Как работают импульсные преобразователи напряжения (27 схем)
Для преобразования напряжения одного уровня в напряжение другого уровня часто применяют импульсные преобразователи напряжения с использованием индуктивных накопителей энергии. Такие преобразователи отличаются высоким КПД, иногда достигающим 95%, и обладают возможностью получения повышенного, пониженного или инвертированного выходного напряжения.
В соответствии с этим известно три типа схем преобразователей: понижающие (рис. 1), повышающие (рис. 2) и инвертирующие (рис. 3).
Общими для всех этих видов преобразователей являются пять элементов:
- источник питания,
- ключевой коммутирующий элемент,
- индуктивный накопитель энергии (катушка индуктивности, дроссель),
- блокировочный диод,
- конденсатор фильтра, включенный параллельно сопротивлению нагрузки.
Включение этих пяти элементов в различных сочетаниях позволяет реализовать любой из трех типов импульсных преобразователей.
Регулирование уровня выходного напряжения преобразователя осуществляется изменением ширины импульсов, управляющих работой ключевого коммутирующего элемента и, соответственно, запасаемой в индуктивном накопителе энергии.
Стабилизация выходного напряжения реализуется путем использования обратной связи: при изменении выходного напряжения происходит автоматическое изменение ширины импульсов.
Понижающий импульсный преобразователь
Понижающий преобразователь (рис. 1) содержит последовательно включенную цепочку из коммутирующего элемента S1, индуктивного накопителя энергии L1, сопротивления нагрузки RH и включенного параллельно ему конденсатора фильтра С1. Блокировочный диод VD1 подключен между точкой соединения ключа S1 с накопителем энергии L1 и общим проводом.
Рис. 1. Принцип действия понижающего преобразователя напряжения.
При открытом ключе диод закрыт, энергия от источника питания накапливается в индуктивном накопителе энергии. После того, как ключ S1 будет закрыт (разомкнут), запасенная индуктивным накопителем L1 энергия через диод VD1 передастся в сопротивление нагрузки RH, Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения.
Повышающий импульсный преобразователь
Повышающий импульсный преобразователь напряжения (рис. 2) выполнен на тех же основных элементах, но имеет иное их сочетание: к источнику питания подключена последовательная цепочка из индуктивного накопителя энергии L1, диода VD1 и сопротивления нагрузки RH с параллельно подключенным конденсатором фильтра С1. Коммутирующий элемент S1 включен между точкой соединения накопителя энергии L1 с диодом VD1 и общей шиной.
Рис. 2. Принцип действия повышающего преобразователя напряжения.
При открытом ключе ток от источника питания протекает через катушку индуктивности, в которой запасается энергия. Диод VD1 при этом закрыт, цепь нагрузки отключена от источника питания, ключа и накопителя энергии.
Напряжение на сопротивлении нагрузки поддерживается благодаря запасенной на конденсаторе фильтра энергии. При размыкании ключа ЭДС самоиндукции суммируется с напряжением питания, запасенная энергия передается в нагрузку через открытый диод VD1. Полученное таким способом выходное напряжение превышает напряжение питания.
Инвертирующий преобразователь импульсного типа
Инвертирующий преобразователь импульсного типа содержит все то же сочетание основных элементов, но снова в ином их соединении (рис. 3): к источнику питания подключена последовательная цепочка из коммутирующего элемента S1, диода VD1 и сопротивления нагрузки RH с конденсатором фильтра С1.
Индуктивный накопитель энергии L1 включен между точкой соединения коммутирующего элемента S1 с диодом VD1 и общей шиной.
Рис. 3. Импульсное преобразование напряжения с инвертированием.
Работает преобразователь так: при замыкании ключа энергия запасается в индуктивном накопителе. Диод VD1 закрыт и не пропускает ток от источника питания в нагрузку. При отключении ключа ЭДС самоиндукции накопителя энергии оказывается приложенной к выпрямителю, содержащему диод VD1, сопротивление нагрузки Rн и конденсатор фильтра С1.
Поскольку диод выпрямителя пропускает в нагрузку только импульсы отрицательного напряжения, на выходе устройства формируется напряжение отрицательного знака (инверсное, противоположное по знаку напряжению питания).
Импульсные преобразователи и стабилизаторы
Для стабилизации выходного напряжения импульсных стабилизаторов любого типа могут быть использованы обычные «линейные» стабилизаторы, но они имеют низкий КПД, В этой связи гораздо логичнее для стабилизации выходного напряжения импульсных преобразователей использовать импульсные же стабилизаторы напряжения, тем более, что осуществить такую стабилизацию совсем несложно.
Импульсные стабилизаторы напряжения, в свою очередь, подразделяются на стабилизаторы с широтно-импульсной модуляцией и на стабилизаторы с частотно-импульсной модуляцией. В первых из них изменяется длительность управляющих импульсов при неизменной частоте их следования. Во вторых, напротив, изменяется частота управляющих импульсов при их неизменной длительности. Встречаются импульсные стабилизаторы и со смешанным регулированием.
Ниже будут рассмотрены радиолюбительские примеры эволюционного развития импульсных преобразователей и стабилизаторов напряжения.
Узлы и схемы импульсных преобразователей
Задающий генератор (рис. 4) импульсных преобразователей с нестабилизированным выходным напряжением (рис. 5, 6) на микросхеме КР1006ВИ1 работает на частоте 65 кГц. Выходные прямоугольные импульсы генератора через RC-цепоч-ки подаются на транзисторные ключевые элементы, включенные параллельно.
Катушка индуктивности L1 выполнена на ферритовом кольце с внешним диаметром 10 мм и магнитной проницаемостью 2000. Ее индуктивность равна 0,6 мГн. Коэффициент полезного действия преобразователя достигает 82%.
Рис. 4. Схема задающего генератора для импульсных преобразователей напряжения.
Рис. 5. Схема силовой части повышающего импульсного преобразователя напряжения +5/12 В.
Рис. 6. Схема инвертирующего импульсного преобразователя напряжения +5/-12 В.
Амплитуда пульсаций на выходе не превышает 42 мВ и зависит от величины емкости конденсаторов на выходе устройства. Максимальный ток нагрузки устройств (рис. 5, 6) составляет 140 мА.
В выпрямителе преобразователя (рис. 5, 6) использовано параллельное соединение слаботочных высокочастотных диодов, включенных последовательно с выравнивающими резисторами R1 — R3.
Вся эта сборка может быть заменена одним современным диодом, рассчитанным на ток более 200 мА при частоте до 100 кГц и обратном напряжении не менее 30 В (например, КД204, КД226).
В качестве VT1 и VT2 возможно использование транзисторов типа КТ81х структуры п-р-п — КТ815, КТ817 (рис. 4.5) и р-п-р — КТ814, КТ816 (рис. 6) и другие.
Для повышения надежности работы преобразователя рекомендуется включить параллельно переходу эмиттер — коллектор транзистора диод типа КД204, КД226 таким образом, чтобы для постоянного тока он был закрыт.
Преобразователь с задающим генератором-мультивибратором
Для получения выходного напряжения величиной 30…80 В П. Беляцкий использовал преобразователь с задающим генератором на основе несимметричного мультивибратора с выходным каскадом, нагруженным на индуктивный накопитель энергии — катушку индуктивности (дроссель) L1 (рис. 7).
Рис. 7. Схема преобразователя напряжения с задающим генератором на основе несимметричного мультивибратора.
Устройство работоспособно в диапазоне питающих напряжений 1,0. ..1,5 В и имеет КПД до 75%. В схеме можно применить стандартный дроссель ДМ-0,4-125 или иной с индуктивностью 120.. .200 мкГн.
Вариант выполнения выходного каскада преобразователя напряжения показан на рис. 8. При подаче на вход каскада управляющих сигналов прямоугольной формы 7777-уровня (5 В) на выходе преобразователя при его питании от источника напряжением 12 В получено напряжение
В качестве VT1 можно использовать отечественный транзистор, например, КТ604, КТ605, КТ704Б, КТ940А(Б), КТ969А и др.
Рис. 8. Вариант выполнения выходного каскада преобразователя напряжения.
Рис. 9. Схема выходного каскада преобразователя напряжения.
Аналогичная схема выходного каскада (рис. 9) позволила при питании от источника напряжением 28В и потребляемом токе 60 мА получить выходное напряжение 250 В при токе нагрузки 5 мА, Индуктивность дросселя — 600 мкГч. Частота управляющих импульсов — 1 кГц.
В зависимости от качества изготовления дросселя на выходе может быть получено напряжение 150…450 В при мощности около 1 Вт и КПД до 75%.
Преобразователь напряжения на основе КР1006ВИ1
Преобразователь напряжения, выполненный на основе генератора импульсов на микросхеме DA1 КР1006ВИ1, усилителя на основе полевого транзистора VT1 и индуктивного накопителя энергии с выпрямителем и фильтром, показан на рис. 10.
На выходе преобразователя при напряжении питания 9В и потребляемом токе 80…90 мА образуется напряжение 400…425 В. Следует отметить, что величина выходного напряжение не гарантирована — она существенно зависит от способа выполнения катушки индуктивности (дросселя) L1.
Рис. 10. Схема преобразователя напряжения с генератором импульсов на микросхеме КР1006ВИ1.
Для получения нужного напряжения проще всего экспериментально подобрать катушку индуктивности для достижения требуемого напряжения или использовать умножитель напряжения.
Схема двуполярного импульсного преобразователя
Для питания многих электронных устройств требуется источник двухполярного напряжения, обеспечивающий положительное и отрицательное напряжения питания. Схема, приведенная на рис. 11, содержит гораздо меньшее число компонентов, чем аналогичные устройства, благодаря тому, что она одновременно выполняет функции повышающего и инвертирующего индуктивного преобразователя.
Рис. 11. Схема преобразователя с одним индуктивным элементом.
Схема преобразователя (рис. 11) использует новое сочетание основных компонентов и включает в себя генератор четырехфазных импульсов, катушку индуктивности и два транзисторных ключа.
Управляющие импульсы формирует D-триггер (DD1.1). В течение первой фазы импульсов катушка индуктивности L1 запасается энергией через транзисторные ключи VT1 и VT2. В течение второй фазы ключ VT2 размыкается, и энергия передается на шину положительного выходного напряжения.
Во время третьей фазы замыкаются оба ключа, в результате чего катушка индуктивности вновь накапливает энергию. При размыкании ключа VT1 во время заключительной фазы импульсов эта энергия передается на отрицательную шину питания. При поступлении на вход импульсов с частотой 8 кГц схема обеспечивает выходные напряжения ±12 В. На временной диаграмме (рис. 11, справа) показано формирование управляющих импульсов.
В схеме можно использовать транзисторы КТ315, КТ361.
Преобразователь напряжения со стабильными 30В
Преобразователь напряжения (рис. 12) позволяет получить на выходе стабилизированное напряжение 30 В. Напряжение такой величины используется для питания варикапов, а также вакуумных люминесцентных индикаторов.
Рис. 12. Схема преобразователя напряжения с выходным стабилизированным напряжением 30 В.
На микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 по обычной схеме собран задающий генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы с частотой около 40 кГц.
К выходу генератора подключен транзисторный ключ VT1, коммутирующий катушку индуктивности L1. Амплитуда импульсов при коммутации катушки зависит от качества ее изготовления.
Во всяком случае напряжение на ней достигает десятков вольт. Выходное напряжение выпрямляется диодом VD1. К выходу выпрямителя подключен П-образный RC-фильтр и стабилитрон VD2. Напряжение на выходе стабилизатора целиком определяется типом используемого стабилитрона. В качестве «высоковольтного» стабилитрона можно использовать цепочку стабилитронов, имеющих более низкое напряжение стабилизации.
Преобразователь напряжения с индуктивным накопителем энергии
Преобразователь напряжения с индуктивным накопителем энергии, позволяющий поддерживать на выходе стабильное регулируемое напряжение, показан на рис. 13.
Рис. 13. Схема преобразователя напряжения со стабилизацией.
Схема содержит генератор импульсов, двухкаскадный усилитель мощности, индуктивный накопитель энергии, выпрямитель, фильтр, схему стабилизации выходного напряжения. Резистором R6 устанавливают необходимое выходное напряжение в пределах от 30 до 200 В.
Аналоги транзисторов: ВС237В — КТ342А, КТ3102; ВС307В — КТ3107И, BF459—КТ940А.
Понижающие и инвертирующие преобразователей напряжения
Два варианта — понижающего и инвертирующего преобразователей напряжения [4.1] показаны на рис. 14. Первый из них обеспечивает выходное напряжение 8,4 В при токе нагрузки до 300 мА, второй — позволяет получить напряжение отрицательной полярности (-19,4 В) при таком же токе нагрузки. Выходной транзистор ѴТЗ должен быть установлен на радиатор.
Рис. 14. Схемы стабилизированных преобразователей напряжения.
Аналоги транзисторов: 2N2222 — КТЗ117А 2N4903 — КТ814.
Понижающий стабилизированный преобразователь напряжения
Понижающий стабилизированный преобразователь напряжения, использующий в качестве задающего генератора микросхему КР1006ВИ1 (DA1) и имеющий защиту потоку нагрузки, показан на рис. 15. Выходное напряжение составляет 10 В при токе нагрузки до 100 мА.
Рис. 15. Схема понижающего преобразователя напряжения.
При изменении сопротивления нагрузки на 1% выходное напряжение преобразователя изменяется не более чем на 0,5%.
Аналоги транзисторов: 2N1613 — КТ630Г, 2N2905 — КТ3107Е, КТ814.
Двухполярный инвертор напряжения
Для питания радиоэлектронных схем, содержащих операционные усилители, часто требуются двухполярные источники питания. Решить эту проблему можно, использовав инвертор напряжения, схема которого показана на рис. 16.
Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов, нагруженный на дроссель L1. Напряжение с дросселя выпрямляется диодом VD2 и поступает на выход устройства (конденсаторы фильтра СЗ и С4 и сопротивление нагрузки). Стабилитрон VD1 обеспечивает постоянство выходного напряжения — регулирует длительность импульса положительной полярности на дросселе.
Рис. 16. Схема инвертора напряжения +15/-15 В.
Рабочая частота генерации — около 200 кГц под нагрузкой и до 500 кГц без нагрузки. Максимальный ток нагрузки — до 50 мА, КПД устройства — 80%.
Недостатком конструкции является относительно высокий уровень электромагнитных помех, впрочем, характерный и для других подобных схем.
В качестве L1 использован дроссель ДМ-0,2-200.
Инверторы на специализированных микросхемах
Наиболее удобно собирать высокоэффективные современные преобразователи напряжения, используя специально созданные для этих целей микросхемы.
Микросхема КР1156ЕУ5 (МС33063А, МС34063А фирмы Motorola) предназначена для работы в стабилизированных повышающих, понижающих, инвертирующих преобразователях мощностью в несколько ватт.
На рис. 17 приведена схема повышающего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5. Преобразователь содержит входные и выходные фильтрующие конденсаторы С1, СЗ, С4, накопительный дроссель L1, выпрямительный диод VD1, конденсатор С2, задающий частоту работы преобразователя, дроссель фильтра L2 для сглаживания пульсаций. Резистор R1 служит датчиком тока. Делитель напряжения R2, R3 определяет величину выходного напряжения.
Рис. 17. Схема повышающего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5.
Частота работы преобразователя близка к 15 кГц при входном напряжении 12 В и номинальной нагрузке. Размах пульсаций напряжения на конденсаторах СЗ и С4 составлял соответственно 70 и 15 мВ.
Дроссель L1 индуктивностью 170 мкГн намотан на трех склеенных кольцах К12x8x3 М4000НМ проводом ПЭШО 0,5. Обмотка состоит из 59 витков. Каждое кольцо перед намоткой следует разломить на две части.
В один из зазоров вводят общую прокладку из текстолита толщиной 0,5 мм и склеивают пакет. Можно также применить кольца из феррита с магнитной проницаемостью свыше 1000.
Пример выполнения понижающего преобразователя на микросхеме КР1156ЕУ5 приведен на рис. 18. На вход такого преобразователя нельзя подавать напряжение более 40 В. Частота работы преобразователя — 30 кГц при UBX=15 В. Размах пульсаций напряжения на конденсаторах СЗ и С4 — 50 мВ.
Рис. 18. Схема понижающего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5.
Рис. 4.19. Схема инвертирующего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5.
Дроссель L1 индуктивностью 220 мкГч намотан аналогичным образом (см. выше) на трех кольцах, но зазор при склейке был установлен 0,25 мм, обмотка содержала 55 витков такого же провода.
На следующем рисунке (рис. 4.19) показана типовая схема инвертирующего преобразователя напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5, Микросхема DA1 питается суммой входного и выходного напряжений, которая не должна превышать 40 В.
Частота работы преобразователя — 30 кГц при UBX=5 S; размах пульсаций напряжения на конденсаторах СЗ и С4 — 100 и 40 мВ.
Для дросселя L1 инвертирующего преобразователя индуктивностью 88 мкГн были использованы два кольца К12x8x3 М4000НМ с зазором 0,25 мм. Обмотка состоит из 35 витков провода ПЭВ-2 0,7. Дроссель L2 во всех преобразователях стандартный — ДМ-2,4 индуктивностью 3 мкГч. Диод VD1 во всех схемах (рис. 17 — 19) должен быть диодом Шотки.
Для получения двухполярного напряжения из однополярного фирмой MAXIM разработаны специализированные микросхемы. На рис. 20 показана возможность преобразования напряжения низкого уровня (4,5…5 6) в двухполярное выходное напряжение 12 (или 15 6) при токе нагрузки до 130 (или 100 мА).
Рис. 20. Схема преобразователя напряжения на микросхеме МАХ743.
По внутренней структуре микросхема не отличается от типового построения подобного рода преобразователей, выполненных на дискретных элементах, однако интегральное исполнение позволяет при минимальном количестве внешних элементов создавать высокоэффективные преобразователи напряжения.
Так, для микросхемы МАХ743 (рис. 20) частота преобразования может достигать 200 кГц (что намного превышает частоту преобразования подавляющего большинства преобразователей, выполненных на дискретных элементах). При напряжении питания 5 В КПД составляет 80…82% при нестабильности выходного напряжения не более 3%.
Микросхема снабжена защитой от аварийных ситуаций: при снижении питающего напряжения на 10% ниже нормы, а также при перегреве корпуса (выше 195°С).
Для снижения на выходе преобразователя пульсаций с частотой преобразования (200 кГц) на выходах устройства установлены П-образные LC-фильтры. Перемычка J1 на выводах 11 и 13 микросхемы предназначена для изменения величины выходных напряжений.
Для преобразования напряжения низкого уровня (2,0…4,5 6) в стабилизированное 3,3 или 5,0 В предназначена специальная микросхема, разработанная фирмой MAXIM, — МАХ765. Отечественные аналоги — КР1446ПН1А и КР1446ПН1Б. Микросхема близкого назначения — МАХ757 — позволяет получить на выходе плавно регулируемое напряжение в пределах 2,7…5,5 В.
Рис. 21. Схема низковольтного повышающего преобразователя напряжения до уровня 3,3 или 5,0 В.
Схема преобразователя, показанная на рис. 21, содержит незначительное количество внешних (навесных) деталей.
Работает это устройство по традиционному принципу, описанному ранее. Рабочая частота генератора зависит от величины входного напряжения и тока нагрузки и изменяется в широких пределах — от десятков Гц до 100 кГц.
Величина выходного напряжения определяется тем, куда подключен вывод 2 микросхемы DA1: если он соединен с общей шиной (см. рис. 21), выходное напряжение микросхемы КР1446ПН1А равно 5,0±0,25 В, если же этот вывод соединен с выводом 6, то выходное напряжение понизится до 3,3±0,15 В. Для микросхемы КР1446ПН1Б значения будут 5,2±0,45 В и 3,44±0,29 В. соответственно. Максимальный выходной ток преобразователя — 100 мА. Микросхема МАХ765 обеспечивает выходной ток 200 мА при напряжении 5-6 и 300 мА при напряжении 3,3 В. КПД преобразователя — до 80%.
Назначение вывода 1 (SHDN) — временное отключение преобразователя путем замыкания этого вывода на общий провод. Напряжение на выходе в этом случае понизится до значения, несколько меньшего, чем входное напряжение.
Светодиод HL1 предназначен для индикации аварийного снижения питающего напряжения (ниже 2 В), хотя сам преобразователь способен работать и при более низких значениях входного напряжения (до 1,25 6 и ниже).
Дроссель L1 выполняют на кольце К10x6x4,5 из феррита М2000НМ1. Он содержит 28 витков провода ПЭШО 0,5 мм и имеет индуктивность 22 мкГч. Перед намоткой ферритовое кольцо разламывают пополам, предварительно надпилив алмазным надфилем. Затем кольцо склеивают эпоксидным клеем, установив в один из образовавшихся зазоров текстолитовую прокладку толщиной 0,5 мм.
Индуктивность полученного таким образом дросселя зависит в большей степени от толщины зазора и в меньшей — от магнитной проницаемости сердечника и числа витков катушки. Если смириться с увеличением уровня электромагнитных помех, то можно использовать дроссель типа ДМ-2,4 индуктивностью 20 мкГч.
Конденсаторы С2 и С5 типа К53 (К53-18), С1 и С4 — керамические (для снижения уровня высокочастотных помех), VD1 — диод Шотки (1 N5818, 1 N5819, SR106, SR160 и др.).
Сетевой блок питания фирмы «Philips»
Преобразователь (сетевой блок питания фирмы «Philips», рис. 22) при входном напряжении 220 В обеспечивает выходное стабилизированное напряжение 12 В при мощности нагрузки 2 Вт.
Рис. 22. Схема сетевого блока питания фирмы «Philips».
Источник питания для питания портативных и карманных приемников
Бестрансформаторный источник питания (рис. 23) предназначен для питания портативных и карманных приемников от сети переменного тока напряжением 220 В. Следует учитывать, что этот источник электрически не изолирован от питающей сети. При выходном напряжении 9В и токе нагрузки 50 мА источник питания потребляет от сети около 8 мА.
Рис. 23. Схема бестрансформаторного источника питания на основе импульсного преобразователя напряжения.
Сетевое напряжение, выпрямленное диодным мостом VD1 — VD4 (рис. 4.23), заряжает конденсаторы С1 и С2. Время заряда конденсатора С2 определяется постоянной цепи R1, С2. В первый момент после включения устройства тиристор VS1 закрыт, но при некотором напряжении на конденсаторе С2 он откроется и подключит к этому конденсатору цепь L1, СЗ.
При этом от конденсатора С2 будет заряжаться конденсатор СЗ большой емкости. Напряжение на конденсаторе С2 будет уменьшаться, а на СЗ — увеличиваться.
Ток через дроссель L1, равный нулю в первый момент после открывания тиристора, постепенно увеличивается до тех пор, пока напряжения на конденсаторах С2 и СЗ не уравняются. Как только это произойдет, тиристор VS1 закроется, но энергия, запасенная в дросселе L1, будет некоторое время поддерживать ток заряда конденсатора СЗ через открывшийся диод VD5. Далее диод VD5 закрывается, и начинается относительно медленный разряд конденсатора СЗ через нагрузку. Стабилитрон VD6 ограничивает напряжение на нагрузке.
Как только закрывается тиристор VS1 напряжение на конденсаторе С2 снова начинает увеличиваться. В некоторый момент тиристор снова открывается, и начинается новый цикл работы устройства. Частота открывания тиристора в несколько раз превышает частоту пульсации напряжения на конденсаторе С1 и зависит от номиналов элементов цепи R1, С2 и параметров тиристора VS1.
Конденсаторы С1 и С2 — типа МБМ на напряжение не ниже 250 В. Дроссель L1 имеет индуктивность 1…2 мГн и сопротивление не более 0,5 Ом. Он намотан на цилиндрическом каркасе диаметром 7 мм.
Ширина обмотки 10 мм, она состоит из пяти слоев провода ПЭВ-2 0,25 мм, намотанного плотно, виток к витку. В отверстие каркаса вставлен подстроечный сердечник СС2,8х12 из феррита М200НН-3. Индуктивность дросселя можно менять в широких пределах, а иногда и исключить его совсем.
Схемы устройств для преобразования энергии
Схемы устройств для преобразования энергии показаны на рис. 4.24 и 4.25. Они представляют собой понижающие преобразователи энергии с питанием от выпрямителей с гасящим конденсатором. Напряжение на выходе устройств стабилизировано.
Рис. 24. Схема понижающего преобразователя напряжения с сетевым бестрансформаторным питанием.
Рис. 25. Вариант схемы понижающего преобразователя напряжения с сетевым бестрансформаторным питанием.
В качестве динисторов VD4 можно использовать отечественные низковольтные аналоги — КН102А, Б. Как и предыдущее устройство (рис. 23), источники питания (рис. 24 и 25) имеют гальваническую связь с питающей сетью.
Преобразователь напряжения с импульсным накоплением энергии
В преобразователе напряжения С. Ф. Сиколенко с «импульсным накоплением энергии» (рис. 26) ключи К1 и К2 выполнены на транзисторах КТ630, система управления (СУ) — на микросхеме серии К564.
Рис. 26. Схема преобразователя напряжения с импульсным накоплением.
Накопительный конденсатор С1 — 47 мкФ. В качестве источника питания используется батарея напряжением 9 В. Выходное напряжение на сопротивлении нагрузки 1 кОм достигает 50 В. КПД составляет 80% и возрастает до 95% при использовании в качестве ключевых элементов К1 и К2 КМОП-структур типа RFLIN20L.
Импульсно-резонансный преобразователь
Импульсно-резонансные преобразователи конструкции к,т.н. Н. М. Музыченко, один из которых показан на рис. 4,27, в зависимости от формы тока в ключе VT1 делятся на три разновидности, в которых коммутирующие элементы замыкаются при нулевом токе, а размыкаются — при нулевом напряжении. На этапе переключения преобразователи работают как резонансные, а остальную, большую, часть периода — как импульсные.
Рис. 27. Схема импульсно-резонансного преобразователя Н. М. Музыченко.
Отличительной чертой таких преобразователей является то, что их силовая часть выполнена в виде индуктивно-емкостного моста с коммутатором в одной диагонали и с коммутатором и источником питания в другом. Такие схемы (рис. 27) отличаются высокой эффективностью.
Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.
www.qrz.ru
Изготовление простого преобразователя 12-220В, 50Гц
В данной статье вы сможете ознакомиться с детальной пошаговой инструкцией по изготовлению инвертора переменного тока на 220 В 50Гц из автомобильного аккумулятора на 12 В. Такой прибор способен выдавать мощность от 150 до 300Вт.Схема данного устройства достаточно простая .
Данная схема работает по принципу преобразователей типа Push-Pull. Сердцем устройства будет служить плата CD-4047 работающая как задающий генератор, а также осуществляет управление полевыми транзисторами, которые работают в режиме ключей. Всего один транзистор может быть открыт, в случае если будут открыты два транзистора в одно время, то случится замыкание, в результате которого транзисторы сгорят, также это может произойти в случае неправильного управления.
Плата CD-4047 не рассчитана на высокоточное управление полевыми транзисторами, но с данным заданием справляется отлично. Также для работы устройства потребуется трансформатор из старого ИБП на 250 или 300Вт с первичной обмоткой и средней точкой подключения плюса от источника питания.
Трансформатор имеет достаточно большое количество вторичных обмоток, вам будет нужно с помощью вольтомметра измерять все отводы и найти сетевую обмотку на 220В. Нужные нам провода будут выдавать наибольшее электросопротивление приблизительно 17 Ом, лишние отводки можете удалить.
Перед тем как начать паять желательно все еще раз перепроверить. Рекомендуется выбирать транзисторы с одной партии и одинаковыми характеристиками, конденсатор часто задающей цепи иметь небольшую утечку и узкий допуск. Такие характеристики определяются тестером для транзисторов.
Так как у платы CD-4047 нет аналогов, необходимо приобрести именно ее, а вот полевые транзисторы если есть необходимость можете поменять на n-канальные с напряжением от 60В и током минимум 35А. Подходят из серии IRFZ.
Также схема может работать с использованием биполярных транзисторов на выходе, но следует учесть, что мощность устройства станет намного меньше, если сравнивать с схемой, на которой используются «полевики».
Ограничительно затворные резисторы должны обладать сопротивлением 10-100 Ом, но предпочтительнее использовать резисторы на 22-47 Ом мощность которых составляет 250 мВт.
Часто задающая цепь собирается исключительно из элементов указанных на схеме, которая имеет точные настройки на 50Гц.
Если вы правильно соберете прибор, он будет работать с первых секунд, но при первом запуске важно подстраховаться. Для этого вместо предохранителя (смотреть схему) нужно установить резистор номинал которого составляет 5-10 Ом или лампочку на 12В, для того чтоб избежать взрыва транзисторов если были допущены ошибки.
Если устройство работает стабильно, то трансформатор буде издавать звук, но ключи не будут греться. Если все работает правильно резистор (лампочку) нужно убрать, а питание подается через предохранитель.
В среднем инвертором потребляет энергии при роботе на холостых от 150 до 300 мА в зависимости, какой источник питания и тип трансформатора.
Затем нужно замерить выдаваемое напряжение, на выходе должно быть около 210-260В, это считается нормальным показателем, поскольку инвертор не имеет стабилизации. Далее нужно проверить устройство, под нагрузкой подключив лампочку на 60 Ватт и дать поработать 10-15 секунд, ключи за это время немного нагреются, так как на них нет теплоотводов. Ключи должны греться равномерно, в случае не равномерного нагрева, нужно искать, где допущены ошибки.
Снабжаем инвертор функцией Remote Control
Главный плюсовой провод следует подключить к средней точке трансформатора, но чтобы устройство начало работать, к плате нужно подключить слаботочный плюс. Благодаря этому запустится генератор импульсов.
Пару предложений про монтаж. Все устанавливается в корпус блока питания для компьютеров, транзисторы следует установить на раздельные радиаторы.
Если будет установлен общий теплоотвод, обязательно изолируйте корпус транзисторов от радиатора. Кулер подключается к шине на 12В.
Одним из существенных недостатков данного инвертора считается отсутствие защиты от замыкания и если оно произойдет, то все транзисторы сгорят. Для того чтоб этого не допустить, на выходе обязательно нужно установить предохранитель на 1А.
Для запуска инвертора используется кнопка не большой мощности, через которую будет подаваться плюс на плату. Силовые шины трансформатора следует закрепить прямо к радиаторам транзисторов.
Если подключить к выходу преобразователя энергометр, то на нем сможете увидеть, что исходящая частота и напряжение в рамках допустимого. Если у вас получилась значение больше или меньше 50Гц ее нужно настроить, используя многооборотный переменный резистор, он установлен на плате.
Без нагрузки устройство издает достаточно сильный шум, который с нагрузкой существенно уменьшается, это считается нормой.
Получившееся устройство не стабилизировано, но практически все бытовые приборы могут работать с напряжением 90-280В. В случае если на выходе у вас получается больше 300В необходимо на выход в дополнение к основной нагрузке подключать лампочку на 25Вт, чтобы снизить напряжений до необходимого предела.
К инвертору автор не рекомендует подключать асинхронные двигатели.
Источник
Доставка новых самоделок на почтуПолучайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.usamodelkina.ru
Сделай сам простейший инверт без транзисторов своими руками
Вам нужно всего два компонента, чтобы собрать простейший инвертор, преобразующий постоянный ток 12 В в 220 В переменного тока.
Абсолютно никаких дорогих или дефицитных элементов или деталей. Все можно собрать за 5 минут! Даже паять не надо! Скрутил проволокой и все.
Что понадобиться для инвертора?
- Трансформатор от приемника, магнитофона, центра и т.п. Одна обмотка сетевая на 220 В, другая на 12 В.
- Реле на 12 В. Такие много где используются.
- Провода для подключения.
- Нагрузка в виде лампочки.
Сборка инвертора
Все сводиться к тому, чтобы подключить реле и трансформатор следующим образом. Первым делом на сетевую обмотку трансформатора накидываем нагрузку в виде светодиодной лампочки — это будет выход инвертора.
Затем низковольтную обмотку подключаем параллельно реле. Теперь один контакт идет на питание к аккумулятору, а второй подключаем к другому контакту аккумулятора, но только через замкнутый контакт реле. Плюс или минус значения не имеет.
Все! Ваш инвертер готов! Супер просто!
Подключаем к аккумулятору — он у нас в роли источника на 12 В и лампа на 220 В начинает светиться. При этом вы слышите писк реле.
Как же работает этот инвертер?
Все очень просто: когда вы подключаете питание все напряжение идет через замкнутые контакты на реле. Реле срабатывает и контакты размыкаются. В результате питание реле отключается и оно приводит контакты обратно на замкнутые. В результате чего цикл повторяется. А так как параллельно реле подключен повышающий трансформатор, мощные импульсы постоянного включения-выключения подаются ему и преобразуются в переменный высоковольтный ток. Частота такого преобразователя колеблется в пределах 60-70 Гц.
Конечно, такой инвертор не долговечен — рано или поздно реле выйдет из строя, но не жалко — оно стоит копейки или вообще бесплатно, если взять старое. А выходное напряжение по роду тока и разбросу просто ужасно. Но этот простейший преобразователь может вас выручить в какой-нибудь серьезной ситуации.
Смотрите видео изготовления инвертора
sdelaysam-svoimirukami.ru
Преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт: назначение, принцип работы, виды
Преобразователь напряжения с 12 на 220 В используют там, где есть необходимость подключения электрических устройств, потребляющих стандартный сетевой ток, к источнику переменного напряжения. Во многих случаях эта сеть бывает недоступна. Применение автономного бензинового генератора требует соблюдения правил его обслуживания: постоянный контроль за уровнем рабочего топлива, обеспечение вентиляции. Применение преобразователей в комплекте с автомобильными аккумуляторными батареями позволяет решить задачу оптимальным способом.
Назначение и принцип работы
Что такое преобразователь напряжения. Так называют электронный прибор, изменяющий величину входного сигнала. Он может использоваться в качестве устройства, повышающего или понижающего его значение. Входное напряжение после преобразования может изменить как свою величину, так и частоту. Такие устройства, изменяющие постоянное напряжение (преобразовывающие его) в выходной сигнал переменного тока, получили название инверторов.
Преобразователи напряжения находят применение как в виде автономного устройства, питающего потребителей энергией переменного тока, так и могут входить в состав других изделий: систем и источников бесперебойного питания, устройств повышения постоянного напряжения до необходимой величины.
Инверторы представляют собой генераторы напряжения гармонических колебаний. Источнику постоянного тока с помощью специальной схемы управления создается режим периодического переключения полярности. В результате на выходных контактах устройства, к которым подключена нагрузка, формируется сигнал переменного напряжения. Его величину (амплитуду) и частоту определяют элементы схемы преобразователя.
Управляющее устройство (контроллер) задает частоту переключения источника и форму выходного сигнала, а его амплитуду определяют элементы выходного каскада схемы. Они рассчитаны на максимальную мощность, которую потребляет нагрузка в цепи переменного тока.
Контроллер используется и для регулирования величины выходного сигнала, которое достигается управлением длительностью импульсов (увеличение или уменьшение их ширины). Информация об изменениях величины выходного сигнала на нагрузке поступает в контроллер по цепи обратной связи, на основании которой в нем формируется управляющий сигнал на сохранение необходимых параметров. Этот метод называется ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) сигналов.
В схемах силовых выходных ключей преобразователя напряжения 12В могут использоваться мощные составные биполярные транзисторы, полупроводниковые тиристоры, полевые транзисторы. Схемы контроллеров выполняются на микросхемах, представляющих собой уже готовые к работе устройства с необходимыми функциями (микроконтроллеры), специально разработанных для таких преобразователей.
Схема управления обеспечивает последовательность работы ключей для обеспечения на выходе инвертора сигнала, необходимого для нормальной работы устройств потребителя. Кроме того, управляющая схема должна обеспечивать симметрию полуволн выходного напряжения. Это особенно важно для схем, в которых на выходе используются повышающие импульсные трансформаторы. Для них недопустимо появление постоянной составляющей напряжения, которая может появиться при нарушении симметрии.
Существует много вариантов построения схем инверторов напряжения (ИН), но выделяют из них 3 основные:
- ИН бестрансформаторный мостовой;
- трансформаторный ИН с нулевым проводом;
- мостовая схема с трансформатором.
Каждая из них находит применение в своей области в зависимости от примененного в нем источника питания и требуемой выходной мощности для питания потребителей. В каждой из них должны быть предусмотрены элементы защиты и сигнализации.
Защита от понижения и повышения напряжения источника постоянного тока определяет диапазон работы инверторов “по входу”. Защита от повышенного и пониженного выходного переменного напряжения необходима для нормальной работы оборудования потребителя. Диапазон срабатывания устанавливается в соответствии с требованиями используемой нагрузки. Эти виды защиты обратимые, то есть при восстановлении параметров оборудования до нормы работа может быть восстановлена.
При срабатывании защиты вследствие короткого замыкания в нагрузке или чрезмерного возрастания выходного тока перед тем, как продолжить эксплуатацию оборудования, необходим тщательный анализ причин этого события.
Преобразователь 12В является наиболее приемлемым для создания локальной электросети. Наличие большого количества автомобилей и аккумуляторных батарей 12В постоянного тока позволяет их использовать для обеспечения запросов пользователей. Такие сети можно создавать в самых различных местах, начиная от собственного авто. Они мобильны и не зависят от места стоянки.
Разновидности преобразователей с 12 на 220 вольт
Простые преобразователи с 12 на 220 рассчитаны на небольшую мощность потребителей. Требования к качеству выходного питающего напряжения и к форме сигнала невысоки. Классические их схемы не используют микроконтроллеры ШИМ. Мультивибратор, собранный на логических элементах И-НЕ, формирует электрические импульсы частотой следования 100 Гц. Для создания противофазного сигнала используется D-триггер. Он делит частоту задающего генератора на 2. Противофазный сигнал в виде прямоугольных импульсов образуется на прямом и инверсном выходах триггера.
Этот сигнал через буферные элементы на логических элементах НЕ управляет выходной схемой преобразователя, построенной на ключевых транзисторах. Их мощность определяет выходную мощность инверторов.
Транзисторы могут быть составными биполярными и полевыми. В стоковые или коллекторные цепи включены половины первичной обмотки трансформатора. Его вторичная обмотка рассчитана на выходное напряжение 220 В. Так как триггер разделил частоту 100 Гц мультивибратора на 2, то частота выходного сигнала окажется 50 Гц. Такое ее значение необходимо для питания подавляющего количества бытового электро- и радиооборудования.
Все элементы схемы получают питание от аккумуляторной батареи автомобиля, используя дополнительные элементы стабилизации и защиты от высокочастотных помех. От них защищен и сам аккумулятор.
В схемах простых преобразователей не предусмотрены элементы защиты и автоматического регулирования. Частота выходного сигнала определяется выбором емкости конденсатора и сопротивления резистора, входящих в схему задающего генератора. В качестве простейшей защиты от короткого замыкания в нагрузке применяется плавкий предохранитель в цепи питающего схему автомобильного аккумулятора. Поэтому всегда необходимо иметь запасной комплект плавких вставок.
Более мощные современные преобразователи постоянного тока в переменный выполняются по другим схемам. ШИМ-контроллер задает режим работы. Он же определяет амплитуду и частоту выходного сигнала.
2000 Вт схема преобразователя (12 В+220 В+2000 Вт) для получения требуемой выходной мощности в своих выходных каскадах использует параллельное соединение силовых активных элементов. При такой схемотехнике токи транзисторов суммируются.
Но более надежным способом увеличения параметра мощности является объединение нескольких преобразователей DC/DC (постоянный ток/постоянный ток) в качестве входного сигнала общего инвертора DC/AC (постоянный ток/переменный ток), выход которого используется для подключения мощной нагрузки. Каждый из преобразователей DC/DC состоит из инвертора с трансформаторным выходом и выпрямителя этого напряжения. На выходных зажимах присутствует постоянное напряжение около 300 В. Все они по выходу соединены параллельно.
Получить от одного инвертора мощность более 600 Вт сложно. Вся схема устройства питается напряжением аккумуляторной батареи.
Такие схемы обеспечены всеми видами защиты, включая термозащиту. Температурные датчики крепятся на поверхности радиаторов выходных транзисторов. Они вырабатывают напряжение, зависящее от степени нагрева. Пороговое устройство сравнивает его с заданным на этапе проектирования и выдает сигнал на прекращение работы устройства с соответствующей сигнализацией. Каждый вид защиты снабжен своим сигнальным устройством, часто звуковым.
Применяется и дополнительное принудительное охлаждение при помощи установленного в корпусе воздушного кулера, который автоматически вступает в работу по команде соответствующего теплового датчика. Кроме того, корпус сам является надежным теплоотводом, так как выполнен из рифленого металла.
По форме сигнала выходного напряжения
Однофазные преобразователи напряжения можно разделить на две группы:
- с чистой синусоидой на выходе;
- с модифицированной синусоидой.
В инверторах первой группы высокочастотный преобразователь создает постоянное напряжение. Его величина по своему значению близка к амплитуде синусоидального сигнала, который требуется получить на выходе устройства. В мостовой схеме из этого постоянного напряжения путем широтно-импульсной модуляции контроллера и низкочастотного фильтра выделяется составляющая, по форме сильно приближающаяся к синусоиде. Выходные транзисторы открываются несколько раз в каждом полупериоде на время, изменяющееся по гармоническому закону.
Чистая синусоида необходима для устройств, на входе которых есть трансформатор или электродвигатель. Основная часть современных устройств допускает питание напряжением, форма которого приближенно напоминает синусоиду. Особенно низкие требования предъявляют изделия с импульсными блоками питания.
Трансформаторные устройства
Преобразователи напряжения могут содержать трансформаторы. В схемах инверторов они участвуют в работе задающих блокинг-генераторов, вырабатывающих импульсы, по форме приближающиеся к прямоугольным. В составе такого генератора используется импульсный трансформатор. Его обмотки включены так, чтобы создать положительную обратную связь, приводящую к созданию незатухающих колебаний.
Магнитопровод (сердечник) изготавливают из сплава, обладающего высокой пропускной способностью магнитного поля. Благодаря этому трансформатор работает в ненасыщенном режиме. Различные виды ферритов, пермаллой обладают этими свойствами.
На смену трансформаторным блокинг-генераторам пришли мультивибраторы. Они используют современную элементную базу и имеют более высокую, по сравнению с предшественниками, стабильность частоты. Кроме того, в схемах мультивибраторов изменение рабочей частоты генератора достигается простым способом.
В современных моделях инверторов трансформаторы работают в выходных каскадах. Через вывод от средней точки первичной обмотки к коллекторам или стокам использующихся в них транзисторов подводится напряжение питания от аккумулятора. Вторичные обмотки рассчитываются, используя коэффициент трансформации, на величину переменного напряжения 220 В. Такое его значение используется для питания большинства отечественных потребителей.
odinelectric.ru
Инвертор на транзисторе | Практическая электроника
Инвертор на транзисторе – прародитель цифровых микросхем. Именно в те далекие времена, благодаря транзистору, цифровая электроника стала развиваться быстрыми темпами.
Схема инвертора на простом ключе
Рассмотрим вот такую простенькую схемку:
Что мы здесь видим? Видим ключ, резистор и источник питания. Резистор R мы повесили для того, чтобы не было короткого замыкания в источнике питания, когда замыкается ключ S. На клемму +U мы подаем плюс питания, а на землю, соответственно, минус. В схеме возможны два варианта развития событий: ключ замкнут и ключ разомкнут. Давайте рассмотрим каждый из этих двух вариантов:
1) Ключ замкнут
В результате в цепи +U——-> R——-> S ——-> земля побежит электрический ток.
Будет ли в этом случае напряжение между клеммой “А” и землей?
Чешем свою репу и думаем… Так как ключ у нас замкнут, следовательно, в идеале его сопротивление 0 Ом. Вспоминаем закон Ома для участка цепи: I=U/R, отсюда U=IR. Получается, что падение напряжения на сопротивлении 0 Ом будет равно U=IR= I х 0 = 0 Вольт. Значит, напряжение между землей и клеммой “А” будет 0 Вольт. Получается, что напряжения на клемме “А” не будет.
2) Ключ разомкнут
Что в результате у нас будет на клемме “А”? Давайте также посчитаем по закону Ома. Мы знаем, что электрический ток бежит от плюса к минусу. Но так как у нас минус вообще не при делах, так как цепь разорвана ключом, следовательно, сила тока в цепи +U——->R——->клемма “А” будет равняться 0 Ампер. Значит, падение напряжения на резисторе R будет равняться U=IR=0 х R = 0 Вольт. Получается, что все полноценные +U Вольт доходят до клеммы “A”. Поэтому, на клемме “А” будет напряжение +U.
Транзистор вместо ключа
А почему бы нам не заменить ключ S транзисторным ключом? Вводя транзистор в режим насыщения или отсечки, мы можем управлять сопротивлением между коллектором и эмиттером.
Следовательно, в режиме отсечки схема примет вот такой вид:
а в режиме насыщения вот такой:
Хотя, если честно, падение напряжения в этом случае на коллекторе-эмиттере будет составлять доли Вольт, что на самом деле не критично.
Как мы видим, ключ на транзисторе у нас имеет Вход и Выход:
Допустим, мы на Вход не подаем никакого сигнала. Что будет на Выходе? Не подавая никакого сигнала на базу транзистора через резистор R1, в данном случае на Вход, у нас транзистор НЕ откроется и ключ будет разомкнут (как вы помните, для открытия мы должны подать на базу более 0,6-0,7 Вольт), поэтому на Выходе (клемма “А” ) у нас будет +U Вольт
Но если правильно рассчитать резистор R1 и подать сигнал, значение напряжения которого будет больше, чем 0,6-0,7 Вольт, то у нас транзистор войдет в режим насыщения и ключ будет замкнут
В этом случае на Выходе (на клемме “А”) у нас будет напряжение близкое к нулю.
Итак, что получаем? Подаем сигнал и имеем на выходе 0 Вольт, если НЕ подаем сигнал – имеем +U.
Такая схема в народе называется инвертором.
– Закрой окно.
– Я не расслышала, закрыть окно или открыть?
– Инвертируй!
Если за входной сигнал и +U взять напряжение, допустим, в 5 Вольт, и договориться, что значение напряжения близкое к 5 Вольтам принять за логическую единичку, а напряжение близкое к нулю принять за логический ноль, то можно вывести самую простую закономерность:
– подаем логическую единичку на вход, получаем логический ноль на выходе
– подаем логический ноль на вход, получаем логическую единичку на выходе
На осциллограмме все это будет выглядеть вот так:
Также в цифровой электронике есть такое понятие, как таблица истинности, которая показывает значение Выходов каких-либо логических элементов со всеми возможными комбинациями на Входе. Для нашего инвертора таблица истинности примет вот такой вид:
Рассчитываем инвертор на практике
Давайте построим инвертор на транзисторе КТ815Б, рассчитаем его и испытаем. +U возьмем 5 Вольт. На Вход также будем подавать управляющий сигнал в 5 Вольт. Вся схема у нас будет вот такая:
Как мы уже сказали, резистор R2 будет ограничивать силу тока в цепи +5 Вольт ——-> R2——-> коллектор——-> эмиттер——-> земля, когда транзистор будет полностью открыт, то есть будет находиться в режиме насыщения. Также R2 будет задавать силу тока через нагрузку в режиме отсечки, которую мы цепанем на Выход схемы. В принципе, резистора Ом на 500 вполне хватит, чтобы в цепи +U——->R2——->коллектор——->эмиттер——->земля в режиме насыщения протекал ток силой в 10 миллиАмпер (I=U/R= 5 В / 500 Ом = 10 мА)
Дело за малым. Надо рассчитать резистор R1. Для этого щелкаем на статью работа транзистора в режиме ключа, и берем из этой статьи формулы для расчета резистора R1.
Для начала рассчитываем базовый ток по формуле:
где
IБ – это базовый ток, в Амперах
kнас – коэффициент насыщения. В основном берут в диапазоне от 2-5. Он уже зависит от того, насколько глубоко вы хотите вогнать ваш транзистор в насыщение. Чем больше коэффициент, тем больше режим насыщения.
IK – коллекторный ток, в Амперах
β – коэффициент усиления тока транзистора, для расчетов берут минимальное значение в даташите или замеряют на практике
С помощью своего китайского транзистор-тестера я без труда замеряю β . Здесь он обозначается как hFE.
Теперь kнас берем 3, так как у нас будет типа переключающая схема. Iк у нас 10 миллиампер, это значение мы высчитывали выше. Считаем базовый ток:
Iб = (3 х 0,01) / 78 = 3,84 х 10-4 А
Так как управляющее напряжение у нас будет 5 Вольт, применяем закон Ома:
Iб = U/R1
R1 = U/Iб = 5 / 3,84 х 10-4 =1,3 х 104 Ом. Берем ближайший из ряда на 12 Килоом.
Следовательно, схема будет с такими параметрами:
Вот так она выглядит на макетной плате:
Давайте вместо нагрузки подцепим светодиод. Когда я НЕ подаю 5 Вольт на Вход, светодиод светится:
Когда беру 5 Вольт с другого блока питания и подаю на Вход схемы, то светодиод тухнет:
Как мы видим, схема работает.
Осциллограммы инвертора на транзисторе
Ну а теперь момент истины, смотрим осциллограммы. Желтый – входной сигнал амплитудой в 5 Вольт с китайского генератора частоты, а красный – выходной сигнал:
Подали прямоугольный сигнал в 5 Вольт и с частотой в 7 Килогерц, вышел прямоугольный сигнал в 5 Вольт 7 Килогерц. Выйти-то он вышел, но обратите внимание на то, что его фаза абсолютно противоположна фазе входного сигнала. Если взять 5 Вольт за логическую единичку, а 0 Вольт за логический ноль, то у нас получается, что загоняя единичку на вход, получаем ноль на выходе, и наоборот, загоняя ноль на вход, получаем единичку на выходе. Инвертор во всей своей красе 😉
Все, конечно, замечательно, но и здесь есть свои подводные камни. Дело все в том, что транзистор не может сразу быстро выключаться. Проблема заключается в физическом строении самого биполярного транзистора. Для выключения ему требуется некоторое время. В медленно переключающих схемах это не имеет значения, а вот схемы, которые работают на высоких частотах, уже будут иметь искажения. Вот осциллограмма выходного красного сигнала на частоте в 50 Килогерц :
А вот на частоте в 100 Килогерц:
Как видите, сигнал очень сильно искажается. Как же с этим бороться? Можно спроектировать ключ так, чтобы он переключался чуть выше границы насыщения. В этом случае коэффициент насыщения должен быть равен хотя бы единице. Но в этом случае у нас будет падать бОльшее напряжение между коллектором и эмиттером, что приведет к нагреву транзистора и лишним энергозатратам.
Второй вариант, использовать полевые транзисторы. Их еще называют МОП-транзисторы. Характеристики у МОПов намного лучше и энергозатраты на переключение даже меньше, чем у биполярных транзисторов. Поэтому в основном сейчас везде применяются МОП-транзисторы в роли ключей. Ну и самый пик моды – это IGBT-транзисторы. Может быть мы когда-нибудь дойдем и до них…
www.ruselectronic.com
Инвертор 12 в 220 своими руками — изготовление и принцип работы
Бывают совершенно различные ситуации, когда хозяину в бытовых условиях необходимо создать новый преобразователь напряжения. Основным назначением данного устройства является обеспечение величины в сетевом напряжении со значением 220 В от исходных значений в 12 Вт. Инвертор 12 в 220 своими руками изготавливается большинством любителей, поскольку хороший качественный преобразователь достаточно дорогой. Перед сборкой устройства следует разобраться с принципом работы его, чтобы иметь представление о механизме его эксплуатации.
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.
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.
Схема и принцип работы инвертора 12 220
Основная часть радиодеталей, использующих инверторы, используют в работе высокие частоты. Импульсный инвертор в полной мере заменяет классическую схему, в которой применяются трансформаторы. Микросхему К561ТМ2 формируют два D-триггера, у которых присутствует вход R и S. Такая микросхема создается с учетом использования КМОП-технологий, посредством заключения в пластиковый корпус.
Задающие генераторы инверторов монтируются с учетом К561ТМ2, с использованием для функционирования устройства DD1. На делитель частот осуществляется монтирование триггера DD1.2. Усилительные каскады принимают сигнал с микросхем.
Для эксплуатации выполняется подбор транзисторов КТ827. Если они отсутствуют, то подойдет транзистор типа КТ819 ГМ либо полевой полупроводник — IRFZ44.
Генераторы с синусоидой для инвертора 12 220 В работают на высоких частотах. Чтобы образовать контур с размером 50 Гц, используют вторичную обмотку с параллельным подсоединением конденсаторов и нагрузок. Подключая любое устройство, инверторы создают преобразовательное напряжение в 220 В.
Схема обладает одним существенным недостатком — несовершенной формой параметров на выходах.
Говоря о том, как работает инвертор 12 220, стоит указать что микросхему К561ТМ2 дублирует К564ТМ2. Увеличить мощность на преобразователе можно путем подбора более интенсивного транзистора. Важно учитывать то факт, какие конденсаторы устанавливаются на выходах. Они обладают напряжением 250 В.
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.
Как устроен инвертор для ламп дневного света
Чтобы изготовить преобразователь, который позволит осветить помещение любых размеров или авто достаточно использовать схему сборки своими руками. Импульсные преобразователи VOLTSL относятся к двухтактным. Они смонтированы на блоках питания TL 494 (КС 1114ЕУ4). Микросхемы управляются силовыми частями блока питания и состоят из:
- генератора напряжения;
- источника, стабилизирующего напряжение;
- двух транзисторов на выходных источниках электротока, емкость которых составляет 0,7 мм и 0,1 В.
Чтобы выполнить монтаж необходимо предусмотреть приобретение выпрямительных диодов и трансформатора от блока питания. Следует разобраться с вопросом о перемотке трансформаторов. Выполняя данную работу самостоятельно следуют рассчитать до 100 кГц. Приобретается каждый резистор, с учетом схемы R1 и R2, создающий проход импульса тока у выхода. Рабочую частоту формируют при создании цепи С1 и R3. Монтируются диоды HR307, если же они отсутствуют, то используют HER304. Достаточно хорошо зарекомендовали себя диоды КД213. Подбор конденсаторов осуществляется имеющих различную емкость. Спаянные микросхемы помещаются в панели. Схемы могут функционировать на протяжении четырех часов — конструкция транзисторов при этом не перегревается, и в настройке они не нуждаются.
Трансформаторы подлежат самостоятельным намоткам. Поэтому необходимо заблаговременно запасаться ферритовыми кольцами, диаметр которых составляет 30 мм. В основе используется пропорция витков на намотке 1:120, тогда как 1:1 является первичной обмоткой, а 20 составляет 200 витков со вторичным покрытием.
Изначально выполняется намотка вторичной обмотки с применением провода, у которого сечение составляет 0,4 мм. На следующем этапе создается первичное покрытие, которое состоит из 2 половинок по десять витков на каждой из них. Многожильный мягкий провод в диаметре 0,8 мм используется для создания полуобмотки. Чтобы переделать трансформатор допускается использование устройства для 12-вольтовой лампы, , которая подсвечивает потолок. Снимается вторичная обмотка, а полуобмотка создается при наматывании покрытий, когда провод вдвое сложенный. После этого соединяющее место разрезается, а каждый конец проводов спаивается совместно, благодаря чему происходит формирование центра обмотки.
Для бесперебойной работы необходимо использование мощных металлических проводников или полевых транзисторов IRFL44N LRF46N. Для преобразователей устанавливаются диоды HER307 и КД213. В качестве конденсаторов применяются компьютерные блоки питания, с диаметром в 18 мм.
При длительных работах происходит нагрев транзисторов, установка радиаторов не осуществляется. Если предполагается его использование, то фланцы на транзисторном корпусе не стоит заворачивать через резисторы. Следует использовать шайбу и прокладочные изолирующие материалы от блоков питания ПК.
Инверторы надежным образом защищаются от перегрузки, если на выходах выполняется установка предохранителя и диода. Важно, чтобы соблюдение правил техники безопасности четко выполнялось: то есть необходимо избегать высоких напряжений. Заряды в конденсаторах могут храниться на протяжении 24 часов. Разрядку осуществляют при помощи накаливающих ламп на 220 В.
Инвертор своими руками 12 в 220 можно изготовить согласно простой схемы. Такое устройство считается достаточно удобным аппаратом, который позволяет получать напряжение в 220 В. Любые приборы, изготавливаемые в домашних условиях, в некоторых ситуациях абсолютно ничем не уступают заводским изделиям, а в некоторых случаях даже превосходят их.
Видео «Создание преобразователя для ламп дневного света»
pro-instrymenti.ru
Самый простой инвертор 1,5 В – 220 В
Я не встречал схемы инвертора проще чем эта. Для повторения вам понадобиться минимум деталей – их не более 10 штук. Для получения напряжения на выходе 220 вольт нам понадобиться одна пальчиковая батарейка напряжением 1,5 вольта.
Инверторы необходимы там, где нет возможности подключиться к сети 220 вольт. Инверторы делятся на два типа: одни имеют на выходе синусоидальную напряжение частотой 50 Гц и подходят практически для питания любой нагрузки. Другие модифицированные имеет на выходе высокую частоту, порядка 500-10000 Гц и не всегда синусоидальную форму волны.
Инверторы с синусоидальной частотой 50 Гц дорогостоящие, так как для формирования синусоидального импульса 50 Гц нужен большой трансформатор или имитационный блок электроники.
Простейший инвертор который будем делать мы относится ко второй группе. И подходит для питания различных импульсных блоков питания, таких как зарядник для телефона, энергосберегающая лампочка – люминесцентная или светодиодная.
Требуемые компоненты
Трансформатор 220В – 6В. Можно выдрать из старого магнитофона, приемника, и т.п. или купить тут — aliexpress
Корпус батареи AA — 1 — aliexpress
Переключатель — 1 — aliexpress
Печатная плата — 1 — aliexpress
BC547 транзистор (отечественный аналог КТ3102, КТ315) — 1 — aliexpress
BD140 Транзистор с радиатором (отечественный аналог КТ814, КТ816) – 1 — aliexpress
Конденсатор 0.1 мкФ – 1- aliexpress
30 кОм резистор — 1 — aliexpress
Инструменты:
Паяльник, если вдруг у вас нет возьмите тут — aliexpress
Схема
Знакомство с инвертором начнем со схемы. Это обычный мультивибратор на составном транзисторе. В результате получается генератор на выходе которого стоит повышающий трансформатор.
Собираем схему. Плата макетная, с большим количеством отверстий. Вставляем детали и запаиваем их перемычками по схеме.
Проверка работы
Если все компоненты схемы исправны, и схема собрана без ошибок, то инвертор начинает работать сразу и в настройке не нуждается.
На выход инвертора подключаем энергосберегающую лампу. Вставляем батарейку и замыкаем выключатель. Лампочка загорелась.
Конечно её яркость ниже чем при питании от сети, но то что она работает от элемента напряжением 1,5 вольта — это прорыв!
Естественно, как и везде тут действует закон сохранения энергии. Исходя из которого следует, что ток в цепи батарейки будет в несколько раз выше чем в цепи лампочки. В общем батарейка должна быть обязательно алкалиновая, тогда есть шанс, что она будет работать немного подольше.
При монтаже и работе с инвертором будьте особо осторожны, напряжение 220 вольт опасно для жизни. И, поверьте, батарейки в 1,5 вольта хватит, чтобы нанести человеку поражающий удар током, и даже вызвать остановку сердца. Как известно, для этого достаточно пропустить через человека порядка 100 мА, на что вполне способен данный инвертор.
sdelaysam-svoimirukami.ru