в наличии. Основными компонентами для сборки инвертора послужили комплектующие от ненужного блока питания компьютера. Но вот трансформатор желательно устанавливать по мощнее. Транс небольшой мощности для таких целей не очень подходит, при работе не вытягивает мощность более 18-20 Вт. Радиаторы охлаждения выходных транзисторов нужно устанавливать с площадью рассеивания тепла из расчета более 60 Вт в нагрузке.

Схема преобразователя напряжения

Печатная плата прибора должна размещаться в корпусе, в котором гарантируется полная защита от прикосновения пользователем высоковольтных цепей.

Печатная плата преобразователя

В случае, если вы решили использовать инвертор только для подключения к нему телевизора или лампы накаливания, то можно обойтись и без выпрямителя. Между прочим, прибор прекрасно работает с компактной люминесцентной лампой, испытывал его на КЛЛ с мощностью 15 Вт — запускает без проблем. Все используемые комплектующие устанавливались новыми, единственное исключение — силовой трансформатор. Конечно в дальнейшем у меня в планах изготовить еще пару конструкций, учитывая обнаруженные особенности в схеме и относительно компонентов.

Основной принцип работы схемы

Преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками — краткая характеристика схемы и принцип ее работы. Данное устройство, в принципе, не что иное, как двухтактный импульсный преобразователь, реализованный на широтно-импульсном модуляторе TL494. Возможно применение аналогов этого ШИМ-контроллера. Используя такую схемотехнику, устройство получается довольно простым. В выходной цепи для удвоения напряжения установлены выпрямительные диоды высокой эффективности. Однако схему можно задействовать и без применения диодов, получая при этом переменное напряжение. Для балласта электронного типа постоянный ток, а также полярность включения не имеет никакого значения. Обусловлено это тем, что схема электронного балласта во входной цепи имеет свой диодный мост, собранный на быстро действующих диодах.

Трансформатор

В представленной здесь схеме преобразователя применен понижающий трансформатор высокой частоты промышленного производства. Такие трансы используются в компьютерных блоках питания, только в этой конструкции он будет выполнять роль наоборот повышающего. Трансформатор понижающего типа можно демонтировать из блока питания АТ либо из АТХ. Понижающий или повышающий трансформатор может отличаться друг от друга только габаритами, все остальное одинаково. В принципе трансформатор не бывает повышающим или понижающим, всю зависит от схемы его подключения.

  • Конденсатор C1 – имеет номинал 1 нФ, (кодировка на корпусе 102);
  • Резистор R1 – обеспечивает диапазон импульсов в выходной цепи.
  • Резистор R2 — совместно с электролитом C1 обеспечивает рабочую частоту.

При необходимости увеличения частоты нужно уменьшать сопротивление R1, если нужно уменьшить частоту тогда увеличиваем емкость электролитического конденсатора С1.

Полевые транзисторы

В инверторе напряжения используются мощные полевые транзисторы, отличающиеся своим быстродействием и не требуют сложных схем управления. Хорошо зарекомендовали себя в работе такие ключи: IRFZ44N, IRFZ46N, IRFZ48N. Практика показала, что при длительной работе устройства ключи не очень нагрелись, поэтому радиатор охлаждения транзисторов для данной схемы не требуется. В случае необходимости размещения транзисторов на теплоотводе, то крепить их нужно обязательно через изоляционные прокладки. А винты для их крепления нужно использовать совместно с изоляционной шайбой-втулкой, которые имеются в компьютерном блоке питания.

Но все-таки для испытательного включения устройства радиатор охлаждения был бы не лишним. Следовательно, выходные ключи в случае короткого замыкания на выходе либо ошибки в схеме сразу не выйдут из строя из-за перегрева. Схему защиты от перегрузки можно выполнить с использованием цепочки — предохранитель, плюс диод на входе.

Для себя я сделал преобразователь на широко известных полевых транзисторах IRF540N.

Схема инвертора напряжения

Наиболее распространённая схема инвертора напряжения состоит из четырех IGBT транзисторов VT1…VT4, включенных по схеме моста, и четырех обратных диодов, обозначенных VD1…VD4, параллельно соединенных с управляемыми полупроводниковыми ключами во встречном направлении. Преобразователь питает активно-индуктивную нагрузку. Именно она является самой распространенной, поэтому была взята за основу.

Входные клеммы инвертора подключаются к Uип. Если таким источником служит диодный выпрямитель, то выход его обязательно шунтируется конденсатором C.

В силовой электронике наибольшее применение нашли транзисторы с изолированным затвором IGBT (именно они показаны на схеме) и GTO, IGCT тиристоры. При оперировании меньшими мощностями вне конкуренции полевые транзисторы MOSFET.

В момент времени t1 открываются VT1 и VT4, а VT2 и VT3 – закрыты. Образуется единственный путь для протекания тока через нагрузку: «+» Uип – VT1 – нагрузка RнLн – VT4 – «-» Uип. Таким образом, на интервале времени t1 ‑ t2 создается замкнутая цепь для протекания iн в соответствующем направлении.

Режим работы схемы

Для изменения направления iн снимаются управляющие импульсы с баз VT1 и VT4 и подаются сигналы на открытие второго и третьего VT2,3. В точке t2 на оси времени t, первый и четвертый VT1,4 закрыты, а второй и третий – открыты. Однако, поскольку нагрузка активно-индуктивная, то iн не может мгновенно изменить направление на противоположное. Этому будет препятствовать энергия, запасенная на индуктивности Lн. Поэтому он будет сохранять прежнее направление до тех пор, пока не рассеется все энергия, запасенная на индуктивности в виде магнитного поля, равная Wм = (Lн∙i2)/2.

В связи с этим, на отрезке времени t2 – t3 ток будет протекать через диоды VD2 и VD3, сохраняя прежнее направление на RнLн, но пройдет в обратном направлении через Uип или конденсатор C, если источником энергии является диодный выпрямитель. Поэтому следует обязательно установить конденсатор C, если преобразователь подключен к диодному выпрямителю. Иначе прервется путь протекания iн, в результате чего возникнут сильное перенапряжение, которое может повредить изоляцию потребителя и выведет из строя полупроводниковые приборы.

В момент времени t3 вся запасенная на индуктивности энергия снизится до нуля. Начиная с момента t3 до момента t4 под действием приложенного Uип через открытые полупроводниковые ключи VT2 и VT3 будет протекать iн через LнRн уже в другую сторону.

В точке t4, расположенной на оси времени t, снимается управляющий сигнал с VT1,3, а VT1 и VT4 открываются. Однако iн продолжает протекать в ту же сторону, пока не расходуется энергия, запасенная в индуктивности. Это будет происходить на интервале времени t4 – t5.

Работа схемы

Начиная с момента tiн изменить направление и потечет от Uип через LнRн по пути через VT1 и VT4. Далее все процессы, протекающие в электрической цепи, будут повторяться. На LнRн форма напряжения будет прямоугольной, но ток на активно-индуктивной нагрузке будет иметь пилообразную форму за счет наличия индуктивности, которая не позволяет ему мгновенно вырасти и снизиться. Если потребитель имеет чисто активный характер (индуктивность и емкость практически равны нулю), то формы iн и uн будет в виде прямоугольников.

Поскольку VT1…VT4 попарно открывались на всей протяженности соответствующих полупериодов, то на выходе преобразователя формировалось максимально возможное uн, поэтому через LнRн протекал iн максимальной величины. Однако часто требуется обеспечить плавное нарастание мощности на потребителе, например для постепенного увеличения яркости освещения или частоты вращения вала двигателя.

Следует пояснить, что сигналы, поступающие из системы управления СУ, подаются не сразу на базы полупроводниковых ключей, а посредством драйвера. Так как современные СУ построены на безе микроконтроллеров, которые выдают маломощные сигналы, не способные открыть IGBT, то для увеличения мощности открывающего импульса применяется промежуточное звено – драйвер. Кроме того на часто драйвер выполняет множество дополнительных функций – защищает транзистор от короткого замыкания, перегрева и т.п.

Принцип работы преобразователей напряжения

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения. Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Подетальный разбор

В схеме установлен стабилизатор, который питает микросхему А1. Состоит он из цепочки: R3-VD1-C3, при этом в качестве стабилитрона (VD1) может быть использован любой аналогичный прибор с показателем стабилизации 8-10 вольт.

Обратите внимание, что конденсаторы С4 и С5 установлены параллельно. Если вы не нашли их такой емкостью, как показано на схеме, то можно сделать замену на аналогичные (лучше импортные) с емкостью 4700 мкФ

Конденсатор С6 – это элемент, подавляющий высокочастотные импульсы на выходе. Лучше всего для этого использовать марку К 73-17 отечественного производства или аналогичный зарубежного исполнения.

И последняя рекомендация или нюанс. Так как в сети на 12 вольт при потреблении 400 Вт будет образовываться ток силой 40 А, то необходимо будет рассчитать сечение используемых проводов. Особенно это касается кабеля, соединяющего аккумулятор и преобразователь. Учтите, что длина провода должна быть минимальной.

Как видите, сделать преобразователь с 12 вольт на 220В своими руками, не очень сложно. Схема проста, в ней минимизировано количество деталей, что снижает стоимость прибора в целом. Плюс более эффективная его работа.

Аккумуляторные батареи

Инвертор 12 в 220, сделанный самотоятельно не может работать сам по себе. Для преобразования напряжения в 12 вольт, его нужно вначале откуда-то получить. Таким источником электроэнергии служат аккумуляторные батареи свинцово-кислотного типа. Эти химические устройства способны регулярно выполнять отдачу больших токов, не утрачивая своей работоспособности за 12-15 циклов зарядки и разрядки.

Чтобы АКБ преждевременно не вышла из строя, ее напряжение отслеживается с помощью контроллера, предотвращающего чрезмерный разряд. Однако, следует помнить, что в родных АКБ бесперебойников используется гелевый электролит, а в автомобильных батареях – жидкий. Поэтому режимы зарядки у них различаются. Токи, пропускаемые сквозь гель, не подходят для жидкого электролита. Таким образом, источник бесперебойного питания будет регулярно не до конца заряжать автомобильный аккумулятор, и он быстро выйдет из строя. Во избежание подобных ситуаций, у инвертора 12 в 220 на основе ИБП в комплекте должно быть отдельное зарядное устройство для АКБ. Его также возможно сделать самостоятельно.

Мощность аккумуляторной батареи выбирается в соответствии с основными целями и задачами преобразователя напряжения. Этот показатель рассчитывается как мощность, отдаваемая потребителям, разделенная на КПД инвертора. В любом случае следует не допускать полной разрядки аккумулятора, устанавливать для этой цели специальные ограничители работы или контроллеры. При отсутствии этих приборов, конструкция инвертора должна соответствовать возможностям имеющейся батареи.

В среднем кислотные аккумуляторы могут работать без заметной потери своего ресурса в течение 2 часов при токе 12 А и мощности 60 А/ч, 24 А – 120 А/ч, 42 А – 210 А/ч. Учитывая имеющийся КПД преобразования допустимая долговременная мощность нагрузки будет соответственно 120, 230 и 400 Вт. На короткое время может быть подключена повышенная нагрузка, тогда мощность возрастает примерно в 2,5 раза. Однако, после такой интенсивной работы, батарея должна отдыхать как минимум 20 минут.

Таким образом, правильно рассчитанный самодельный инвертор и соответствующий аккумулятор нужной мощности непременно дадут желаемые результаты. Для постоянной работы эти устройства не годятся, но вполне способны решить проблему энергоснабжения нужных потребителей в течение достаточно продолжительного периода времени.

Инвертор с 24 в 220 вольт

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора

Что такое инвертор напряжения

Гибридный инвертор

Трехфазный инвертор

Автомобильный инвертор с 12 на 220

Как приготовить раствор

От чего зависит энергетическая емкость дросселя

Производители электронных компонентов в документации на дроссель обязательно указывают его индуктивность L и максимальный ток IMAX, с помощью которых можно легко определить энергетическую емкость WДР:

  (2)

Формула (2) хороша при использовании промышленных дросселей, на которые имеется техническая документация. Но если мы хотим понять суть процесса импульсного преобразования или проектируем дроссель самостоятельно, то, если вспомнить, что энергия в индуктивных элементах хранится в магнитном поле, энергетическую емкость дросселя можно определить по формуле:

  (3)

где

BMAX – максимальная индукция;
μ ≈ 1.257∙10–6 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума;
μЭКВ – эквивалентная магнитная проницаемость магнитопровода, учитывающая все особенности его конструкции;
lСР, S – соответственно, средняя длина магнитной линии и площадь поперечного сечения магнитопровода.

Поскольку для большинства готовых магнитопроводов произведение LСР∙S приблизительно равно их объему V, соотношение (3) принимает вид:

  (4)

Формула (4), на мой взгляд, является одной из самых важных в понимании работы импульсных преобразователей, поэтому внимательно ее проанализируем. Величина μ не изменяется, поскольку это константа нашей Вселенной. Максимальное значение индукции BMAX зависит от материала, из которого изготовлен магнитопровод, и ограничено индукцией насыщения BНАС (|BMAX| < BНАС). Эквивалентную магнитную проницаемость μЭКВ можно регулировать, например, вводя немагнитный зазор. Уменьшение μЭКВ приводит к уменьшению необходимого объема магнитопровода, и, теоретически, максимальную энергетическую емкость имеет дроссель без сердечника (кстати, с неограниченной максимальной индукцией). Однако от величины μЭКВ зависит также и площадь поперечного сечения обмотки SОБМ:

  (5)

где J – плотность тока в проводе обмотки.

Поскольку при уменьшении μЭКВ уменьшаются размеры магнитопровода, но одновременно увеличиваются размеры обмотки, на практике для дросселей используют магнитопроводы с компромиссным (оптимальным) значением эквивалентной магнитной проницаемости, находящейся в диапазоне 20…150.

Таким образом, единственным способом увеличения энергетической емкости дросселя остается увеличение объема магнитопровода. Выразив эту величину из формулы (4) с учетом (1), запишем:

  (6)

Формула (6) позволяет нам сделать, возможно, интуитивно понятный вывод: размеры дросселя прямо пропорциональны скорости прохождения через него энергии РН и обратно пропорциональны частоте преобразования fПР.

Обратите внимание, что требуемый объем магнитопровода не зависит от количества витков, сечения проводов, индуктивности и прочих характеристик обмоток. Действительно, если энергия хранится в магнитном поле, то параметры обмоток – связующих звеньев между электрической схемой и магнитным полем – на энергетическую емкость влиять никак не должны

Однако они влияют на режимы работы, как дросселя, так и преобразователя в целом. Выбор индуктивности, при которой магнитный поток имеет ярко выраженный прерывистый (разрывный) или непрерывный (безразрывный) характер, может существенно снизить количество энергии, передаваемой дросселю в конкретной схеме и потребует дополнительного увеличения объема магнитопровода. Формула (6) дает оценку минимально необходимого объема, то есть использовать дроссель с магнитопроводом, объем которого меньше этого значения, нельзя. А вот чтобы выйти в формуле (6) на знак равенства, дроссель должен работать в конкретном режиме, анализ и описание которого выходят за рамки данной статьи.

Преобразователь 12 в 220 Вольт в машину: какой лучше выбрать из представленных на рынке — обзор вариантов

Сейчас на рынке дополнительного оборудования для автомобилей широко представлены разнообразные инверторы 12/220 Вольт. Перед их приобретением следует, прежде всего, определиться для каких целей вы будете его использовать, какие конкретные электроприборы будете подключать.

Далее необходимо подсчитать или определить мощность потребления таких устройств. Если вы планируете одновременно снабжать электроэнергией несколько устройств, мощности надо суммировать.

Как  заявляет производитель, преобразователь напряжения  ALCA 313100  12/220В имеет номинальную мощность 150 Вт, а пиковую — 300 Вт.

Учитывая невысокую стоимость устройства (порядка 2000 рублей), не следует рассчитывать на его европейское происхождение. Питание производится от разъема прикуривателя. В характеристиках устройства указаны максимальные входные параметры – 12В/15 Ампер. Нетрудно посчитать максимальную мощность, перемножив 12 на 15: чуть более 180 Ватт. То есть при пиковой нагрузке 300 Вт входные цепи могут не выдержать. Кроме этого, обычно прикуриватель имеет по цепи питания предохранитель номиналом 15 – 20 Ампер. Поэтому при подключении более мощных преобразователей он часто выходит из строя.

Вообще, не стоит выбирать модели мощных преобразователей с питанием от разъема прикуривателя: это ненадежно и опасно — может воспламениться электропроводка, не рассчитанная на мощную нагрузку!

Герметичный автомобильный инвертор  Сибконтакт ИС2-12-300Г имеет номинальную мощность 300 Ватт.

Он подключается к электрооборудованию автомобиля отдельной проводкой. Лучше это сделать непосредственно от аккумуляторной батареи через предохранитель номиналом 30 – 40 Ампер.

Герметичность устройства является плюсом с точки зрения минимизации рисков попадания внутрь его влаги и посторонних предметов. Однако при этом значительно уменьшается вентиляция элементов преобразователя, при постоянной мощной нагрузке он перегревается.

Видео — обзор автомобильного инвертора Сибконтакт ИС2-12-300Г:

Такой преобразователь может обеспечить питание ноутбука, бытовых электроприборов, электродвигателей небольшой мощности. Форма выходного напряжения приближается к синусоидальной, это большой плюс.

Кроме этого, Сибконтакт ИС2-12-300Г имеет защиту от перегрузок, переполюсовки, тепловую защиту, защиту от полного разряда АКБ, режим энергосбережения. Стоимость преобразователя порядка 4000 рублей.

Более мощный автомобильный инвертор AcmePower AP-DS600 (600 Ватт) может запитывать электроинструмент небольшой мощности (лобзик, дрель и др.) Он удобен для работы в полевых условиях, проведении выездных мероприятий.

Форма сигнала выходного напряжения – модифицированная (ступенчаиая) синусоида. Имеет необходимые защиты по питанию и перегреву. КПД – более 90%, стоимость – более 4000 рублей.

AVS Energy IN-1500W мощностью 1500 Ватт предназначен для питания чуть более мощных электроустановок и оборудования.

Однако продавцы инвертора AVS Energy IN-1500W не рекомендуют долговременно нагружать устройство потребителями мощностью более 800 Ватт.

Пользователи, которые испытали работу этого инвертора также отмечают, что заявленные 1500 Вт данный автомобильный инвертор «не держит».

Видео — об автомобильном преобразователе напряжения AVS Energy IN-1500W:

Супермощный инвертор Сибвольт 3012 (3000 Ватт) предназначен для питания практически любого оборудования. Он имеет синусоидальный сигнал, соответственно, высокую стоимость – более 33000 рублей. Масса преобразователя около 7 килограммов.

В продаже есть преобразователи мощностью 5000 Ватт и более.

При работе таких устройств на максимальной мощности в цепях питания протекают токи порядка 200 – 400 Ампер. Такой ток потребляет во время запуска двигателя стартер. Поэтому провода электропитания и клеммы преобразователя должны быть не менее мощными, чем стартерные.

При токе нагрузки 250 Ампер (мощность преобразователя около 3000 ватт) аккумуляторная батарея емкостью 100 Ампер-часов разрядится минут за 20. Это следует учитывать, планируя использовать преобразователь для решения задач энергообеспечения.

Преобразователь напряжения 3-12В/+15В, -15В

Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.

Рис. 10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом 15+15В.

Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения.

Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе С3 зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора.

Таким образом, подстроечным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор ѴТ2 — стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70… 90%.

Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4… 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С — не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки — 2 Вт.

При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок RH. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.

Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II — 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).

Заключение

Как можно понять из материалов статьи, сделать своими руками несложный преобразователь 12 – 220 вольт не так и трудно. И, хотя такие устройства и не смогут сравниться по набору дополнительных функций или привлекательности внешнего вида с заводскими, они обойдутся хозяину значительно дешевле. При соблюдении правил эксплуатации самодельный преобразователь будет работать очень долго, ведь в таком простом устройстве практически нечему ломаться.

В качестве дополнения по данной теме в прилагаемой статье приведены подробная информация об инверторах напряжения Преобразователи напряжения для современных высокопроизводительных цифровых систем. А также в нашей группе ВК публикуются интересные материалы, с которыми вы можете познакомиться первыми. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение хочу выразить благодарность источникам, откуда почерпнут материал для подготовки статьи:

www.compax.ru

www.electrostation.ru

www.eltechbook.ru

www.amperof.ru

www.electrosam.ru

www.regionvtormet.ru

www.radiostorage.net

Мне нравится1Не нравится

Предыдущая
ИнверторыКак выбрать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации