Сборка самодельного преобразователя с 12В на 220В

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.

Преобразователи и их типы

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:

1. Управляемые.
2. 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:

1. Основной коммутирующий компонент.
2. Источник питания.
3. Конденсатор фильтра, который подключают параллельно сопротивлению нагрузки.
4. Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
5. 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:

1. Отсутствие напряжения на выходе трансформатора.
2. 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.