Для подключения электрического прибора в домашнюю сеть хватит одного сетевого фильтра или блока бесперебойного питания. Эти приборы уберегут технику от скачков напряжения. Но как быть в случае сильного провисания напряжения в сети, либо в том случае, если электросеть предполагает использования более высокого ил низкого вольтажа. Для таких ситуаций можно собрать самодельный преобразователь электрического тока с 12В на 220В. Чтобы его сделать, необходимо разобраться в базовых принципах работы данного устройства.
Преобразователем называют устройство, которое способно повышать или понижать напряжение электрической цепи. Так можно изменить вольтаж цепи с 220В на 380В, и наоборот. Рассмотрим принцип построения преобразователя с 12В на 220В.
Данные устройства можно разбить на несколько классов/типов, в зависимости от их функционального предназначения:
- Выпрямители. Работают по принципу преобразования переменного в постоянный ток.
- Инверторы. Работают в обратном порядке, преобразовывая постоянный ток в переменный.
- Преобразователи частоты. Изменяют частотные характеристики тока в цепи.
- Преобразователи напряжения. Изменяют напряжения в большую или меньшую сторону. Среди них различают:
- Импульсные блоки питания.
- Источники бесперебойного питания (ИБП).
- Трансформаторы напряжения.
Также все устройства делятся на две группы - по принципу управления:
- Управляемые.
- Неуправляемые.
Распространенные схемы
Чтобы преобразовать напряжение одного уровня в другое, используют импульсные преобразователи с установленными индуктивными накопителями энергии. Исходя из этого, различают три типа схем преобразования:
- Инвертирующие.
- Повышающие.
- Понижающие.
Во всех перечисленных схемах используются электрические компоненты:
- Основной коммутирующий компонент.
- Источник питания.
- Конденсатор фильтра, который подключают параллельно сопротивлению нагрузки.
- Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
- Диод для блокировки.
Комбинирование данных элементов в определенной последовательности позволяет построить любую из вышеперечисленных схем.
Простой импульсный преобразователь
Самый элементарный преобразователь можно собрать из ненужных деталей от старого системного блока компьютера. Существенный недостаток данной схемы - выходное напряжение 220В далеко от идеала по своей форме синусоиды, имеет частоту, превышающую стандартные 50 Гц. Не рекомендуется подключать к такому аппарату чувствительную электронику.
В данной схеме применено интересное техническое решение. Для подключения к преобразователю техники с импульсными блоками питания (например, ноутбук) используют выпрямители со сглаживающими конденсаторами на выходе из устройства. Единственный минус - адаптер будет работать только в случае совпадения полярности выходного напряжения розетки с напряжением выпрямителя, встроенного в адаптер.
Для простых потребителей энергии подключение можно осуществить напрямую к выходу трансформатора TR1. Рассмотрим основные компоненты данной схемы:
- Резистор R1 и конденсатор C2 - задают частоту работы преобразователя.
- ШИМ-контролер TL494. Основа всей схемы.
- Силовые полевые транзисторы Q1 и Q2 - используются для большей эффективности. Размещаются на алюминиевых радиаторах.
- Транзисторы IRFZ44 можно заменить близким по характеристикам IRFZ46 или IRFZ48.
- Диоды D1 и D2 также можно заменить на FR107, FR207.
Если в схеме предполагается использование одного общего радиатора, необходимо установить транзисторы через изоляционные прокладки. По схеме, выходной дроссель наматывают на ферритовое кольцо от дросселя, которое также извлекают из блока питания компьютера. Первичную обмотку изготавливают из провода 0,6 мм. Она должна иметь 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывают вторичную обмотку, состоящую из 80 витков. Выходной трансформатор можно также изъять из ненужного ИБП.
Схема очень проста. При правильной сборке она начинает работать сразу, не требует точной 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.
ИНТЕРЕСНО: В магазине подобный преобразователь стоит в районе 3-4 тысяч рублей.
Схема преобразователя с выходом переменного тока
Данная схема известна еще радиолюбителям СССР. Однако это не делает ее неэффективной. Наоборот, она очень хорошо себя зарекомендовала, а главный ее плюс - получение стабильного переменного тока с напряжением 220В и частотой 50 Гц.
В качестве генератора колебаний выступает микросхема К561ТМ2, представляющая из себя D-тригер сдвоенного типа. Этот элемент можно заменить зарубежным аналогом CD4013.
Сам преобразователь имеет два силовых плеча, построенных на биполярных транзисторах КТ827А. Они имеют один существенный недостаток по сравнению с новыми полевыми транзисторами - данные компоненты сильно нагреваются в открытом состоянии, что происходит из-за высоких показателей сопротивления. Преобразователь работает на низкой частоте, поэтому в трансформаторе используют мощный стальной сердечник.
В данной схеме используется старый сетевой трансформатор TC-180. Он, как и остальные инверторы на основе несложных ШИМ-схем, выдает значительно отличающуюся синусоидальную форму напряжения. Однако этот недостаток немного сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7.
ВАЖНО: Иногда трансформатор может издавать ощутимый гул во время работы. Это говорит о неполадках в работе схемы.
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.
Для самодельного преобразователя предпочтительней использование второго способа, так как он позволяет сохранять работоспособность устройства при выходе из строя одного из транзисторов. К тому же, подобные транзисторы стоят меньших денег.
При условии отсутствии внутренней защиты от перегрузки, данный способ значительно повышает живучесть преобразователя. Также уменьшается общий нагрев внутренних компонентов при работе на прежней нагрузке.
Автоматическое отключение при разряде аккумулятора
Указанные схемы имеют один существенный недостаток. В них не предусмотрен компонент, который сможет автоматически отключить преобразователь в случае критического падения напряжения. Но решить данную проблему довольно просто. Достаточно установить обычной автомобильное реле в качестве автоматического выключателя.
Реле имеет собственное критическое напряжение, при котором происходит замыкание его контактов. При помощи подбора сопротивления резистора R1, которое будет составлять примерно 10% от сопротивления обмотки реле, настраивают момент разрыва контактов. Этот вариант продемонстрирован на схеме.
Данный вариант довольно примитивен. Для стабилизации работы преобразователь дополняют простой схемой управления, поддерживающей порог отключения намного лучше и точнее. Настройка порога срабатывания в этом случае рассчитывается методом подбора резистора R3.
Обнаружение неисправностей инвертора
Описанные выше схемы часто имеют два специфических дефекта:
- Отсутствие напряжения на выходе трансформатора.
- Малое напряжение на выходе трансформатора.
Рассмотрим способы диагностики данных неисправностей:
- Отказ в работе всех плечей преобразователя или отказ ШИМ-генератора. Проверить поломку можно при помощи диода. Рабочий ШИМ будет показывать пульсацию на диоде при подключении его к затворам транзисторов. Также стоит проверить целостность обмотки трансформатора «на обрыв» при наличии управляющего сигнала.
- Сильная просадка в напряжении - главный признак того, что одно силовое плечо престало работать. Найти поломку не сложно. На отказавшем транзисторе будет холодный радиатор. Для починки потребуется заменить ключ инвертора.
Заключение
Сделать преобразователь в домашних условиях не сложно. Главное - соблюдать последовательность соединений и грамотно подбирать компоненты. Лучше всего собирать преобразователь со встроенными механизмами защиты, которые обезопасят устройство при падении напряжения в аккумуляторе.
Напряжения автомобилистам, поскольку в машине очень часто может возникнуть необходимость получения сетевого напряжения. Этот преобразователь может быть использован для запитки паяльников, ламп накаливания, кофеварок и прочих устройств, которые питаются от сети 220 Вольт. Преобразователь может также питать активные нагрузки - телевизор или DVD проигрыватель, но стоит заметить, что это достаточно опасно, поскольку рабочая частота преобразователя довольно сильно отличается от сетевых 50 Герц. Но, как известно, в указанных устройствах установлены импульсные блоки питания, где сетевое напряжение выпрямляется диодами. Эти диоды могут выпрямлять ток высокой частоты, но должен заметить, что не во всех импульсных блоках могут быть такие диоды, поэтому лучше не рискнуть. Такой DC-AC преобразователь напряжения можно собрать за пару часов, если меть под рукой нужные компоненты. Уменьшенная схема показана на рискнке:
Трансформатор - силовой компонент такого преобразователя. Он намотан на кольце феррита, который был снят от китайского блока для питания галогенок (мощность 60 ватт).
Первичная обмотка трансформатора моталась 7-ю жилами. Для намотки обеих обмоток использовался провод с диаметром 0,5-0,6мм. Первичная обмотка состоит из 10 витков с отводом от середины, т.е. две равноценные половинки по 5 витков каждая. Обмотки растянуты по всему кольцу. После намотки, обмотки желательно изолировать и мотать повышающую.
Вторичная обмотка состоит из 80 витков (провод использовался тот же, что и для намотки первичной обмотки). Транзисторы были установлены на теплоотводы, но не забываем изолировать их при помощи специальных прокладок и шайб. Это делается только тогда, когда у обеих транзисторов общий теплоотвод.
Дроссель можно убрать и подключить питание напрямую. Он состоит из 7-10 витков провода 1мм. Дроссель может быть намотан на кольце из порошкового железа (такие кольца легко можно найти в компьютерных БП). Схема инвертора в предварительной наладке не нуждается и работает сразу.
Работа достаточно стабильная, благодаря дополнительному драйверу, микросхема не греется. Транзисторы греются в пределах нормы, но советую подобрать для них теплоотвод побольше.
Монтаж выполнен в корпусе от , который и играет роль теплоотвода для полевых ключей.
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.
Когда в автомобиле нужно создать сетевое напряжение, то обычно используют специальные преобразователи 12-220. В продаже есть недорогие штатные инверторы со стоимость около 20-30 долларов. Однако максимальная мощность таких устройства составляет в лучшем случае около 300 Ватт. В некоторых случаях такой мощности бывает недостаточно.
Получить питание для мощного усилителя можно путем небольших преобразований. Достаточно всего лишь заменить вторичную обмотку на стандартном инверторе. После этого можно получить любое значение входного напряжения. К примеру, мощность инвертора в 400 Ватт возрастет до 600 Ватт.
Для повышения мощности в домашних условиях специалисты рекомендую воспользоваться простым способом. Потребуется заменить мощные биполярные ключи на IRF 3205.
Для работы взят инвертор, к которому допустимо подключить 4 пары выходных транзисторов. Поэтому устройство, после проведения необходимых работ, сможет выдать мощность около 1300 Ватт. Если покупать готовый инвертор с такими параметрами, то стоимость его возрастет до 100-130 долларов.
Стоит обратить внимание, что традиционная двухтактная схема устройства не содержит в себе защиту от перегрева, КЗ и перегрузок на выходе.
Основу генератора составляет микрочип ТЛ 494, у которого есть дополнительный драйвер. Необходимо провести замену маломощных биполярных транзисторов на отечественные аналоги (КТ 3107).
Для того чтобы не использовать в работе мощные переключатели для подачи питания, инвертор оснащается схемой ремоут контроля.
В задающей части устройства использованы диоды специальные ШОТТКИ типа 4148 (подойдет и отечественный КД 522). Транзистор в схеме ремоут контроля заменяют на КТ 3102.
После этого можно переходить к самой ответственной части проекта – трансформатору. Этот элемент намотан на пару склеенных колец 3000 НМ. При этом размер каждого из них: 45х28х8. Для более плотной фиксации кольца можно обмотать скотчем.
Затем кольца обматывают сверху стекловолокном (стоимость его в магазине не более 1 доллара). Вполне допустимо заменить этот материала тканевой изолентой.
Стекловолокно нарезают на небольшие полоски шириной около 2 см и длинной не более 50 см. Материал для работы имеет высокую термостойкость, а благодаря тонкому основанию изоляция выглядит аккуратно.
Для первичной обмотки нужно 2х5 витков проволоки, то есть 10 витков с отводом от середины. Работы выполняются проводом диаметром 0,7-0,8 мм, и на каждое плечо уходит 12 жил. Более наглядно процесс представлен на следующих фотографиях.
Жгут растягивают, и на оба плеча равномерно наматывают 5 витков, растягивая их по всему кольцу. Обмотки должны быть одинаковые.
Получившиеся элементы имеют четыре вывода. Начало первой обмотки нужно припаять концу второй. Место припоя будет случить отводом для силового напряжения в 12 В.
На следующем этапе работ кольцо необходимо изолировать с помощью стекловолокна и покрыть вторичной обмоткой.
Вторичная обмотка повышает выходное напряжение. Поэтому при проведении работ нужно быть максимально аккуратным и соблюдать все меры предосторожности. Стоит помнить, что высокое напряжение опасно. Монтаж устройства осуществляется только с отключенным питанием.
Обмотку колец проводят с помощью пары параллельных жил провода 0,7-0,8 мм. Количество витков составляет порядка 80 штук. Провод равномерно распределяют по всему кольцу. На финальном этапе проводят дополнительную изоляцию изделия стекловолокном.
Когда сборка инвертора завершена, то можно приступать к его тестированию. Устройство подключают к аккумулятору, для начала подойдет батарея с напряжением 12 В от бесперебойника. При этом «плюс» питания будет идти на схему через галогенную лампу мощностью 100 Ватт. Стоит обратить внимание, что эта лампа не должна светиться перед проведением работ и во время них.
После этого можно переходить к проверке полевых ключей на предмет тепловыделения. При правильно собранной схеме оно должно быть практически нулевым. Если входной нагрузки нет, а транзисторы перегреваются, то нужно искать неработающий компонент в устройстве.
В случае, если тестирование прошло успешно, то можно установить транзисторы на один общий теплоотвод. Для этого используют специальные изоляционные прокладки.
Принципиальная электрическая схема в формате *.lay находится в архивном файле и станет доступна после скачивания.
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.
