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.
Принципиальная схема инвертора 12-220 на TL494
В данном инверторе используется готовый высокочастотный понижающий трансформатор из БП компьютера, но в нашем преобразователе он станет наоборот повышающим. Данный трансформатор можно взять как из AT, так и из ATX. Обычно, такие трансформаторы отличаются только габаритами, а их расположение выводов совпадает. Убитый блок питания (или трансформатор из него) можно поискать в любой мастерской по ремонту компьютеров.
Если же вы такого трансформатора не найдете, можно попробовать намотать вручную (если хватит терпения). Вот какой трансформатор использовал в своём варианте:
Транзисторы обязательно нужно поставить на радиатор, иначе они могут перегреться и выйти из строя.
Использовал алюминиевый радиатор из полупроводникового советского телевизора. Этот радиатор не совсем подошел по размеру к транзисторам, но другого варианта у меня не было.
Также желательно заизолировать все высоковольтные выводы данного инвертора и лучше собрать все в корпус, ведь если этого не сделать, может случайно произойти короткое замыкание или просто можно коснуться высоковольтного вывода, что будет очень неприятно.
Будьте осторожны! На выходе схемы высокое напряжение и очень серьезно может ударить.
Я использовал корпус от блока питания ноутбука. Он очень хорошо подошел по размерам.
Ну и конечно же инвертор в действии:
Всем удачи, Кирилл.
Часто в жизни возникает потребность получить напряжение 220В из более низкого, скажем, 12-ти Вольт. К примеру, вам нужно подключить зарядное устройство от ноутбука к автомобильному аккумулятору, с это не проблема. Помимо этого, инверторы нашли широкое применение в альтернативной энергетике. Обычно их ставят на ветряки, гидроэлектростанции и так далее, которые в большинстве случаев генерируют невысокое напряжение.
Сегодня мы рассмотрим, как сделать инвертор своими руками . Здесь нет никакой сложной электроники, набор компонентов очень маленький, а схема понятная любому новичку. Всего-то вам понадобится соединить несколько резисторов, транзисторов и трансформатор. Заинтриговал? Тогда переходим к изучению инструкции!
Материалы и инструменты, которые использовал
Список материалов:
- трансформатор 12-0-12В на 5А;
- аккумулятор на 12В;
- два алюминиевых радиатора;
- два транзистора TIP3055;
- два резистора 100 Ом/10 Ватт;
- два резистора 15 Ом/10 Ватт;
- провода;
- фанера, ламинат (или прочее для изготовления корпуса);
- розетка;
- термопаста;
- пластиковые стяжки;
- винтики с гайками и пр.
Список инструментов:
- паяльник;
-
- ;
- кусачки;
- отвертка.
Процесс изготовления инвертора:
Шаг первый. Ознакомьтесь со схемой
Ознакомьтесь со схемой подключения всех элементов. Есть как электронная подробная схема, так и простая, интуитивно понятная, куда и какие провода подключать.
Шаг второй. Собираем два контура из резисторов и транзисторов
Берем транзистор и крепим его к резистору на 15 Ом, как видно на фото. Аналогичным образом крепим и второй транзистор.
Шаг третий. Радиатор
При работе транзисторы будут греться, и если не отводить это тепло, они могут выйти из строя. Тут вам понадобится два радиатора. Сверлим отверстия, наносим термомпасту и хорошенько притягиваем транзисторы к радиаторам саморезами.
Шаг четвертый. Соединяем два контура с помощи резисторов на 100 Ом
Берем два резистора на 100 Ом и соединяем два контура по диагонали. То есть, контакты вам нужно припаять к двум крайним левым ножкам транзисторов, если смотреть на их лицевую часть.
Шаг пятый. Подключаем центральные лапки
Берем двужильный провод кабель и припаиваем по одному проводу к центральным контактам транзисторов. Потом эти провода припаиваются к крайнему левому и крайнему правому контактам на трансформаторе, как видно на фото.
Шаг шестой. Перемычка
В соответствии со схемой вам нужно установить перемычку между самым крайними и правыми контактами транзисторов. Отрезаем кусок провода и припаиваем их к лапам.
Шаг седьмой. Дальнейшее подключение
Берем еще один кусок провода, у автора он розового цвета. Припаяйте его к центральному контакту трансформатора, через него на трансформатор будет подаваться плюс от аккумулятора.
Еще вам понадобится кусок белого провода, это будет минус от аккумулятора, его нужно припаять желтому проводу, то есть перемычке, установленной ранее.
Шаг восьмой. Тестируем!
Оглянуться не успели, как электронная часть инвертора собрана, можно тестировать! Подключаем аккумулятор и мультиметром замеряем напряжение. Оно скачет в диапазоне 200-500В.
Сперва автор решил подключить очень слабенькую лампочку на 5 Ватт к инвертору, она загорелась без проблем.
Потом была подключена уже более серьезная лампочка на 40 Ватт, и она горит так, как будто включена в розетку дома, а на самом деле питается от маленького аккумулятора на 12В.
В завершении автор решил подключить лампу дневного света на 15Ватт, она также загорелась без особых проблем.
Также было принято решение попробовать подключить зарядку для мобильного. Телефон заряжается безо всяких наречений.
Шаг девятый. Собираем корпус
Чтобы все было безопасно и выглядело эстетично, сделаем для инвертора корпус! Для этого вам понадобится розетка, кусок кабеля, а также фанера, ламинат или что-то подобное. Нарезаем материал до нужных кусков, чтобы сделать короб. К основе прикручиваем трансформатор, для надежности автор решил прикрутить его винтами с гайками. Что касается электронной части с транзисторами, ее было принято решение закрепить пластиковыми стяжками. Сверлим отверстия и притягиваем нижние резисторы на 100 Ом к основе.
Корпус можно собирать, для этих целей автор использовал горячий клей. Что касается верхней крышки, то в ней нужно вырезать посадочное место под розетку. У автора материал мягкий, он вырезает окно с помощью канцелярского ножа. Если окно подходящего размера, розетка должна зафиксироваться надежно. С обратной стороны ее можно дополнительно укрепить горячим клеем или эпоксидкой.
Пришло время установить крышку, ее крепим на саморезах, чтобы иметь доступ к внутренностям инвертора.
Данный преобразователь предназначен для получения прямоугольного напряжения 220В/50Гц от аккумулятора 12В. Мощность от 150 до 300Вт, в зависимости от применяемых компонентов.
Схема представляет собой двухтактный преобразователь типа push-pull. На микросхеме CD4047 собран задающий генератор импульсов, управляющий полевыми транзисторами. Они работают в ключевом режиме поочередно, т.е в каждый момент времени открыт только один из них. Если по какой-то причине откроются оба ключа, то образуется короткое замыкание (КЗ) и оба транзистора сгорят. Это может случиться при неверном управлении.
Трансформатор взят из источника бесперебойного питания, он на 250-300Вт. Первичная обмотка имеет среднюю точку, к которой подключаем «+» от источника питания. Мультиметром измеряем сопротивление вторичных обмоток и находим те 2 отвода между которыми наибольшее сопротивление. В моем случае это 17 Ом. Эта и есть выходная обмотка на 220В. Остальные выводы можно откусить.
Я нарисовал печатную плату. Перед сборкой рекомендую проверить все детали. Транзисторы желательно подобрать с близкими параметрами. Конденсатор частотозадающей цепи должен иметь малую утечку и небольшой допуск. Все это можно сделать транзистор-тестером.
Полевики любые N-канальные с напряжением выше 60В и током от 35А(например, IRFZ40, 44, 48, IRF3205). Схема может работать и с биполярными транзисторами, но мощность будет гораздо меньше. Резисторы в цепи затворов от 10 до100 Ом (лучше 22 – 47 Ом) 0,25Вт. Номиналы частотозадающей цепи рассчитаны на 50Гц.
Правильно собранный инвертор заработает сразу, но при 1-ом включении следует подстраховаться. Вместо предохранителя ставим мощный резистор 5-10 Ом, либо лампочку 12В/5Вт, чтобы в случае проблем не сжечь транзисторы. При нормальной работе инвертора на холостом ходу (ХХ) трансформатор издает своеобразный звук и полевики совсем не греются. Если все так, то убираем резистор и подаем питание через предохранитель.
Потребление на ХХ от 150 до 300мА в зависимости от Вашего источника питания и трансформатора. Далее измеряем выходное напряжение мультиметром (на диапазоне 750В переменного напряжения). В моем случае оно от 210 до 260В, т.к. выход не стабилизированный. Подключаем нагрузку, например лампочку 60Вт, не более чем на 10 сек, т.к. полевики еще не на радиаторах. Они должны немного нагреться, но примерно одинаково. Если нагрев не одинаковый, то надо искать причину.
Хотя силовой «+» подключен к средней точке трансформатора, для включения инвертора надо подать слаботочный «+» к плате для запуска генератора. Для этого подойдет маломощная кнопка.
Собран инвертор в корпусе от компьютерного БП. У меня транзисторы установлены на отдельные радиаторы. При установке на общий теплоотвод не забудьте изолировать корпуса транзисторов. Силовые шины трансформатора идут непосредственно к радиаторам, поэтому их надо изолировать от общего корпуса.
Кулер соединен напрямую к 12В.
Подключив к выходу энергометр можно проверить выходные данные. Если частота отличается от 50Гц, ее можно отрегулировать многооборотным резистором R4.
Основной недостаток этой схемы в том, что нет защиты от КЗ, поэтому я добавил предохранитель 1А на выходе.
Большинство современных бытовых приборов работают в диапазоне напряжения 90 - 280В. У моего инвертора разброс от 210 до 260В. Если у Вас получился выход выше 300В, то следует кроме нагрузки подключить и лампочку 25Вт, которая снизит выходное напряжение. Приборы с коллекторными двигателями и с железными трансформаторами тоже могут работать от инвертора с прямоугольными импульсами на выходе, но будут греться в 2 раза больше. А вот асинхронные двигатели питать от него не рекомендуется.
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 |