Перетворювач напруги 12-220 В: варіанти виготовлення, схеми, реалізація

Зміст

  • Варіанти: глобально
  • Батарея і потужність
  • Що буде на виході?
  • Робимо самі інвертор
  • Інвертор 12V/220V річ на господарстві потрібна. Іноді просто необхідна: мережа, припустимо, пропала, а телефон розряджений і в холодильнику м’ясо. Попит визначає пропозицію: за готові моделі на 1 квт і більше, від яких можна живити будь-які електроприлади, доведеться викласти від $150. Можливо, більше $300. Однак зробити перетворювач напруги своїми руками в наш час справа доступне кожному, хто вміє паяти: зібрати його з готового набору компонент обійдеться втричі-вчетверо дешевше + трохи роботи і металу з підручного мотлоху. Якщо є зарядний пристрій для автомобільних акумуляторних батарей (АКБ), можна вкластися взагалі в 300-500 руб. А якщо є ще й початкові радиолюбительские навички, то, порившись в загашниках, цілком можливо зробити інвертор DC 12V 220V AC 50Hz на 500-1200 Вт зовсім даром. Розглянемо можливі варіанти.

    Варіанти: глобально

    Перетворювач напруги 12-220 В для живлення навантаження до 1000 Вт і більше в цілому можна зробити самостійно такими способами (у порядку підвищення витрат):

  • Оформити в корпус з тепловідводом готовий блок з Avito, Ebay або AliExpress. Шукається за запитом «inverter 220» або «inverter 12/220»; можна відразу додати необхідну потужність. Обійдеться прим. вдвічі дешевше такої ж заводського. Електротехнічних навичок не потрібно, але – див. нижче;
  • Зібрати такий же з набору: друкована плата + «розсип» компонент. Продається там же, але до запиту додається diy, що значить під самоупорядкування. Ціна ще прим. в 1,5 рази нижче. Потрібні початкові навички в радіоелектроніці: вміння паяти користуватися мультиметром, знання розводок (распиновок) виводів активних елементів або вміння їх шукати, правил включення в схему полярних компонент (діодів, електролітичних конденсаторів) і уміння визначати, на який струм якого перетину потрібні дроти;
  • Пристосувати під інвертор комп’ютерний джерело безперебійного живлення (ДБЖ, UPS). Справний ДБЖ б/у без штатної АКБ можна знайти за 300-500 руб. Навичок не потрібно ніяких – до ДБЖ просто підключається авто АКБ. Але заряджати її доведеться окремо, також див. нижче;
  • Вибрати спосіб перетворення, схему (див. далі) згідно своїм потребам та наявності деталей, розрахувати і зібрати повністю самостійно. Можливо зовсім даром, але крім початкових електронних навичок знадобиться вміння користуватися деякими спеціальними вимірювальними приладами (теж див. далі) і виконувати найпростіші інженерні розрахунки.
  • З готового модуля

    Способи складання за пп. 1 і 2 насправді не такі вже прості. Корпусу готових заводських інверторів служать одночасно і теплоотводами для потужних транзисторних ключів всередині. Якщо брати «напівфабрикат» або «розсип», то корпусу до них не буде: при теперішній собівартості електроніки, ручної праці та кольорових металів різниця в цінах пояснюється якраз відсутністю другого і, можливо, третього. Тобто, радіатор для потужних ключів доведеться робити самому або шукати готовий алюмінієвий. Його товщина в місці установки ключів повинна бути від 4 мм, а площі на кожен ключ має припадати 50 кв. див. на кожен кВт потужності, що віддається; з обдувом від комп’ютерного вентилятора-кулера на 12 В 110-130 мА – від 30 кв. см*кВт*ключ.

    Готові модулі інверторів напруги 12/220 В

    Напр., у наборі (модулі) 2 ключа (їх видно, вони стирчать з плати, див. ліворуч на мал.); модулі з ключами на радіаторі (праворуч на рис.) коштують дорожче і розраховані на певну, як правило, не дуже велику потужність. Кулера немає, потрібна потужність 1,5 кВт. Значить, потрібен радіатор від 150 кв. див. Крім нього ще настановні комплекти для ключів: ізолюючі теплопровідні прокладки і фурнітура під кріпильні гвинти – ізолюючі чашечки і шайби. Якщо модуль з теплозахистом (між ключами буде стирчати ще якась фитюлька — термодатчик), то трохи термопасти для приклеювання його до радіатора. Проводи – само собою, див. далі.

    З ДБЖ (UPS)

    Інвертор 12В DC/220 В AC 50 Гц, до якого можна підключати будь-які прилади в межах допустимої потужності, робиться з комп’ютерного ІБЖ зовсім просто: штатні дроти до «своєї» АКБ замінюються довгими із затискачами під клеми авто АКБ. Перетин проводів розраховується виходячи з допустимої щільності струму 20-25 А/кв. мм, див. також далі. Але ось з-за тяжкої батареї можуть виникнути проблеми – з нею ж, а вона дорожче і потрібніше перетворювача.

    В ДБЖ застосовуються також свинцево-кислотні АКБ. Це на сьогодні єдино широко доступний вторинний хімічний джерело електроживлення, здатний регулярно віддавати великі струми (екстратокі), не «убиваючись» повністю за 10-15 циклів заряд-розряд. В авіації використовуються срібно-цинкові АКБ, які ще могутніше, але вони жахливо дороги, в широкий обіг не випускаються, а їх ресурс за побутовими мірками незначний – близько 150 циклів.

    Розряд кислотних АКБ чітко відстежується по напрузі на банку, і контролер ДБЖ не дасть «чужий» батареї розрядитися понад міру. Але в штатних АКБ ДБЖ електроліт гелевий, а в автоаккумуляторах рідкий. Режими заряду в тому і іншому випадку істотно відрізняються: крізь гель не можна пропускати такі струми, як крізь рідину, а в рідкому електроліті при занадто малому струмі заряду рухливість іонів будемо мала і не всі вони повернуться на свої місця в електродах. В результаті ДБЖ буде хронічно недозаряжать авто АКБ, вона скоро засульфатируется і прийде в повну непридатність. Тому в комплект до інвертора на ДБЖ потрібно зарядний пристрій для акумуляторів. Зробити його своїми руками можна, але це вже інша тема.

    Батарея і потужність

    Від АКБ залежить і придатність перетворювача для тієї чи іншої мети. Підвищує інвертор напруги не бере енергію для споживачів з «темної матерії Всесвіту, чорних дір, духа святого або звідкись ще просто так. Тільки – з АКБ. А від неї він візьме потужність, що віддається споживачам, поділену на ККД самого перетворювача.

    Якщо ви побачите на корпусі фірмового інвертора «6800W» або більш – вірте очам своїм. Сучасна електроніка дозволяє помістити в обсязі сигаретної пачки пристрою і потужніше. Але, припустимо, нам потрібна потужність в навантаженні до 1000 Вт, а в розпорядженні є звичайний автоаккумулятор на 12 В, 60 А/год Типове значення ККД інвертора – 0,8. Значить, від батареї він візьме близько 100 А. На такий струм потрібні і дроти перетином від 5 кв. мм (див. вище), але не це тут головне.

    Автолюбителі знають: ганяв стартер 20 хв – купуй новий акумулятор. Правда, в нових машинах є обмежувачі часу його роботи, так що, можливо, і не знають. І точно не всі знають, що стартер легковика, розкрутившись, бере струм ок. 75 А (протягом 0,1-0,2 с при запуску – до 600 А). Найпростіший розрахунок – і виходить, що, якщо в інверторі немає автоматики, що обмежує розряд батареї, то наша за 15 хв сяде повністю. Так що вибирайте або конструируйте свій перетворювач з урахуванням можливостей готівкової АКБ.

    Примітка: з цього випливає величезна перевага перетворювачів 12/220 в на основі комп’ютерних ДБЖ – їх контролер не дасть повністю посадити батарею.

    Ресурс кислотних АКБ помітно не зменшується, якщо вони розряджаються 2-х годинним струмом (12 А для 60 А/год, 24 А для 120 А/год та 42 А для 210 А/год). З урахуванням ККД перетворення це дає допустиму довготривалу потужність навантаження в прим. 120 Вт, 230 Вт 400 Вт соотв. Для 10 хв. навантаження (напр., для живлення електроінструменту) вона може бути збільшена у 2,5 рази, але після цього АБК повинна відпочити не менше 20 хв.

    В цілому підсумок виходить не зовсім вже поганий. Зі звичайного побутового електроінструменту тільки болгарка може брати 1000-1300 Вт. Решта, як правило, обходяться потужністю до 400 Вт, а шуруповерти до 250 Вт. Холодильник від АКБ 12 В, 60 А/год через інвертор пропрацює 1,5-5 год; цілком достатньо, щоб прийняти необхідні заходи. Тому робити перетворювач на 1кВт для батареї 60 А/год сенс має.

    Що буде на виході?

    Перетворювачі напруги заради зменшення массогабаритов пристрою за рідкісними винятками (див. далі) працюють на підвищених частотах від сотень Гц до одиниць і десятків кГц. Струм такої частоти не прийме жодної споживач, а втрати енергії у звичайній проводці будуть величезні. Тому інвертори 12-200 будуються під вихідна напруга слід. видів:

    • Постійне випрямлена 220 В (220V AC). Придатні для живлення телефонних зарядок, більшості джерел живлення (ДЖ) планшетів, ламп розжарювання, люмінесцентних економок і світлодіодних. На потужність від 150-250 Вт відмінно підійдуть для ручного електроінструменту: споживана їм потужність на постійному струмі трохи знижується, а крутний момент зростає. Непридатні для імпульсних блоків живлення (ДБЖ) телевізорів, комп’ютерів, ноутбуків, мікрохвильових печей і т. п. потужністю більше 40-50 Вт: в таких обов’язково є т. зв. пусковий вузол, для нормальної роботи якого мережеве напруга повинна періодично проходити через нуль. Непридатні і небезпечні для приладів з силовими трансформаторами на залозі і електродвигунами змінного струму: стаціонарного електроінструменту, холодильників, кондиціонерів, здебільшого Hi-Fi аудіо, кухонних комбайнів, деяких пилососів, кавоварок, млинків і мікрохвильовок (для останніх – з-за наявності мотора обертання стола).
    • Модифіковане синусоїдальна (див. далі) – придатні для будь-яких споживачів, крім Hi-Fi аудіо з ДБЖ, інших пристроїв з ДБЖ від 40-50 Вт (див. вище) і, часто локальних охоронних систем, домашніх метеостанцій і т. п. з чутливими аналоговими датчиками.
    • Чисте синусоїдальна – придатні без обмежень, крім як по потужності, для будь-яких споживачів електроенергії.

    Синус або псевдосинус?

    З метою підвищення економічності перетворення напруги здійснюється не тільки на підвищених частотах, але і різнополярними імпульсами. Однак живити дуже багато прилади-споживачі послідовністю різнополярних прямокутних імпульсів (т. зв. меандром) не можна: великі викиди на фронтах меандру при хоч трохи реактивної навантаження призведуть до великих втрат енергії і можуть викликати несправність споживача. Однак проектувати перетворювач на синусодальный струм теж не можна – ККД не перевищить прим. 0,6.

    Перетворення постійної напруги в модифіковану і чисту синусоїду

    Тиха, але суттєва в даній галузі революція сталася, коли спеціально для інверторів напруги були розроблені мікросхеми, що формують т. зв. модифіковану синусоїду (зліва на рис.), хоча правильніше було б назвати псевдо-, мета-, квазі – і т. п. синусоїдою. Форма струму модифікованої синусоїди ступінчаста, а фронти імпульсів затягнуті (фронтів меандру на екрані електронно-променевого осцилографа часто взагалі не видно). Завдяки цьому споживачі з трансформаторами на залозі або помітною реактивністю (асинхронними електродвигунами) «розуміють» псевдосинусоиду «як справжню» і працюють як ні в чому не бувало; Hi-Fi аудіо з мережевим трансформатором на залозі живити модифікована синусоїда можна. Крім того, модифіковану синусоїду можливо досить простими способами згладити до «майже справжньою», відмінності якої від чистого на осцилографі на око ледве помітні; перетворювачі типу «Чистий синус» коштують набагато дорожче звичайних, праворуч на рис.

    Однак прилади з примхливими аналоговими вузлами і ДБЖ запускати від модифікованої синусоїди небажано. Останні вкрай небажано. Справа в тому, що середня майданчик модифікованої синусоїди не чистий нуль напруги. Вузол запуску ДБЖ від модифікованої синусоїди спрацьовує нечітко і весь ДБЖ може не вийти з режиму запуску в робочий. Користувач це бачить спочатку як потворні глюки, а потім з девайса йде дим, як в анекдоті. Тому прилади в ДБЖ потрібно живити від інверторів типу Чистий Синус.

    Робимо самі інвертор

    Отже, поки ясно, що краще всього робити інвертор на вихід 220 в 50 Гц, хоча і про вихід AC ми теж ще згадаємо. В першому випадку для контролю частоти знадобиться частотомір: норми на коливання частоти мережі електроживлення – 48-53 Гц. Особливо чутливі до відхилень електродвигуни змінного струму: при виході частоти живлячої напруги до межі допуску вони гріються і «йдуть» від номінальних обертів. Останнє дуже небезпечно для холодильників і кондиціонерів, можуть непереборно вийти з ладу внаслідок розгерметизації. Але купувати, орендувати або випрошувати на точний час і багатофункціональний електронний частотомір немає потрібні нам його точність ні до чого. Цілком підійде або електромеханічний резонансний частотомір (поз. 1 на рис.), або стрілочний будь-якої системи, поз. 2:

    Прилади для контролю частоти мережі електроживлення

    Стоять той і інший недорого, продаються в інтернеті, а в великих містах в електротехнічних спецмагазинах. Старий резонансний частотомір можна знайти на залізному базарі, а той чи інший після налагодження інвертора дуже навіть підійдуть для контролю частоти мережі в будинку – лічильник на підключення їх до мережі не реагує.

    50 Гц від комп’ютера

    У більшості випадків живлення 220 В 50 Гц потрібно споживачам не особливо потужним, до 250-350 Вт. Тоді основою перетворювача 12/220 В 50 Гц може послужити ДБЖ від старого комп’ютера – якщо, звичайно, такий валяється в мотлоху або хтось продає задешево. Віддається в навантаження потужність буде прим. 0,7 від номінальної ДБЖ. Напр., якщо на його корпусі значиться «250W», то прилади до 150-170 Вт можна підключати безбоязно. Потрібно більше – треба спочатку перевірити на навантаженні з ламп розжарювання. Витримав 2 години – таку потужність здатний віддавати і довготривало. Як зробити інвертор DC 12V 220V AC 50Hz з комп’ютерного блоку живлення, див. відео нижче.

    Відео: простий перетворювач 12-220 з комп’ютерного БЖ

    Ключі

    Припустимо, комп’ютерного ІБЖ немає або потрібна потужність побільше. Тоді важливе значення набуває вибір ключових елементів: вони повинні комутувати великі струми з найменшими втратами на перемикання, бути надійними і доступними за ціною. В цьому відношенні біполярні транзистори і тиристори в даній сфері застосування впевнено йдуть в минуле.

    Друга революція в інверторному справі пов’язана з появою потужних польових транзисторів («польовиків») т. зв. вертикальної структури. Втім, вони перевернули всю техніку електроживлення малопотужних пристроїв: знайти в «битовусі» трансформатор на залозі стає все важче.

    Кращі з потужних польовиків для перетворювачів напруги – з ізольованим затвором і індукованим каналом (MOSFET), напр. IFR3205, зліва на рис.:

    Потужні транзистори для перетворювачів напруги

    Завдяки незначною перемикання потужності ККД інвертора з виходом DC на таких транзисторах може досягати 0,95, а з виходом AC 50 Гц 0,85-0,87. Аналоги MOSFET з вбудованим каналом, напр. IFRZ44, дають ККД нижче, але коштують набагато дешевше. Пара тих чи інших дозволяє довести потужність в навантаженні до прим. 600 Вт; ті й інші без проблем запараллеливаются (праворуч на рис.), що дозволяє будувати інвертори на потужність до 3 кВт.

    Примітка: потужність втрат перемикання ключів з вбудованим каналом при роботі на істотно реактивну навантаження (напр., асинхронний електродвигун) може досягати 1,5 Вт на ключ. Ключі з індукованим каналом від цього недоліку вільні.

    TL494

    Третій елемент, який дозволив довести перетворювачі напруги до теперішнього стану – спеціалізована мікросхема TL494 та її аналоги. Всі вони являють собою контролер широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), що формує на виходах сигнал модифікованої синусоїди. Виходи різнополярні, що дозволяє управляти парами ключів. Опорна частота перетворення задається однією RC ланцюгом, параметри якої можна змінювати в широких межах.

    Коли вистачить постоянки

    Коло споживачів струму 220 В DC обмежений, але як раз у них потребу в автономному електроживленні виникає не тільки в аварійних ситуаціях. Напр., при роботі електроінструментом на виїзді або в дальньому кутку свого ж ділянки. Чи присутній завжди, скажімо, у чергового освітлення входу в будинок, передпокою, коридору, прибудинкової території від сонячної батареї, вдень подзаряжающей АКБ. Третій типовий випадок – зарядка телефону на ходу від прикурювача. Тут потужність на виході потрібна зовсім маленька, так що інвертор може бути виконаний всього на 1 транзисторі за схемою релаксаційного генератора, див слід. ролик.

    Відео: підвищуючий перетворювач на одному транзисторі


    Вже для живлення 2-3 світлодіодних лампочок потрібна потужність побільше. ККД блокінг-генераторів при спробі «вичавити» її різко падає, і доводиться переходити на схеми з окремими времязадающими елементами або повної внутрішньої індуктивної зворотним зв’язком, вони найбільш економічні та містять найменшу кількість компонент. У першому випадку для комутації одного ключа використовується ЕРС самоіндукції однієї з обмоток трансформатора спільно з времязадающей ланцюга. У другому частотозадающим елементом є сам підвищувальний трансформатор за рахунок власної постійної часу; її величина визначається переважно явищем самоіндукції. Тому ті й інші інвертори іноді називають перетворювачами на самоіндукції. Їх ККД, як правило, не вище 0,6-0,65, але, по-перше, схема проста і налагодження не вимагає. По-друге, напруга на виході швидше трапецієподібне, ніж меандр; «вимогливі» споживачі «розуміють» його як модифіковану синусоїду. Недолік – польові ключі в таких перетворювачах практично незастосовні, т. к. часто виходять з ладу від кидків напруги на первинній обмотці при комутації.

    Приклад схеми з зовнішніми времязадающими елементами дан на поз. 1 рис.:

    Схеми простих перетворювачів напруги 12-200 В

    Помилково обраний магнітопровід трансформатора малопотужного перетворювача напруги

    Автору конструкції вдалося вичавити з неї понад 11 Вт, але судячи по всьому, він переплутав ферит з карбонільним залізом. У всякому разі, броньовий (форми) магнітопровід на його ж фото (див. рис. праворуч) ніяк не феритовий. Більше він схожий на старе карбонильный, окислене зовні від часу, див. рис. справа. Трансформатор для цього інвертора краще намотати на феритовому кільці з площею перетину по ферриту 0,7-1,2 кв. див. Первинна обмотка тоді повинна містити 7 витків дроту діаметром по міді 0,6-0,8 мм, а вторинна 57-58 витків дроту 0,3-0,32 мм. Це під випрямлення з подвоєнням, див. далі. Під «чисті» 220 В – 230-235 витків дроту 0,2-0,25. У такому разі цей інвертор при заміні КТ814 на КТ818 віддасть потужність до 25-30 Вт, чого достатньо для 3-4 світлодіодних ламп. При заміні КТ814 на КТ626 потужність в навантаженні буде ок. 15 Вт, але ККД підвищиться. В обох випадках радіатор ключа – від 50 кв. див.

    На поз. 2 дана схема «допотопного» перетворювача 12-220 з окремими обмотками зворотного зв’язку. Не така вже вона архаїчна. По-перше, вихідна напруга під навантаженням – трапеція з округленими переломами без викидів. Це навіть краще, ніж модифікована синусоїда. По-друге, цей перетворювач може бути без будь-яких переробок у схемі виконаний на потужність до 300-350 Вт та частоту 50 Гц, тоді випрямляч не потрібен, треба тільки поставити VT1 і VT2 на радіатори від 250 кв. см. кожен. По-третє, він береже АКБ: при перевантаженні частота перетворення падає, що віддається потужність зменшується, а якщо навантажити ще більше, генерація зривається. Тобто, щоб уникнути перерозряду акумулятора, не потрібно ніякої автоматики.

    Порядок розрахунку цього інвертора дано в скані на рис.:

    Ключові величини в ньому – частота перетворення і робоча індукція в магнітопроводі. Частоту перетворення вибирають виходячи з готівкового матеріалу сердечника і необхідної потужності:

    Тип

    магнитопроводаИндукция/частота перетворення

    До 50 Вт50-100 Вт100-200 Вт200-350 Вт

    «Силове» залізо від трансформаторів живлення товщиною 0,35-0,6 мм0,5 Тл/(50-1000)Гц0,55 Тл/(50-400)Гц0,6 Тл/(50-150)Гц0,7 Тл/(50-60)Гц

    «Звуковий» залізо від вихідних трансформаторів УМЗЧ товщиною 0,2-0,25 мм0,4 Тл/(1000-3000)Гц0,35 Тл/(1000-2000)Гц–

    «Сигнальне» залізо від сигнальних трансформаторів товщиною 0,06-0,15 мм (не пермалой!)0,3 Тл/(2000-8000)Гц0,25 Тл/(2000-5000)Гц–

    Феррит0,15 Тл/(5-30)кГц0,15 Тл/(5-30)кГц0,15 Тл/(5-30)кГц0,15 Тл/(5-30)кГц

    Така «всеїдність» фериту пояснюється тим, що петля його гістерезису прямокутна і робоча індукція дорівнює індукції насичення. Зменшення порівняно з типовими розрахункових значень індукції в сталевих магнітопроводах викликано різким зростанням втрат на комутацію несинусоїдних струмів при її зростанні. Тому з сердечника силового трансформатора старого телевізора-«труни» на 270 Вт в цьому перетворювачі на 50 Гц вдасться зняти не більше 100-120 Вт. Але – на безриб’ї і рак риба.

    Примітка: якщо в наявності є сталевий магнітопровід свідомо завищеної перерізу, не вичавлювати з нього потужність! Нехай краще індукція буде менше – ККД перетворювача зросте, а форма вихідної напруги покращиться.

    Випрямлення

    Випрямляти вихідна напруга цих інверторів краще за схемою з паралельним подвоєнням напруги (поз. 3 на рис. зі схемами): компоненти для неї обійдуться дешевше, а втрати потужності на несинусоїдній струмі менше, ніж у бруківці. Конденсатори потрібно брати «силові», розраховані на велику реактивну потужність (з позначеннями PE або W). Якщо поставити «звукові» без цих букв, вони можуть просто вибухнути.

    50 гц? Це дуже просто!

    Простий інвертор на 50 Гц (поз. 4 рис. вище зі схемами) цікава конструкція. У деяких видів типових трансформаторів живлення власна постійна часу близька до 10 мс, тобто половині періоду 50 Гц. Підкоригувавши її времязадающими резисторами, які будуть одночасно і обмежувачами струму управління ключів, можна отримати на виході відразу згладжений меандр 50 Гц без складних схем формування. Підійдуть трансформатори ТП, ТПП, ТН на 50-120 Вт, але не всякі. Можливо, доведеться змінити номінали резисторів і/або включити паралельно їм конденсатори на 1-22 нФ. Якщо частота перетворення все одно далеко від 50 Гц, розбирати і перемотувати трансформатор марно: склеєний феромагнітною клеєм магнітопровід розпушити, і параметри трансформатора різко погіршаться.

    Цей інвертор – дачний перетворювач вихідного дня. Акумулятор машини не посадить за тих же причин, що і попередній. Але його вистачить на освітлення будинку з верандою світлодіодними лампами і телевізор або вібраційний насос у свердловині. Частота перетворення налагодженого інвертора при зміні струму навантаження від 0 до максимального не виходить за межі технормы для мереж електроживлення.

    Розводять обмотки вихідного трансформатора так. У типових трансформаторах харчування по парним числом вторинних обмоток на 12 або 6 Ст. Дві з них «відкладаються», а решта розпаюються паралельно в групи з рівного числа обмоток в кожній. Далі групи з’єднуються послідовно так, щоб вийшли 2 полуобмоткі на 12 В кожна, це буде низковольная (первинна) обмотка з середньою точкою. З решти низьковольтних обмоток одна з’єднується послідовно з мережевої на 220 В, це буде підвищує обмотка. Добавка до неї потрібна, оскільки падіння напруги на ключах біполярних складових транзисторах спільно з його втратами в трансформаторі може досягати 2,5-3 В, вихідна напруга виявиться заниженими. Додаткова обмотка доведе його до норми.

    DC від мікросхеми

    ККД описаних перетворювачів не перевищує 0,8, а частота в залежності від струму навантаження помітно плаває. Гранична потужність навантаження менше 400 Вт, так що прийшла пора згадати про сучасних схемних рішеннях.

    Схема простого перетворювача 12 В DC/ 220 В DC на 500-600 Вт дана на рис.:

    Схема перетворювача 12-220 В DC 1000 Вт

    Основне його призначення – живлення ручного електроінструменту. До якості підводиться напруги таке навантаження не вимоглива, тому ключі взяті дешевше; підійдуть також IFRZ46, 48. Трансформатор мотається на фериті перерізом 2-2,5 кв. см; підійде сердечник силового трансформатора від комп’ютерного ІБЖ. Первинна обмотка – 2х5 витків джгута з 5-6 обмотувальних проводів діаметром по міді 0,7-0,8 мм (див. нижче); вторинна – 80 витків такого ж дроту. Налагодження не потрібний, але контролю розряду батареї немає, так що в процесі роботи потрібно причепити до її клем мультиметр і не забувати на нього поглядати (те ж стосується і всіх інших саморобних інверторів напруги). Якщо напруга впало до 10,8 В (1,8 В банку) – стоп, выключаемся! Впало до1,75 В банку (10,5 В вся батарея) – це вже пішла сульфатація!

    Як мотати трансформатор на кільці

    На якісні характеристики інвертора, зокрема, на його ККД, досить сильно впливає поле розсіювання його трансформатора. Принципове рішення для його зменшення давно відомо: первинну обмотку, «накачивающую» магнітопровід енергією, розміщують впритул до нього; вторинні над нею за спаданням їх потужності. Але техніка така справа, що теоретичні принципи у конкретних конструкціях інший раз доводиться вивертати навиворіт. Один із законів Мерфі говорить прим. так: якщо залізка ну ось все одно не хоче працювати як треба, спробуй зробити в ній все навпаки. Повною мірою це відноситься до трансформатора підвищеної частоти на феритовому кільцевому магнітопроводі з обмотками з відносно товстого жорсткого дроту. Мотають трансформатор перетворювача напруги на феритовому кільці так:

    • Ізолюють магнітопровід і з допомогою намотувального човника намотують на нього вторинну підвищує обмотку, укладаючи витки як можна щільніше, поз. 1 на рис.:

    Намотування трансформатора преобрзователя напруги на феритовому кільці

    • Щільно обтягують «вторинку» скотчем, 2 поз.
    • Готують 2 однакових джгута проводів для первинної обмотки: намотують кількість витків половини низьковольтної обмотки тонким непридатним проводом, знімають його, заміряють довжину, відрізають потрібну кількість відрізків обмотувального проводу з запасом і збирають їх в джгути.
    • Додатково ізолюють вторинну обмотку до отримання відносно рівній поверхні.
    • Мотають «первинку» 2-ма джгутами відразу, розташовуючи проводу джгутів стрічкою і рівномірно розподіляючи витки по сердечникові, поз. 3.
    • Видзвонюють кінці джгутів і з’єднують початок одного з кінцем іншого, це буде середня точка обмотки.

    Примітка: на електричних принципових схемах початку обмоток, якщо це має значення, позначаються крапкою.

    50 Гц згладжені

    Модифікована синусоїда від ШІМ-контролера не єдиний спосіб отримати на виході інвертора 50 Гц, придатні для підключення будь-яких побутових споживачів електрики, та й ту не завадило б ще «пригладити». Найпростіший з них – старий добрий трансформатор на залозі, він добре «гладить» за рахунок своєї електричної інерції. Правда, знайти магнітопровід на більш ніж 500 Вт стає все важче. Включається такий розділовий трансформатор на низковольный вихід інвертора, а до його підвищує обмотки підключається навантаження. За цією схемою, до речі, побудована більшість комп’ютерних ДБЖ, так що вони для такої мети цілком підходять. Якщо ж мотати трансформатор самому, то він розраховується аналогічно силового, але зі сліду. особливостями:

    • Спочатку певна величина робочої індукції ділиться на 1,1 і застосовується у всіх подальших розрахунках. Так потрібно, щоб врахувати т. зв. коефіцієнт форми несинусоїдальної напруги Кф; у синусоїди Кф=1.
    • Підвищує обмотка спочатку розраховується як мережева на 220 В для заданої потужності (або визначеній за параметрами магнітопровода і величиною робочої індукції). Потім знайдене кількість її витків множиться на 1,08 для потужності до 150 Вт, на 1,05 для потужностей 150-400 Вт і на 1,02 для потужностей 400-1300 Вт.
    • Половина низьковольтної обмотки розраховується як вторинна на напругу 14,5 під ключі біполярні або з вбудованим каналом та на 13,2 для ключів з індукованим каналом.

    Приклади схемних рішень перетворювачів 12-200 В 50 Гц з розділовим трансформатором подані на рис.:

    Схеми перетворювачів напруги 12-220 В 50 Гц на 500-1000 Вт

    На тій, що зліва, ключами управляє задаючий генератор на т. зв. «м’якому» мультивибраторе, він вже генерує меандр у заваленими фронтами і згладженими переломами, так що додаткових заходів згладжування не потрібно. Нестабільність частоти м’якого мультивібратора вище, ніж звичайного, тому для її налаштування потрібен потенціометр P. З ключами на КТ827 можна зняти потужність до 200 Вт (радіатори – від 200 кв. см без охолодження). Ключі на КП904 із старого мотлоху або IRFZ44 дозволяють збільшити її до 350 Вт; одинарні на IRF3205 до 600 Вт, а спарені на них же до 1000 Вт.

    Інвертор 12-220 В 50 Гц із задаючим генератором на TL494 (праворуч на рис.) частоту залізно тримає у всіх мислимих немислимих умовах експлуатації. Для більш ефективного згладжування псевдосинусоиды використовується явище т.зв. байдужого резонансу, при якому фазові співвідношення струмів і напруг в коливальному контурі стають такими ж, як при гострому резонансі, але їх амплітуди помітно не збільшуються. Технічно це вирішується просто: до підвищувальної обмотки підключають згладжує конденсатор, значення ємності якого підбирають по найкращій формі струму (напруги не!) під навантаженням. Для контролю форми струму в ланцюг навантаження на потужність 0,03-0,1 від номінальної включають резистор на 0,1-0,5 Ом, до якого підключають осцилограф з закритим входом. Сглаживающая ємність не зменшує ККД інвертора, але користуватися для налаштування комп’ютерними програмами симуляції НЧ осцилографа не можна, т. к. вхід звукової карти, яка в них використовується, не розрахований на амплітуду в 220х1,4 = 310! Ключі і потужності такі ж, як в перед. випадку.

    Більш досконала схема перетворювача 12-200 В 50 Гц дана на рис.:

    Схема усовершенствованногопреобразователя 12-200 В 50 Гц

    В ній використовуються складні складені ключі. Для поліпшення якості вихідної напруги в ній використовується той факт, що емітер планарно-епітаксійних біполярних транзисторів та багато сильніше бази і колектора. Коли TL494 подасть закриває потенціал, напр., на базу VT3, струм його колектора припиниться, але за рахунок розсмоктування об’ємного заряду емітера він сповільнить замикання T1 і викиди напруги від ЕРС самоіндукції Tr поглинуться ланцюгами L1 і R11C5; вони ж більше «наклонят» фронти. Вихідна потужність інвертора визначається габаритною потужністю Tr, але не більш 600 Вт, т. к. використовувати в даній схемі парні потужні ключі не можна – розкид величини заряду затвора MOSFET транзисторів досить значний і перемикання ключів буде нечітким, чому форма вихідної напруги може навіть погіршитися.

    Дросель L1 це 5-6 витків дроту діаметром від 2,4 мм з міді, намотаних на відрізок феритового стрижня діаметром 8-10 м і довжиною 30-40 мм з кроком 3,5-4 мм. Магнітопровід дроселя не повинен бути замкнутий! Налагодження схеми-справа досить копітка і вимагає чималого досвіду: потрібно підібрати L1, R11 і C5 по найкращій формі вихідного струму під навантаженням, як в перед. випадку. Зате і Hi-Fi, запитанное від цього перетворювача, залишається «хайфаем» на самий вимогливий слух.

    А чи не можна без трансформатора?

    Вже обмотувальний провід для потужного трансформатора на 50 Гц влетить у копієчку. Більш-менш доступні магнітопроводи від «гробових» трансформаторів до 270 Вт габаритних, але в інверторі з такого більше 120-150 Вт не вичавиш, а ККД буде в кращому випадку 0,7, т. к. «гробові» магнітопроводи навиті з товстої стрічки, втрати на вихрові струми в якій при несинусоилальном напругу на обмотках великі. Знайти магнітопровід ШЛ з тонкої стрічки, здатний віддати більше 350 Вт при індукції 0,7 Тл взагалі проблематично, обійдеться він дорого, а весь перетворювач вийде величезним і складним. Трансформатори ДБЖ не розраховані на часту роботу в тривалому режимі – вони гріються і магнітопроводи їх в інверторах досить швидко деградують – магнітні властивості сильно погіршуються, потужність перетворювача падає. Чи є вихід?

    Так, і таке рішення нерідко застосовується у фірмових перетворювачах. Це – електричний міст з ключів на високовольтних силових польових транзисторах з напругою пробою від 400 В і струмом стоку більше 5 А. Підійдуть з первинних ланцюгів комп’ютерних ДБЖ, а з старого мотлоху – КП904 і т. п.

    Міст живиться постоянкой 220 В DC від нескладного інвертора 12-220 з випрямленням. Плечі моста відкриваються парами наперекрест по черзі, і струм у навантаженні, включеної в діагональ моста, міняє напрямок; ланцюга управління всіх ключів гальванічно розділені. У промислових конструкціях ключі управляються від спец. ІМС з розв’язкою оптопарами, але в аматорських умовах те і інше можна замінити додатковим малопотужним інвертором 12 В DC – 12 В 50 Гц, працюючим на маленький трансформатор на залозі, див. рис. Магнітопровід для нього можна взяти від китайського базарного малопотужного трансформатора живлення. За рахунок його електричної інерції якість вихідної напруги виходить навіть краще, ніж модифікована синусоїда.

    Схема отримання 220 В 50 Гц від перетворювача напруги без потужного трансформатора на залозі