Источники питания

Преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками

Преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками — при использовании бытовых приборов малой мощности, особенно в полевых условиях, появляется потребность в подзарядке их аккумулятора. Поэтому в таких случаях, когда нет поблизости электросети 220v, очень выручает инвертор с 12 на 220 вольт.

Представляю вашему вниманию несложную схему преобразователя постоянного напряжения с 12v до 220v переменного на выходе. Изначально передо мной стояла задача изготовить недорогой, компактный, небольшой мощности прибор преобразования напряжения. Поэтому было принято решение собирать его из деталей, которые были у меня в наличии. Основными компонентами для сборки инвертора послужили комплектующие от ненужного блока питания компьютера. Но вот трансформатор желательно устанавливать по мощнее. Транс небольшой мощности для таких целей не очень подходит, при работе не вытягивает мощность более 18-20 Вт. Радиаторы охлаждения выходных транзисторов нужно устанавливать с площадью рассеивания тепла из расчета более 60 Вт в нагрузке.

Схема преобразователя напряжения

Печатная плата прибора должна размещаться в корпусе, в котором гарантируется полная защита от прикосновения пользователем высоковольтных цепей.

Печатная плата преобразователя

В случае, если вы решили использовать инвертор только для подключения к нему телевизора или лампы накаливания, то можно обойтись и без выпрямителя. Между прочим, прибор прекрасно работает с компактной люминесцентной лампой, испытывал его на КЛЛ с мощностью 15 Вт — запускает без проблем. Все используемые комплектующие устанавливались новыми, единственное исключение — силовой трансформатор. Конечно в дальнейшем у меня в планах изготовить еще пару конструкций, учитывая обнаруженные особенности в схеме и относительно компонентов.

Основной принцип работы схемы

Преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками — краткая характеристика схемы и принцип ее работы. Данное устройство, в принципе, не что иное, как двухтактный импульсный преобразователь, реализованный на широтно-импульсном модуляторе TL494. Возможно применение аналогов этого ШИМ-контроллера. Используя такую схемотехнику, устройство получается довольно простым. В выходной цепи для удвоения напряжения установлены выпрямительные диоды высокой эффективности. Однако схему можно задействовать и без применения диодов, получая при этом переменное напряжение. Для балласта электронного типа постоянный ток, а также полярность включения не имеет никакого значения. Обусловлено это тем, что схема электронного балласта во входной цепи имеет свой диодный мост, собранный на быстро действующих диодах.

Трансформатор

В представленной здесь схеме преобразователя применен понижающий трансформатор высокой частоты промышленного производства. Такие трансы используются в компьютерных блоках питания, только в этой конструкции он будет выполнять роль наоборот повышающего. Трансформатор понижающего типа можно демонтировать из блока питания АТ либо из АТХ. Понижающий или повышающий трансформатор может отличаться друг от друга только габаритами, все остальное одинаково. В принципе трансформатор не бывает повышающим или понижающим, всю зависит от схемы его подключения.

• Конденсатор C1 – имеет номинал 1 нФ, (кодировка на корпусе 102);
• Резистор R1 – обеспечивает диапазон импульсов в выходной цепи.
• Резистор R2 — совместно с электролитом C1 обеспечивает рабочую частоту.

При необходимости увеличения частоты нужно уменьшать сопротивление R1, если нужно уменьшить частоту тогда увеличиваем емкость электролитического конденсатора С1.

Полевые транзисторы

В инверторе напряжения используются мощные полевые транзисторы, отличающиеся своим быстродействием и не требуют сложных схем управления. Хорошо зарекомендовали себя в работе такие ключи: IRFZ44N, IRFZ46N, IRFZ48N. Практика показала, что при длительной работе устройства ключи не очень нагрелись, поэтому радиатор охлаждения транзисторов для данной схемы не требуется. В случае необходимости размещения транзисторов на теплоотводе, то крепить их нужно обязательно через изоляционные прокладки. А винты для их крепления нужно использовать совместно с изоляционной шайбой-втулкой, которые имеются в компьютерном блоке питания.

Но все-таки для испытательного включения устройства радиатор охлаждения был бы не лишним. Следовательно, выходные ключи в случае короткого замыкания на выходе либо ошибки в схеме сразу не выйдут из строя из-за перегрева. Схему защиты от перегрузки можно выполнить с использованием цепочки — предохранитель, плюс диод на входе.

Для себя я сделал преобразователь на широко известных полевых транзисторах IRF540N.

Импульсный преобразователь 12-220В на 300 Вт

Эта схема проста, детали доступны, большинство из них можно извлечь из блока питания для компьютера или купить в любом радиотехническом магазине. Достоинство схемы — простота реализации, недостаток — неидеальная синусоида на выходе и частота выше стандартных 50 Гц. То есть, к данному преобразователю нельзя подключать устройства, требовательные к электропитанию. К выходу напрямую можно подключать не особ чувствительные приборы — лампы накаливания, утюг, паяльник, зарядку от телефона и т.п.

Представленная схема в нормальном режиме выдает 1,5 А или тянет нагрузку 300 Вт, по максимуму — 2,5 А, но в таком режиме будут ощутимо греться транзисторы.

Преобразователь напряжения 12 220 В: схема преобразователя на основе ШИМ-контролллера

Построена схема на популярном ШИМ-контроллере TLT494. Полевые транзисторы  Q1 Q2 надо размещать на радиаторах, желательно — раздельных. При установке на одном радиаторе, под транзисторы уложить изолирующую прокладку. Вместо указанных на схеме IRFZ244 можно использовать близкие по характеристикам IRFZ46 или RFZ48.

Частота в данном преобразователе 12 В в 220 В задается резистором R1 и конденсатором C2. Номиналы могут немного отличаться от указанных на схеме. Если у вас есть старый нерабочий беспербойник для компьютера, а в нем — рабочий выходной трансформатор, в схему можно поставить его. Если трансформатор нерабочий, из него извлечь ферритовое кольцо и намотать обмотки медным проводом диаметром 0,6 мм. Сначала мотается первичная обмотка — 10 витков с выводом от середины, затем, поверх — 80 витков вторичной.

Как уже говорили, такой преобразователь напряжения 12-220 В может работать только с нагрузкой, нечувствительной к качеству питания. Чтобы была возможность подключать более требовательные устройства, на выходе устанавливают выпрямитель, на выходе которого напряжение близко к нормальному (схема ниже).

Для улучшения выходных характеристик добавляют выпрямитель

В схеме указаны высокочастотные диоды типа HER307, но их можно заменить на серии FR207 или FR107. Емкости желательно подобрать указанной величины.

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.

Информация о производителе

Латвийская компания выпускает товары торговой марки Resanta. Компания находится на рынке электромеханических приборов уже более двадцати лет. В конце прошлого века происходило становление предприятия. С каждым годом происходит улучшение и совершенствование продукции этой марки. Дизайнеры и технологи компании стараются находить всё более интересные решения и идеи для продвижения продукта.

Только половина производимого товара попадает в продажу на территорию Западной Европы, Республики Беларусь, Российской Федерации и Украины. Остальная часть приборов остаётся на территории страны, где производится. Весь перечень продукции перечислить довольно сложно. Компания выпускает более 5 тыс. видов товаров. По данным статистики, полученным от реализации продукции, наиболее популярными среди них являются:

• Устройства отключения.
• Реле.
• Распределительные щитки и узлы.
• Предохранители различных типов.
• Огромное количество измерительных устройств.
• Удлинители, розетки, выключатели и многое другое.

Все конструкторы и технологи компании должны включаться в разработку и выпуск успешных моделей стабилизаторов сетевого направления Ресанта. Устройства подразделяются по видам:

• Цифровые (релейные) устройства.
• Однофазные приборы.
• Электромеханические приборы.
• Трёхфазные стабилизаторы.
• Тиристорный тип.
• Для газовых котлов имеется навесной тип.

Стабилизатор Ресанта по отзывам торговых агентов считается довольно востребованным. У устройства имеются все сертификаты качества. Компания отвечает за качество производимых приборов, так как заботится о пользователях. Все устройства, которые поступают в продажу, полностью соответствуют российским стандартам и не имеют отличий от мировых требований. Основные части по схеме стабилизатора Ресанта:

• Приборы, которые измеряют напряжение на входе и выходе (вольтметры).
• Схема управления и преобразователя.
• Автотрансформатор.
• Блок с элементами управления и дисплеем.
• Индикатор, показывающий защитный режим.
• Индикатор показателей задержки.
• Автоматическое включение и выключение.

Область применения и общие сведения

Стабилизаторы сетевого напряжения марки Ресанта нужны для бесперебойной работы бытовых приборов. И также для защиты их от перепадов напряжения электрического тока. Марка Ресанта разработана по всем требованиям мировых стандартов. Принципом работы является измерение показателей напряжения на входе в стабилизатор. Далее при сопоставлении показателей со стандартным значением в 220 В происходит преобразование тока с нестабильными показателями в поток электроэнергии, обусловленных параметров при помощи реле. К техническим характеристикам устройства относятся:

• Стабилизатор может работать в условиях окружающего воздуха с температурой от 5ºС до 40ºС.
• Показания напряжения на выходе допускаются с погрешностью не более 8% от 220 в.
• Прибор способен реагировать в течение 6—7 миллисекунд.
• Коэффициент полезности составляет не менее 97%.
• Искажение показаний синусоиды отсутствует.
• Причиной охлаждения является автоматическая подача воздуха.

В основном применяется для установки и защиты всех приборов для работы, которых необходима электроэнергия. Для того чтобы обеспечить эффективное использование стабилизатора, перед началом работы нужно внимательно прочитать инструкцию во избежание ошибок и неисправностей. К основным функциям стабилизатора относятся:

• Принятие большого интервала входных параметров напряжения от 90 до 260 вольт.
• В нестандартных ситуациях, происходящих в сети, происходит быстрое реагирование на ситуацию.
• Способность регулировать на выходе в большом диапазоне без искажения сигнала.
• При увеличении напряжения выше определённого критического минимума прибор способен автоматически отключаться.
• Функции контроля и измерения показателей напряжения на входе при помощи вольтметра, который установлен в корпусе.
• При замыкании сети срабатывает автоматическое отключение сети.
• После того как восстановятся определённые параметры, устройство подключается автоматически и происходит возобновление подачи тока.
• О параметрах работы прибора выдаёт индикаторное сообщение.

Популярные модели

Очень много моделей инверторов выпускается в нашей стране. Применяться они могут как в промышленном производстве, так и в бытовых условиях. Популярными считаются:

1. AIRLINE API-150−01 — допустимый порог мощности прибора составляет 150 Вт. Корпус изготовлен из прочного пластика, который способен выдерживать высокие температуры. Автомобильный инвертор подключается от прикуривателя, который находится в салоне. К этому аппарату можно подключить несколько электрических приборов, общая мощность которых составляет не более 150 Вт. Аппарат имеет защиту от короткого замыкания и скачков входящего напряжения.
2. Jet A JA-P11 — если поблизости нет сети электрической энергии, то этот аппарат выручит в любой ситуации. Максимальная мощность устройства составляет около 300 Вт. Существует защита от низкого питающего напряжения, перегрева и перегрузок.
3. Titan HW-150E1 150 Вт — осуществляет возможность пользоваться электроприборами до 150 Вт. Подключается от автомобильного прикуривателя и выходное напряжение составляет 220—240 В. Вес аппарата не превышает 0,5 кг, что делает его очень удобным в дальних поездках.

Можно отметить и другие неплохие инверторы: Kensington Ultra Portable Inverter 150—33362EU, Inverter 150W AVS, Robiton 150W.

Мощный DC-DC преобразователь

Сегодня рассмотрим очередной DC-DC преобразователь напряжения который позволит заряжать или питать ноутбук от автомобильной бортовой сети 12 вольт.  Схем похожих преобразователей в сети очень много, мы рассмотрим на мой взгляд один из лучших вариантов.  Ещё инверторы такого планы часто применяются для питания мощных светодиодов от пониженного источника поэтому некоторые образцы имеют функцию ограничения тока.

Зачем делать то, что можно купить, ещё и за несколько долларов, такие вопросы задают многие люди…, отвечу просто,  во-первых, собрать своими руками гораздо быстрее, чем ждать пару месяцев посылку из Китая и, во-вторых ничто не сравнится с той радостью, которую приносит работа конструкции которою ты создал собственными руками.  Плюс ко всему наша конструкция будет надёжная.

Давайте рассмотрим схему и принцип её работы.

Это однотактный, повышающий стабилизатор напряжения с защитой от коротких замыканий, в просто народи — Бустер. Принцип работы схож с обратно — ходовым преобразователем, но у последнего дроссель состоит минимум из двух обмоток и между ними имеется гальваническая развязка.

Основой схемы является популярнейший однотактный ШИМ-контроллер из семейства UC38, в данном случае это UC3843.  На вход схемы подаем напряжение, скажем 12 Вольт, а на выходе получаем 19, которые необходимо для зарядки почти любого ноутбука.

Вообще диапазон входных и выходных напряжений для этой схемы довольно широк, вращением подстроечного многооборотного резистора R8 с лёгкостью можно получить иные напряжения на выходе. Я выставил чуть меньше 18, так как данный преобразователь мне нужен для иных целей.

Микросхема генерирует прямоугольные импульсы с частотой около 120-125 килогерц, этот сигнал поступает на затвор ключа и тот срабатывает. Когда открыт транзистор в дросселе накапливается некоторая энергия, после закрытия ключа дроссель отдаёт накопленную энергию, это явление называют самоиндукцией, которая свойственна индуктивным нагрузкам.

Важно заметить, что напряжение самоиндукции может быть в разы, а то и в десятки раз больше напряжения питания, всё зависит от индуктивности конкретного дросселя.  На выходе схемы установлен однополупериодный выпрямитель для выпрямления всплесков самоиндукции в постоянный ток , который накапливается в выходных конденсаторах

Питание нагрузки осуществляется запасенной в конденсаторах энергией, такой инвертор очень экономичен благодаря ШИМ управлению, потребление холостого хода всего 15-20 миллиампер.
Используя осциллограф мы можем увидеть, как меняется скважность импульсов на затворе полевого транзистора в зависимости от выходной нагрузки, чем больше выходная мощность, тем больше длиться рабочий цикл транзистора, то есть в дроссель поступает больше энергии, а следовательно больше и энергия самоиндукции.

Теперь о конструкции…  Микросхема — ШИМ установлена на панельку для без паечного монтажа, если собираетесь использовать такой преобразователь в автомобиле, то советую микросхему запаять непосредственно на плату, так как в машине всегда есть вибрация.

Полевой транзистор… Тут большой выбор, использовать можно ключи с током от 20 ампер напряжением не менее 50 вольт. Я просто воткнул мой любимый IRFZ44, которого с головой хватит.

Кстати о мощности…, В принципе схема может отдать 150 вт без проблем, но естественно для этого нужен более мощный транзистор скажем irf3205 и соответствующий дроссель, в моём варианте схема будет под нагрузкой не более 50 Ватт, хотя с таким раскладом компонентов 100 Ватт снять можно.

Далее по счёту идёт накопительный дроссель, его индуктивность 40 мкГн, ничего не мотал, просто взял один из дросселей выходного фильтра компьютерного блока питания. Диаметр провода 0,9 мм. Количество витков 25. В принципе он особо не критичен, индуктивность может отличаться, размеры кольца и количество витков тоже.

Выходной выпрямитель — это сдвоенный Диод шоттки, подойдут сборки с током от 10 ампер с обратным напряжением не менее 40-45 Вольт.

Схема имеет защиту от коротких замыканий, она построена на базе датчика тока в лице низкоомного резистора подключённого в цепь истока полевого ключа, в моём случае это 2-х ваттный резистор сопротивлением 0,1 Ом.

После окончательной сборки транзистор и выпрямитель устанавливают на общий теплоотвод не забываем и про изоляцию между ними. Печатная плата довольно компактная, монтаж плотный.

Печатную плату в формате lay. можно скачать здесь.

Автор; АКА Касьян.

Распространенные схемы

Чтобы преобразовать напряжение одного уровня в другое, используют импульсные преобразователи с установленными индуктивными накопителями энергии. Исходя из этого, различают три типа схем преобразования:

• Инвертирующие.
• Повышающие.
• Понижающие.

Во всех перечисленных схемах используются электрические компоненты:

1. Основной коммутирующий компонент.
2. Источник питания.
3. Конденсатор фильтра, который подключают параллельно сопротивлению нагрузки.
4. Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
5. Диод для блокировки.

Комбинирование данных элементов в определенной последовательности позволяет построить любую из вышеперечисленных схем.

Простой импульсный преобразователь

Самый элементарный преобразователь можно собрать из ненужных деталей от старого системного блока компьютера. Существенный недостаток данной схемы — выходное напряжение 220В далеко от идеала по своей форме синусоиды, имеет частоту, превышающую стандартные 50 Гц. Не рекомендуется подключать к такому аппарату чувствительную электронику.

В данной схеме применено интересное техническое решение. Для подключения к преобразователю техники с импульсными блоками питания (например, ноутбук) используют выпрямители со сглаживающими конденсаторами на выходе из устройства. Единственный минус — адаптер будет работать только в случае совпадения полярности выходного напряжения розетки с напряжением выпрямителя, встроенного в адаптер.

Для простых потребителей энергии подключение можно осуществить напрямую к выходу трансформатора TR1. Рассмотрим основные компоненты данной схемы:

• Резистор R1 и конденсатор C2 — задают частоту работы преобразователя.
• ШИМ-контролер TL494. Основа всей схемы.
• Силовые полевые транзисторы Q1 и Q2 — используются для большей эффективности. Размещаются на алюминиевых радиаторах.
• Транзисторы IRFZ44 можно заменить близким по характеристикам IRFZ46 или IRFZ48.
• Диоды D1 и D2 также можно заменить на FR107, FR207.

Если в схеме предполагается использование одного общего радиатора, необходимо установить транзисторы через изоляционные прокладки. По схеме, выходной дроссель наматывают на ферритовое кольцо от дросселя, которое также извлекают из блока питания компьютера. Первичную обмотку изготавливают из провода 0,6 мм. Она должна иметь 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывают вторичную обмотку, состоящую из 80 витков. Выходной трансформатор можно также изъять из ненужного ИБП.

Схема очень проста. При правильной сборке она начинает работать сразу, не требует точной 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.

ИНТЕРЕСНО: В магазине подобный преобразователь стоит в районе 3-4 тысяч рублей.

Схема преобразователя с выходом переменного тока

Данная схема известна еще радиолюбителям СССР. Однако это не делает ее неэффективной. Наоборот, она очень хорошо себя зарекомендовала, а главный ее плюс — получение стабильного переменного тока с напряжением 220В и частотой 50 Гц.

В качестве генератора колебаний выступает микросхема К561ТМ2, представляющая из себя D-тригер сдвоенного типа. Этот элемент можно заменить зарубежным аналогом CD4013.

Сам преобразователь имеет два силовых плеча, построенных на биполярных транзисторах КТ827А. Они имеют один существенный недостаток по сравнению с новыми полевыми транзисторами — данные компоненты сильно нагреваются в открытом состоянии, что происходит из-за высоких показателей сопротивления. Преобразователь работает на низкой частоте, поэтому в трансформаторе используют мощный стальной сердечник.

В данной схеме используется старый сетевой трансформатор TC-180. Он, как и остальные инверторы на основе несложных ШИМ-схем, выдает значительно отличающуюся синусоидальную форму напряжения. Однако этот недостаток немного сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7.

ВАЖНО: Иногда трансформатор может издавать ощутимый гул во время работы. Это говорит о неполадках в работе схемы

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