Самодельный преобразователь напряжения 12 в 220 вольт схема. Необходимость схем инверторов с чистой синусоидой
В последнее время очень часто наблюдаю, что все больше и больше людей увлекаются сборкой самодельных инверторов. Поскольку заинтересованы начинающие радиолюбители, я решил вспомнить о схеме, которую опубликовал на нашем сайте год назад. Сегодня я решил переделать схему увеличивая выходную мощность и детально пояснить процесс сборки.
Скажу сразу - это самый простой преобразователь 12-220 с учетом выходной мощности схемы. В качестве задающего генератора задействован старый и добрый мультивибратор. Разумеется, такое решение многим уступает современным высокоточным генераторам на микросхемах, но давайте не забудем, что я стремился максимально упростить схему так, чтобы в итоге получился инвертор, который будет доступен широкой публике. Мультивибратор - не есть плохо, он работает более надежно, чем некоторые микросхемы, не так критичен к входным напряжениям, работает при суровых погодных условиях (вспомним TL494, которую нужно подогревать, при минусовых температурах).
Трансформатор использован готовый, от UPS, габариты сердечника позволяют снять 300 ватт выходной мощности. Трансформатор имеет две первичные обмотки на 7 Вольт (каждое плечо) и сетевую обмотку на 220 Вольт. По идее, подойдут любые трансформаторы от бесперебойников.
Диаметр провода первичной обмотки где-то 2,5мм, как раз то, что нужно.
Основные характеристики схемы
Номинал входного напряжения - 3,5-18 Вольт
Выходное напряжение 220Вольт +/-10%
Частота на выходе - 57 Гц
Форма выходных импульсов - Прямоугольная
Максимальная мощность - 250-300 Ватт.
Недостатки
Долго думал какие у схемы недостатки, на счет КПД, оно на 5-10% ниже аналогичных промышленных устройств.
Схема не имеет никаких защит на входе и на выходе, при КЗ и перегрузке полевые ключи будут перегреваться до тех пор, пока не выйдут из строя.
Из за формы импульсов, трансформатор издает некий шум, но это вполне нормально для таких схем.
Достоинства
Простота, доступность, затраты, 50 Гц на выходе, компактные размеры платы, легкий ремонт, возможность работы в суровых погодных условиях, широкий допуск используемых компонентов - все эти достоинства делают схему универсальной и доступной для самостоятельного повторения.
Китайский инвертор на 250-300 ватт, можно купить где-то за 30-40$, на этот инвертор я потратил 5$ - купил только полевые транзисторы, все остальное найдется на чердаке думаю у каждого.
Элементная база
В обвязке минимальное количество компонентов. Транзисторы IRFZ44 можно с успехом заменить на IRFZ40/46/48 или на более мощные - IRF3205/IRL3705, они не критичны.
Транзисторы мультивибратора TIP41 (КТ819) можно заменить на КТ805, КТ815, КТ817 и т.п.
С успехом подключал к этому инвертору телевизор, пылесос и другие бытовые устройства, работает неплохо, если устройство имеет встроенный импульсный БП, то вы не заметите разницы в работе от сети и от преобразователя, в случае запитки дрели - запускается с неким звуком, но работает довольно хорошо.
Плата была нарисована вручную обыкновенным маникюром
В итоге инвертор понравился на столько, что решил поместить в корпус от компьютерного блока питания.
Реализована также функция REM, для включения схемы нужно всего лишь подключить провод REM на плюсовую шину, тогда поступит питание на генератор и схема начнет работать.
С такой схемы вполне реально снять и большую мощность (500-600 Ватт, может и больше), в дальнейшем попробую увеличить мощность, так, что следующая статья не за горами, до новых встреч...
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1, VT2 | Биполярный транзистор | TIP41 | 2 | КТ819, КТ805, КТ815, КТ817 | В блокнот | |
| VT3...VT6 | MOSFET-транзистор | IRFZ44 | 4 | Замена: IRFZ40/46/48, IRF3205/IRL3705 | В блокнот | |
| C1, C2 | Конденсатор | 2.2 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| R1...R4 | Резистор | 6.2 Ом | 4 | В блокнот | ||
| R5, R8 | Резистор | 680 Ом | 2 | В блокнот | ||
| R6, R7 | Резистор |
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.
Существует несколько причин, по которым у хозяина появляется необходимость в создании нового преобразователя напряжения. Основное его назначение — обеспечить величину сетевого напряжения размером в 220В от исходного значения в 12 Вт.
Инверторы 12 220 В своими руками изготавливают многие любители, т.к. качественные преобразователя недешевы. Прежде чем собрать устройство, необходимо изучить материалы, объясняющие механизм его использования.
Сфера применения преобразователей 12 220 В
В процессе работы батареи аккумулятора уменьшается уровень ее заряда. Преобразователь стабилизирует напряжение во время путешествия, при отсутствии электричества.
Инвертор 12 220 В позволит хозяину усовершенствовать инженерные сооружения в доме. Мощность устройства для преобразования тока выбирается в зависимости от общей величины эксплуатируемой нагрузки. Учитывается процесс ее потребления: реактивный и активный. Реактивная нагрузка потребляет не всю полученную энергию, поэтому полная мощность превышает ее активное значение.
Инвертор с чистой синусоидой используется для подключения инструментов с общей мощностью 3 кВт. Значительную экономию топлива обеспечивает использование преобразователя напряжения и мини-электростанции.
К инвертору присоединяют таких потребителей, как:
- системы сигнализации;
- отопительные котлы;
- насосные аппараты;
- компьютерные системы.
Вернуться к оглавлению
Преимущества работы устройства для преобразования напряжения
Инверторы завоевали уважительное отношение к своей работе, т. к. обладают целым рядом несомненных достоинств. Устройство работает бесшумно, не засоряет окружающее пространство выхлопными газами. Обслуживание прибора минимально: нет необходимости проверять давление в двигателе. Инвертор обладает незначительным механическим износом, позволяет подключать любых потребителей. Инвертор 12 220 В работает на повышенной мощности на КР121 ЕУ, обладает высоким коэффициентом полезного действия.
При сборке инвертора с задающим устройством в качестве мультивибратора, достоинства преобразователя выражены в доступности, простоте прибора. Размеры изделия компактны, ремонт не представляет большого труда, а эксплуатация возможна при низких температурах.
Вернуться к оглавлению
Самодельный преобразователь 12 220 В и общий принцип его создания
На рынке радиодеталей большая часть инверторов функционирует с использованием высоких частот. Импульсные инверторы полностью заменили классические схемы с применением трансформаторов. Микросхема К561ТМ2 состоит из двух D-триггеров, которые содержат два входа R и S. Она создана с применением КМОП-технологии, заключена в корпус из пластика.
Задающий генератор инвертора монтируется на основе К561ТМ2, используя для работы устройство DD1. Для делителя частоты монтируется триггер DD1.2. Усилительный каскад принимает сигналы с микросхемы.
Для работы подбирают транзисторы КТ827. При их отсутствии используют транзисторы КТ819 ГМ или полевые полупроводники — IRFZ44.
Генератор синусоиды для инвертора 12 220 В работает с высокой частотой. Для образования контура с размерами 50 Гц используется вторичная обмотка и параллельное подсоединение конденсатора и нагрузки. При подключении любого устройства, инвертор создает преобразование напряжения в 220 В.
Схема имеет один существенный недостаток — несовершенную форму параметров на выходе.
Микросхема К561ТМ2 дублируется К564ТМ2. Увеличение мощности преобразователя достигается подбором более интенсивных транзисторов. Следует обратить внимание на конденсатор, установленный на выходе. Он имеет напряжение 250 В.
Вернуться к оглавлению
Создание преобразователя с использованием новейших деталей
Самодельные инверторы функционируют стабильно, на выходе транзисторы работают от усиленного основного генератора. Используют элементы серии КТ819ГМ, установленные на радиаторе больших размеров.
Для создания преобразователя применяют упрощенную схему. В процессе работы приобретают необходимые материалы:
- микросхему КР121ЕУ1;
- транзисторы IRL2505;
- паяльник;
- олово.
Микросхема КР12116У1 обладает особенностью: она содержит два канала регулировки ключей и легко справляется с построением несложных преобразователей напряжения. Микросхема при температуре +25 °С выдает предельные величины напряжения 3 и 9 В.
Частота задающего генератора определяется параметрами элементов в цепи. Транзисторы IRL2505 устанавливают для использования на выходе. На него поступает сигнал, уровень которого позволяет регулировать выходные транзисторы.
Сформировавшийся низкий уровень не позволяет транзисторам перейти из закрытого вида в иное состояние. В результате полностью исключается возникновение мгновенного прохождения тока после одновременного открытия ключей. При попадании высокого уровня на вывод 1 происходит отключение импульсной генерации. На схеме вывод 1 присоединяется к общему проводу.
Для монтажа двухтактного каскада применяют трансформатор Т1 и два транзистора: VT1 и VT2. В открытом канале наблюдается сопротивление 0,008 Ом. Оно незначительно, поэтому мощность транзисторов мала, даже при прохождении большого тока. Выходной трансформатор, имеющий мощность 100 Вт, позволяет использовать ток IRL2505 до 104 А, а импульсный составляет 360 А.
Основная особенность инвертора состоит в том, что можно использовать любой трансформатор, имеющий на выходе 2 обмотки на 12 В.
При выходной мощности до 200 Вт отказываются от установки транзисторов на радиаторы.
Следует учесть, что электроток при мощности в 400 Вт может достигать 40 А.
Купить готовое устройство не составит проблем
– в автомагазинах можно найти (импульсные преобразователи напряжения) различной мощности и цены.
Однако, цена подобного устройства средней мощности (300-500 Вт) составляет несколько тысяч рублей, а надежность многих китайских инверторов достаточно спорна. Изготовление своими руками простого преобразователя – это не только способ ощутимо сэкономить, но и возможность улучшить свои знания в электронике. В случае отказа же ремонт самодельной схемы окажется ощутимо проще.
Простой импульсный преобразователь
Схема этого устройства очень проста , а большинство деталей могут быть извлечены из ненужного блока питания компьютера. Конечно, у нее есть и ощутимый недостаток – получаемое на выходе трансформатора напряжение 220 вольт далеко по форме от синусоидального и имеет частоту значительно больше, чем принятые 50 Гц. Напрямую подключать к нему электродвигатели или чувствительную электронику нельзя.
Для того, чтобы иметь возможность подключать к этому инвертору содержащую импульсные блоки питания технику (например, блок питания ноутбука), применено интересное решение – на выходе трансформатора установлен выпрямитель со сглаживающими конденсаторами . Правда, работать подключенный адаптер сможет только в одном положении розетки, когда полярность выходного напряжения совпадет с направлением встроенного в адаптер выпрямителя. Простые потребители типа ламп накаливания или паяльника можно подключать непосредственно к выходу трансформатора TR1.
Основа приведенной схемы – это ШИМ-контроллер TL494, наиболее распространенный в таких устройствах. Частоту работы преобразователя задают резистор R1 и конденсатор C2, их номиналы можно брать несколько отличающимися от указанных без заметного изменения в работе схемы.
Для большей эффективности схема преобразователя включает в себя два плеча на силовых полевых транзисторах Q1 и Q2. Эти транзисторы нужно разместить на алюминиевых радиаторах, если предполагается использовать общий радиатор – устанавливайте транзисторы через изоляционные прокладки. Вместо указанных на схеме IRFZ44 можно использовать близкие по параметрам IRFZ46 или IRFZ48.
Выходной дроссель наматывается на ферритовом кольце от дросселя, также извлекаемого из компьютерного блока питания. Первичная обмотка мотается проводом диаметром 0,6 мм и имеет 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывается вторичная обмотка, содержащая 80 витков. Также можно взять выходной трансформатор из сломанного источника бесперебойного питания.
Читайте так же: Обзор электрогенераторов на дровах
Вместо высокочастотных диодов D1 и D2 можно взять диоды типов FR107, FR207.
Так как схема очень проста, после включения при правильном монтаже она начнет работать сразу и не потребует никакой настройки. Отдавать в нагрузку она сможет ток до 2,5 А, но оптимальным режимом работы будет ток не более 1,5 А – а это более 300 Вт мощности.
Готовый инвертор такой мощности стоил бы порядка трех-четырех тысяч рублей .Эта схема выполнена на отечественных комплектующих и достаточно стара, но это не делает ее менее эффективной. Главное ее достоинство – это получение на выходе полноценного переменного тока с напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц.
Здесь генератор колебаний выполнен на микросхеме К561ТМ2, представляющей собой сдвоенный D-триггер. Она является полным аналогом зарубежной микросхемы CD4013 и может быть заменена ей без изменений в схеме.
Преобразователь также имеет два силовых плеча на биполярных транзисторах КТ827А. Их главный недостаток по сравнению с современными полевыми – это большее сопротивление в открытом состоянии, из-за чего нагрев при той же коммутируемой мощности у них сильнее.
Так как преобразователь работает на низкой частоте, трансформатор должен иметь мощный стальной сердечник . Автор схемы предлагает использовать распространенный советский сетевой трансформатор ТС-180.
Как и другие инверторы на основе простых ШИМ-схем, этот преобразователь имеет на выходе достаточно отличающуюся от синусоидальной форму напряжения, но это несколько сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7. Также из-за этого трансформатор во время работы может издавать ощутимый гул – это не является признаком неисправности схемы.
Простой инвертор на транзисторах
Этот преобразователь работает по тому же принципу, что и перечисленные выше схемы, но генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) в нем построен на биполярных транзисторах.
Особенность этой схемы в том, что она сохраняет работоспособность даже на сильно разряженном аккумуляторе: диапазон входных напряжений составляет 3,5…18 вольт. Но, так как в ней отсутствует какая-либо стабилизация выходного напряжения, при разрядке аккумулятора будет одновременно пропорционально падать и напряжение на нагрузке.
Так как эта схема также является низкочастотной, трансформатор потребуется аналогичный используемому в инверторе на основе К561ТМ2.
Усовершенствования схем инверторов
Приведенные в статье устройства крайне просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами . Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным переделкам, которые к тому же позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.
Читайте так же: Изготовим электрогенератор своими руками
Увеличение выходной мощности
Все описанные устройства работают по одному принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора соединяется с входом питания на время, заданное частотой и скважностью задающего генератора. При этом генерируются импульсы магнитного поля, возбуждающие во вторичной обмотке трансформатора синфазные импульсы с напряжением, равным напряжению в первичной обмотке, умноженному на отношение числа витков в обмотках.
Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Именно максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, и определяет максимальную мощность преобразователя.
Существуют два способа увеличения мощности инвертора: либо применить более мощный транзистор, либо применить параллельное включение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как позволяет не только применить более дешевые детали, но и сохраняет работоспособность преобразователя при отказе одного из транзисторов. В отсутствие встроенной защиты от перегрузок такое решение значительно повысит надежность самодельного прибора. Уменьшится и нагрев транзисторов при их работе на прежней нагрузке.
На примере последней схемы это будет выглядеть так:
Автоматическое отключение при разряде аккумулятора
Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его при критическом падении напряжения питания, может серьезно подвести Вас , если оставить такой инвертор подключенным к аккумулятору автомобиля. Дополнить самодельный инвертор автоматическим контролем будет крайне полезно.
Простейший автоматический выключатель нагрузки можно сделать из автомобильного реле:
Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором замыкаются его контакты. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет составлять около 10% от сопротивления обмотки реле) настраивается момент, когда реле разорвет контакты и прекратит подачу тока на инвертор.
ПРИМЕР : Возьмем реле с напряжением срабатывания (U р) 9 вольт и сопротивлением обмотки (R о) 330 ом. Чтобы оно срабатывало при напряжении выше 11 вольт (U min) , последовательно с обмоткой нужно включить резистор с сопротивлением R н, рассчитываемым из условия равенства U р / R о =(U min — U р)/ R н. В нашем случае потребуется резистор на 73 ома, ближайший стандартный номинал – 68 ом.Конечно, это устройство крайне примитивно и является скорее разминкой для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить несложной схемой управления, которая поддерживает порог отключения гораздо точнее:
Читайте так же: Говорим про 10 кВт стабилизаторы напряжения для дома
Регулировка порога срабатывания осуществляется подбором резистора R3.
Предлагаем посмотреть видео по теме
Обнаружение неисправностей инвертора
Перечисленные простые схемы имеют две наиболее распространенных неисправности – либо на выходе трансформатора отсутствует напряжение, либо оно слишком мало.
С полгода назад приобрел себе автомобиль. Не буду описывать все сделанные для его улучшения модернизации, остановлюсь только на одном. Это инвертор 12-220В для питания бытовой электроники от бортовой сети автомобиля.
Конечно, можно было бы приобрести его в магазине за 25-30$, но смущала их мощность. Для питания даже ноутбука тока с 0,5-1 ампера, который выдает большинство автомобильных инверторов, явно маловато.
Выбор принципиальной схемы.
По своей природе я человек ленивый, поэтому решил не «изобретать велосипед», а поискать в интернете похожие конструкции, и приспособить схему одной из них для своей . Время очень поджимало, поэтому в приоритете были простота и отсутствие дорогих запчастей.
На одном из форумов была выбрана простая схема на распространенном ШИМ контроллере TL494. Недостатком этой схемы является получение на выходе прямоугольного напряжения 220 В, но для импульсных схем питания это не критично.
Подбор деталей.
Схема была выбрана потому, что практически все детали можно было взять из компьютерного блока питания. Для меня это было очень критично, потому как до ближайшего специализированного магазина более 150 км.
Из пары неисправных блоков питания на 250 и 350 Вт были выпаяны выходные конденсаторы, резисторы и сама микросхема.
Сложность возникла только с высокочастотными диодами для преобразования напряжения на выходе повышающего трансформатора, но тут меня спасли старые запасы. Характеристики КД2999В меня вполне устроили.
Сборка готового устройства.
Собирать устройство пришлось в течение пары часов после работы, потому как планировалась дальняя поездка.
Так как время было очень ограничено, искать дополнительные материалы и инструменты я просто не стал. Пользовался только тем, что оказалось под рукой. Опять же, из-за скорости не стал использовать приведенные на форумах образцы печатных плат. За 30 минут на листке бумаги была разработана собственная печатная плата, и ее рисунок перенесен на текстолит.
При помощи скальпеля был удален один из фольгированных слоев. На оставшемся слое, по нанесенным линиям были прочерчены глубокие канавки. При помощи изогнутого пинцета, он оказался наиболее удобным, канавки были углублены до не проводящего ток слоя. По местам установки деталей при помощи шила, оно на фото не попало, были сделаны отверстия.
Сборку я начал с установки трансформатора, использовался понижающий одного из блоков, его просто перевернул и вместо понижения напряжения с 400 В до 12 В, он его повышал с 12 В до 268В. Заменой резисторов R3 и конденсатора C1, можно было снизить выходное напряжение до 220 В, но дальнейшие эксперименты показали, что этого делать не стоит.
После трансформатора, в порядке уменьшения размера я установил оставшиеся запчасти.
Полевые транзисторы, было решено ставить на удлиненных вводах, чтобы они легче крепились к радиатору охлаждения.
В итоге получилось вот такое устройство:
Остался только завершающий штрих – крепление радиатора. На плате видно 4 отверстия, хотя самореза только 3, это просто в процессе сборки было решено немного изменить положение радиатора для лучшего внешнего вида. После окончательной сборки получилось вот что:
Испытания.
Специально испытывать устройство, не было времени, оно было просто подключено к аккумулятору от блока бесперебойного питания. На выход была подключена нагрузка в виде лампочки на 30 Вт. После того как она загорелась, устройство было просто заброшено в рюкзак, и я поехал на 2 недели в командировку.
За 2 недели, устройство ни разу не подвело. От него запитывались различные устройства. При замере мультиметром, максимальный полученный ток достигал 2,7 А.
