Преобразователь для автомобиля
Для автотуриста, особенно на длительном привале, единственным источником электроэнергии служит аккумуляторная батарея автомобиля. Поэтому, естественно, и все походные осветительные и нагревательные приборы питаются от нее. А если в дорогу взяты приборы, рассчитанные на напряжения 36, 127, 220 В? Ничего страшного. Выручит преобразователь напряжения, схема которого показана на рисунке.
Описываемое устройство позволяет питать люминесцентную лампу, электропаяльник на напряжение 36 В, электробритву и другие приборы. Максимальная мощность нагрузки преобразователя - 40 Вт, при этом ток, потребляемый от аккумуляторной батареи, составляет примерно 4 А.
Вилкой ХР1 преобразователь подключают к прикуривателю или розетке, соединенной с аккумуляторной батареей автомобиля. С целью уменьшения габаритов конструкции преобразователя частота задающего генератора, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2, выбрана около 25 кГц. Элементы DD1.3 и DD1.4 образуют буферный каскад, нагрузкой которого служит обмотка I согласующего трансформатора Т1. Импульсы напряжения на обмотках II и III трансформатора управляют мощными ключевыми транзисторами VT1, VT2. При этом ток в первичной обмотке трансформатора Т2 преобразователя достигает в импульсе 8 А, что обеспечивает требуемую мощность на его вторичных обмотках. Напряжение питания на элементы задающего генератора и буферного каскада поступает через развязывающий фильтр L1C4C6. Чтобы генератор вырабатывал сигнал симметричной формы - меандр, необходимый для управления транзисторными ключами, в него введена цепочка R1VD1, выравнивающая длительность зарядки и разрядки конденсатора С1.
Обмотка III трансформатора Т2 рассчитана на подключение к ней (через разъемы XS1, XS2) приборов на напряжение 36...40 В. Отводом обмотки можно изменять мощность, потребляемую нагрузкой, например, подбирать температуру нагрева жала электропаяльника. Обмотка II этого трансформатора предназначена для питания приборов, рассчитанных на переменные напряжения 127 и 220 В. Часть напряжения, снимаемого с верхней по схеме секции обмотки, выпрямляется диодами VD4-VD7, включенными по схеме моста, а пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С 11. В результате на разъеме XS5 (при замкнутых контактах кнопки SB1) действует постоянное напряжение 115 В - для питания электробритвы с коллекторным электродвигателем. Впрочем, это напряжение может иметь другое значение- в зависимости от конкретной модели электробритвы.
Известно, что для включения люминесцентных ламп без подогрева нитей накаливания необходимо напряжение более 500...600 В. Чтобы получить его, напряжение 200 В обмотки II трансформатора Т2 подается на выпрямитель-умножитель, выполненный на диодах VD2, VD3 и конденсаторе С9. В результате на конденсаторе С10 действует повышенное напряжение постоянного тока. Для люминесцентной лампы мощностью 40 Вт параллельно конденсатору С9 подключают (тумблером SA1) конденсатор С8. Однако напряжения на фильтрующем конденсаторе С10 оказывается недостаточным для зажигания люминесцентной лампы. Поэтому в этот узел устройства введен дополнительный пусковой трансформатор ТЗ, но включают лампу вручную кнопкой SB1. Вот как это происходит. При замкнутых контактах кнопки SB1 конденсатор С11 заряжен до напряжения 115 В. При нажатии на кнопку он быстро разряжается через первичную обмотку трансформатора ТЗ. При этом на вторичной обмотке трансформатора возникает импульс напряжения, достаточный для зажигания люминесцентной лампы. В дальнейшем свечение лампы поддерживается напряжением на конденсаторе С10 выпрямителя VD2, VD3. Такое построение этого узла преобразователя позволяет не только обойтись без подогрева накальной нити люминесцентной лампы, но и использовать лампу с перегоревшей нитью накаливания (если, конечно, она пригодна для работы в таком режиме). Напряжение подают на оба вывода нити накаливания. Люминесцентную лампу подключают к разъему XS6 "ЛДС".
Соединения между деталями делают снизу платы. Другие детали монтируют на дополнительной плате, которую размещают на боковой стенке корпуса. Цепи преобразователя, по которым течет большой ток, следует выполнять проводом диаметром не менее 2 мм возможно минимальной длины. Это требование относится и к проводам, соединяющим преобразователь с аккумуляторной батареей.
Микросхема DD1 преобразователя может быть К561ЛЕ5, диод VD1 - любой высокочастотный малогабаритный, транзисторы VT1 и VT2 - КТ827 с буквенными индексами Б, В. Выпрямительные диоды VD2-VD7 должны быть высокочастотными, например (кроме КД212А), КД205А- КД205Д, КД213А, КД213Б. Конденсаторы: С1 - КД, КТ, КМ; С6 и С7 ~ КМ, МБМ; С2 и С3 - К50-24 (или К50-6), остальные - БМ, МБМ. Индуктивность дросселя L1 может быть 10...200 мкГн.
Трансформаторы Т1 и ТЗ выполнены на кольцах типоразмера К20Х12Х6 из феррита 2000НМ. Обмотка I первого из них содержит 120 витков, а обмотки II и III - по 45 витков провода ПЭВ-2 0,2. Первичная обмотка трансформатора ТЗ представляет собой 2 витка, а вторичная - 20 витков провода ПЭВ-2 0,4. Магнитопроводом трансформатора Т2 служат два склеенных вместе кольца типоразмера К32Х20Х Х9 из феррита 2000НМ. Его обмотка I содержит 1,5 витка провода ПЭВ-2 2,0, обмотка II - 88 витков провода ПЭВ-2 ,0,4 (отводы от 36 до 50-го витков, считая от начала), обмотка III -16 витков провода ПЭВ-2 1,0 (отвод от 14-го витка). Перед намоткой провода острые грани колец надо сгладить надфилем, после чего обмотать магнитопровод лакотканью или изоляционной лентой.
Налаживание преобразователя напряжения заключается в следующем. Сначала подбором резистора R1 добиваются на выходе буферного каскада импульсного сигнала, близкого по форме к меандру. Затем, в случае необходимости, подбором конденсатора С1 устанавливают частоту задающего генератора, равную 25...27 кГц. Ток, потребляемый преобразователем без нагрузки, должен составлять примерно 500 мА.
Я не встречал схемы инвертора проще чем эта. Для повторения вам понадобиться минимум деталей – их не более 10 штук. Для получения напряжения на выходе 220 вольт нам понадобиться одна пальчиковая батарейка напряжением 1,5 вольта.
Инверторы необходимы там, где нет возможности подключиться к сети 220 вольт. Инверторы делятся на два типа: одни имеют на выходе синусоидальную напряжение частотой 50 Гц и подходят практически для питания любой нагрузки. Другие модифицированные имеет на выходе высокую частоту, порядка 500-10000 Гц и не всегда синусоидальную форму волны.
Инверторы с синусоидальной частотой 50 Гц дорогостоящие, так как для формирования синусоидального импульса 50 Гц нужен большой трансформатор или имитационный блок электроники.
Простейший инвертор который будем делать мы относится ко второй группе. И подходит для питания различных импульсных блоков питания, таких как зарядник для телефона, энергосберегающая лампочка – люминесцентная или светодиодная.
Требуемые компоненты
Трансформатор 220В – 6В. Можно выдрать из старого магнитофона, приемника, и т.п. или купить тут -Корпус батареи AA - 1 -
Переключатель - 1 -
Печатная плата - 1 -
BC547 транзистор (отечественный аналог КТ3102, КТ315) - 1 -
BD140 Транзистор с радиатором (отечественный аналог КТ814, КТ816) – 1 -
Конденсатор 0.1 мкФ – 1-
30 кОм резистор - 1 -
Инструменты:
Паяльник, если вдруг у вас нет возьмите тут -
Схема
Знакомство с инвертором начнем со схемы. Это обычный мультивибратор на составном транзисторе. В результате получается генератор на выходе которого стоит повышающий трансформатор.Собираем схему. Плата макетная, с большим количеством отверстий. Вставляем детали и запаиваем их перемычками по схеме.
Проверка работы
Если все компоненты схемы исправны, и схема собрана без ошибок, то инвертор начинает работать сразу и в настройке не нуждается.
На выход инвертора подключаем энергосберегающую лампу. Вставляем батарейку и замыкаем выключатель. Лампочка загорелась.
Конечно её яркость ниже чем при питании от сети, но то что она работает от элемента напряжением 1,5 вольта - это прорыв!
Естественно, как и везде тут действует закон сохранения энергии. Исходя из которого следует, что ток в цепи батарейки будет в несколько раз выше чем в цепи лампочки. В общем батарейка должна быть обязательно алкалиновая, тогда есть шанс, что она будет работать немного подольше.
При монтаже и работе с инвертором будьте особо осторожны, напряжение 220 вольт опасно для жизни. И, поверьте, батарейки в 1,5 вольта хватит, чтобы нанести человеку поражающий удар током, и даже вызвать остановку сердца. Как известно, для этого достаточно пропустить через человека порядка 100 мА, на что вполне способен данный инвертор.
Изготовить своими руками преобразователь напряжения 12/220 вольт 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 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 элементная база.
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:
- ШИМ-модулятор - специальной конструкции микроконтроллер.
- Ферритовые кольца для изготовления ВЧ-транформаторов.
- Силовые полевые транзисторы IGBT.
- Электролитические конденсаторы.
- Постоянные сопротивления различной мощности.
- 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.
