Збірка саморобного перетворювача з 12 В на 220 В в домашніх умовах із мінімумом компонентів. Такий пристрій буде корисно для підключення побутових приладів в автомобілі.
Для підключення електричного приладу в домашню мережу вистачить одного мережевого фільтра або блоку безперебійного живлення. Ці прилади вбережуть техніку від стрибків напруги. Але як бути у випадку сильного провисання напруги в мережі, або в тому випадку, якщо електромережа передбачає використання більш високого іл низького вольтажу. Для таких ситуацій можна зібрати саморобний перетворювач електричного струму з 12В на 220В. Щоб його зробити, необхідно розібратися в базових принципах роботи даного пристрою.
Перетворювачі та їх типи
Перетворювачем називають пристрій, який здатний підвищувати або знижувати напругу електричної ланцюга. Так можна змінити вольтаж ланцюга з 220В на 380В, і навпаки. Розглянемо принцип побудови перетворювача з 12В на 220В.
Дані пристрої можна розбити на кілька класів/типів, в залежності від їх функціонального призначення:
- Випрямлячі. Працюють за принципом перетворення змінного в постійний струм.
- Інвертори. Працюють у зворотному порядку, перетворюючи постійний струм в змінний.
- Перетворювачі частоти. Змінюють частотні характеристики струму в ланцюзі.
- Перетворювачі напруги. Змінюють напруги в більшу або меншу сторону. Серед них розрізняють:
- Імпульсні блоки живлення.
- Джерела безперебійного живлення (ДБЖ).
- Трансформатори напруги.
Також всі пристрої діляться на дві групи — за принципом управління:
Поширені схеми
Щоб перетворити напруга одного рівня до іншого, використовують імпульсні перетворювачі з встановленими індуктивними накопичувачами енергії. Виходячи з цього, розрізняють три типи схем перетворення:
- Інвертують.
- Підвищують.
- Понижуючі.
У всіх перерахованих схемах використовуються електричні компоненти:
Комбінування даних елементів в певній послідовності дозволяє побудувати будь-яку з перерахованих вище схем.
Простий імпульсний перетворювач
Самий елементарний перетворювач можна зібрати з непотрібних деталей від старого системного блоку комп’ютера. Суттєвий недолік даної схеми — вихідна напруга 220В далеко від ідеалу по своїй формі синусоїди, має частоту, яка перевищує стандартні 50 Гц. Не рекомендується підключати до такого апарату чутливу електроніку.
В даній схемі застосовано цікаве технічне рішення. Для підключення до перетворювача техніки з імпульсними блоками живлення (наприклад, ноутбук) використовують випрямлячі з конденсаторами на виході з пристрою. Єдиний мінус — адаптер буде працювати тільки в разі збігу полярності вихідної напруги розетки з напругою випрямляча, вбудованого в адаптер.
Для простих споживачів енергії підключення можна здійснити безпосередньо до виходу трансформатора TR1. Розглянемо основні компоненти даної схеми:
- Резистор R1 і конденсатор C2 — задають частоту роботи перетворювача.
- ШІМ-контролер TL494. Основа всієї схеми.
- Силові польові транзистори Q1 і Q2 — використовуються для більшої ефективності. Розміщуються на алюмінієвих радіаторах.
- Транзистори IRFZ44 можна замінити близьким за характеристиками IRFZ46 або IRFZ48.
- Діоди D1 та D2 також можна замінити на FR107, FR207.
Якщо в схемі передбачається використання одного загального радіатора, необхідно встановити транзистори через ізоляційні прокладки. За схемою, вихідний дросель намотують на феритове кільце від дроселя, яке також витягують з блоку живлення комп’ютера. Первинну обмотку виготовляють з дроту 0,6 мм. Вона повинна мати 10 витків з відведенням від середини. Поверх неї намотують вторинну обмотку, яка складається з 80 витків. Вихідний трансформатор можна також вилучити з непотрібного ДБЖ.
Схема дуже проста. При правильній збірці вона починає працювати відразу, не вимагає точного налаштування. Віддавати в навантаження вона зможе струм до 2,5 А, але оптимальним режимом роботи буде струм не більше 1,5 А — а це понад 300 Вт потужності.
ЦІКАВО: В магазині подібний перетворювач коштує в районі 3-4 тисяч рублів.
Схема перетворювача з виходом змінного струму
Дана схема відома ще радіоаматорам СРСР. Однак це не робить її неефективною. Навпаки, вона дуже добре себе зарекомендувала, а головний її плюс — отримання стабільного змінного струму з напругою 220В і частотою 50 Гц.
В якості генератора коливань виступає мікросхема К561ТМ2, що представляє з себе D-тригер здвоєного типу. Цей елемент можна замінити закордонним аналогом CD4013.
Сам перетворювач має два силових плеча, побудованих на біполярних транзисторах КТ827А. Вони мають один суттєвий недолік порівняно з новими польовими транзисторами — дані компоненти сильно нагріваються у відкритому стані, що відбувається з-за високих показників опору. Перетворювач працює на низькій частоті, тому в трансформаторі використовують потужний сталевий сердечник.
В даній схемі використовується старий мережевий трансформатор TC-180. Він, як і інші інвертори на основі нескладних ШІМ-схем, видає значно відрізняється синусоїдальну форму напруги. Однак цей недолік трохи згладжується великою індуктивністю обмоток трансформатора і вихідним конденсатором С7.
ВАЖЛИВО: Іноді трансформатор може видавати відчутний гул під час роботи. Це говорить про неполадки в роботі схеми.
Простий інвертор на транзисторах
Ця схема не сильно відрізняється від представлених вище. Основна відмінність — використання генератора прямокутних імпульсів, побудованого на біполярних транзисторах.
Головна перевага даної схеми полягає в здатності перетворювача зберігати працездатність навіть на сильно посаджене акумуляторі. При цьому діапазон вхідної напруги може перебувати в межах від 3.5 до 18В. Але є й мінуси такого інвертора. Так як у схемі відсутній який-небудь стабілізатор на виході, то можливі осідання напруги, наприклад, при розрядці акумулятора. Так як дана схема також є низькочастотної, трансформатор для неї підбирають, аналогічний встановленого в інверторі на основі мікросхеми К561ТМ2.
Удосконалення схем інверторів
Зазначені вище схеми не йдуть у порівняння з заводськими виробами. Вони прості і слабо функціональні. Для поліпшення їх характеристик можна вдатися до досить нескладним переробок, підвищує показники пристрою.
УВАГА: Будь монтаж електрики та електроніки проводиться при відключеному джерелі живлення. Перед перевіркою схеми продзвонити всі входи і виходи мультиметром — це дозволить уникнути неприємних наслідків.
Збільшення вихідної потужності
Розглянуті вище схеми базуються на одній основі — первинна обмотка трансформатора підключається через ключовий компонент (вихідний транзистор плеча). Вона з’єднується з входом джерела живлення на час, заданий частотою і шпаруватістю задаючого генератора. При цьому генеруються імпульси магнітного поля, що збуджують у вторинній обмотці трансформатора синфазні імпульси з напругою, рівним напрузі на первинній обмотці, помноженому на відношення числа витків в обмотках.
Відповідно, струм проходить через вихідний транзистор. При цьому він дорівнює струму навантаження, помноженій на зворотне співвідношення витків (коефіцієнт трансформації). Виходить, що той максимальний струм, який може пропускати через себе транзистор, задає максимальну потужність перетворювача.
Для збільшення вихідної потужності використовують два методи:
- Встановлення більш потужного транзистора.
- Використання паралельного підключення декількох малопотужних транзисторів в одне плече.
Для саморобного перетворювача краще використання другого способу, так як він дозволяє зберігати працездатність пристрою при виході з ладу одного з транзисторів. До того ж, подібні транзистори стоять менших грошей.
За умови відсутності внутрішнього захисту від перевантаження, цей спосіб значно підвищує живучість перетворювача. Також зменшується загальний нагрівання внутрішніх компонентів при роботі на колишній навантаженні.
Автоматичне відключення при розряді акумулятора
Зазначені схеми мають один суттєвий недолік. В них не передбачений компонент, який зможе автоматично відключити перетворювач у разі критичного падіння напруги. Але вирішити цю проблему досить просто. Досить встановити звичайної автомобільне реле в якості автоматичного вимикача.
Реле має власне критичне напруження, при якому відбувається замикання його контактів. За допомогою підбору опору резистора R1, яке буде становити приблизно 10% від опору обмотки реле, налаштовують момент розриву контактів. Цей варіант продемонстровано на схемі.
Цей варіант досить примітивний. Для стабілізації роботи перетворювач доповнюють простою схемою управління, підтримує поріг відключення набагато краще і точніше. Налаштування порогу спрацьовування в цьому випадку розраховується методом підбору резистора R3.
Виявлення несправностей інвертора
Описані вище схеми часто мають два специфічних дефекту:
Розглянемо способи діагностики даних несправностей:
- Відмова в роботі всіх плечей перетворювача або відмова ШІМ-генератора. Перевірити поломку можна за допомогою діода. Робочий ШІМ буде показувати пульсацію на діоді при підключенні його до затворам транзисторів. Також варто перевірити цілісність обмотки трансформатора «обрив» при наявності керуючого сигналу.
- Сильна просадка в напрузі — головна ознака того, що одне силове плече варто працювати. Знайти поломку не складно. На отказавшем транзисторі буде холодний радіатор. Для лагодження потрібно замінити ключ інвертора.
Висновок
Зробити перетворювач в домашніх умовах не складно. Головне — дотримуватися послідовність з’єднань і грамотно підбирати компоненти. Найкраще збирати перетворювач з вбудованими механізмами захисту, які убезпечать пристрій при падінні напруги в акумуляторі.
