— 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.

Эта схема Mos-Fet инвертора обеспечит стабильное выходное Напряжение прямоугольной формы. Частота преобразования определяется настройкой переменным резистором и, как правило, устанавливается равной 50 Гц. В схеме могут быть использованы различные готовые трансформаторы. Или намотанные самодельные, для достижения наилучших результатов.

Схема преобразователя напряжения 12В в 220 (уменьшенная)

Хотя преобразователь расчитан на 0,5 кВт, с целью увеличения мощностио можно поставить дополнительные МОП-транзисторы.

Рекомендуется установить предохранитель в силовую линию питания инвертора и всегда иметь подключенную нагрузку. Предохранитель должен быть рассчитан на 32 вольт и приблизительно 10 Ампер на 100 Вт мощности. Для подачи питания должны быть достаточно толстые провода, чтобы справиться с этим высоким током!

Также должны быть использованы соответствующие радиаторы на полевые транзисторы RFP50N06 . Эти Mos-Fet рассчитаны на 50 Ампер и 60 Вольт. Но если хотите, используйте прочие подходящие виды полевых транзисторов для замены.

В этом преобразователе 12-220 не используются - обычный копеечный ОУ LM358 и цифровая микросхема CD4001 . В качестве задающего генератора операционный усилитель LT1013 предлагает лучшие параметры, чем LM358 , но это ваш выбор.

Силовой трансформатор должен быть способен передавать выбранную выходную мощность. В данном случае применён от микроволновки. С помощью перемотанного трансформатора, как показано ниже, схема должна обрабатывать около 500 Вт максимальной мощности.

Вторичку надо смотать и намотать примерно на 18-24 вольта с отводом от середины. Провода - 2-3 мм. Вобщем схема прекрасно подходит для работы в качестве автомобильного инвертора 12-220 вольт, а при необходимости, можно уменьшить выходное напряжение (или сделать его двухполярным) и запитывать от неё мощный автоусилитель.

Можно буквально из подручных материалов. За основу можно взять даже блоки от простого источника бесперебойного питания - он, по сути, является двойным преобразователем - сначала происходит снижение напряжения до 12 В, чтобы обеспечить зарядку аккумулятора.

А после производится повышение напряжения до 220 В, преобразование тока из постоянного в переменный. Использоваться подобные устройства могут для питания бытовой аппаратуры вне дома - дрели, болгарки, телевизоры и т. д. Изготовить самостоятельно такое устройство несложно, да и выйдет себестоимость его меньше, чем у аналогичных приборов, которые продаются в магазинах.

Принцип работы инвертора

Второе название преобразователя - инвертор. По сути, это с модуляцией широтно-импульсного типа. Питание производится от источника постоянного напряжения 12 вольт (в данном случае - от аккумулятора). На выходе устройства появляются импульсы, у которых изменяется скважность. Зависит от соотношения времени, в течение которого имеется или отсутствует напряжение. При скважности, равной единице, на выходе максимальное значение тока. При уменьшении скважности ток снижается.

Напряжение в любой момент времени на выходе составляет 220 В. Даже самый простой преобразователь 12В в 220В может работать в широком диапазоне частот - 50 кГц…5 МГц. Все зависит от конкретной схемы и применяемых в ней элементов. Частота напряжения очень высокая, для питания бытовой аппаратуры она окажется губительной. Чтобы снизить ее до стандартных 50 Гц, необходимо использовать специальной конструкции трансформаторы. ШИМ-модулятор позволяет создать из постоянного напряжения переменное с необходимой частотой.

Система обратной связи

При отсутствии нагрузки у ШИМ-модулятора скважность импульсов на минимальном уровне, значение напряжения 220 В. Как только к устройству будет подключена нагрузка, то резко увеличится ток и напряжение упадет, оно окажется меньше 220 В. Если вы решили сделать преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт своими руками, то обязательно учитывайте наличие обратной связи. Она позволяет сравнивать напряжение на выходе с эталонным значением.

Если есть разница в напряжениях, то на генератор подается сигнал, который позволяет увеличить скважность импульсов. С помощью этой системы получается добиться максимальной мощности на выходе и более стабильного напряжения. Как только нагрузка будет отключена, напряжение снова подпрыгивает выше 220 В - система обратной связи это фиксирует и уменьшает значение скважности импульсов. И так до того момента, пока не выровняется напряжение.

Работа с севшим АКБ

При изменении скважности и значения выходного тока происходит увеличение нагрузки на источник питания. Это приводит к его разряду и снижению напряжения. И если применяется система обратной связи, она как можно сильнее увеличивает скважность сигналов, порой до максимума - единицы. Изготовленные своими руками преобразователи напряжения 12/220 вольт без обратной связи очень сильно реагируют на севшие аккумуляторы. При работе обязательно снижается значение выходного напряжения.

Если планируется подключать такую технику, как болгарки, электролампы, кипятильники или чайники, то на их работу снижение напряжения не повлияет. Но в том случае, если преобразователь нужен для подключения телевизионной техники, ноутбуков, компьютеров, серверов, усилителей, обратная связь просто необходима. Она позволяет компенсировать все скачки напряжения, что обеспечит стабильную работу устройств.

Выбор схемы

Чтобы изготовить своими руками преобразователь напряжения 12/220 В, нужно выбрать конкретную схему. Причем обязательно учитывайте мощность приборов, которые планируете подключать к нему. Прикиньте примерно, какая нагрузка будет питаться от инвертора. Обязательно прибавьте к полученной мощности еще 25% про запас, лишней не будет. Исходя из полученных данных, можно выбирать конкретную схему. И, конечно, один из важных моментов - это

Оцените свои финансовые возможности, если планируете приобретать все компоненты. А вам потребуется немало дорогостоящих элементов. К счастью, они почти все встречаются в современной технике - в источниках бесперебойного питания, БП компьютеров и ноутбуков. Кстати, стандартный ИБП вполне можно использовать в качестве преобразователя напряжения, даже переделок не нужно. Подключаете более мощный аккумулятор к нему и все. Но придется АКБ заряжать от дополнительного источника питания - стандартный не сможет выработать нужное значение тока.

Элементы схемы преобразователя

Стандартная конструкция инвертора для преобразования постоянного тока напряжением 12 В в переменный 220 состоит из таких элементов, которые можно найти в любой современной технике:

1. ШИМ-модулятор - специальной конструкции микроконтроллер.
2. Ферритовые кольца для изготовления ВЧ-транформаторов.
3. Силовые полевые транзисторы IGBT.
4. Электролитические конденсаторы.
5. Постоянные сопротивления различной мощности.
6. Дроссели для фильтрации тока.

В том случае, если вы не уверены в собственных силах, можно самостоятельно собрать преобразователь по схеме мультивибратора. Трансформатор для такого устройства подойдет от ИБП или блока питания транзисторных телевизоров. У такого устройства один недостаток - внушительные габариты. Но настроить его оказывается намного проще, нежели сложные конструкции, работающие с высокочастотным током.

Эксплуатация инверторов

Если вы изготовить решили своими руками преобразователь напряжения 12/220 по простой схеме, то мощность у него может быть невысокой. Но ее вполне хватит для питания бытовой аппаратуры. Но если мощность выше 120 Вт, то ток потребления возрастает до 10 ампер как минимум. Следовательно, при использовании в автомобиле его включать в гнездо прикуривателя нельзя - все провода расплавятся и выйдут из строя предохранители.

Поэтому автомобильные инверторы, мощность которых свыше 120 Вт, обязательно нужно подключать к аккумуляторной батарее при помощи дополнительного предохранителя и реле. Обязательно проложите провод от АКБ к месту установки автомобильного инвертора. Для включения преобразователя можно использовать клавишный выключатель или кнопку в паре с электромагнитным реле - оно позволяет убрать высокий ток от органов управления.

Разработкой схем инвертора с чистой синусоидой заняты не только многие народные умельцы, но и научно-технические центры. Инверторы, или блоки бесперебойного питания, приобрели популярность с развитием компьютерных технологий. Сбои в программном обеспечении, потеря информации при внезапном отключении питания вынудили принять необходимые меры безопасности. Первые устройства выдавали импульсное напряжение прямоугольной формы — меандр. Они обеспечивали небольшой промежуток времени, в течении которого можно было сохранить информацию и выполнить штатное выключение компьютера. Дальнейшие разработки позволили создать усовершенствованные модели преобразователей.

Увеличение емкости аккумуляторов, номинальной мощности инверторов позволило не только увеличить время работы компьютеров, но и применить ИБП для работы других устройств и приборов при перебоях в электроснабжении.

Первый опыт эксплуатации показал, что длительная работа оборудования на импульсном напряжении приводит к ускоренному износу и отказу техники. Определенные категории оборудования оказались не способными работать на напряжении, отличающемся от синусоиды. Мощность источников питания не позволяла подключать несколько устройств одновременно.

Возникла необходимость в инверторах с синусоидальной формой напряжения, способных выдержать нагрузку в несколько киловатт. Частичное решение проблемы было найдено. Производители предложили преобразователи с квази — синусом. Такая форма представляет собой синусоиду, состоящую из множества небольших ступенек.

Естественная и искусственная синусоида

Рисунок 1. Схема питания преобразователя.

Синусоидальная форма напряжения, вырабатываемая промышленными генераторами, создается вращением полюсов магнитного поля. Работа электродвигателей основана на создании электроэнергией вращающегося магнитного поля для воздействия на ротор. При форме напряжения, отличающейся от синусоиды, вращение ротора будет происходить неравномерно, с ускорением или замедлением, что отразится на техническом состоянии двигателя и рабочей части.

Использование напряжения искаженной формы пока не прошло достаточных испытаний на практике, поэтому использовать его для питания дорогостоящего оборудования без гарантий производителя нежелательно. Большинство ИБП предназначено для поддержания основных жизненно необходимых функций.

Сетевое напряжение не всегда имеет идеальную форму. Повышающие и понижающие трансформаторные станции, различные виды потребляющего оборудования создают определенные изменения в форму сетевого напряжения. Преобладающее использование индуктивных нагрузок без компенсационных конденсаторных установок создает в сети определенный сдвиг фаз, влияющий на форму синусоиды. Массовое подключение импульсных блоков питания также вносит свою долю искажений, несмотря на наличие фильтров.

Рисунок 2. Установка на выходе фильтра.

Получить чистый синус при использовании радиоэлектронных компонентов довольно сложно. Решение вроде бы лежит на поверхности. Прямоугольный импульс в упрощенном представлении состоит из гармонического ряда синусоид, первая из которых соответствует частоте импульсов. Требуется всего лишь установить на выходе соответствующий фильтр.

Эффективность эксплуатации такого устройства довольно низкая. Значительная часть энергии задержится на элементах фильтра и преобразуется в тепло. Вес и габаритные размеры преобразователя значительно возрастут. Выделить и использовать отфильтрованную энергию для зарядки также довольно сложно. Схема значительно усложнится, возрастет ее стоимость, снизится надежность.

Большинство экспериментаторов сходится во мнении, что модифицированная синусоида вполне приемлема для большинства бытовых и промышленных устройств, приборов.

Вернуться к оглавлению

Схема инвертора с чистым синусом

Питание преобразователя (рис.1) может быть от источника со сложной формой напряжения или постоянного тока. При использовании аккумулятора фильтр Ф и диодный мост М можно не устанавливать. Для работы низковольтной части схемы используется мост М1, собранный на маломощных диодах. Изготовить такую схему своими руками довольно сложно. У исполнителя должен быть определенный опыт выполнения подобных работ.

Рисунок 3. Подгонка катушек под напряжением 220 В.

Схема работает следующим образом. Задающий генератор на микросхеме D5 создает синусоидальный сигнал с частотой 50 Гц. Его схема представляет собой модифицированный вариант генератора Вина. Изменения внесены для увеличения надежности схемы и уменьшения потребления энергии. Контроллеры D1, D2 модулируют синусоидальный сигнал. Для модуляции на микросхемах используются различные входы: прямой и инвертирующий. Поэтому одна сторона запускается при положительной волне, вторая — при отрицательной. С контроллеров выходной сигнал поступает на микросхемы D3, D4, формирующие сигнал для управления транзисторами.

Силовая часть собрана по принципу мостовой схемы. Нагрузка подключается в одну диагональ моста, питающее напряжение — в другую. При прохождении одного из полупериодов ток проходит от минусовой клеммы через VT4, обмотку L1, нагрузку, VT1, плюсовую клемму источника питания. При другом полупериоде работают транзисторы VT2, VT3.

Защита по превышению максимально допустимого тока собрана на резисторах R17-19, R22 и диодах VD11,12. При превышении падения напряжения на резисторах в силовой цепи разница поступает на соответствующие контакты D1, D2, и схема прекращает работу.

Вернуться к оглавлению

Дополнительный фильтр

Имеющийся в наличии преобразователь с прямоугольным импульсным напряжением можно модернизировать, установив на выходе фильтр (рис.2), отсеивающий высшие гармоники. Точный расчет и тщательное изготовление деталей помогут снизить потери на фильтре до минимума.

При изготовлении следует учитывать, что устройство используется для силовых цепей. Все элементы и комплектующие должны выдерживать максимально допустимый ток.

В состав входят два LC контура с резонансной частотой 50 Гц. В одном из них емкость с индуктивностью подключены последовательно, во втором — параллельно. Дроссели для контуров рассчитываются и изготавливаются идентично, конденсаторы также должны иметь одинаковые параметры. Оптимальная емкость для конденсаторов 100 мкФ, допустимое напряжение не меньше 300 В. Электролитические полярные конденсаторы использовать нельзя.

Сердечники для катушек индуктивности должны быть из трансформаторного железа. Для точной подгонки дросселя в железе нужно вырезать зазор. Необходимое количество витков можно рассчитать, используя соотношения для расчета резонансной частоты контура. Для намотки желательно использовать гибкий медный провод. Минимальное сечение должно быть не менее 2,5 мм 2 .

Общую площадь намотки необходимо сравнить с размерами окна в сердечнике. После сборки необходимо выполнить подгонку катушек, подключив сетевое напряжение 220 В (рис.3). Сопротивление нагрузки представляет собой лампу накаливания, измерительный прибор можно использовать любого типа с необходимым диапазоном. Правильная настройка определяется по максимальному напряжению. В зазор нужно уложить прокладки несколько больше расчетной величины. Затем следует убавлять толщину прокладок, контролируя напряжение по вольтметру. Значение должно увеличиваться при изменении толщины зазора, затем снижаться. Зазор при максимальном напряжении является самым оптимальным вариантом. При наладке необходимо стягивать железо сердечника до плотного контакта с прокладочным материалом. После подгонки следует собрать и подключить фильтр.

При наличии осциллографа можно проверить форму напряжения до и после фильтра. При наличии всех необходимых деталей и определенного опыта устройство вполне доступно для изготовления своими руками.