Преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт своими руками

В последнее время очень часто наблюдаю, что все больше и больше людей увлекаются сборкой самодельных инверторов. Поскольку заинтересованы начинающие радиолюбители, я решил вспомнить о схеме, которую опубликовал на нашем сайте год назад. Сегодня я решил переделать схему увеличивая выходную мощность и детально пояснить процесс сборки.

Скажу сразу - это самый простой преобразователь 12-220 с учетом выходной мощности схемы. В качестве задающего генератора задействован старый и добрый мультивибратор. Разумеется, такое решение многим уступает современным высокоточным генераторам на микросхемах, но давайте не забудем, что я стремился максимально упростить схему так, чтобы в итоге получился инвертор, который будет доступен широкой публике. Мультивибратор - не есть плохо, он работает более надежно, чем некоторые микросхемы, не так критичен к входным напряжениям, работает при суровых погодных условиях (вспомним TL494, которую нужно подогревать, при минусовых температурах).

Трансформатор использован готовый, от UPS, габариты сердечника позволяют снять 300 ватт выходной мощности. Трансформатор имеет две первичные обмотки на 7 Вольт (каждое плечо) и сетевую обмотку на 220 Вольт. По идее, подойдут любые трансформаторы от бесперебойников.

Диаметр провода первичной обмотки где-то 2,5мм, как раз то, что нужно.

Основные характеристики схемы

Номинал входного напряжения - 3,5-18 Вольт
Выходное напряжение 220Вольт +/-10%
Частота на выходе - 57 Гц
Форма выходных импульсов - Прямоугольная
Максимальная мощность - 250-300 Ватт.

Недостатки

Долго думал какие у схемы недостатки, на счет КПД, оно на 5-10% ниже аналогичных промышленных устройств.
Схема не имеет никаких защит на входе и на выходе, при КЗ и перегрузке полевые ключи будут перегреваться до тех пор, пока не выйдут из строя.
Из за формы импульсов, трансформатор издает некий шум, но это вполне нормально для таких схем.

Достоинства

Простота, доступность, затраты, 50 Гц на выходе, компактные размеры платы, легкий ремонт, возможность работы в суровых погодных условиях, широкий допуск используемых компонентов - все эти достоинства делают схему универсальной и доступной для самостоятельного повторения.

Китайский инвертор на 250-300 ватт, можно купить где-то за 30-40$, на этот инвертор я потратил 5$ - купил только полевые транзисторы, все остальное найдется на чердаке думаю у каждого.

Элементная база

В обвязке минимальное количество компонентов. Транзисторы IRFZ44 можно с успехом заменить на IRFZ40/46/48 или на более мощные - IRF3205/IRL3705, они не критичны.

Транзисторы мультивибратора TIP41 (КТ819) можно заменить на КТ805, КТ815, КТ817 и т.п.

С успехом подключал к этому инвертору телевизор, пылесос и другие бытовые устройства, работает неплохо, если устройство имеет встроенный импульсный БП, то вы не заметите разницы в работе от сети и от преобразователя, в случае запитки дрели - запускается с неким звуком, но работает довольно хорошо.

Плата была нарисована вручную обыкновенным маникюром

В итоге инвертор понравился на столько, что решил поместить в корпус от компьютерного блока питания.
Реализована также функция REM, для включения схемы нужно всего лишь подключить провод REM на плюсовую шину, тогда поступит питание на генератор и схема начнет работать.

С такой схемы вполне реально снять и большую мощность (500-600 Ватт, может и больше), в дальнейшем попробую увеличить мощность, так, что следующая статья не за горами, до новых встреч...

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	TIP41	2	КТ819, КТ805, КТ815, КТ817		В блокнот
VT3...VT6	MOSFET-транзистор	IRFZ44	4	Замена: IRFZ40/46/48, IRF3205/IRL3705		В блокнот
C1, C2	Конденсатор	2.2 мкФ	2			В блокнот
R1...R4	Резистор	6.2 Ом	4			В блокнот
R5, R8	Резистор	680 Ом	2			В блокнот
R6, R7	Резистор

У многих пользователей ПК есть в наличии старые отработавшие свой срок ИБП. Частая их причина нетрудоспособности - это выход из строя аккумуляторов. Так как замена на новые батареи нерентабельна, а порой просто невозможна из-за отсутствия аналогов, эти устройства попросту валяются без дела или выбрасываются на помойку.

Но можно дать вторую жизнь ИБП, сделав из него очень полезное устройство - инвертор, преобразующий 12 в бортовой сети автомобиля в необходимое для некоторых приборов 220 в. Притом, что заводская версия инвертора обойдется в немалые деньги, а так вы сэкономите деньги, и сделаете из хлама нужную вещь.

Итак, первое, что нужно сделать - это удалить старые, потекшие батареи. Они достаточно просто демонтируются, сняв нижнюю крышку и отключив провода питания. Если остались следы потекшего электролита, чистим корпус от кристаллов окисления.

Такая операция обеспечит устранение дальнейшего вытекания кислоты, а также значительно облегчит вес аппарата.

Изменение схемы подключения

По конструкции бесперебойники отличаются, но принцип действия у них один и тот же - преобразовывать напряжение 12 в в 220 в. То есть в каждой модели присутствует плата с электронным преобразователем напряжения. Он-то нам и нужен. Но есть одно условие, он должен быть рабочим.

Так как приборы, которые будут подключаться к этому устройству имеют стандартную вилку на 220 в, необходимо на боковой или задней панели, установить обычную бытовую розетку для скрытой проводки. К ней-то и припаиваем провода выхода с преобразователя 220 в, которые ранее подходили к специальным трехрожковым вилкам на задней панели ИБП.

В первом и во втором случае, провода припаивают к тем, что шли на батарею ИБП. Очень важно соблюсти полярность подключения. Красный провод - это плюс, а черный - минус.

Как и в сети авто, так и в ИБП эти цвета должны совпадать. Лучше всего, конечно, проверить полярность мультиметром, чтобы наверняка.

Такая схема подключения предусматривает моментальную работу устройства при его подключении. Если вы хотите сделать включение через тумблер или автомат, то просто в проводе, идущем от АКБ автомобиля разрываем «плюс» и присоединяем один провод на вход, а другой на выход автомата, закрепленного на корпусе ИБП. Таким образом разрывается питание инвертора, когда это необходимо.

Тонкости в работе

Следует понимать, что такое устройство не выдаст большую мощность. Как правило. она составляет не более 150 Вт, но этого вполне достаточно для подключения небольшого телевизора, ноутбука и другой слаботочной техники.

Почему не заряжается аккумулятор автомобиля от зарядного устройства

Самодельный преобразователь напряжения (инвертор) 12 вольт на 220 вольт может быть полезен автомобилистам, выезжающим на своем автомобиле на природу, рыбалку, дачу. Он позволяет зарядить телефон, в ночное время подключить лампы для освещения, поработать и поиграть на ноутбуке, посмотреть телевизор.
Преобразователь 12 вольт на 220 вольт с максимальной выходной мощностью 500 Вт собран на 2 отечественных микросхемах (К155ЛА3 и К155ТМ2) и 6 транзисторах, и нескольких радиодеталей. Для повышения КПД и предотвращения сильного нагревания, в выходном каскаде устройства использованы очень мощные полевые транзисторы IRLR2905 с минимальным сопротивлением. Возможно замена на IRF2804, но мощность преобразователя немного упадёт
На элементах DD1.1 - DD1.3, C1, R1, по стандартной схеме собран задающий генератор прямоугольных импульсов с примерной частотой 200 герц. С выхода генератора импульсы следуют на делитель частоты, состоящий из элементов DD2.1 - DD2.2. Вследствие этого на выходе делителя (вывод 6 элемента DD2.1) частота следования импульсов снижается до 100 герц, а уже на выходе 8 DD2.2. частота сигнала равна 50 герц.
Прямоугольный сигнал с вывода 8 микросхемы DD1 и с вывода 6 микросхемы DD2 поступает на диоды VD1 и VD2 соответственно. Чтобы полевые транзисторы полностью открывались необходимо увеличить амплитуду сигнала, который поступает с диода VD1 и VD2, для этого используются транзисторы VT1 и VT2. С помощью транзисторов VT3 и VT4 (они выполняют роль драйвера) происходит управление выходными силовыми транзисторами. Если в процессе сборки инвертора не было допущено ошибок, то он начинает работать сразу после включения. Возможно что может потребоваться подбор сопротивления резистора R1, чтобы на выходе было ровно 50 герц.

Преобразователь напряжения (инвертор) 12 / 220 50 Гц 500 Вт схема своими руками

Кремниевые транзисторы VT1, VT3 и VT4 - КТ315 с любой буквой. Транзистор VT2 возможно заменить на КТ361. Стабилизатор DA1 — отечественный аналог КР142ЕН5А. Все резисторы в схеме мощностью 0,25 Вт. Диоды любые КД105, 1N4002. Конденсатор C1 со стабильной емкостью — тип К10-17. В качестве трансформатора ТР1 возможно применить силовой трансформатор от старого советского телевизора. Все обмотки необходимо удалить, оставив только сетевую обмотку. Поверх сетевой обмотки намотать одновременно две обмотки проводом ПЭЛ - 2,2 мм. Полевые силовые транзисторы необходимо обязательно установить на алюминиевый ребристый радиатор общей площадью 750 кв.см.

Рекомендуется первый запуск преобразователя(инвертора) производить через бытовую лампу накаливания 220 вольт и мощностью 100 - 150 ватт, включив последовательно в одну из питающих проводов, этим вы обезопасите от порчи радиодеталей в случае допущенной ошибки.

Работая с повышающими преобразователями или инверторами соблюдайте правила электрической безопасности так как работа производится с опасным для организма напряжением!!! Выходную вторичную обмотку в процессе наладки и сборки обязательно изолировать кембриками из резиновых трубочек во избежание случайного контакта.

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:

1. ШИМ-модулятор - специальной конструкции микроконтроллер.
2. Ферритовые кольца для изготовления ВЧ-транформаторов.
3. Силовые полевые транзисторы IGBT.
4. Электролитические конденсаторы.
5. Постоянные сопротивления различной мощности.
6. 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.

Автомобильный инвертор напряжения порой бывает невероятно полезен, но большинство изделий в магазинах либо грешат качеством, либо по мощности не устраивают, а стоят при этом недёшево. Но ведь схема инвертора состоит из простейших деталей, потому мы предлагаем инструкцию по сборке преобразователя напряжения своими руками.

Корпус для инвертора

Первое, что нужно учесть — потери преобразования электричества, выделяющиеся в виде тепла на ключах схемы. В среднем эта величина составляет 2-5% от номинальной мощности устройства, но показатель этот имеет свойство расти из-за неправильного подбора или старения комплектующих.

Отвод тепла от полупроводниковых элементов имеет ключевое значение: транзисторы очень чувствительны к перегреву и выражается это в быстрой деградации последних и, вероятно, их полному отказу. По этой причине основанием для корпуса должен служить теплоотвод — алюминиевый радиатор.

Из радиаторных профилей хорошо подойдёт обычная «расчёска» шириной 80-120 мм и длиной около 300-400 мм. к плоской части профиля винтами крепятся экраны полевых транзисторов — металлические пятачки на их задней поверхности. Но и с этим не всё просто: электрического контакта между экранами всех транзисторов схемы быть не должно, поэтому радиатор и крепления изолируются слюдяными плёнками и картонными шайбами, при этом по обе стороны диэлектрической прокладки металлсодержащей пастой наносится термоинтерфейс.

Определяем нагрузку и закупаем компоненты

Крайне важно понимать, почему инвертор — это не просто трансформатор напряжения, а также почему существует столь разнообразный перечень подобных устройств. Прежде всего помните, что подключив трансформатор к источнику постоянного тока, вы ничего не получите на выходе: ток в АКБ не меняет полярности, соответственно, явление электромагнитной индукции в трансформаторе отсутствует как таковое.

Первая часть схемы инвертора — входной мультивибратор, имитирующий колебания сети для совершения трансформации. Собирается он обычно на двух биполярных транзисторах, способных раскачать силовые ключи (например, IRFZ44, IRF1010NPBF или мощнее — IRF1404ZPBF), для которых важнейший параметр — предельно допустимый ток. Он может достигать нескольких сотен ампер, но в целом вам достаточно умножить значение тока на вольтаж аккумуляторной батареи, чтобы получить ориентировочное количество ватт выходной мощности без учёта потерь.

Простой преобразователь на основе мультивибратора и силовых полевых ключей IRFZ44

Частота работы мультивибратора непостоянна, рассчитывать и стабилизировать её — пустая трата времени. Вместо этого ток на выходе трансформатора снова превращается в постоянный с помощью диодного моста. Такой инвертор может быть пригоден для питания чисто активных нагрузок — ламп накаливания или электрических нагревателей , печек.

На основе полученной базы можно собирать и другие схемы, отличающиеся частотой и чистотой выходного сигнала. Подбор компонентов для высоковольтной части схемы сделать проще: токи здесь не такие высокие, в ряде случаев сборку выходного мультивибратора и фильтра можно заменить парой микросхем с соответствующей обвязкой. Конденсаторы для нагрузочной сети следует использовать электролитические, а для цепей с низким уровнем сигнала — слюдяные.

Вариант преобразователя с генератором частоты на микросхемах К561ТМ2 в первичном контуре

Стоит также заметить, что для увеличения итоговой мощности вовсе не обязательно закупать более мощные и стойкие к нагреву компоненты первичного мультивибратора. Задачу можно решить увеличением числа преобразовательных контуров, включенных параллельно, но для каждого из них потребуется собственный трансформатор.

Вариант с пареллельным подключением контуров

Борьба за синусоиду — разбираем типовые схемы

Инверторы напряжения сегодня используются повсеместно как автолюбителями, желающими пользоваться бытовой техникой вдалеке от дома, так и обитателями автономных жилищ, питающихся солнечной энергией . И в целом можно сказать, что от сложности устройства преобразователя напрямую зависит ширина спектра токоприёмников, которые можно к нему подключить.

К сожалению, чистый «синус» присутствует только в магистральной электросети, добиться преобразования постоянного тока в него очень и очень сложно. Но в большинстве случаев этого и не требуется. Чтобы подключать электрические двигатели (от дрели до кофемолки), достаточно пульсирующего тока с частотой от 50 до 100 герц без сглаживания.

ЭСЛ, светодиодные лампы и всевозможные генераторы тока (блоки питания, зарядные устройства)более критичны к выбору частоты, поскольку именно на 50 Гц основана схема их работы. В таких случаях следует включать во вторичный вибратор микросхемы, зовущиеся генератором импульсов. Они могут коммутировать небольшую нагрузку непосредственно, либо исполнять роль «дирижёра» для серии силовых ключей выходной цепи инвертора.

Но даже такой хитрый план не сработает, если вы планируете использовать инвертор для стабильного питания сетей с массой разнородных потребителей, включая асинхронные электрические машины. Здесь чистый «синус» очень важен и реализовать такое под силу лишь преобразователям частоты с цифровым управлением сигналом.

Трансформатор: подберём или сами

Для сборки инвертора нам не хватает всего одного элемента схемы, выполняющего трансформацию низкого напряжения в высокое. Вы можете использовать трансформаторы из блоков питания персональных компьютеров и старых ИБП, их обмотки как раз рассчитаны на трансформацию 12/24-250 В и обратно, остаётся лишь правильно определить выводы.

И всё же лучше намотать трансформатор своими руками, благо что ферритовые кольца дают возможность сделать это самому и с любыми параметрами. Феррит обладает отличной электромагнитной проводимостью, а значит, потери при трансформации будут минимальными даже если провод намотан вручную и не плотно. К тому же вы легко рассчитаете необходимое количество витков и толщину провода по имеющимся в сети калькуляторам.

Перед намоткой кольцо сердечника нужно подготовить — снять надфилем острые кромки и плотно обмотать изолятором — стеклотканью, пропитанной эпоксидным клеем. Далее следует намотка первичной обмотки из толстого медного провода расчётного сечения. После набора нужного количества витков их необходимо равномерно распределить по поверхности кольца с равным интервалом. Выводы обмотки соединяются согласно схеме и изолируются термоусадкой.

Первичная обмотка покрывается двумя слоями лавсановой изоленты, затем наматывается высоковольтная вторичная обмотка и ещё один слой изоляции. Важный момент — мотать «вторичку» нужно в обратном направлении, иначе трансформатор работать не будет. В завершение к одному из отводов нужно припаять в разрыв полупроводниковый термопредохранитель, ток и температура срабатывания которого определяются параметрами провода вторичной обмотки (корпус предохранителя нужно плотно примотать к трансформатору). Сверху трансформатор обматывается двумя слоями виниловой изоляции без клейкой основы, конец закрепляется стяжкой или цианакрилатным клеем.

Монтаж радиоэлементов

Осталось собрать устройство. Поскольку компонентов в схеме не так много, можно размещать их не на печатной плате, а навесным монтажом с креплением к радиатору, то есть к корпусу устройства. К штыревым ножкам подпаиваемся моножильным медным проводом достаточно большого сечения, затем место соединения укрепляется 5-7 витками тонкой трансформаторной проволоки и небольшим количеством припоя ПОС-61. После остывания соединения оно изолируется тонкой термоусадочной трубкой.

Схемы высокой мощности и со сложным вторичным контуром могут потребовать изготовления печатной платы, на краю которой в ряд размещены транзисторы для свободного крепления к теплоотводу. Для изготовления печатки пригоден стеклотекстолит с толщиной фольги не менее 50 мкм, если же покрытие более тонкое — усиливайте цепи низкого напряжения перемычками из медного провода.

Изготовить печатную плату в домашних условиях сегодня просто — программа Sprint-Layout позволяет рисовать обтравочные трафареты для схем любой сложности, в том числе и для двухсторонних плат. Полученное изображение распечатывается лазерным принтером на качественной фотобумаге. Затем трафарет прикладывается к очищенной и обезжиренной меди, проглаживается утюгом, бумага размывается водой. Технология получила название «лазерно-утюжной» (ЛУТ) и описана в сети достаточно подробно.

Вытравливать остатки меди можно хлорным железом, электролитом или даже поваренной солью, способов предостаточно. После вытравливания припекшийся тонер нужно смыть, просверлить монтажные отверстия сверлом в 1 мм и пройтись по всем дорожкам паяльником (под флюсом), чтобы залудить медь контактных площадок и улучшить проводимость каналов.