Простой инвертор на транзисторах
Эта схема не сильно отличается от представленных выше. Основное отличие — использование генератора прямоугольных импульсов, построенного на биполярных транзисторах.
Главное преимущество данной схемы заключается в способности преобразователя сохранять работоспособность даже на сильно посаженном аккумуляторе. При этом диапазон входного напряжения может находиться в пределах от 3.5 до 18В. Но есть и минусы подобного инвертора. Так как в схеме отсутствует какой-либо стабилизатор на выходе, то возможны просадки напряжения, например, при разрядке аккумулятора. Так как данная схема также является низкочастотной, трансформатор для нее подбирают, аналогичный установленного в инверторе на основе микросхемы К561ТМ2.
Усовершенствования схем инверторов
Указанные выше схемы не идут в сравнение с заводскими изделиями. Они просты и слабо функциональны. Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к довольно несложным переделкам, повышающим показатели устройства.
ВНИМАНИЕ: Любой монтаж электрики и электроники производится при отключенном источнике питания. Перед проверкой схемы прозвоните все входы и выходы мультиметром — это позволит избежать неприятных последствий
Увеличение выходной мощности
Рассмотренные выше схемы базируются на одной основе — первичная обмотка трансформатора подключается через ключевой компонент (выходной транзистор плеча)
Она соединяется с входом источника 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
Соответственно, ток проходит через выходной транзистор. При этом он равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Получается, что тот максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, задает максимальную мощность преобразователя.
Для увеличения выходной мощности используют два метода:
- Установка более мощного транзистора.
- Использование параллельного подключения нескольких маломощных транзисторов в одно плечо.
Преобразователь с новейшими деталями
Самодельный инвертор может работать в стабильном режиме, если на выходах транзистор работает от усиленного источника с основным генератором. Для этого допускается использование элементов серий КТ819ГМ, установленных на габаритных радиаторах.
При создании преобразователей применяется упрощенная схема. По ходу процесса следует позаботиться о приобретении необходимых материалов:
- микросхемы КР121ЕУ1;
- транзистороов IRL2505;
- паяльника;
- олова.
Микросхемы КР12116У1 обладают примечательным свойством: они содержат пару каналов для регулирования ключа и позволяют достаточно просто сделать несложный преобразователь напряжения. Микросхемы в температурном диапазоне от +25 до +30°С выдают предельную величину напряжения в пределах 3 и 9 В.
Частоту задающих генераторов определяют параметром элемента в цепях. Транзистор IRL2505 устанавливается при использовании на выходах. На него должно осуществляться поступление сигнала с должным уровнем, благодаря которому происходит регулировка выходного транзистора.
Сформировавшиеся низкие уровни не позволяют транзистору переходить из закрытых видов в какие-либо другие состояния. В итоге в полной мере происходит исключение возникновения мгновенных поступлений тока при одновременном открытии ключей. Если наблюдается попадание высоких уровней к первому выводу, то это способствует отключению импульсных генераций. Схема определяет присоединение общего провода до вывода 1.
Чтобы выполнить монтаж двухтактных каскадов применяются трансформаторы Т1 и транзисторы, в количестве двух штук: VT1 и VT2. В открытых каналах можно увидеть величину сопротивления от 0,008 Ом. Оно является незначительным, в связи с этим значение мощности транзистора небольшое, даже в том случае если проходит большой ток. Выходные трансформаторы, обладающие мощностью в 100 Вт, позволяют применять ток IRL2505 к 104 А, а импульсные составляют 360 А.
К основным особенностям инверторов можно отнести, возможность использования любого трансформатора, имеющего на выходах две обмотки на 12 В.
Если выходная мощность составляет около 200 Вт, то в таких случаях установку транзистора на радиатор не производят
Важно учитывать, что значение электротока с мощностью 400 Вт достигает около 40 А
Схема управления
И если подключение частотного преобразователя к электродвигателю выполнить просто, достаточно только соединить соответствующие выводы, то со схемой управления все куда сложнее. Все дело в том, что возникает необходимость в программировании устройства, чтобы добиться максимально возможных регулировок от него. В основе находится микроконтроллер, к нему производится подключение считывающих устройств и исполнительных. Так, необходимо наличие трансформаторов тока, которые будут постоянно следить за мощностью, потребляемой электроприводом. И в случае превышения должно произойти отключение частотника.
Как из 220 вольт сделать 12 вольт самостоятельно
Проще всего сделать аналоговое устройство на базе трансформатора вида тор. Такое устройство несложно выполнить самостоятельно. Для этого понадобится любой трансформатор с первичной обмоткой, рассчитанной на 220 вольт. Вторичная обмотка рассчитывается согласно несложным формулам или подбирается практическим путём.
Для подбора может понадобиться:
- прибор для измерения напряжения;
- изолирующая лента;
- киперная лента;
- медная проволока;
- паяльник;
- инструмент для разборки (кусачки, отвёртки, плоскогубцы, нож и т. п. ).
В первую очередь необходимо определить, с какой стороны переделываемого трансформатора расположена вторичная обмотка. Аккуратно снять защитный слой для получения к ней доступа. Используя тестер, измерить напряжение на выводах.
В случае меньшего напряжения к любому из концов обмотки допаять проволоку, тщательно заизолировав место соединения. Используя эту проволоку сделать десять витков и опять измерить напряжение. В зависимости от того насколько увеличилось напряжение и рассчитать дополнительное количество витков.
В случае если напряжение превышает требуемое, делаются обратные действия. Отматываются десять витков, измеряется напряжение и рассчитывается, сколько их необходимо их убрать. После этого лишний провод обрезается и запаивается на клемму.
По окончании работ трансформатор собирается в обратной последовательности. Если все правильно рассчитано, то получится преобразователь из 220 в 12 вольт переменного напряжения. Для получения постоянного напряжения необходимо добавить выпрямитель. Это простейшее электронное устройство, состоящее из диодного моста и конденсатора. Используя свойства диодов, напряжение выпрямляется, а с помощью конденсатора убираются паразитные влияния.
Следует отметить, что при использовании диодного моста выходная разность потенциалов поднимется на величину, равную произведению переменного напряжения и величины 1.41.
Главным преимущество трансформаторного преобразования является простота и высокая надёжность. А недостатком — габариты и вес.
Самостоятельная сборка импульсных инверторов возможна только при хорошем уровне подготовке и знаний электроники. Хотя можно купить готовые наборы КИТ. Такой набор содержит печатную плату и электронные компоненты. В набор также входит электрическая схема и чертёж с подробным расположением элементов. Останется только всё аккуратно распаять.
Используя импульсную технологию, можно сделать и преобразователь с 12 на 220 вольт. Что очень полезно при использовании в автомобилях. Ярким примером может служить источник бесперебойного питания, сделанный из стационарного оборудования.
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.
Смотреть галерею
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.
Батарея и мощность
От АКБ зависит и пригодность преобразователя для той или иной цели. Повышающий инвертор напряжения не берет энергию для потребителей из «темной материи» Вселенной, черных дыр, духа святого или откуда-то еще просто так. Только – из АКБ. А от нее он возьмет мощность, отдаваемую потребителям, деленную на КПД самого преобразователя.
Автолюбители знают: гонял стартер 20 мин – покупай новый аккумулятор. Правда, в новых машинах есть ограничители времени его работы, так что, возможно, и не знают. И точно не все знают, что стартер легковушки, раскрутившись, берет ток ок. 75 А (в течение 0,1-0,2 с при запуске – до 600 А). Простейший расчет – и выходит, что, если в инверторе нет автоматики, ограничивающей разряд батареи, то наша за 15 мин сядет полностью. Так что выбирайте или конструируйте свой преобразователь с учетом возможностей наличной АКБ.
Ресурс кислотных АКБ заметно не уменьшается, если они разряжаются 2-х часовым током (12 А для 60 А/ч, 24 А для 120 А/ч и 42 А для 210 А/ч). С учетом КПД преобразования это дает допустимую долговременную мощность нагрузки в прим. 120 Вт, 230 Вт и 400 Вт соотв. Для 10 мин. нагрузки (напр., для запитки электроинструмента) она может быть увеличена в 2,5 раза, но после этого АБК должна отдохнуть не менее 20 мин.
В целом итог получается не совсем уж плохой. Из обычного бытового электроинструмента только болгарка может брать 1000-1300 Вт. Остальные, как правило, обходятся мощностью до 400 Вт, а шуруповерты до 250 Вт. Холодильник от АКБ 12 В 60 А/ч через инвертор проработает 1,5-5 час; вполне достаточно, чтобы принять необходимые меры. Поэтому делать преобразователь на 1кВт для батареи 60 А/ч смысл имеет.
Описание схемы простейшего импульсного преобразователя
Если вам нужно произвести подключение лампы накаливания, паяльника, то можно делать это непосредственно к вторичной обмотке трансформатора. Схема построена на ШИМ-контроллере типа TL494, он распространен в приборах такого типа. При помощи конденсатора С2 и резистора R1 задается частота, на которой работает преобразователь
Обратите внимание на то, что номиналы могут незначительно отличаться от тех, которые приведены на схеме. Обратите внимание, что инвертор позволяет повысить напряжение с 12 до 220
Преобразователем тока он тоже является – из постоянного делает переменный (почти идеальную синусоиду).
Чтобы повысить эффективность работы конструкции, в схему включены два плеча, собранных на транзисторах полевого типа, они обозначены Q1 и Q2. Они обязательно должны устанавливаться на отдельных радиаторах из алюминия. В том случае, если применяется один общий радиатор, необходимо устанавливать транзисторы с изоляционными прокладками. На схеме указаны транзисторы типа IRFZ44, но их можно заменить на IRFZ46 или даже IRFZ48, так как у них у всех параметры довольно близкие по значению.
Поиск поломок и их устранение
Самые распространенные поломки – это низкое напряжение на выходе или его отсутствие. Может такая неисправность в преобразователях напряжения 12/220 В возникнуть по следующим причинам:
- Поломка ШИМ-модулятора или полный отказ обоих плеч инвертора. Вторая поломка встречается крайне редко. Чтобы осуществить проверку, можно воспользоваться простейшим пробником на светодиоде. В том случае, если ШИМ-модулятор исправен, светодиод будет часто вспыхивать. Желательно проверить целостность всех соединений и обмотки трансформатора.
- Слишком низкое напряжение на выходе – это признак того, что вышло из строя одно плечо. Признак поломки транзистора – это низкая температура радиатора, на котором он установлен.
Все неисправности, которые возникают в схемах, приведенных в статье, устраняются достаточно быстро. И стоимость ремонта таких преобразователей напряжения 12/220 В низкая – все запчасти можно найти буквально на свалке.
На что смотреть при выборе
Выбирая прибор, ориентируйтесь на свои потребности. Можно выделить несколько главных правил во время выбора автомобильного инвертора:
- Главное, перед подключением инвертора к генератору автомобиля необходимо узнать мощность. Она не должна превышать мощность генератора. В основном этот показатель варьируется в пределах от 150 до 220 Вт.
- Определитесь со списком устройств, которые в будущем вы подключите к преобразователю. Необходимо посмотреть параметры энергопотребления при запуске устройства в штатном режиме работы и в режиме повышенного потребления. Мощность также влияет на вольтаж, и некоторое приборы не будут работать, не получая необходимых 220 Вт.
- Выходя из строя, инвертор может привести к возгоранию автомобиля. По таким причинам выбирайте устройство от надежного производителя известной марки. Известные бренды дают гарантию на свои устройства.
Назначение устройства
Устройство, которое преобразует напряжение, также называют инвертором.
Инвертор — это электронный прибор служащий для трансформации подаваемого на его вход постоянного напряжения в электрический сигнал, изменяющийся по времени с другой величиной амплитуды. То есть если на вход прибора подать постоянный сигнал равный 12 вольт, то на его выходе можно будет получить переменное напряжение 220 вольт.
Принцип работы устройства основан на преобразовании электрической энергии. Существуют приборы как заводского изготовления, так и самодельные, но принцип их работы одинаков. Разница лишь в качестве — надёжности и правильности формы выходного сигнала.
Схемотехника устройств построена на использовании высокочастотных трансформаторов, специализированных микросхем и транзисторов. По виду исполнения схемы инверторы бывают:
- Мостовые — в принципиальной схеме такого типа преобразователей не используются трансформаторы. Обычно так изготавливаются устройства с мощностью до 100 ВА.
- Трансформаторные — ключевую роль в схеме играет трансформатор, имеющий нулевой вывод. Такая схема несложна, но обычно предназначена для питания устройств, мощность которых не превышает 500 ВА.
- Комбинированные — в их схемотехнике используются транзисторы и трансформаторы. Такой подход позволяет создавать преобразователи с широким диапазоном мощностей.
Преимущество использования преобразователей напряжения
Благодаря тому, что инверторы обладают целым рядом положительных характеристик, их очень ценят при использовании для различных видов электротехники. Устройства работают бесшумно, не засоряют окружающую среду всевозможными выхлопами. Стоимость обслуживания подобных приборов является минимальной: выполнять проверку давления в двигателе нет необходимости. У инверторов достаточно незначительный механический износ, что позволяет использовать их различным потребителям. Инверторы 12 220 В работают на повышенных мощностях КР121 ЕУ, обладают повышенным КПД.
В процессе сборки инверторов с задающими устройствами в качестве мультивибраторов, достоинство преобразователей выражается в том, что прибор обладает доступностью и простотой. Размер изделий компактен, отремонтировать их не составляет сложности, а эксплуатировать можно даже при низкой температуре.
В каких сферах применяется инвертор напряжения 12 220 В
При стабильном использовании аккумуляторной батареи происходит постепенное уменьшение уровня ее заряда. Преобразователь стабилизирует напряжение, если отсутствует электричество.
Инвертор 12 220 В, сделанный своими руками, позволит провести усовершенствование инженерных сооружений в любом помещении. Значение мощности устройств, преобразующих ток, выбирают согласно от общих величин эксплуатируемых нагрузок. Процессы потребления мощности могут быть реактивными и активными. Реактивные нагрузки не полностью потребляют полученный объем энергии, из-за чего значение полной мощности является больше ее активного значения.
Инверторы с чистыми синусоидами применяются при подключении элемента, общая мощность которого составляет 3 кВт. Значительная экономия топлива обеспечивается использованием преобразователей напряжения и мини-электростанциями.
К конструкции инвертора присоединяют такие потребители, как:
- систему сигнализации;
- отопительный котел;
- насосный аппарат;
- компьютерную систему.
Самостоятельное изготовление
Если по каким-либо причинам приобрести преобразователь заводского исполнения не получается, то инвертор можно изготовить своими руками. Но перед этим следует понимать, из каких частей он состоит.
Обязательными узлами преобразователя напряжения с 12 на 220В будут:
- входной и выходной фильтр, собираемый на ёмкости и индуктивности;
- сам преобразователь DC/AC, повышающий амплитуду напряжения и изменяющий его форму;
- узел управления, предназначенный для настройки режима работы схемы;
- блок питания, преобразующий входной ток в ток, необходимый для питания элементов устройства;
- узел контроля, отслеживающий изменения на входе и выходе инвертора;
- блок логики, анализирующий полученные данные от узла контроля и передающий команды в блок управления.
Как видно, схемотехника инвертора очень похожа на схему источника бесперебойного питания (ИБП). В принципе, так оно и есть. Ведь если пропадает напряжение, ИБП преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный. Поэтому часто самодельные инверторы собирают на базе ИБП.
Маломощный конвертер
Если необходимости в подключении мощных устройств нет, но нужна надёжная схема, позволяющая заряжать смартфоны или фонарики, то можно собрать ее из отечественных комплектующих. Эта схема довольно надёжна и рекомендуется многими радиолюбителями.
Состоит схема из трёх основных узлов:
- Мультивибратора, вырабатывающего импульсы с частотой 50 Гц.
- Усилителя, двухтактного транзисторного преобразователя, работающего в режиме ключа.
- Трансформатора, повышающего входное напряжение.
В качестве мультивибратора можно использовать микросхемы К561ЛН2, К561ЛА7 или К561ЛЕ5 без изменения схемы. Резистором R1 и конденсатором C1 задаётся нужная частота. Выходной сигнал снимается с 14 ноги микросхемы и поступает на усилительный каскад VT3, VT4, к выходу которого подключается первичная обмотка трансформатора. Вторичная обмотка с конденсатором C4 образует контур. В качестве трансформатора можно взять любое сетевое устройство с мощностью 100−150 Вт, с первичной обмоткой, рассчитанной на 220 вольт, а вторичной — на 12 В. При этом следует помнить о его обратном подключении.
Вам это будет интересно Как провести замер сопротивления изоляции
Простой прибор
Самый простой преобразователь напряжения 220 вольт можно изготовить, используя всего шесть элементов. Такая конструкцию позволяет подключить слаботочную нагрузку с током потребления не более 0,5 — например, энергосберегающую лампу с мощностью до 10 Вт. В качестве ключей используются транзисторы КТ814 и КТ940 с малым потреблением тока. Ключи можно использовать с любой буквой.
Трансформатор проще изготовить из ферритовых чашек диаметром 30 мм и высотой 25 мм. Первичная обмотка делается из провода 0,5 мм 14 витками. После прокладывается изоляционный слой и производится вторичная обмотка проводом 0,2 мм — необходимо сделать 220 витков.
Схема после сборки не нуждается в наладке и сразу готова к использованию.
Качественный инвертор
Схема предназначена для радиолюбителя с опытом. На выходе она обеспечивает «чистую синусоиду». Обычно такие устройства собираются на базе микропроцессоров с использованием программных алгоритмов. Схема позволяет сконструировать качественный прибор с использованием недорогих цифровых микросхем.
Инвертор собирается на полевых транзисторах, включённых по схеме полного моста. Синусоида на выходе формируется с помощью широтно-импульсной модуляции. Драйверы собираются на полевиках IR2110, способных пропускать через себя ток до двух ампер.
Частота работы задающего генератора устанавливается резистором R1, а скважность импульсов — R2. Выходной сигнал с генератора поступает на интегрирующий блок, собранный на двух цепочках R5C3 и R6C2, а также D-триггере
Этот сигнал приближен по форме к синусоиде с периодом 10 мс.
ШИМ-контроллер состоит из двух инверторов и полевых транзисторов. Его работа реализуется изменением периода сигнала, поступающего с генератора, в зависимости от входного напряжения, подающегося с интегратора. Частота работы генератора составляет 2 кГц.
Мощность устройства зависит от параметров трансформатора и силовых ключей. Для её увеличения полевые транзисторы подключаются параллельно друг другу. Изменение частоты преобразования происходит с помощью резистора R1, уменьшение величины которого приводит к её возрастанию. Частота же ШИМ-модуляции увеличивается уменьшением ёмкости С4.
Преобразователь напряжения бывает просто незаменим, особенно при длительных путешествиях. Стоит инвертор сравнительно недорого, но при этом его можно собрать и самостоятельно, даже обладая незначительными навыками в радиоэлектронике.
Сферы применения
Инверторы используются в различных ситуациях:
- В дальних поездках обеспечивают возможность подключения к аккумулятору автомобиля
необходимых приборов (холодильника, электрических инструментов и т.д.). - Преобразование энергии, полученной от альтернативных источников (например, от солнечных батарей).
- Резервное энергоснабжение дома на случай неожиданного отключения электричества.
- Источник энергии на загородных участках при отсутствии централизованной электрификации и т.д.
Для выполнения каждой из этих задач выбирают соответствующие модели преобразователей. Чаще всего инверторы 12/220 используются автомобилистами.
Устройства с входным напряжением 12 В и 24 В не являются взаимозаменяемыми!
Самодельный преобразователь повышенной мощности
Изготовление преобразователя напряжения с 12 вольт на 220, мощностью 3 кВт, потребует теоретических знаний и практических навыков работы с радиоэлектронными компонентами. Некоторые важные компоненты, например, импульсный трансформатор, необходимо изготовить самостоятельно.
Остальные детали можно приобрести в готовом виде. Кроме трансформатора для решения задачи, как сделать инвертор понадобятся следующие элементы:
- Широтно-импульсный модулятор – ШИМ, работающий непосредственно с полупроводниковыми ключами. Именно он задает рабочую частоту для всей схемы, при которой силовые ключи переключаются десятки тысяч раз в течение секунды.
- Полупроводниковые транзисторы. По факту являются силовыми ключами, обеспечивающие усиление сигнала и выполнение всех необходимых коммутаций. Их основное действие заключается в своевременном открытии и закрытии. Совместно с ШИМ выдают на выходе максимально качественную синусоиду.
- Система охлаждения. Состоит из алюминиевых радиаторов, площадь поверхности которых зависит от мощности прибора. С возрастанием мощности, требуется и более крупный радиатор.
- Необходимое количество фольгированного материала. Он служит основой, на которую монтируются детали. На такой плате можно собрать любой, даже самый простой сварочный инвертор.
- Нужные марки конденсаторов, резисторов и других пассивных элементов. Требуемое количество соединительных проводов с заранее рассчитанным сечением.
В некоторых случаях для коммутационных действий могут понадобиться электромагнитные реле. При необходимости, допускается их использование в качестве силовых ключей, но скорость коммутации в этом случае будет намного ниже.
В любом случае самодельное устройство 12 – 220 обойдется намного дешевле заводского инвертора. Тем не менее, все кому позволяют денежные средства, предпочитают приобретать фирменные устройства в красивом корпусе, со всеми необходимыми разъемами для подключения потребителей. Хотя, некоторые виды преобразователей, разработанные самостоятельно, могут превосходить по характеристикам заводские аналоги.
Какие элементы необходимы для работы
Понадобиться может следующее:
- блок импульсный обеспечивающий подачу питания – 5в на 0,7А;
- зарядка автомобиля – панель (солнечная);
- лента со световыми диодами на 220 вольт;
- модульное устройство для контроля и зарядки электрического аккумулятора (Li-ion), предназначенное для работы с напряжением 12-24 вольта;
- преобразователь для повышения напряжения (низковольтный, рассчитанный на 1,5А и 5 вольт).
Для того чтобы сделать преобразователь напряжения 220в своими руками не потребуется сложная электроника. Схематически задача совсем несложная. Новичок спокойно с ней справится. Небольшой комплект составляющих – транзисторы, трансформатор и резисторы, соединенные простой и понятной схемой преобразователя напряжения своими руками. Действовать надо предварительно изучив инструкцию.
Понадобятся по две штуки:
- радиаторов (алюминиевых);
- TIP 3055 — транзисторов;
- 100 Ом на 10 Вт – резисторов;
- 15 Ом на 10 Вт – резисторов.
Дополнительные компоненты:
- стяжки из пластика;
- винты и гайки, розетка;
- термопласт.
Чтобы сборка шла без заминок нужно обзавестись инструментом:
- дрелью и паяльником;
- кусачками и пистолетом для склеивания.
Особенности конструкции и работы преобразователя
Из-за того, что работа преобразователя происходит на низких частотах, у трансформатора должен быть сердечник из стали. Рекомендуется применять силовой трансформатор, который использовался в отечественных цветных телевизорах (на лампах). Это ТС-180 и аналогичные. Как и большинство других инверторов, построенных на простых ШИМ-модуляторах, эта конструкция способна выработать синусоиду, но не очень качественную – на графиках работы можно видеть заметные ступени.
Чтобы сгладить эти пульсации, устанавливается конденсатор, на схеме он обозначен С7. Высокая индуктивность обмоток трансформатора тоже позволяет существенно сгладить пульсации, но неизбежно появится гудение. Стоит отметить, что гул от трансформатора – это норма, а не признак поломки.
