Преобразователь напряжения 12/220. Преобразователь напряжения своими руками

Преобразователь 12/220 необходим, например, при поездках на дачу. Особенно это актуально для случаев, когда нет электропроводки. Приходится использовать инвертор, который преобразует постоянное напряжение 12 вольт в переменное 220. Конечно, емкости аккумулятора вряд ли хватит надолго. Но если имеется устройство, которое позволяет восполнять заряд аккумулятора, ресурс увеличится в несколько раз. Очень часто инверторы используются с ветрогенераторами, а также в паре с солнечными батареями.

Купить или самому сделать?

Конечно, приобрести готовый инвертор – это не проблема. В любом магазине электротоваров выбор их просто огромен. И они отличаются по мощности, стоимости, вариантам исполнения. Но вот цена инвертора мощностью около 0,5 кВт составит не менее трех тысяч рублей – а это внушительная сумма. Причем подключить к нему много оборудования вряд ли получится.

Поэтому некоторые владельцы автомобилей, у которых появляется свободный аккумулятор, задумываются над тем, как самостоятельно изготовить преобразователь напряжения. В статье будут рассмотрены различные конструкции преобразователей, которые получили широкое распространение у электротехников.

Простейший преобразователь импульсного типа

Вся элементная база берется от старого компьютерного блока питания. Сложностей при повторении конструкции возникнуть не должно. Единственный недостаток этого устройства заключается в том, что с трансформатора снимается переменное напряжение 220 В, но с частотой намного больше, чем в сети переменного тока (50 Гц). Да и форма далеко не синусоидальная, скорее ступенчатая. По этим причинам нельзя к инвертору производить подключение электродвигателей или чувствительной электроники. Но можно сделать несколько усовершенствований, которые позволят производить подключение техники с импульсными блоками питания. Для этого к выходу трансформатора нужно подключить выпрямитель и сглаживающие конденсаторы.

Только в этом случае можно без опаски запитать ноутбук или персональный компьютер, телевизор или иную технику. Но работать блок питания ноутбука, например, будет только в том случае, если выходное напряжение будет совпадать с тем, которое протекает в адаптере. Поэтому нужно сразу наметить положение вилки относительно розетки, в котором сможет работать инвертор.

Описание схемы простейшего импульсного преобразователя

Если вам нужно произвести подключение лампы накаливания, паяльника, то можно делать это непосредственно к вторичной обмотке трансформатора. Схема построена на ШИМ-контроллере типа TL494, он распространен в приборах такого типа. При помощи конденсатора С2 и резистора R1 задается частота, на которой работает преобразователь. Обратите внимание на то, что номиналы могут незначительно отличаться от тех, которые приведены на схеме. Обратите внимание, что инвертор позволяет повысить напряжение с 12 до 220. Преобразователем тока он тоже является – из постоянного делает переменный (почти идеальную синусоиду).

Чтобы повысить эффективность работы конструкции, в схему включены два плеча, собранных на транзисторах полевого типа, они обозначены Q1 и Q2. Они обязательно должны устанавливаться на отдельных радиаторах из алюминия. В том случае, если применяется один общий радиатор, необходимо устанавливать транзисторы с изоляционными прокладками. На схеме указаны транзисторы типа IRFZ44, но их можно заменить на IRFZ46 или даже IRFZ48, так как у них у всех параметры довольно близкие по значению.

Трансформатор и диоды

Трансформатор, установленный на выходе, необходимо наматывать на ферритовом кольце. Это кольцо можно снять все в том же блоке питания от персонального компьютера. Для первичной обмотки применяется провод в лаковой изоляции сечением 0,6 мм. Наматывается 10 витков, и от середины делается отвод. Сверху нужно намотать вторичную обмотку, она должна содержать 80 витков. Вместо него можно использовать готовый трансформатор, который устанавливается в серийных источниках бесперебойного питания.

Высокочастотные диоды, используемые в конструкции, можно заменить аналогичными с маркировкой FR107 или FR207. При правильно проведенном монтаже схема заработает сразу же после включения, никакой настройки не потребуется. Выходной ток может составить не более 2,5 А, но лучше, чтобы конструкция работала при токе не больше 1,5 А (подключение нагрузки мощностью примерно 300 Вт). Можно сказать, что вы собрали из металлолома устройство, китайский аналог которого стоит порядка 3-4 тыс. руб.

Преобразователь с выходом переменного тока

Это один из простых преобразователей 12/220 В, схема которого рекомендуется к повторению начинающим радиолюбителям. Эта конструкция собирается полностью на отечественной элементной базе, которая является относительно устаревшей. Но все равно эффективность у нее достаточно высокая – на выходе получается напряжение с практически идеальным синусом, а частота четко 50 Гц. Поэтому такая схема сгодится для питания любой бытовой аппаратуры, а не только паяльника и ламп.

Генератор собирается на микросхеме марки К561ТМ2 – это D-триггер сдвоенного типа. Существует зарубежный аналог с маркировкой CD4013 – эти микросхемы взаимозаменяемы, и переделка схемы не требуется.

На биполярных транзисторах собраны два плеча. В схеме используются транзисторы КТ827А, которые имеют существенный недостаток в сравнении с более современными полевиками. У них очень высокое сопротивление, когда происходит открытие перехода. Именно поэтому они сильнее нагреваются при работе.

Особенности конструкции и работы преобразователя

Из-за того, что работа преобразователя происходит на низких частотах, у трансформатора должен быть сердечник из стали. Рекомендуется применять силовой трансформатор, который использовался в отечественных цветных телевизорах (на лампах). Это ТС-180 и аналогичные. Как и большинство других инверторов, построенных на простых ШИМ-модуляторах, эта конструкция способна выработать синусоиду, но не очень качественную – на графиках работы можно видеть заметные ступени.

Чтобы сгладить эти пульсации, устанавливается конденсатор, на схеме он обозначен С7. Высокая индуктивность обмоток трансформатора тоже позволяет существенно сгладить пульсации, но неизбежно появится гудение. Стоит отметить, что гул от трансформатора – это норма, а не признак поломки.

Схема простого инвертора на полевых транзисторах

Работает инвертор, построенный по такой схеме, по тем же принципам, что и два предыдущих. Мультивибратор, собранный по классической схеме на полевых транзисторах, обеспечивает высокую эффективность.

Преимущество этой схемы перед остальными заключается в том, что она работоспособна даже при сильном разряде аккумуляторной батареи. Входное напряжение может колебаться в большом диапазоне – от 3,5 до 18 В. Но есть и недостаток – нет стабилизации выходного напряжения. Поэтому при разрядке аккумуляторной батареи на выходе напряжение тоже будет уменьшаться. В конструкции используется трансформатор низкочастотного типа, как и в инверторе на микросхеме К561ТМ2.

Как увеличить мощность устройства

Но иногда мощности не хватает, нужно увеличить ее в два и более раз. Какие изменения при этом нужно внести в схему? Напомним, что все конструкции, рассмотренные в статье, работают по одинаковым принципам: через электронный ключ на транзисторе происходит соединение первичной обмотки трансформатора с входом, на который подается питание. Причем коммутируется эта цепочка на время, которое задается скважностью и частотой генератора (мультивибратора). Изготовить по нижеприведенной схеме можно преобразователь напряжения 12/220 своими руками.

Происходит генерация импульсов магнитного поля. Они во вторичной обмотке возбуждают импульсы синфазного типа. При этом напряжение на выходе равно произведению коэффициента трансформации и напряжению на первичной обмотке.

Отсюда можно сделать вывод, что ток, который протекает через транзистор, установленный на выходе, равен произведению аналогичной характеристики нагрузки и коэффициента трансформации. Мощность преобразователя с 12 на 220 вольт определяет максимальный ток, который может пропустить выходной транзистор. И вот теперь, зная всю теорию, можно приступить к увеличению мощности прибора на практике. Можно применить два способа:

1. Произвести замену на более мощные транзисторы.
2. Включить в одном из плеч параллельно установленным аналогичные транзисторы.

Второй способ на практике реализовать намного проще, так как мощные транзисторы (тем более полевые) стоят очень дорого. И окажется дешевле купить готовый инвертор. Схема преобразователя 12/220 простая, ее можно модернизировать. Кроме того, сразу же появится несколько плюсов. Например, при выходе из строя одного транзистора вся схема останется работоспособной. Надежность конструкции повысится, особенно это актуально для простых самоделок, у которых отсутствует встроенная защита от перегрузки. Также существенно снизится максимальная температура нагрева транзисторов.

Отключение при падении напряжения

Если вы используете в конструкции аккумуляторную батарею, которая параллельно работает в автомобиле, то рекомендуется позаботиться о том, чтобы автоматически отключался при низком заряде преобразователь с 12 на 220. Своими руками собрать простую схему отключения несложно. Если разрядится аккумулятор полностью, то вы не сможете завести двигатель даже с буксира. Поэтому внедрите в схему простой элемент – электромагнитное реле. Такие используются в автомобилях, поэтому найти его не составит труда.

У реле есть нижнее пороговое значение напряжения, при котором происходит замыкание контактов. Чтобы настроить более точно момент, необходимо подбирать сопротивление резистора R1. Оно должно быть равно сопротивлению обмотки реле, помноженному на коэффициент 0,1. Внедрить такую доработку можно без особого труда в преобразователь с 12 на 220. Своими руками подключить реле и резистор сможет даже начинающий электрик.

Но такая схема примитивна, и эффективность у нее крайне низкая, лучше воспользоваться модернизированной, она поддерживает точнее порог отключения батареи от инвертора.

Поиск поломок и их устранение

Самые распространенные поломки – это низкое напряжение на выходе или его отсутствие. Может такая неисправность в преобразователях напряжения 12/220 В возникнуть по следующим причинам:

1. Поломка ШИМ-модулятора или полный отказ обоих плеч инвертора. Вторая поломка встречается крайне редко. Чтобы осуществить проверку, можно воспользоваться простейшим пробником на светодиоде. В том случае, если ШИМ-модулятор исправен, светодиод будет часто вспыхивать. Желательно проверить целостность всех соединений и обмотки трансформатора.
2. Слишком низкое напряжение на выходе – это признак того, что вышло из строя одно плечо. Признак поломки транзистора – это низкая температура радиатора, на котором он установлен.

Все неисправности, которые возникают в схемах, приведенных в статье, устраняются достаточно быстро. И стоимость ремонта таких преобразователей напряжения 12/220 В низкая – все запчасти можно найти буквально на свалке.