Пробуем сделать преобразователь напряжения самостоятельно. Высокое напряжение и не только Схемы преобразователей напряжения 12в 220в

Купить готовое устройство не составит проблем – в автомагазинах можно найти (импульсные преобразователи напряжения) различной мощности и цены.

Однако, цена подобного устройства средней мощности (300-500 Вт) составляет несколько тысяч рублей, а надежность многих китайских инверторов достаточно спорна. Изготовление своими руками простого преобразователя – это не только способ ощутимо сэкономить, но и возможность улучшить свои знания в электронике. В случае отказа же ремонт самодельной схемы окажется ощутимо проще.

Простой импульсный преобразователь

Схема этого устройства очень проста , а большинство деталей могут быть извлечены из ненужного блока питания компьютера. Конечно, у нее есть и ощутимый недостаток – получаемое на выходе трансформатора напряжение 220 вольт далеко по форме от синусоидального и имеет частоту значительно больше, чем принятые 50 Гц. Напрямую подключать к нему электродвигатели или чувствительную электронику нельзя.

Для того, чтобы иметь возможность подключать к этому инвертору содержащую импульсные блоки питания технику (например, блок питания ноутбука), применено интересное решение – на выходе трансформатора установлен выпрямитель со сглаживающими конденсаторами . Правда, работать подключенный адаптер сможет только в одном положении розетки, когда полярность выходного напряжения совпадет с направлением встроенного в адаптер выпрямителя. Простые потребители типа ламп накаливания или паяльника можно подключать непосредственно к выходу трансформатора TR1.

Основа приведенной схемы – это ШИМ-контроллер TL494, наиболее распространенный в таких устройствах. Частоту работы преобразователя задают резистор R1 и конденсатор C2, их номиналы можно брать несколько отличающимися от указанных без заметного изменения в работе схемы.

Для большей эффективности схема преобразователя включает в себя два плеча на силовых полевых транзисторах Q1 и Q2. Эти транзисторы нужно разместить на алюминиевых радиаторах, если предполагается использовать общий радиатор – устанавливайте транзисторы через изоляционные прокладки. Вместо указанных на схеме IRFZ44 можно использовать близкие по параметрам IRFZ46 или IRFZ48.

Выходной дроссель наматывается на ферритовом кольце от дросселя, также извлекаемого из компьютерного блока питания. Первичная обмотка мотается проводом диаметром 0,6 мм и имеет 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывается вторичная обмотка, содержащая 80 витков. Также можно взять выходной трансформатор из сломанного источника бесперебойного питания.

Читайте так же: Рассказываем про устройство сварочного трансформатора

Вместо высокочастотных диодов D1 и D2 можно взять диоды типов FR107, FR207.

Так как схема очень проста, после включения при правильном монтаже она начнет работать сразу и не потребует никакой 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.

Готовый инвертор такой мощности стоил бы порядка трех-четырех тысяч рублей .

Эта схема выполнена на отечественных комплектующих и достаточно стара, но это не делает ее менее эффективной. Главное ее достоинство – это получение на выходе полноценного переменного тока с напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц.

Здесь генератор колебаний выполнен на микросхеме К561ТМ2, представляющей собой сдвоенный D-триггер. Она является полным аналогом зарубежной микросхемы CD4013 и может быть заменена ей без изменений в схеме.

Преобразователь также имеет два силовых плеча на биполярных транзисторах КТ827А. Их главный недостаток по сравнению с современными полевыми – это большее сопротивление в открытом состоянии, из-за чего нагрев при той же коммутируемой мощности у них сильнее.

Так как преобразователь работает на низкой частоте, трансформатор должен иметь мощный стальной сердечник . Автор схемы предлагает использовать распространенный советский сетевой трансформатор ТС-180.

Как и другие инверторы на основе простых ШИМ-схем, этот преобразователь имеет на выходе достаточно отличающуюся от синусоидальной форму напряжения, но это несколько сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7. Также из-за этого трансформатор во время работы может издавать ощутимый гул – это не является признаком неисправности схемы.

Простой инвертор на транзисторах

Этот преобразователь работает по тому же принципу, что и перечисленные выше схемы, но генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) в нем построен на биполярных транзисторах.

Особенность этой схемы в том, что она сохраняет работоспособность даже на сильно разряженном аккумуляторе: диапазон входных напряжений составляет 3,5…18 вольт. Но, так как в ней отсутствует какая-либо стабилизация выходного напряжения, при разрядке аккумулятора будет одновременно пропорционально падать и напряжение на нагрузке.

Так как эта схема также является низкочастотной, трансформатор потребуется аналогичный используемому в инверторе на основе К561ТМ2.

Усовершенствования схем инверторов

Приведенные в статье устройства крайне просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами . Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным переделкам, которые к тому же позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.

Читайте так же: Делаем сварочный полуавтомат своими руками

Увеличение выходной мощности

Все описанные устройства работают по одному принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора соединяется с входом 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.

Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Именно максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, и определяет максимальную мощность преобразователя.

Существуют два способа увеличения мощности инвертора: либо применить более мощный транзистор, либо применить параллельное включение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как позволяет не только применить более дешевые детали, но и сохраняет работоспособность преобразователя при отказе одного из транзисторов. В отсутствие встроенной защиты от перегрузок такое решение значительно повысит надежность самодельного прибора. Уменьшится и нагрев транзисторов при их работе на прежней нагрузке.

На примере последней схемы это будет выглядеть так:

Автоматическое отключение при разряде аккумулятора

Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его при критическом падении напряжения питания, может серьезно подвести Вас , если оставить такой инвертор подключенным к аккумулятору автомобиля. Дополнить самодельный инвертор автоматическим контролем будет крайне полезно.

Простейший автоматический выключатель нагрузки можно сделать из автомобильного реле:

Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором замыкаются его контакты. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет составлять около 10% от сопротивления обмотки реле) настраивается момент, когда реле разорвет контакты и прекратит подачу тока на инвертор.

ПРИМЕР : Возьмем реле с напряжением срабатывания (U р) 9 вольт и сопротивлением обмотки (R о) 330 ом. Чтобы оно срабатывало при напряжении выше 11 вольт (U min) , последовательно с обмоткой нужно включить резистор с сопротивлением R н, рассчитываемым из условия равенства U р / R о =(U min — U р)/ R н. В нашем случае потребуется резистор на 73 ома, ближайший стандартный номинал – 68 ом.

Конечно, это устройство крайне примитивно и является скорее разминкой для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить несложной схемой управления, которая поддерживает порог отключения гораздо точнее:

Можно буквально из подручных материалов. За основу можно взять даже блоки от простого источника бесперебойного питания - он, по сути, является двойным преобразователем - сначала происходит снижение напряжения до 12 В, чтобы обеспечить зарядку аккумулятора.

А после производится повышение напряжения до 220 В, преобразование тока из постоянного в переменный. Использоваться подобные устройства могут для питания бытовой аппаратуры вне дома - дрели, болгарки, телевизоры и т. д. Изготовить самостоятельно такое устройство несложно, да и выйдет себестоимость его меньше, чем у аналогичных приборов, которые продаются в магазинах.

Принцип работы инвертора

Второе название преобразователя - инвертор. По сути, это с модуляцией широтно-импульсного типа. Питание производится от источника постоянного напряжения 12 вольт (в данном случае - от аккумулятора). На выходе устройства появляются импульсы, у которых изменяется скважность. Зависит от соотношения времени, в течение которого имеется или отсутствует напряжение. При скважности, равной единице, на выходе максимальное значение тока. При уменьшении скважности ток снижается.

Напряжение в любой момент времени на выходе составляет 220 В. Даже самый простой преобразователь 12В в 220В может работать в широком диапазоне частот - 50 кГц…5 МГц. Все зависит от конкретной схемы и применяемых в ней элементов. Частота напряжения очень высокая, для питания бытовой аппаратуры она окажется губительной. Чтобы снизить ее до стандартных 50 Гц, необходимо использовать специальной конструкции трансформаторы. ШИМ-модулятор позволяет создать из постоянного напряжения переменное с необходимой частотой.

Система обратной связи

При отсутствии нагрузки у ШИМ-модулятора скважность импульсов на минимальном уровне, значение напряжения 220 В. Как только к устройству будет подключена нагрузка, то резко увеличится ток и напряжение упадет, оно окажется меньше 220 В. Если вы решили сделать преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт своими руками, то обязательно учитывайте наличие обратной связи. Она позволяет сравнивать напряжение на выходе с эталонным значением.

Если есть разница в напряжениях, то на генератор подается сигнал, который позволяет увеличить скважность импульсов. С помощью этой системы получается добиться максимальной мощности на выходе и более стабильного напряжения. Как только нагрузка будет отключена, напряжение снова подпрыгивает выше 220 В - система обратной связи это фиксирует и уменьшает значение скважности импульсов. И так до того момента, пока не выровняется напряжение.

Работа с севшим АКБ

При изменении скважности и значения выходного тока происходит увеличение нагрузки на источник питания. Это приводит к его разряду и снижению напряжения. И если применяется система обратной связи, она как можно сильнее увеличивает скважность сигналов, порой до максимума - единицы. Изготовленные своими руками преобразователи напряжения 12/220 вольт без обратной связи очень сильно реагируют на севшие аккумуляторы. При работе обязательно снижается значение выходного напряжения.

Если планируется подключать такую технику, как болгарки, электролампы, кипятильники или чайники, то на их работу снижение напряжения не повлияет. Но в том случае, если преобразователь нужен для подключения телевизионной техники, ноутбуков, компьютеров, серверов, усилителей, обратная связь просто необходима. Она позволяет компенсировать все скачки напряжения, что обеспечит стабильную работу устройств.

Выбор схемы

Чтобы изготовить своими руками преобразователь напряжения 12/220 В, нужно выбрать конкретную схему. Причем обязательно учитывайте мощность приборов, которые планируете подключать к нему. Прикиньте примерно, какая нагрузка будет питаться от инвертора. Обязательно прибавьте к полученной мощности еще 25% про запас, лишней не будет. Исходя из полученных данных, можно выбирать конкретную схему. И, конечно, один из важных моментов - это

Оцените свои финансовые возможности, если планируете приобретать все компоненты. А вам потребуется немало дорогостоящих элементов. К счастью, они почти все встречаются в современной технике - в источниках бесперебойного питания, БП компьютеров и ноутбуков. Кстати, стандартный ИБП вполне можно использовать в качестве преобразователя напряжения, даже переделок не нужно. Подключаете более мощный аккумулятор к нему и все. Но придется АКБ заряжать от дополнительного источника питания - стандартный не сможет выработать нужное значение тока.

Элементы схемы преобразователя

Стандартная конструкция инвертора для преобразования постоянного тока напряжением 12 В в переменный 220 состоит из таких элементов, которые можно найти в любой современной технике:

ШИМ-модулятор - специальной конструкции микроконтроллер.
Ферритовые кольца для изготовления ВЧ-транформаторов.
Силовые полевые транзисторы IGBT.
Электролитические конденсаторы.
Постоянные сопротивления различной мощности.
Дроссели для фильтрации тока.

В том случае, если вы не уверены в собственных силах, можно самостоятельно собрать преобразователь по схеме мультивибратора. Трансформатор для такого устройства подойдет от ИБП или блока питания транзисторных телевизоров. У такого устройства один недостаток - внушительные габариты. Но настроить его оказывается намного проще, нежели сложные конструкции, работающие с высокочастотным током.

Эксплуатация инверторов

Если вы изготовить решили своими руками преобразователь напряжения 12/220 по простой схеме, то мощность у него может быть невысокой. Но ее вполне хватит для питания бытовой аппаратуры. Но если мощность выше 120 Вт, то ток потребления возрастает до 10 ампер как минимум. Следовательно, при использовании в автомобиле его включать в гнездо прикуривателя нельзя - все провода расплавятся и выйдут из строя предохранители.

Поэтому автомобильные инверторы, мощность которых свыше 120 Вт, обязательно нужно подключать к аккумуляторной батарее при помощи дополнительного предохранителя и реле. Обязательно проложите провод от АКБ к месту установки автомобильного инвертора. Для включения преобразователя можно использовать клавишный выключатель или кнопку в паре с электромагнитным реле - оно позволяет убрать высокий ток от органов управления.

В наше время у каждого в хозяйстве или вообще в легком доступе имеется порой по нескольку блоков питания от компьютера которые и не нужны, просто лежат, пылятся и занимают ценное место. А может они вообще сгоревшие, но это не важно, ведь из него надо взять всего некоторые элементы. Собирал как-то плату такого преобразователя (). И решил снова сделать еще одну, так как радиодетали были, и плата печатная уже была изготовлена когда-то лишняя. Микросхему применял новую - из магазина, но иногда именно их или подобные аналоги ставят в самих блоках питания ATX.

Трансформатор малого размера - с блока в 250 ватт. Транзисторы решил взять с запасом - 44N полевые, так же совершенно новые.

Нашел алюминиевый радиатор, транзисторы навернул через заглушки и подложки промазав хорошенько все термопастой.

Схема преобразователя напряжения 12-220 завелась сразу, питание подавалось от аккумулятора 12 вольт 7 а/ч емкостью, на клеммах которого при свежей зарядке было порядка 13 вольт. В качестве нагрузки (под такую мощность и собиралось примерно) - лампочка 60 ватт на 220 вольт, светится не во весь накал, но все же хорошо.

Радиатор взял очень таки с запасом – толщина 2 мм алюминиевый, тепло отводит хорошо. После получаса работы под нагрузкой полевые транзисторы нагрелись только до 40 градусов! Токопотребление примерно 2.7 ампер от аккумулятора, работа стабильная без срывов и перегревов, а вот трансформатор несколько маловат и греется (правда выдерживает и не сгорает ничего) температура трансформатора порядка 5-60 градусов при работе на такую же нагрузку, думаю больше 80 ватт не вытянуть с такого преобразователя или придется ставить активное охлаждение ввиде вентилятора, ведь транзисторы выдержат куда большие нагрузки и больше чем уверен, что с таким радиатором протянут все 200 ватт.

Схема преобразователя 12-220 проста в повторении, при сборке точно в номинал, обе платы заработали сразу же.

Видео испытаний преобразователя

Видео работы схемы наглядно показывает ток протекающий в цепи, и работу лампы на 60 ватт. Кстати, провода у мультиметра D832 при таком токе за пол часа изрядно подогрелись. Из доработок, если будете ставить больший трансформатор, то расширьте печатку, иначе не влезет по размерам больший трансформатор, и даже с маленьким все получается .

Для любителей миниатюризации конечно это хорошо, но расстояние от трансформатора до транзисторов получается на практике меньше 1 см, и они своим теплом чуть подогревают и без того теплый трансформатор, хорошо бы ещё на пару сантиметров отнести ключи и в плате парочку отверстий сделать, для вентиляции проточным потоком воздуха снизу вверх. Автор материала - Redmoon.

Нет смысла, наверное, говорить о том, что использование преобразователя напряжения с 12 на 220 вольт, это требование, которое обусловлено некоторыми низковольтными сетями, применяемыми в современном быту. И это не только освещение. Конечно, самый простой вариант – это купить такой прибор. Но многие начинающие электрики задаются вопросом, можно, а если можно, то, как сделать преобразователь с 12 на 200 вольт своими руками? Давайте разберемся в этом вопросе, и опишем схему прибора, основанную на современной элементной базе. Правда, схема будет простейшей с минимальным количеством узлов и деталей.

Начнем с того, что давно существуют схемы, которые основаны на использовании обычных автомобильных аккумуляторов. Это, во-первых, удобно, когда дело доходит до полевых условий необходимости получить заряд напряжением 12В. Во-вторых, само устройство преобразователя достаточно просто. В его основу входит генератор, который управляет транзисторами большой мощности. Те, в свою очередь, как говорится, «раскачивают» трансформатор, установленный на выходе схемы.

Но у этого прибора была одна проблема. Чтобы управлять мощными транзисторами, необходимо было собрать так называемый каскад, куда входят транзисторы средней мощности и малой. То есть, сам прибор увеличивался в размерах, и не только из-за каскада. Чтобы охладить всю эту конструкцию, приходилось устанавливать и достаточно внушительный радиатор.

Как дело обстоит сейчас

Современная элементная база дает возможность сегодня упростить вышеописанную конструкцию до минимума.

Для этого придется сначала заменить громоздкий генератор специальной микросхемой марки КР1211ЕУ1. Обратите внимание, что эта микросхема отечественного производства, зарубежных аналогов вы не найдете.
Вместо силовых ключей лучше всего использовать транзисторы IRL2505, они мощного исполнения и применяются в электрических схемах автомобиля. Кстати, их сопротивление равно 0,008 Ом, что не соизмеримо с механическими контактами.

Схема подключения

Вот схема сборки преобразователя напряжения 12 220 своими руками:

В принципе, схема достаточно проста, поэтому собрать ее будет несложно. Но хотелось бы обратить внимание на некоторые нюансы.

Схема КР1211ЕУ1 имеет два выхода: прямой (на рисунке он обозначен позицией «4») и инверсный (позиция «6»). Сигнал на этих двух выходах достаточный, чтобы управлять силовыми ключами. При этом сами ключи открываются только под действием импульса высокого уровня. При работе преобразователя между микросхемой и силовыми ключами формируется низкий уровень или, как называют его специалисты, «пауза». Она краткосрочна, но этого бывает достаточно, чтобы удерживать оба транзистора в закрытом положении. Для чего это необходимо? Цель одна – исключить появления так называемого сквозного тока, который появляется в том случае, если оба ключа будут открыты одновременно.

Теперь несколько позиций по самой схеме.

Цепочка R1-C1 – задает частоту самого генератора. Цепочка R2-C2 – это пусковой элемент.
Трансформатор «Т1» и два транзистора IRL2505 (на схеме они обозначены как VT1 и VT2) создают выходной двухтактный каскад. Так как сопротивление транзисторов ничтожно мало, то рассеивание мощности при открытых ключах практически не происходит, даже в том случае, если сила тока в сети будет большой. Поэтому в преобразователь данного типа, у которого мощность не превышает параметр 200 ватт, можно радиаторы и не устанавливать.
При этом транзисторы могут через себя пропускать ток, постоянного действия, величиной до 104 А, а импульсный до 360 А. в свою очередь, это позволяет использовать в преобразователе трансформатор мощностью в 1000 ватт. То есть, при напряжении в сети 220 вольт можно снять нагрузку величиной 400 Вт.

По сути, получается так, что в преобразователь 12-220 данного типа можно устанавливать любой трансформатор, у которого две катушки на 12 вольт. Но при этом придется учитывать соотношение мощности самого прибора с мощностью потребляющей сети, это соотношение должно быть 2,5. То есть, преобразователь должен иметь мощность в 2,5 раза выше, чем у потребителей в сумме.

Подетальный разбор

В схеме установлен стабилизатор, который питает микросхему А1. Состоит он из цепочки: R3-VD1-C3, при этом в качестве стабилитрона (VD1) может быть использован любой аналогичный прибор с показателем стабилизации 8-10 вольт.

Обратите внимание, что конденсаторы С4 и С5 установлены параллельно. Если вы не нашли их такой емкостью, как показано на схеме, то можно сделать замену на аналогичные (лучше импортные) с емкостью 4700 мкФ.

Конденсатор С6 – это элемент, подавляющий высокочастотные импульсы на выходе. Лучше всего для этого использовать марку К 73-17 отечественного производства или аналогичный зарубежного исполнения.

И последняя рекомендация или нюанс. Так как в сети на 12 вольт при потреблении 400 Вт будет образовываться ток силой 40 А, то необходимо будет рассчитать сечение используемых проводов. Особенно это касается кабеля, соединяющего аккумулятор и преобразователь. Учтите, что длина провода должна быть минимальной.

Как видите, сделать преобразователь с 12 вольт на 220В своими руками, не очень сложно. Схема проста, в ней минимизировано количество деталей, что снижает стоимость прибора в целом. Плюс более эффективная его работа.