Перетворювач напруги 12-220 В: варіанти виготовлення, схеми, реалізація

Інвертор 12V / 220V річ на господарстві потрібна. Іноді просто необхідна: мережа, припустимо, пропала, а телефон розрядився і в холодильнику м'ясо. Попит визначає пропозицію: за готові моделі на 1кВт і більш, від яких можна живити будь-які електроприлади, доведеться викласти десь від $ 150. Можливо, більше $ 300. Однак зробити перетворювач напруги своїми руками в наш час справа доступне кожному, хто вміє паяти: зібрати його з готового набору компонент обійдеться втричі-вчетверо дешевше + трохи роботи і металу з підручного мотлоху. Якщо є зарядний пристрій для автомобільних акумуляторних батарей (АКБ), можна вкластися взагалі в 300-500 руб. А якщо є ще й початкові радіолюбительські навички, то, порившись в потайничках, цілком можливо зробити інвертор 12V DC / 220V AC 50Hz на 500-1200 Вт зовсім даром. Розглянемо можливі варіанти.

Варіанти: глобально

Перетворювач напруги 12-220 В для живлення навантаження до 1000 Вт і більше в цілому можна зробити самостійно такими способами (в порядку підвищення витрат):

1. Оформити в корпус з теплоотводом готовий блок з Avito, Ebay або AliExpress. Шукається за запитом «inverter 220» або «inverter 12/220»; можна відразу додати необхідну потужність. Обійдеться прим. вдвічі дешевше такого ж заводського. Електротехнічних навичок не потрібно, але - див. Нижче;
2. Зібрати такий же з набору: друкована плата + «розсип» компонент. Купується там же, але до запиту додається diy, що означає під самосборку. Ціна ще прим. в 1,5 рази нижче. Потрібні початкові навички в радіоелектроніці: вміння паяти користуватися мультиметром, знання розводок (распіновок) висновків активних елементів або вміння їх шукати, правил включення в схему полярних компонент (діодів, електролітичних конденсаторів) і вміння визначати, на який струм якого перетину потрібні дроти;
3. Пристосувати під інвертор комп'ютерний джерело безперебійного живлення (UPS). Справний ДБЖ б / у без штатної АКБ можна знайти за 300-500 руб. Навичок не потрібно ніяких - до ДБЖ просто підключається авто АКБ. Але заряджати її доведеться окремо, також див. Нижче;
4. Вибрати спосіб перетворення, схему (див. Далі) відповідно до своїх потреб і наявності деталей, розрахувати і зібрати повністю самостійно. Можливо зовсім даром, але крім початкових електронних навичок знадобиться вміння користуватися деякими спеціальними вимірювальними приладами (теж див. Далі) і виконувати найпростіші інженерні розрахунки.

З готового модуля

Способи складання по пп. 1 і 2 насправді не такі вже прості. Корпуси готових заводських інверторів служать одночасно і тепловідведення для потужних транзисторних ключів всередині. Якщо брати «напівфабрикат» або «розсип», то корпусу до них не буде: при теперішній собівартості електроніки, ручної праці і кольорових металів різниця в цінах пояснюється якраз відсутністю другого і, можливо, третього. Тобто, радіатор для потужних ключів доведеться робити самому або шукати готовий алюмінієвий. Його товщина в місці установки ключів повинна бути від 4 мм, а площі на кожен ключ має припадати від 50 кв. см. на кожен кВт потужності, що віддається; з обдувом від комп'ютерного вентилятора-кулера на 12 В 110-130 мА - від 30 кв. см * кВт * ключ.

Напр., У наборі (модулі) 2 ключа (їх видно, вони стирчать з плати, см. Зліва на рис.); модулі з ключами на радіаторі (праворуч на рис.) коштують дорожче і розраховані на певну, як правило, не дуже велику потужність. Кулера немає, потужність потрібна 1,5 кВт. Значить, потрібен радіатор від 150 кв. см. Крім нього ще установчі комплекти для ключів: ізолюючі теплопроводящие прокладки і фурнітура під кріпильні гвинти - ізолюючі чашечки і шайби. Якщо модуль з теплозахистом (між ключами буде стирчати ще якась фітюлька - термодатчик), то трохи термопасти для приклеювання його до радіатора. Провід - само собою, див. Далі.

З ДБЖ (UPS)

Інвертор 12В DC / 220 В AC 50 Гц, до якого можна підключати будь-які прилади в межах допустимої потужності, робиться з комп'ютерного ІБЖ зовсім просто: штатні дроти до «своєї» АКБ замінюються довгими з зажимами під клеми авто АКБ. Перетин проводів розраховується виходячи з допустимої щільності струму 20-25 А / кв. мм, див. також далі. Але ось через нештатну батареї можуть виникнути проблеми - з нею ж, а вона дорожча і потрібніше перетворювача.

В ДБЖ застосовуються теж свинцево-кислотні АКБ. Це на сьогодні єдино широко доступний вторинний хімічний джерело електроживлення, здатний регулярно віддавати великі струми (екстратокі), не "вбиваючи» повністю за 10-15 циклів заряд-розряд. В авіації використовуються срібно-цинкові АКБ, які ще потужнішим, але вони жахливо дороги, в широкий обіг не випускаються, а їх ресурс по побутовими мірками мізерний - ок. 150 циклів.

Розряд кислотних АКБ чітко відстежується за напругою на банку, і контролер ДБЖ не дасть «чужий» батареї розрядитися надміру. Але в штатних АКБ ДБЖ електроліт гелевий, а в автоакумулятор рідкий. Режими заряду в тому і в іншому випадку істотно відрізняються: крізь гель не можна пропускати такі струми, як крізь рідину, а в рідкому електроліті при дуже малому струмі заряду рухливість іонів будемо мала і вони не всі повернуться на свої місця в електродах. В результаті ДБЖ буде хронічно недозаряжать авто АКБ, вона скоро засульфатіруется і прийде в повну непридатність. Тому в комплект до инвертору на ДБЖ потрібно зарядний пристрій для акумуляторів. Зробити його своїми руками можна, але це вже інша тема.

Батарея і потужність

Від АКБ залежить і придатність перетворювача для тієї чи іншої мети. Підвищуючий інвертор напруга не бере енергію для споживачів з «темної матерії» Всесвіту, чорних дір, духа святого або звідкись ще просто так. Тільки - з АКБ. А від неї він візьме потужність, що віддається споживачам, поділену на ККД самого перетворювача.

Якщо ви побачите на корпусі фірмового інвертора «6800W» або більш - вірте очам своїм. Сучасна електроніка дозволяє помістити в обсязі сигаретної пачки пристрою і потужніший. Але, припустимо, нам потрібна потужність в навантаженні 1000 Вт, а в розпорядженні є звичайний автоаккумулятор на 12 В 60 А / ч. Типове значення ККД інвертора - 0,8. Значить, від батареї він візьме ок. 100 А. На такий струм потрібні й проведення перетином від 5 кв. мм (див. вище), але не це тут головне.

Автолюбителі знають: ганяв стартер 20 хв - купуй новий акумулятор. Правда, в нових машинах є обмежувачі часу його роботи, так що, можливо, і не знають. І точно не всі знають, що стартер легковика, розкрутившись, бере струм ок. 75 А (протягом 0,1-0,2 с при запуску - до 600 А). Найпростіший розрахунок - і виходить, що, якщо в инверторе немає автоматики, що обмежує розряд батареї, то наша за 15 хв сяде повністю. Так що вибирайте або конструює свій перетворювач з урахуванням можливостей готівкової АКБ.

Примітка: з цього випливає величезна перевага перетворювачів 12/220 в на основі комп'ютерних ДБЖ - їх контролер не дасть повністю посадити батарею.

Ресурс кислотних АКБ помітно не зменшується, якщо вони розряджаються 2-х годинним струмом (12 А для 60 А / ч, 24 А для 120 А / ч і 42 А для 210 А / ч). З урахуванням ККД перетворення це дає допустиму довгострокову потужність навантаження в прим. 120 Вт, 230 Вт і 400 Вт соотв. Для 10 хв. навантаження (напр., для заживлення електроінструменту) вона може бути збільшена в 2,5 рази, але після цього АБК повинна відпочити не менше 20 хв.

В цілому підсумок виходить не зовсім вже поганий. Зі звичайного побутового електроінструменту тільки болгарка може брати 1000-1300 Вт. Решта, як правило, обходяться потужністю до 400 Вт, а шурупокрути до 250 Вт. Холодильник від АКБ 12 В 60 А / ч через інвертор пропрацює 1,5-5 годину; цілком достатньо, щоб прийняти необхідні заходи. Тому робити перетворювач на 1кВт для батареї 60 А / ч сенс має.

Що буде на виході?

Перетворювачі напруги заради зменшення массогабарітов пристрою за рідкісними винятками (див. Далі) працюють на підвищених частотах від сотень Гц до одиниць і десятків кГц. Струм такої частоти не прийме ніякої споживач, а втрати його енергії в звичайній проводці будуть величезні. Тому інвертори 12-200 будуються під вихідна напруга слід. видів:

• Постійне випрямлена 220 В (220V AC). Придатні для харчування телефонних зарядок, більшості джерел живлення (ІП) планшетів, ламп розжарювання, люмінесцентних економок і світлодіодних. На потужність від 150-250 Вт відмінно підійдуть для ручного електроінструменту: споживана їм потужність на постійному струмі трохи знижується, а крутний момент зростає. Непридатні для імпульсних блоків живлення (ІБП) телевізорів, комп'ютерів, ноутбуків, мікрохвильових печей і т.п. потужністю більше 40-50 Вт: в таких обов'язково є т. зв. пусковий вузол, для нормальної роботи якого мережеве напруга повинна періодично проходити через нуль. Непридатні і небезпечні для приладів з силовими трансформаторами на залозі і електромоторами змінного струму: стаціонарного електроінструменту, холодильників, кондиціонерів, здебільшого Hi-Fi аудіо, кухонних комбайнів, деяких пилососів, кавоварок, кавомолок і мікрохвильовок (для останніх - через наявність мотора обертання столу).
• Модифіковане синусоидальное (див. Далі) - придатні для будь-яких споживачів, крім Hi-Fi аудіо з ДБЖ, інших пристроїв з безперервного живлення від 40-50 Вт (див. Вище) і, часто локальних охоронних систем, домашніх метеостанцій і т.п. з чутливими аналоговими датчиками.
• Чисте синусоидальное - придатні без обмежень, крім як по потужності, для будь-яких споживачів електроенергії.

Синус або псевдосінус?

З метою підвищення економічності перетворення напруги здійснюється не тільки на підвищених частотах, але і різнополярними імпульсами. Однак живити дуже багато приладів-споживачі послідовністю різнополярних прямокутних імпульсів (т. Зв. Меандрові) не можна: великі викиди на фронтах меандру при хоч трохи реактивної навантаженні призведуть до великих втрат енергії і можуть викликати несправність споживача. Однак проектувати перетворювач на сінусодальний ток теж не можна - ККД не перевищить прим. 0,6.

Тиха, але суттєва в даній галузі революція відбулася, коли спеціально для інверторів напруги були розроблені мікросхеми, що формують т. Зв. модифіковану синусоїду (зліва на рис.), хоча правильніше було б назвати її псевдо-, мета-, квазі- і т.п. синусоїдою. Форма струму модифікованої синусоїди ступінчаста, а фронти імпульсів затягнуті (фронтів меандру на екрані електронно-променевого осцилографа часто взагалі не видно). Завдяки цьому споживачі з трансформаторами на залозі або помітною реактивністю (асинхронними електродвигунами) «розуміють» псевдосінусоіду «як справжню» і працюють як ні в чому не бувало; Hi-Fi аудіо з мережевим трансформатором на залозі живити модифікованої синусоїдою можна. Крім того, модифіковану синусоїду можливо досить простими способами згладити до «майже справжньою», відмінності якої від чистої на осцилографі на око ледве помітні; перетворювачі типу «Чистий синус» коштують ненабагато дорожче звичайних, праворуч на рис.

Однак прилади з примхливими аналоговими вузлами і ДБЖ запускати від модифікованої синусоїди небажано. Останні - вкрай небажано. Справа в тому, що середня майданчик модифікованої синусоїди не чистий нуль напруги. Вузол запуску ДБЖ від модифікованої синусоїди спрацьовує нечітко і весь ДБЖ може не вийти з режиму запуску в робочий. Користувач це бачить спочатку як потворні глюки, а потім з девайса йде дим, як в анекдоті. Тому прилади ДБЖ потрібно живити від інверторів типу Чистий Синус.

Робимо інвертор самі

Отже, поки ясно, що краще за все робити інвертор на вихід в 220 В 50 Гц, хоча і про вихід AC ми теж ще згадаємо. У першому випадку для контролю частоти знадобиться частотомер: норми на коливання частоти мережі електроживлення - 48-53 Гц. Особливо чутливі до її відхилень електромотори змінного струму: при виході частоти напруги живлення до межі допуску вони гріються і «йдуть» від номінальних обертів. Останнє дуже небезпечно для холодильників і кондиціонерів, можуть непереборно вийти з ладу внаслідок розгерметизації. Але купувати, орендувати або випрошувати на час точний і багатофункціональний електронний частотомір немає потрібні - нам його точність ні до чого. Цілком підійде або електромеханічний резонансний частотомір (поз. 1 на рис.), Або стрілочний будь-якої системи, поз. 2:

Коштують той і інший недорого, продаються в інтернеті, а в великих містах в електротехнічних спецмагазинах. Старий резонансний частотомір можна знайти на на залізному базарі, а той або інший після налагодження інвертора дуже навіть підійдуть для контролю частоти мережі в будинку - лічильник на підключення їх до мережі не реагує.

50 Гц від комп'ютера

У більшості випадків харчування 220 В 50 Гц потрібно споживачам не особливо потужним, до 250-350 Вт. Тоді основою перетворювача 12/220 В 50 Гц може послужити безперервного живлення від старого комп'ютера - якщо, звичайно, такий валяється в непотребі або хтось продає за безцінь. Що віддається в навантаження потужність буде прим. 0,7 від номінальної ДБЖ. Напр., Якщо на його корпусі значиться «250W», то прилади до 150-170 Вт можна підключати безбоязно. Потрібно більше - треба спочатку перевірити на навантаженні з ламп розжарювання. Витримав 2 години - таку потужність здатний віддавати і довготривало. Як зробити інвертор 12V DC / 220V AC 50Hz з комп'ютерного блоку живлення, див. Відео нижче.

Відео: простий перетворювач 12-220 з комп'ютерного БП

ключі

Припустимо, комп'ютерного ІБЖ немає або потрібна потужність побільше. Тоді важливе значення набуває вибір ключових елементів: вони повинні комутувати великі струми з найменшими втратами на перемикання, бути надійними і доступними за ціною. В цьому відношенні біполярні транзистори і тиристори в даній сфері застосування впевнено йдуть в минуле.

Друга революція в інверторному справі пов'язана з появою потужних польових транзисторів ( «полевиков») т. Зв. вертикальної структури. Втім, вони перевернули всю техніку електроживлення малопотужних пристроїв: знайти в «битовусі» трансформатор на залозі стає все важче.

Кращі з потужних полевиков для перетворювачів напруги - з ізольованим затвором і індукованим каналом (MOSFET), напр. IFR3205, зліва на рис .:

Завдяки незначною потужності перемикання ККД інвертора з виходом DC на таких транзисторах може досягати 0,95, а з виходом AC 50 Гц 0,85-0,87. Аналоги MOSFET з вбудованим каналом, напр. IFRZ44, дають ККД нижче, але коштують набагато дешевше. Пара тих чи інших дозволяє довести потужність в навантаженні до прим. 600 Вт; ті і інші без проблем запараллеліваются (праворуч на рис.), що дозволяє будувати інвертори на потужність до 3 кВт.

Примітка: потужність втрат перемикання ключів з вбудованим каналом при роботі на істотно реактивне навантаження (напр., Асинхронний електродвигун) може досягати 1,5 Вт на ключ. Ключі з індукованим каналом від цього недоліку вільні.

TL494

Третій елемент, який дозволив довести перетворювачі напруги до теперішнього стану - спеціалізована мікросхема TL494 і її аналоги. Всі вони являють собою контролер широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), яка формує на виходах сигнал модифікованої синусоїди. Виходи різнополярні, що дозволяє управляти парами ключів. Опорна частота перетворення задається однієї RC ланцюгом, параметри якої можна змінювати в широких межах.

Коли вистачить постоянки

Коло споживачів струму 220 В DC обмежений, але як раз у них потребу в автономному електропостачанні виникає не тільки в аварійних ситуаціях. Напр., При роботі електроінструментом на виїзді або в дальньому кутку свого ж ділянки. Або присутній завжди, скажімо, у чергового освітлення входу в будинок, передпокою, коридору, прибудинкової території від сонячної батареї, вдень заряджає АКБ. Третій типовий випадок - зарядка телефону на ходу від прикурювача. Тут потужність на виході потрібна зовсім маленька, так що інвертор може бути виконаний всього на 1 транзисторі за схемою релаксаційного генератора, см. Слід. ролик.

Відео: підвищує перетворювач на одному транзисторі

Уже для харчування 2-3 світлодіодних лампочок потрібна потужність побільше. ККД блокинг-генераторів при спробі «вичавити» її різко падає, і доводиться переходити на схеми з окремими времязадающімі елементами або повної внутрішньої індуктивним зворотним зв'язком, вони найбільш економічні і містять найменшу кількість компонент. У першому випадку для комутації одного ключа використовується ЕРС самоіндукції однієї з обмоток трансформатора спільно з времязадающей ланцюгом. У другому частотозадающіх елементом є сам підвищувальний трансформатор за рахунок його власної постійної часу; її величина визначається переважно явищем самоіндукції. Тому ті й інші інвертори іноді називають перетворювачами на самоіндукції. Їх ККД, як правило, не вище 0,6-0,65, але, по-перше, схема проста і налагодження не вимагає. По-друге, напруга на виході швидше трапецієподібно, ніж меандр; «Вимогливі» споживачі «розуміють» його як модифіковану синусоїду. Недолік - польові ключі в таких перетворювачах практично непридатні, тому що часто виходять з ладу від кидків напруги на первинній обмотці при комутації.

Приклад схеми з зовнішніми времязадающімі елементами дан на поз. 1 рис .:

Автору конструкції не вдалося вичавити з неї понад 11 Вт, але судячи з усього, він переплутав феррит з карбонільним залізом. У всякому разі, броньовий (чашковий) муздрамтеатр на його ж фото (див. Рис. Справа) не феритовий. Більше він схожий на старий карбонільний, окислів зовні від часу, див. Рис. праворуч. Трансформатор для цього інвертора краще намотати на феритових кільцях з площею перетину по фериту 0,7-1,2 кв. см. Первинна обмотка тоді повинна містити 7 витків дроту діаметром по міді 0,6-0,8 мм, а вторинна 57-58 витків дроту 0,3-0,32 мм. Це під випрямлення з подвоєнням, див. Далі. Під «чисті» 220 В - 230-235 витків дроту 0,2-0,25. У такому випадку цей інвертор при заміні КТ814 на КТ818 віддасть потужність до 25-30 Вт, чого достатньо для 3-4 світлодіодних ламп. При заміні КТ814 на КТ626 потужність в навантаженні буде ок. 15 Вт, але ККД підвищиться. В обох випадках радіатор ключа - від 50 кв. см.

На поз. 2 дана схема «допотопного» перетворювача 12-220 з окремими обмотками зворотного зв'язку. Не таке вже воно архаїчна. По-перше, вихідна напруга під навантаженням - трапеція з округленими переломами без викидів. Це навіть краще, ніж модифікована синусоїда. По-друге, цей перетворювач може бути без будь-яких переробок в схемі виконаний на потужність до 300-350 Вт і частоту 50 Гц, тоді випрямляч не потрібен, треба тільки поставити VT1 ​​і VT2 на радіатори від 250 кв. см. кожен. По-третє, він береже АКБ: при перевантаженні частота перетворення падає, що віддається потужність зменшується, а якщо навантажити ще більше, генерація зривається. Тобто, щоб уникнути переразряда батареї, не потрібно ніякої автоматики.

Порядок розрахунку даного інвертора дан в скане на рис .:

Ключові величини в ньому - частота перетворення і робоча індукція в магнітопроводі. Частоту перетворення вибирають виходячи з матеріалу готівкового сердечника і необхідної потужності:

Тип муздрамтеатру	Індукція / частота перетворення
	До 50 Вт	50-100 Вт	100-200 Вт	200-350 Вт
«Силове» залізо від трансформаторів харчування товщиною 0,35-0,6 мм	0,5 Тл / (50-1000) Гц	0,55 Тл / (50-400) Гц	0,6 Тл / (50-150) Гц	0,7 Тл / (50-60) Гц
«Звуковий» залізо від вихідних трансформаторів УМЗЧ товщиною 0,2-0,25 мм	0,4 Тл / (1000-3000) Гц	0,35 Тл / (1000-2000) Гц	-	-
«Сигнальний» залізо від сигнальних трансформаторів товщиною 0,06-0,15 мм (Не пермаллой!)	0,3 Тл / (2000-8000) Гц	0,25 Тл / (2000-5000) Гц	-	-
ферит	0,15 Тл / (5-30) кГц	0,15 Тл / (5-30) кГц	0,15 Тл / (5-30) кГц	0,15 Тл / (5-30) кГц

Така «всеїдність» фериту пояснюється тим, що петля його гистерезиса прямокутна і робоча індукція дорівнює індукції насичення. Зменшення у порівнянні з типовими розрахункових значень індукції в сталевих магнитопроводах викликано різким зростанням втрат на комутацію несинусоїдальних струмів при її зростанні. Тому з сердечника силового трансформатора старого телевізора- «труни» на 270 Вт в цьому перетворювачі на 50 Гц вдасться зняти не більше 100-120 Вт. Але - на безриб'ї і рак риба.

Примітка: якщо в наявності є сталевий магнітопровід свідомо завищеного перетину, не вичавлювати з нього потужність! Нехай краще індукція буде менше - ККД перетворювача зросте, а форма вихідної напруги покращиться.

випрямлення

Випрямляти вихідна напруга цих інверторів краще за схемою з паралельним подвоєнням напруги (поз. 3 на рис. Зі схемами): компоненти для неї обійдуться дешевше, а втрати потужності на несинусоїдної струмі будуть менше, ніж в бруківці. Конденсатори потрібно брати «силові», розраховані на велику реактивну потужність (з позначеннями PE або W). Якщо поставити «звукові» без цих букв, вони можуть просто вибухнути.

50 гц? Це дуже просто!

Простий інвертор на 50 Гц (поз. 4 рис. Вище зі схемами) цікава конструкція. У деяких видів типових трансформаторів харчування власна постійна часу близька до 10 мс, тобто половині періоду 50 Гц. Підкоригувавши її времязадающімі резисторами, які будуть одночасно і обмежувачами струму управління ключів, можна отримати на виході відразу згладжений меандр 50 Гц без складних схем формування. Підійдуть трансформатори ТП, ТПП, ТН на 50-120 Вт, але не всякі. Можливо, доведеться змінити номінали резисторів і / або включити паралельно їм конденсатори на 1-22 нФ. Якщо частота перетворення все одно далеко від 50 Гц, розбирати і перемотувати трансформатор марно: склеєний феромагнітним клеєм муздрамтеатр розпушиться, і параметри трансформатора різко погіршаться.

Цей інвертор - дачний перетворювач вихідного дня. Акумулятор машини він не посадить з тих же причин, що і попередній. Але його вистачить на освітлення будиночка з верандою світлодіодними лампами і телевізор або вібраційний насос в свердловині. Частота перетворення налагодженого інвертора при змінах струму навантаження від 0 до максимального не виходить за межі технорми для мереж електроживлення.

Розводять обмотки вихідного трансформатора так. У типових трансформаторах харчування по парним числом вторинних обмоток на 12 або 6 В. Дві з них «відкладаються», а решта распаиваются паралельно в групи з однакової кількості обмоток в кожній. Далі групи з'єднуються послідовно так, щоб вийшли 2 полуобмоткі на 12 В кожна, це буде нізковольного (первинна) обмотка з середньою точкою. З решти нізковольного обмоток одна з'єднується послідовно з мережевою на 220 В, це буде підвищує обмотка. Добавка до неї потрібна, тому що падіння напруги на ключах з біполярних транзисторах спільно з його втратами в трансформаторі може досягати 2,5-3 В, і вихідна напруга виявиться заниженим. Додаткова обмотка доведе його до норми.

DC від мікросхеми

ККД описаних перетворювачів не перевищує 0,8, а частота в залежності від струму навантаження помітно плаває. Гранична потужність навантаження менше 400 Вт, так що прийшла пора згадати про сучасні схемних рішеннях.

Схема простого перетворювача 12 В DC / 220 В DC на 500-600 Вт дана на рис .:

Основне його призначення - харчування ручного електроінструменту. До якості напруги, що підводиться таке навантаження не вимоглива, тому ключі взяті дешевше; підійдуть також IFRZ46, 48. Трансформатор мотається на феррите перетином 2-2,5 кв. см; підійде сердечник силового трансформатора від комп'ютерного ІБЖ. Первинна обмотка - 2х5 витків джгута з 5-6 обмотувальних проводів діаметром по міді 0,7-0,8 мм (див. Нижче); вторинна - 80 витків такого ж дроту. Налагодження не потрібно, але контролю розряду батареї немає, так що в процесі роботи потрібно причепити до її клем мультиметр і не забувати на нього поглядати (то ж стосується і всіх інших саморобних інверторів напруги). Якщо напруга впала до 10,8 В (1,8 В на банку) - стоп, вимикати! Впало до1,75 В на банку (10,5 В вся батарея) - це вже пішла сульфатация!

Як мотати трансформатор на кільці

На якісні характеристики інвертора, зокрема, на його ККД, досить сильно впливає поле розсіювання його трансформатора. Принципове рішення для його зменшення давно відомо: первинну обмотку, «накачують» муздрамтеатр енергією, розміщують впритул до нього; вторинні над нею по спадаючій їх потужності. Але техніка така справа, що теоретичні принципи в конкретних конструкціях іноді доводиться вивертати навиворіт. Один із законів Мерфі говорить прим. так: якщо залізяка ну ось все одно не хоче працювати як треба, спробуй зробити в ній все навпаки. Повною мірою це відноситься до трансформатора підвищеної частоти на ферритовом кільцевому магнітопроводі з обмотками з відносно товстого жорсткого дроту. Мотають трансформатор перетворювача напруги на феритових кільцях так:

• Ізолюють муздрамтеатр і за допомогою намоточного човника намотують на нього вторинну підвищує обмотку, укладаючи витки якомога щільніше, поз. 1 на рис .:

• Щільно обтягують «вторинку» скотчем, поз 2.
• Готують 2 однакових джгута проводів для первинної обмотки: намотують кількість витків половини низьковольтної обмотки тонким непридатним проводом, знімають його, заміряють довжину, відрізають потрібну кількість відрізків обмотувального дроту з запасом і збирають їх в джгути.
• Додатково ізолюють вторинну обмотку до отримання відносно рівній поверхні.
• Мотають «первинку» 2-мя джгутами відразу, маючи в своєму розпорядженні дроти джгутів стрічкою і рівномірно розподіляючи витки по сердечнику, поз. 3.
• Видзвонюють кінці джгутів і з'єднують початок одного з кінцем іншого, це буде середня точка обмотки.

Примітка: на електричних принципових схемах початку обмоток, якщо це має значення, позначаються точкою.

50 Гц згладжені

Модифікована синусоїда від ШІМ-контролера не єдиний спосіб отримати на виході інвертора 50 Гц, придатні для підключення будь-яких побутових споживачів електрики, та й ту не завадило б ще «пригладити». Найпростіший з них - старий добрий трансформатор на залозі, він добре «гладить» за рахунок своєї електричної інерції. Правда, знайти муздрамтеатр на більш ніж 500 Вт стає все важче. Чи включається такий розділовий трансформатор на нізковольного вихід інвертора, а до його підвищує обмотці підключається навантаження. За цією схемою, до речі, побудовано більшість комп'ютерних ДБЖ, так що вони для такої мети цілком підходять. Якщо ж мотати трансформатор самому, то розраховується він аналогічно силовому, але зі слід. особливостями:

• Спочатку певна величина робочої індукції ділиться на 1,1 і застосовується у всіх подальших розрахунках. Так потрібно, щоб врахувати т. Зв. коефіцієнт форми несинусоидального напруги Кф; у синусоїди Кф = 1.
• Обмотка розраховується спочатку як мережева на 220 В для заданої потужності (або певної за параметрами муздрамтеатру і величиною робочої індукції). Потім знайдене кількість її витків множиться на 1,08 для потужності до 150 Вт, на 1,05 для потужностей 150-400 Вт і на 1,02 для потужностей 400-1300 Вт.
• Половина низьковольтної обмотки розраховується як вторинна на напругу 14,5 В під ключі біполярні або з вбудованим каналом і на 13,2 В для ключів з індукованим каналом.

Приклади схемних рішень перетворювачів 12-200 В 50 Гц з розділовим трансформатором дані на рис .:

На тій, що зліва, ключами управляє генератор, що задає на т. Зв. «М'якому» мультивібраторі, він вже генерує меандр в заваленими фронтами і згладженими переломами, так що додаткових заходів згладжування не потрібно. Нестабільність частоти м'якого мультивибратора вище, ніж звичайного, тому для її підстроювання потрібен потенціометр P. З ключами на КТ827 можна зняти потужність до 200 Вт (радіатори - від 200 кв. См без обдування). Ключі на КП904 з старого мотлоху або IRFZ44 дозволяють збільшити її до 350 Вт; одинарні на IRF3205 до 600 Вт, а спарені на них же до 1000 Вт.

Інвертор 12-220 В 50 Гц з генератором, що задає на TL494 (праворуч на рис.) Частоту тримає залізно у всіх мислимих немислимих умовах експлуатації. Для більш ефективного згладжування псевдосінусоіди використовується явище т. Зв. байдужого резонансу, при якому фазові співвідношення струмів і напруг в коливальному контурі стають такими ж, як при гострому резонансі, але їх амплітуди помітно не збільшуються. Технічно це вирішується просто: до підвищувальної обмотці підключають згладжує конденсатор, значення ємності якого підбирають по найкращій формі струму (НЕ напруги!) Під навантаженням. Для контролю форми струму в ланцюг навантаження на потужність 0,03-0,1 від номінальної включають резистор на 0,1-0,5 Ом, до якого і підключають осцилограф з закритим входом. Згладжує ємність не применшує ККД інвертора, але користуватися для настройки комп'ютерними програмами симуляції НЧ осцилографа можна, тому що вхід звукової карти, яка в них використовується, не розрахований на амплітуду в 220х1,4 = 310 В! Ключі та потужності такі ж, як в перед. випадку.

Більш досконала схема перетворювача 12-200 В 50 Гц дана на рис .:

У ній використовуються складні складові ключі. Для поліпшення якості вихідної напруги в ній використовується той факт, що емітер планарно-епітаксійних біполярних транзисторів легирован багато сильніше бази і колектора. Коли TL494 подасть закриває потенціал, напр., На базу VT3, ток його колектора припиниться, але за рахунок розсмоктування об'ємного заряду емітера він сповільнить замикання T1 і викиди напруги від ЕРС самоіндукції Tr поглинуться ланцюгами L1 і R11C5; вони ж більше «нахилять» фронти. Вихідна потужність інвертора визначається габаритної потужністю Tr, але не більше 600 Вт, тому що використовувати в даній схемі парні потужні ключі можна - розкид величини заряду затвора MOSFET транзисторів досить значний і перемикання ключів буде нечітким, чому форма вихідної напруги може навіть погіршитися.

Дросель L1 це 5-6 витків дроту діаметром від 2,4 мм по міді, намотаних на відрізок феритового стрижня діаметром 8-10 м і довжиною 30-40 мм з кроком 3,5-4 мм. Магнитопровод дроселя не повинен бути замкнутий! Налагодження схеми справа досить копітка і вимагає неабиякого досвіду: потрібно підібрати L1, R11 і C5 по найкращій формі вихідного струму під навантаженням, як у перед. випадку. Зате і Hi-Fi, живити від цього перетворювача, залишається «хайфаем» на найвимогливіший слух.

А чи не можна без трансформатора?

Уже обмотувальний дріт для потужного трансформатора на 50 Гц влетить в копієчку. Більш-менш доступні магнітопроводи від «гробових» трансформаторів до 270 Вт габаритних, але в инвертор з такого більше 120-150 Вт не молодий, а ККД буде в кращому випадку 0,7, тому що «Гробові» магнітопроводи навито з товстої стрічки, втрати на вихрові струми в якій при несінусоілальном напрузі на обмотках великі. Знайти муздрамтеатр ШЛ з тонкої стрічки, здатний віддати більше 350 Вт при індукції 0,7 Тл взагалі проблематично, обійдеться він дорого, а весь перетворювач вийде величезним і непідйомним. Трансформатори ДБЖ не розраховані на часту роботу в тривалому режимі - вони гріються і магнітопроводи їх в інверторах досить скоро деградують - магнітні властивості сильно погіршуються, потужність перетворювача падає. Чи є вихід?

Так, і таке рішення нерідко застосовується в фірмових перетворювачах. Це - електричний міст з ключів на високовольтних силових польових транзисторах з напругою пробою від 400 В і струмом стоку більше 5 А. Підійдуть з первинних ланцюгів комп'ютерних ІБП, а з старого мотлоху - КП904 і т.п.

Міст живиться постоянка 220 В DC від нескладного інвертора 12-220 з випрямленням. Плечі моста відкриваються парами наперекрест черзі, і струм в навантаженні, включеної в діагональ моста, змінює напрямок; ланцюга управління всіх ключів гальванически розділені. У промислових конструкціях ключі управляються від спец. ІМС з розв'язкою оптопарами, але в аматорських умовах те й інше можна замінити додатковим малопотужним інвертором 12 В DC - 12 В 50 Гц, що працюють на маленький трансформатор на залозі, див. Рис. Магнитопровод для нього можна взяти від китайського базарного малопотужного трансформатора харчування. За рахунок його електричної інерції якість вихідної напруги виходить навіть краще, ніж модифікована синусоїда.