Главная Рак печени

Высокое напряжение и не только. Высокое напряжение и не только Самый простой преобразователь 12 220

За долгие годы после появления электричества мы окончательно привыкли к сети 220, что любой прибор может от неё работать. Различную бытовую технику нам хочется взять с собой в путешествия или на отдых, но в автомобиле только 12 или 24. Для решения этой проблемы лучше всего использовать преобразователь напряжения с 12 до 220 вольт. Благодаря современной элементной базе и ШИМ контроллерам, такой блок стал миниатюрным и лёгким.

Второе распространённое название, это « р». Соответственно в интернет-магазине может называться по-разному, не всегда бывает легко найти.

Как всегда китайцы заманивают нас низкими ценами и большими мощностями инверторов 12 в 220. Об этом расскажу отдельно, вас вряд ли интересуют китайские ватты, у которых один нолик бывает лишний.

1. Применение
2. Технические характеристики
3. Мощность
4. Охлаждение
5. Пример характеристик
6. Типовое энергопотребление
7. Дополнительная защита
8. Подключение в авто
9. Как сделать своими руками
10. Подключение ноутбука в авто
11. Цены на преобразователи

Применение

Инверторы напряжения DC-AC нашли широкое применение в местности без электрификации. От стандартного аккумулятора на 12В можно получить бытовые 220В. Форма электрического тока на выходе немного ограничивает применение, не все электрические приборы могут переносить синусоиду почти прямоугольной формы.

По количеству Ватт на выходе в основном бывают:

автомобильные на 100вт, 300вт, 500 Ватт;
мощные стационарные 2000вт, 3000вт, 5000вт, 10000вт.

По конструкции делятся на:

на автомобильные;
стационарные;
компактные.

Рассматривать преобразователь с 12 на 220 в машину буду для использования питания светодиодного освещения, так как весь сайт этому посвящен. Но всё это распространяется и на любую бытовую технику с питанием от сети 220В.

При выезде на пикник или отдаленную дачу бывает необходимость осветить помещение или место ночёвки. Самый простой способ, подключить светодиодный светильник или лампу для дома в автомобильный инвертор 12 220v. Это конечно не очень оптимально с точки зрения экономного расхода энергии аккумулятора авто, КПД снижается вместе с увеличением нагрузки. В лампочке тоже стоит ШИМ драйвер для питания светодиодов.

Стационарный инвертор 12 в 220 с чистым синусом незаменим при использовании энергии солнечных батарей или ветряков. Изначально такие генераторы выдают 12В, 24В, 36В, которые можно напрямую аккумулировать.

Компактные модели могут питаться от 12в до 50в, более неприхотливы в выборе источника питания. В автомобильном варианте выглядят как большая зарядка с розеткой.

Технические характеристики

Все DC — AC преобразователи тока с 12 на 220 на выходе имеют стандартные параметры, частота 50 Герц и 220V. Они соответствуют параметрам в нашей домашней сети и совместимы практически со всеми домашними устройствами.

Основные параметры:

номинальная мощность;
коэффициент полезного действия;
активное или пассивное охлаждение;
энергопотребление на холостом ходу;
максимальный ток потребления на входе;
напряжение питания;
защита от замыкания и перегрева;
вид синусоиды на выходе.

Все современные преобразователи конструктивно реализованы на импульсных контроллерах, которые обеспечивают высокий коэффициент полезного действия. Это значение может достигать 95%, остальные 5% энергии будут рассеиваться самим прибором, за счет которых он нагревается.

Самые доступные модели имеют модифицированную синусоиду на выходе, прямоугольного вида. У дорогих «чистая синусоида», такая же плавная, как обычной домашней розетке.

Некоторые электроприборы при включении потребляют энергии в 2 раза больше. Например, бытовая дрель на 750вт не сможет запуститься от инвертора на 1000вт. Пиковой кратковременной мощности может не хватить для старта двигателя. Решением такой проблемы будет использование электроприборов с плавным пуском.

Мощность

Реальная мощность дешевых DC-AC преобразователей с 12 на 220 может быть в 2 – 3 раза ниже. Интернет-магазины и производители используют китайский маркетинг для увеличения продаж. Крупно указывают кратковременную пиковую мощность, на которой прибор может работать 5 минут, пока не отключится из-за перегрева и перегрузки.

Для домашнего можно смело покупать стационарные на 2000 вт, 3000 вт, 5000 вт, всегда найдется чем его загрузить. Промышленные уже на 10000вт, 15000вт и выше, рассчитаны на энергоснабжение электроинструментов. Для легковых автомобилей достаточно 100вт, 300вт, 500 Ватт, 2000вт. Если больше, то требуется серьёзная подготовка транспорта.

При выборе уточняйте, как мощность указана, номинальная долговременная или кратковременная. При подсчёте предполагаемой нагрузки делайте запас на 20%, чтобы не эксплуатировать преобразователь не пределе, это значительно продлит его ресурс. У дорогих есть запас, у дешевых наоборот, слегка не хватает до нормы.

Подключение лучше проводит у специалистов, сила тока от аккумулятора для автомобильного инвертора на 500W будет около 50А. По неосторожности можно спалить провода и много чего другого. Лучше перестраховаться и поставить дополнительный предохранитель или систему защиты. Джиперы ставят отдельную кнопку отключения массы. Я сторонник максимальной безопасности, на себе попробовал все виды воздействия электричества, даже когда отвертка в руках плавится.

Охлаждение

Пассивное с ребрами из алюминия

Нагрев зависит от полной мощности инвертора и подключенной нагрузки. В качестве системы охлаждения используется алюминиевый корпус устройства. Когда мощность большая, то устанавливается вентилятор, за счёт которого циркулирует воздух внутри. Активное охлаждение работает не постоянно, только когда температура корпуса превышает установленную и термодатчик включает вентилятор.

Автомобильный транспорт и любой другой подвержены сильному воздействию пыли. Поэтому при большой нагрузке вентилятор может просто не включится, потому что забился пылью.

Активное охлаждение с вентилятором

Пример характеристик

В качестве наглядного примера рассмотрим типовые параметры обычного повышателя.

1. Номинальная рабочая 1000вт, работать на ней может любое количество времени.

2. Максимальная 2000вт, только в течение короткого промежутка времени 5-10 минут, некоторые приборы на старте потребляют в 2 раза больше.

3. Ток без нагрузки 1А, энергопотребление самого преобразователя напряжения от батареи без нагрузки. При 12В это будет 12 Ватт в час.

4. Форма сигнала, модифицированная синусоида — колебания тока прямоугольной формы, все дешевые повышатели дают только такую форму.

5. Входное напряжение 11-15В, при выходе за эти значения сработает защита, и всё отключится.

6. Напряжение на выходе 220В ±10%. Показатель зависит от нагрузки на инвертор и его качества. Обычно питание электроники рассчитано на изменения питания в этих пределах.

7. Частота тока 50Гц, частота колебаний в секунду.

8. КПД 94%, средний коэффициент полезного действия. Остальные 6% потребляет сам прибор, за счёт которых и нагревается. Хорошим КПД считается от 90%.

Типовое энергопотребление

В таблице указано минимальное потребление энергии для популярной бытовой техники. Чтобы узнать количество Ватт для конкретного прибора, посмотрите количество Ватт на его блоке питания или поищите на корпусе. Если известна только маркировка и название модели, то всегда можно погуглить характеристики. Точнее всего будет замерять ваттметром еще дома, чтобы узнать точные реальные показатели, которые сильно зависят от режима работы.

Дополнительная защита

Хорошая модель с индикаторами

Хороший преобразователь напряжения с 12 на 220 должен иметь защиту от короткого замыкания, перегрузки и перегрева. Обязательно должен быть предохранитель в самом устройстве. Мощность подключаемых приборов может меняться, да и дети случайно могут подключить утюг. Чтобы инвертор не сгорел, защита от перегрузки должна его своевременно отключить. Короткое замыкание приводит к возникновению большой силы тока, которая моментально разогревает провода и они воспламеняются. Блок защиты должен отключить выход инвертора, и не включать пока есть замыкание.

В качественных моделях блок защищен от неправильной полярности, слишком низкого и слишком высокого входного напряжения. Дополнительные индикаторы и встроенные вольтметры покажут текущее состояние, и помогают заблаговременно выявить неисправность.

Начинка и конструкция

Наличие термозащиты можно определить по наличию датчика температуры на радиаторе охлаждения силовых транзисторов. Этот датчик включает вентилятор, когда температура системы охлаждения превысила допустимую.

Подключение в авто

Чаще всего подключают в автомобилях, по неосторожности многие спалили не один предохранитель в блоке защиты электрики машины. Прикуриватель имеет ограничение по мощности подключаемой нагрузки, смартфон и планшет вы можете заряжать без проблем. Во всех авто прикуриватель защищён предохранителем около 15 Ампер от короткого замыкания. Это около 180W. В инструкции по эксплуатации производитель пишет, что не надо подключать в прикуриватель нагрузку более 130-150W, то есть максимум 12 ампер. При перегрузке сгорит предохранитель и всё отключится. Если такое случилось, то можно временно взять предохранитель со второстепенной электрики, типа задних стеклоподъемников или противотуманных фар.

Только толстые провода или хорошие крокодилы

Мощную нагрузку на 12V можно подключать только напрямую к аккумулятору или делать отдельную толстую проводку в салон авто. Провода не должны касаться подвижных частей силового агрегата и других механизмов под капотом. Должны иметь защиту от истирания и замыкания на массу. С этим сам сталкивался, когда прямо находу на трассе резко потухли все приборы в машине.

Не используйте переходники с прикуривателя на крокодилы. Они бывают собраны только на обжиме, без пропайки. Избегайте любого плохого контакта на линиях питания, это приведет к нагреву этих участков.

Как сделать своими руками

Многим будет интересно собрать преобразователь напряжения с 12 на 220 своими руками. Чтобы сберечь своё время, предпочитаю использовать готовые блоки или подручные приборы. В интернете есть хорошие схемы на 2000, 2500 и 3000 Вт, они отличаются в основном количеством силовых транзисторов на выходе.

На Ебее и Алиэкспресс продаётся около 10 разновидностей готовых высоковольтных модулей. От простейших до качественных с кулером на радиаторе. Остаётся добавить провода и клеммы, установить розетку и дополнительную защиту.

Старый ИБП

Но самый лучший вариант изготовления инвертора 12 в 220 своими руками, это использование источника бесперебойного питания ИБП. Это полностью готовое устройство, продвинутые модели снабжены экранами и индикаторами. Остаётся только вывести кабель на 12 вольт наружу. В ИБП есть основные виды защиты, на корпусе от 1 до 6 розеток.

Старый ИБП стоит 100-300руб, иногда их отдают бесплатно, у меня их валялось 3 штуки. Проще и быстрее их найти на Авито, встречаются очень хорошие модели по сказочным ценам.

Подключение ноутбука в авто

Отдельно рассмотрим подключение к прикуривателю ноутбука с питанием на 19V. Использовать автомобильный инвертор на 220V не рационально, придется с 12V делать 220V и потом 19V. Слишком много энергии будет уходить на преобразование. Оптимальный вариант, использование повышающего преобразователя с 12 на 19В.

Я купил универсальный блок за 250руб вместе с доставкой на Aliexpress. В российских магазинах за него просят слишком много, но можно поискать на Авито по доступной цене. Протестировал его своим ноутбуком, держит ток до 4А, количество вольт не проседает при нагрузке, нагрев в норме.

XL4016

Дешевые китайские блоки конечно имеют реальные параметры ниже заявленных Но всегда можно доработать конструкцию и элементную базу.

Цены на преобразователи

Россияне любят затариваться мелкой электроникой на китайском базаре Aliexpress. По роду своей деятельности постоянно слежу за ценами на Алиэкспресс и сравниваю с российскими. На октябрь 2016 года покупать на Алиэкспресс не выгодно из-за курса доллара. Можно дешевле и лучше купить в России, к тому же получите гарантию и возможность обмена в течение 2 недель.

Китайцы любят завысить технические характеристики, ведь 99% из вас не будут проверять соответствие обещанных параметрам. А оставшийся 1% потребует небольшой компенсации за обман со стороны продавца. По опыту коллег обещанные китайцами 3000вт можно смело делить на 3, и получите реальное долговременную мощность.

Если вы прочитали обзор про китайский преобразователь с 12 на 220, где им довольны и пишут, что хорошо работает, не бросайтесь идти и покупать по ссылке. Их выпускают разные заводы, начинка бывает разные даже в пределах одной партии. Контроль качества у них низкий, процент брака относительно высокий. Отзывы пишут в основном люди, которые купили его недавно и пользуются ими в первый раз. То есть объективность мнения очень низкая, верьте только результатам измерений и тестов.

Всем привет! Речь пойдет о том, как сделать полностью механический преобразователь с 12 В постоянного до 220 В переменного напряжения. Мощность преобразователя 50 Вт, форма выходного сигнала - чистый синус. Фактически вся установка состоит из электродвигателя и мини генератора.

Понадобится

Электродвигатель 775 серии - .
Трехфазный бесщеточный мини генератор - .
Два шкива и ремень - .
Аккумуляторная батарея 12 В.
Розетка.

Изготовление преобразователя своими руками

Берем двигатель 775 серии. Он имеет питание 12 В и потребляет до 7,5 А

Берем шкив.

Одеваем шкив на двигатель и затягиваем специализированным ключом, идущим в комплекте.

Одеваем шкив на мини электрогенератор.

В качестве основания преобразователя будет использоваться деревянная дощечка.

Располагаем на ней двигатель и генератор параллельно друг другу.

Одеваем ремень и замечаем расстояние, которое нужно соблюсти между генератором и мотором, чтобы ремень был натянут.

Металлическими скобами фиксируем двигатель. Предварительно в доске были сделаны отверстия под саморезы.

Фиксируем генератор и одеваем ремень на шкивы.

Прикручиваем розетку. Из генератора выходит три провода. К колодке подключаем любые два, один будет не задействован.

Устанавливаем аккумуляторную батарею.

Подключаем к двигателю через выключатель.

Сам выключатель приклеим к батарее горячим клеем.

Вид готового преобразователя напряжения.

Испытания

Включаем устройство. Слышен шум работы мотора.
Хоть бесщеточный генератор выдает общую мощность 50 Вт, этого хватает чтобы зажечь лампу 40 Вт одной фазой.

Со светодиодной лампой справляется на раз-два.

Заряжать телефон возможно без труда.

Большим плюсом данной конструкции является то, что преобразователь выдает трехфазное напряжение частотой примерно 50 Гц с абсолютно чистым синусом. Возномно это вам где-нибудь может пригодится.Работу преобразователя смотрите в видеоролике.

Принципиальная схема инвертора 12-220 на TL494

В данном инверторе используется готовый высокочастотный понижающий трансформатор из БП компьютера, но в нашем преобразователе он станет наоборот повышающим. Данный трансформатор можно взять как из AT, так и из ATX. Обычно, такие трансформаторы отличаются только габаритами, а их расположение выводов совпадает. Убитый блок питания (или трансформатор из него) можно поискать в любой мастерской по ремонту компьютеров.

Если же вы такого трансформатора не найдете, можно попробовать намотать вручную (если хватит терпения). Вот какой трансформатор использовал в своём варианте:

Транзисторы обязательно нужно поставить на радиатор, иначе они могут перегреться и выйти из строя.

Использовал алюминиевый радиатор из полупроводникового советского телевизора. Этот радиатор не совсем подошел по размеру к транзисторам, но другого варианта у меня не было.

Также желательно заизолировать все высоковольтные выводы данного инвертора и лучше собрать все в корпус, ведь если этого не сделать, может случайно произойти короткое замыкание или просто можно коснуться высоковольтного вывода, что будет очень неприятно.

Будьте осторожны! На выходе схемы высокое напряжение и очень серьезно может ударить.

Я использовал корпус от блока питания ноутбука. Он очень хорошо подошел по размерам.

Ну и конечно же инвертор в действии:

Всем удачи, Кирилл.

Такой инвертор предназначается для получения переменного тока 220 В 50 Гц из автомобильного аккумулятора или любой батареи на 12 В. Мощность инвертора около 150 Вт и может быть увеличена до 300.

Работает схема как преобразователь типа Push-Pull. Сердцем инвертора является микросхема CD4047, которая выступает в роли задающего генератора и одновременно управляет полевыми транзисторами. Последние работают в режиме ключей. Открытым может быть лишь один из транзисторов. Если откроются оба транзистора одновременно, то произойдет короткое замыкание, и транзисторы сгорят моментально. Такое может произойти из-за неправильного управления.

Микросхема CD4047, разумеется, не заточена для высокоточного управления «полевиками», но справляется с этой задачей достаточно неплохо.

Трансформатор взят из нерабочего ИБП. Он на 250-300 Вт и имеет первичную обмотку со средней точкой, куда подключается плюс от источника питания.

Вторичных обмоток много, поэтому необходимо найти сетевую обмотку на 220 В. С помощью мультиметра измеряются сопротивления всех отводов, которые имеются на вторичной цепи. Искомые отводы должны иметь самое большое сопротивление (в примере около 17 Ом). Все остальные провода можно откусить.

Рекомендуется проверять все компоненты перед пайкой. Транзисторы лучше подбирать из одной партии с аналогичными характеристиками. У конденсатора в частотозадающей цепи должна быть малая утечка и узкий допуск. Эти параметры можно проверить транзисторным тестером.

Пару слов о возможных заменах в схеме. К сожалению, микросхема CD4047 советских аналогов не имеет, поэтому нужно купить именно ее. “Полевики” можно заменить на любые n-канальные транзисторы, которые имеют напряжение от 60 В и током от 35 А. Подойдут из линейки IRFZ.

Схема также прекрасно работает с биполярными транзисторами на выходе, правда, мощность будет гораздо ниже, чем при использовании полевых транзисторов.

Затворные ограничительные резисторы могут иметь сопротивление от 10 до 100 Ом. Лучше ставить от 22 до 47 Ом мощностью 250 мВт.

Частотозадающую цепь собирать только из тех элементов, которые указаны в схеме. Она будет точно настроена на 50 Гц.

Правильно собранный прибор должен работать сразу. Но первый запуск обязательно нужно делать со страховкой. То есть на место предохранителя по схеме установить резистор номиналом 5-10 Ом, или лампу на 12 В (5 Вт), чтобы не взорвать транзисторы, если возникнут проблемы.

Если преобразователь работает нормально, то трансформатор издает звук, при этом ключи не должны нагреваться вообще. Если все так, то резистор можно убрать и подавать питание напрямую через предохранитель.

Среднее потребление тока инвертором на холостом ходу может составлять от 150 до 300 мА, но это будет зависеть от источника питания и от используемого трансформатора.

Далее, измеряется выходное напряжение. В примере получились значения от 210 до 260 В. Это в пределах нормы, поскольку инвертор не стабилизирован. Теперь можно включить нагрузку, к примеру, лампу на 60 Вт. Нужно погонять инвертор около 10 секунд, ключи должны немного нагреваться, поскольку они пока без теплоотводов. Нагрев на обоих ключах должен быть равномерным. Если это не так, то ищите косяки.

Инвертор снабжен функцией Remote Control.

Основной силовой плюс подключается к средней точке трансформатора. Но чтобы инвертор заработал, необходимо подать слаботочный плюс к плате. Это запустит генератор импульсов.

Несколько слов о монтаже. Как всегда, все хорошо поместилось в корпусе от БП компьютера. Транзисторы установлены на раздельные радиаторы.

В случае использования общего теплоотвода нужно обязательно изолировать корпуса транзисторов от радиатора. Кулер был подключен непосредственно к шине 12 В.

Самый большой недостаток этого инвертора – это отсутствие защиты от короткого замыкания. В этом случае транзисторы сгорят. Чтобы такого не произошло, на выходе нужен предохранитель на 1 А.

Маломощная кнопка подает плюс от источника питания на плату, то есть запускает инвертор в целом.

Силовые шины от трансформатора крепятся прямо к радиаторам транзисторов.

Подключив на выход преобразователя прибор, который называется энергометром, можно убедиться в том, что напряжение и частота в пределах нормы. Если же частота отличается от 50 Гц, то ее необходимо подстроить с помощью многооборотного переменного резистора, который присутствует на плате.

Во время работы, когда на выход не подключена нагрузка, трансформатор достаточно шумный. При подключенной нагрузке шум незначителен. Это все нормально, поскольку на трансформатор подаются прямоугольные импульсы.

Получившийся инвертор является нестабилизированным, но почти все бытовые приборы приспособлены работать в диапазоне напряжений от 90 до 280 В.

Если же напряжение на выходе выше 300 В, то рекомендуется на выход помимо основной нагрузки подключать лампочку накаливания ватт на 25. Это снизит выходное напряжение в небольшом пределе.

Коллекторные двигатели питать от преобразователя, в принципе, можно, но они нагреваются раза в 2 больше, чем при питании от чистой синусоиды.

То же самое происходит и с потребителями, в которых имеется железный трансформатор. А вот асинхронные двигатели подключать не рекомендуется.

Вес прибора составляет около 2,7 кг. Это немало, если сравнивать с импульсными инверторами.

Прикрепленные файлы:

Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank

Инвертор 12V/220V вещь на хозяйстве нужная. Иногда просто необходимая: сеть, допустим, пропала, а телефон разряжен и в холодильнике мясо. Спрос определяет предложение: за готовые модели на 1кВт и более, от которых можно запитывать любые электроприборы, придется выложить где-то от $150. Возможно, более $300. Однако сделать преобразователь напряжения своими руками в наше время дело доступное каждому, кто умеет паять: собрать его из готового набора компонент обойдется втрое-вчетверо дешевле + немного работы и металла из подручного хлама. Если есть для автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ), можно уложиться вообще в 300-500 руб. А если имеются еще и начальные радиолюбительские навыки, то, порывшись в загашниках, вполне возможно сделать инвертор 12V DC/220V AC 50Hz на 500-1200 Вт вовсе даром. Рассмотрим возможные варианты.

Варианты: глобально

Преобразователь напряжения 12-220 В для питания нагрузки до 1000 Вт и более в целом можно сделать самостоятельно такими способами (в порядке повышения затрат):

Оформить в корпус с теплоотводом готовый блок с Avito, Ebay или AliExpress. Ищется по запросу «inverter 220» или «inverter 12/220»; можно сразу добавить требуемую мощность. Обойдется прим. вдвое дешевле такого же заводского. Электротехнических навыков не нужно, но – см. ниже;
Собрать такой же из набора: печатная плата + «россыпь» компонент. Приобретается там же, но к запросу добавляется diy, что значит под самосборку. Цена еще прим. в 1,5 раза ниже. Нужны начальные навыки в радиоэлектронике: пользоваться мультиметром, знание разводок (распиновок) выводов активных элементов или умение их искать, правил включения в схему полярных компонент (диодов, электролитических конденсаторов) и умение определять, на какой ток какого сечения нужны провода;
Приспособить под инвертор компьютерный источник бесперебойного питания (ИБП, UPS). Исправный ИБП б/у без штатной АКБ можно найти за 300-500 руб. Навыков не нужно никаких – к ИБП просто подключается авто АКБ. Но заряжать ее придется отдельно, также см. ниже;
Выбрать способ преобразования, схему (см. далее) сообразно своим потребностям и наличию деталей, рассчитать и собрать полностью самостоятельно. Возможно совсем даром, но кроме начальных электронных навыков понадобится умение пользоваться некоторыми специальными измерительными приборами (тоже см. далее) и производить простейшие инженерные расчеты.

Из готового модуля

Способы сборки по пп. 1 и 2 на самом деле не такие уж простые. Корпуса готовых заводских инверторов служат одновременно и теплоотводами для мощных транзисторных ключей внутри. Если брать «полуфабрикат» или «россыпь», то корпуса к ним не будет: при теперешней себестоимости электроники, ручного труда и цветных металлов разница в ценах объясняется как раз отсутствием второго и, возможно, третьего. Т.е., радиатор для мощных ключей придется делать самому или искать готовый алюминиевый. Его толщина в месте установки ключей должна быть от 4 мм, а площади на каждый ключ должно приходиться от 50 кв. см. на каждый кВт отдаваемой мощности; с обдувом от компьютерного вентилятора-кулера на 12 В 110-130 мА – от 30 кв. см*кВт*ключ.

Напр., в наборе (модуле) 2 ключа (их видно, они торчат из платы, см. слева на рис.); модули с ключами на радиаторе (справа на рис.) стоят дороже и рассчитаны на определенную, как правило, не очень большую мощность. Кулера нет, мощность нужна 1,5 кВт. Значит, нужен радиатор от 150 кв. см. Кроме него еще установочные комплекты для ключей: изолирующие теплопроводящие прокладки и фурнитура под крепежные винты – изолирующие чашечки и шайбы. Если модуль с теплозащитой (между ключами будет торчать еще какая-то фитюлька – термодатчик), то немного термопасты для приклеивания его к радиатору. Провода – само собой, см. далее.

Из ИБП (UPS)

Инвертор 12В DC/220 В AC 50 Гц, к которому можно подключать любые приборы в пределах допустимой мощности, делается из компьютерного ИБП совсем просто: штатные провода к «своей» АКБ заменяются длинными с зажимами под клеммы авто АКБ. Сечение проводов рассчитывается исходя из допустимой плотности тока 20-25 А/кв. мм, см. также далее. Но вот из-за нештатной батареи могут возникнуть проблемы – с нею же, а она дороже и нужнее преобразователя.

В ИБП применяются тоже свинцово-кислотные АКБ. Это на сегодня единственно широко доступный вторичный химический источник электропитания, способный регулярно отдавать большие токи (экстратоки), не «убиваясь» полностью за 10-15 циклов заряд-разряд. В авиации используются серебряно-цинковые АКБ, которые еще мощнее, но они чудовищно дороги, в широкий оборот не выпускаются, а их ресурс по бытовым меркам ничтожен – ок. 150 циклов.

Разряд кислотных АКБ четко отслеживается по напряжению на банку, и контроллер ИБП не даст «чужой» батарее разрядиться сверх меры. Но в штатных АКБ ИБП электролит гелевый, а в автоаккумуляторах жидкий. Режимы заряда в том и другом случае существенно отличаются: сквозь гель нельзя пропускать такие токи, как сквозь жидкость, а в жидком электролите при слишком малом токе заряда подвижность ионов будем мала и они не все вернутся на свои места в электродах. В результате ИБП будет хронически недозаряжать авто АКБ, она скоро засульфатируется и придет в полную негодность. Поэтому в комплект к инвертору на ИБП нужно зарядное устройство для аккумуляторов. Сделать его своими руками можно, но это уже другая тема.

Батарея и мощность

От АКБ зависит и пригодность преобразователя для той или иной цели. Повышающий инвертор напряжения не берет энергию для потребителей из «темной материи» Вселенной, черных дыр, духа святого или откуда-то еще просто так. Только – из АКБ. А от нее он возьмет мощность, отдаваемую потребителям, деленную на КПД самого преобразователя.

Если вы увидите на корпусе фирменного инвертора «6800W» или более – верьте глазам своим. Современная электроника позволяет поместить в объеме сигаретной пачки устройства и помощнее. Но, допустим, нам нужна мощность в нагрузке 1000 Вт, а в распоряжении есть обычный автоаккумулятор на 12 В 60 А/ч. Типовое значение КПД инвертора – 0,8. Значит, от батареи он возьмет ок. 100 А. На такой ток нужны и провода сечением от 5 кв. мм (см. выше), но не это тут главное.

Автолюбители знают: гонял стартер 20 мин – покупай новый аккумулятор. Правда, в новых машинах есть ограничители времени его работы, так что, возможно, и не знают. И точно не все знают, что стартер легковушки, раскрутившись, берет ток ок. 75 А (в течение 0,1-0,2 с при запуске – до 600 А). Простейший расчет – и выходит, что, если в инверторе нет автоматики, ограничивающей разряд батареи, то наша за 15 мин сядет полностью. Так что выбирайте или конструируйте свой преобразователь с учетом возможностей наличной АКБ.

Примечание: из этого следует огромное преимущество преобразователей 12/220 в на основе компьютерных ИБП – их контроллер не даст полностью посадить батарею.

Ресурс кислотных АКБ заметно не уменьшается, если они разряжаются 2-х часовым током (12 А для 60 А/ч, 24 А для 120 А/ч и 42 А для 210 А/ч). С учетом КПД преобразования это дает допустимую долговременную мощность нагрузки в прим. 120 Вт, 230 Вт и 400 Вт соотв. Для 10 мин. нагрузки (напр., для запитки электроинструмента) она может быть увеличена в 2,5 раза, но после этого АБК должна отдохнуть не менее 20 мин.

В целом итог получается не совсем уж плохой. Из обычного бытового электроинструмента только болгарка может брать 1000-1300 Вт. Остальные, как правило, обходятся мощностью до 400 Вт, а шуруповерты до 250 Вт. Холодильник от АКБ 12 В 60 А/ч через инвертор проработает 1,5-5 час; вполне достаточно, чтобы принять необходимые меры. Поэтому делать преобразователь на 1кВт для батареи 60 А/ч смысл имеет.

Что будет на выходе?

Преобразователи напряжения ради уменьшения массогабаритов устройства за редкими исключениями (см. далее) работают на повышенных частотах от сотен Гц до единиц и десятков кГц. Ток такой частоты не примет никакой потребитель, а потери его энергии в обычной проводке будут огромны. Поэтому инверторы 12-200 строятся под выходное напряжение след. видов:

Постоянное выпрямленное 220 В (220V AC). Пригодны для питания телефонных зарядок, большинства источников питания (ИП) планшетов, ламп накаливания, люминесцентных экономок и светодиодных. На мощность от 150-250 Вт отлично подойдут для ручного электроинструмента: потребляемая им мощность на постоянном токе немного снижается, а крутящий момент возрастает. Непригодны для импульсных блоков питания (ИБП) телевизоров, компьютеров, ноутбуков, микроволновок и т.п. мощностью более 40-50 Вт: в таких обязательно есть т. наз. пусковой узел, для нормальной работы которого сетевое напряжение должно периодически проходить через ноль. Непригодны и опасны для приборов с силовыми трансформаторами на железе и электромоторами переменного тока: стационарного электроинструмента, холодильников, кондиционеров, большей части Hi-Fi аудио, кухонных комбайнов, некоторых пылесосов, кофеварок, кофемолок и микроволновок (для последних – из-за наличия мотора вращения стола).
Модифицированное синусоидальное (см. далее) – пригодны для любых потребителей, кроме Hi-Fi аудио с ИБП, прочих устройств с ИБП от 40-50 Вт (см. выше) и, часто локальных охранных систем, домашних метеостанций и т.п. с чувствительными аналоговыми датчиками.
Чистое синусоидальное – пригодны без ограничений, кроме как по мощности, для любых потребителей электроэнергии.

Синус или псевдосинус?

С целью повышения экономичности преобразование напряжения осуществляется не только на повышенных частотах, но и разнополярными импульсами. Однако запитывать очень многие приборы-потребители последовательностью разнополярных прямоугольных импульсов (т. наз. меандром) нельзя: большие выбросы на фронтах меандра при хоть чуть-чуть реактивной нагрузке приведут к большим потерям энергии и могут вызвать неисправность потребителя. Однако проектировать преобразователь на синусодальный ток тоже нельзя – КПД не превысит прим. 0,6.

Тихая, но существенная в данной отрасли революция произошла, когда специально для инверторов напряжения были разработаны микросхемы, формирующие т. наз. модифицированную синусоиду (слева на рис.), хотя правильнее было бы назвать ее псевдо-, мета-, квази- и т.п. синусоидой. Форма тока модифицированной синусоиды ступенчатая, а фронты импульсов затянуты (фронтов меандра на экране электронно-лучевого осциллографа часто вообще не видно). Благодаря этому потребители с трансформаторами на железе или заметной реактивностью (асинхронными электромоторами) «понимают» псевдосинусоиду «как настоящую» и работают как ни в чем не бывало; Hi-Fi аудио с сетевым трансформатором на железе запитывать модифицированной синусоидой можно. Кроме того, модифицированную синусоиду возможно достаточно простыми способами сгладить до «почти настоящей», отличия которой от чистой на осциллографе на глаз еле заметны; преобразователи типа «Чистый синус» стоят ненамного дороже обычных, справа на рис.

Однако приборы с капризными аналоговыми узлами и ИБП запускать от модифицированной синусоиды нежелательно. Последние – крайне нежелательно. Дело в том, что средняя площадка модифицированной синусоиды не чистый ноль напряжения. Узел запуска ИБП от модифицированной синусоиды срабатывает нечетко и весь ИБП может не выйти из режима запуска в рабочий. Пользователь это видит сначала как безобразные глюки, а потом из девайса идет дым, как в анекдоте. Поэтому приборы в ИБП нужно запитывать от инверторов типа Чистый Синус.

Делаем инвертор сами

Итак, пока ясно, что лучше всего делать инвертор на выход в 220 В 50 Гц, хотя и о выходе AC мы тоже еще вспомним. В первом случае для контроля частоты понадобится частотомер: нормы на колебания частоты сети электропитания – 48-53 Гц. Особенно чувствительны к ее отклонениям электромоторы переменного тока: при выходе частоты питающего напряжения до пределы допуска они греются и «уходят» от номинальных оборотов. Последнее очень опасно для холодильников и кондиционеров, могут неустранимо выйти из строя вследствие разгерметизации. Но покупать, арендовать или выпрашивать на время точный и многофункциональный электронный частотомер нет нужны – нам его точность ни к чему. Вполне подойдет или электромеханический резонансный частотомер (поз. 1 на рис.), или стрелочный любой системы, поз. 2:

Стоят тот и другой недорого, продаются в интернете, а в больших городах в электротехнических спецмагазинах. Старый резонансный частотомер можно найти на на железном базаре, а тот или другой после наладки инвертора очень даже подойдут для контроля частоты сети в доме – счетчик на подключение их к сети не реагирует.

50 Гц от компьютера

В большинстве случаев питание 220 В 50 Гц требуется потребителям не особо мощным, до 250-350 Вт. Тогда основой преобразователя 12/220 В 50 Гц может послужить ИБП от старого компьютера – если, конечно, такой валяется в хламе или кто-то продает по дешевке. Отдаваемая в нагрузку мощность будет прим. 0,7 от номинальной ИБП. Напр., если на его корпусе значится «250W», то приборы до 150-170 Вт можно подключать безбоязненно. Нужно больше – надо сначала проверить на нагрузке из ламп накаливания. Выдержал 2 часа – такую мощность способен отдавать и долговременно. Как сделать инвертор 12V DC/220V AC 50Hz из компьютерного блока питания, см. видео ниже.

Видео: простой преобразователь 12-220 из компьютерного БП

Ключи

Допустим, компьютерного ИБП нет или нужна мощность побольше. Тогда важное значение приобретает выбор ключевых элементов: они должны коммутировать большие токи с наименьшими потерями на переключение, быть надежными и доступными по цене. В этом отношении биполярные транзисторы и тиристоры в данной сфере применения уверенно уходят в прошлое.

Вторая революция в инверторном деле связана с появлением мощных полевых транзисторов («полевиков») т. наз. вертикальной структуры. Впрочем, они перевернули всю технику электропитания маломощных устройств: найти в «бытовухе» трансформатор на железе становится все труднее.

Лучшие из мощных полевиков для преобразователей напряжения – с изолированным затвором и индуцированным каналом (MOSFET), напр. IFR3205, слева на рис.:

Благодаря ничтожной мощности переключения КПД инвертора с выходом DC на таких транзисторах может достигать 0,95, а с выходом AC 50 Гц 0,85-0,87. Аналоги MOSFET со встроенным каналом, напр. IFRZ44, дают КПД пониже, но стоят гораздо дешевле. Пара тех или других позволяет довести мощность в нагрузке до прим. 600 Вт; те и другие без проблем запараллеливаются (справа на рис.), что позволяет строить инверторы на мощность до 3 кВт.

Примечание: мощность потерь переключения ключей со встроенным каналом при работе на существенно реактивную нагрузку (напр., асинхронный электродвигатель) может достигать 1,5 Вт на ключ. Ключи с индуцированным каналом от этого недостатка свободны.

TL494

Третий элемент, который позволил довести преобразователи напряжения до теперешнего состояния – специализированная микросхема TL494 и ее аналоги. Все они представляют собой контроллер широтно-импульсной модуляции (ШИМ), формирующий на выходах сигнал модифицированной синусоиды. Выходы разнополярные, что позволяет управлять парами ключей. Опорная частота преобразования задается одной RC цепью, параметры которой можно менять в широких пределах.

Когда хватит постоянки

Круг потребителей тока 220 В DC ограничен, но как раз у них потребность в автономном электропитании возникает не только в аварийных ситуациях. Напр., при работе электроинструментом на выезде либо в дальнем углу своего же участка. Или присутствует всегда, скажем, у дежурного освещения входа в дом, прихожей, коридора, придомовой территории от солнечной батареи, днем подзаряжающей АКБ. Третий типичный случай – зарядка телефона на ходу от прикуривателя. Здесь мощность на выходе нужна совсем маленькая, так что инвертор может быть выполнен всего на 1 транзисторе по схеме релаксационного генератора, см. след. ролик.

Видео: повышающий преобразователь на одном транзисторе

Уже для питания 2-3 светодиодных лампочек нужна мощность побольше. КПД блокинг-генераторов при попытке «выжать» ее резко падает, и приходится переходить на схемы с отдельными времязадающими элементами или полной внутренней индуктивной обратной связью, они наиболее экономичны и содержат наименьшее количество компонент. В первом случае для коммутации одного ключа используется ЭДС самоиндукции одной из обмоток трансформатора совместно с времязадающей цепью. Во втором частотозадающим элементом является сам повышающий трансформатор за счет его собственной постоянной времени; ее величина определяется преимущественно явлением самоиндукции. Поэтому те и другие инверторы иногда называют преобразователями на самоиндукции. Их КПД, как правило, не выше 0,6-0,65, но, во-первых, схема проста и наладки не требует. Во-вторых, напряжение на выходе скорее трапецеидальное, чем меандр; «требовательные» потребители «понимают» его как модифицированную синусоиду. Недостаток – полевые ключи в таких преобразователях практически неприменимы, т.к. часто выходят из строя от бросков напряжения на первичной обмотке при коммутации.

Пример схемы с внешними времязадающими элементами дан на поз. 1 рис.:

Автору конструкции не удалось выжать из нее более 11 Вт, но судя по всему, он перепутал феррит с карбонильным железом. Во всяком случае, броневой (чашечный) магнитопровод на его же фото (см. рис. справа) никак не ферритовый. Больше он похож на старый карбонильный, окислившийся снаружи от времени, см. рис. справа. Трансформатор для этого инвертора лучше намотать на ферритовом кольце с площадью сечения по ферриту 0,7-1,2 кв. см. Первичная обмотка тогда должна содержать 7 витков провода диаметром по меди 0,6-0,8 мм, а вторичная 57-58 витков провода 0,3-0,32 мм. Это под выпрямление с удвоением, см. далее. Под «чистые» 220 В – 230-235 витков провода 0,2-0,25. В таком случае этот инвертор при замене КТ814 на КТ818 отдаст мощность до 25-30 Вт, чего достаточно для 3-4 светодиодных ламп. При замене КТ814 на КТ626 мощность в нагрузке будет ок. 15 Вт, но КПД повысится. В обоих случаях радиатор ключа – от 50 кв. см.

На поз. 2 дана схема «допотопного» преобразователя 12-220 с отдельными обмотками обратной связи. Не такая уж она архаичная. Во-первых, выходное напряжение под нагрузкой – трапеция с округленными переломами без выбросов. Это даже лучше, чем модифицированная синусоида. Во-вторых, этот преобразователь может быть без каких-либо переделок в схеме выполнен на мощность до 300-350 Вт и частоту 50 Гц, тогда выпрямитель не нужен, надо только поставить VT1 и VT2 на радиаторы от 250 кв. см. каждый. В-третьих, он бережет АКБ: при перегрузке частота преобразования падает, отдаваемая мощность уменьшается, а если нагрузить еще больше, генерация срывается. Т.е., чтобы избежать переразряда батареи, не требуется никакой автоматики.

Порядок расчета данного инвертора дан в скане на рис.:

Ключевые величины в нем – частота преобразования и рабочая индукция в магнитопроводе. Частоту преобразования выбирают исходя из материала наличного сердечника и требуемой мощности:

Тип Магнитопровода	Индукция/частота преобразования
	До 50 Вт	50-100 Вт	100-200 Вт	200-350 Вт
«Силовое» железо от трансформаторов питания толщиной 0,35-0,6 мм	0,5 Тл/(50-1000)Гц	0,55 Тл/(50-400)Гц	0,6 Тл/(50-150)Гц	0,7 Тл/(50-60)Гц
«Звуковое» железо от выходных трансформаторов УМЗЧ толщиной 0,2-0,25 мм	0,4 Тл/(1000-3000)Гц	0,35 Тл/(1000-2000)Гц	-	-
«Сигнальное» железо от сигнальных трансформаторов толщиной 0,06-0,15 мм (не пермаллой!)	0,3 Тл/(2000-8000)Гц	0,25 Тл/(2000-5000)Гц	-	-
Феррит	0,15 Тл/(5-30)кГц	0,15 Тл/(5-30)кГц	0,15 Тл/(5-30)кГц	0,15 Тл/(5-30)кГц

Такая «всеядность» феррита объясняется тем, что петля его гистерезиса прямоугольная и рабочая индукция равна индукции насыщения. Уменьшение по сравнению с типовыми расчетных значений индукции в стальных магнитопроводах вызвано резким ростом потерь на коммутацию несинусоидальных токов при ее возрастании. Поэтому с сердечника силового трансформатора старого телевизора-«гроба» на 270 Вт в этом преобразователе на 50 Гц удастся снять не более 100-120 Вт. Но – на безрыбье и рак рыба.

Примечание: если в наличии есть стальной магнитопровод заведомо завышенного сечения, не выжимайте из него мощность! Пусть лучше индукция будет меньше – КПД преобразователя возрастет, а форма выходного напряжения улучшится.

Выпрямление

Выпрямлять выходное напряжение этих инверторов лучше по схеме с параллельным удвоением напряжения (поз. 3 на рис. со схемами): компоненты для нее обойдутся дешевле, а потери мощности на несинусоидальном токе будут меньше, чем в мостовой. Конденсаторы нужно брать «силовые», рассчитанные на большую реактивную мощность (с обозначениями PE или W). Если поставить «звуковые» без этих букв, они могут просто взорваться.

50 гц? Это очень просто!

Простой инвертор на 50 Гц (поз. 4 рис. выше со схемами) интересная конструкция. У некоторых видов типовых трансформаторов питания собственная постоянная времени близка к 10 мс, т.е. половине периода 50 Гц. Подкорректировав ее времязадающими резисторами, которые будут одновременно и ограничителями тока управления ключей, можно получить на выходе сразу сглаженный меандр 50 Гц без сложных схем формирования. Подойдут трансформаторы ТП, ТПП, ТН на 50-120 Вт, но не всякие. Возможно, придется изменить номиналы резисторов и/или включить параллельно им конденсаторы на 1-22 нФ. Если частота преобразования все равно далеко от 50 Гц, разбирать и перематывать трансформатор бесполезно: склеенный ферромагнитным клеем магнитопровод распушится, и параметры трансформатора резко ухудшатся.

Этот инвертор – дачный преобразователь выходного дня. Аккумулятор машины он не посадит по тем же причинам, что и предыдущий. Но его хватит на освещение домика с верандой светодиодными лампами и телевизор или вибрационный насос в скважине. Частота преобразования налаженного инвертора при изменениях тока нагрузки от 0 до максимального не выходит за пределы технормы для сетей электропитания.

Разводят обмотки исходного трансформатора так. В типовых трансформаторах питания по четному числу вторичных обмоток на 12 или 6 В. Две из них «откладываются», а остальные распаиваются параллельно в группы из равного числа обмоток в каждой. Далее группы соединяются последовательно так, чтобы получились 2 полуобмотки на 12 В каждая, это будет низковольная (первичная) обмотка со средней точкой. Из оставшихся низковольных обмоток одна соединяется последовательно с сетевой на 220 В, это будет повышающая обмотка. Добавка к ней нужна, т.к. падение напряжения на ключах из биполярных составных транзисторах совместно с его потерями в трансформаторе может достигать 2,5-3 В, и выходное напряжение окажется заниженным. Дополнительная обмотка доведет его до нормы.

DC от микросхемы

КПД описанных преобразователей не превышает 0,8, а частота в зависимости от тока нагрузки заметно плавает. Предельная мощность нагрузки менее 400 Вт, так что пришла пора вспомнить о современных схемных решениях.

Схема простого преобразователя 12 В DC/ 220 В DC на 500-600 Вт дана на рис.:

Основное его назначение – питание ручного электроинструмента. К качеству подводимого напряжения такая нагрузка не требовательна, поэтому ключи взяты подешевле; подойдут также IFRZ46, 48. Трансформатор мотается на феррите сечением 2-2,5 кв. см; подойдет сердечник силового трансформатора от компьютерного ИБП. Первичная обмотка – 2х5 витков жгута из 5-6 обмоточных проводов диаметром по меди 0,7-0,8 мм (см. ниже); вторичная – 80 витков такого же провода. Налаживание не требуется, но контроля разряда батареи нет, так что в процессе работы нужно прицепить к ее клеммам мультиметр и не забывать на него поглядывать (то же касается и всех прочих самодельных инверторов напряжения). Если напряжение упало до 10,8 В (1,8 В на банку) – стоп, выключаемся! Упало до1,75 В на банку (10,5 В вся батарея) – это уже пошла сульфатация!

Как мотать трансформатор на кольце

На качественные характеристики инвертора, в частности, на его КПД, довольно сильно влияет поле рассеяния его трансформатора. Принципиальное решение для его уменьшения давно известно: первичную обмотку, «накачивающую» магнитопровод энергией, размещают вплотную к нему; вторичные над ней по убыванию их мощности. Но техника такое дело, что теоретические принципы в конкретных конструкциях иной раз приходится выворачивать наизнанку. Один из законов Мэрфи гласит прим. так: если железка ну вот все равно не хочет работать как надо, попробуй сделать в ней все наоборот. В полной мере это относится к трансформатору повышенной частоты на ферритовом кольцевом магнитопроводе с обмотками из относительно толстого жесткого провода. Мотают трансформатор преобразователя напряжения на ферритовом кольце так:

Изолируют магнитопровод и с помощью намоточного челнока наматывают на него вторичную повышающую обмотку, укладывая витки как можно плотнее, поз. 1 на рис.:

Плотно обтягивают «вторичку» скотчем, поз 2.
Готовят 2 одинаковых жгута проводов для первичной обмотки: наматывают количество витков половины низковольтной обмотки тонким негодным проводом, снимают его, замеряют длину, отрезают нужное количество отрезков обмоточного провода с запасом и собирают их в жгуты.
Дополнительно изолируют вторичную обмотку до получения относительно ровной поверхности.
Мотают «первичку» 2-мя жгутами сразу, располагая провода жгутов лентой и равномерно распределяя витки по сердечнику, поз. 3.
Вызванивают концы жгутов и соединяют начало одного с концом другого, это будет средняя точка обмотки.

Примечание: на электрических принципиальных схемах начала обмоток, если это имеет значение, обозначаются точкой.

50 Гц сглаженные

Модифицированная синусоида от ШИМ-контроллера не единственный способ получить на выходе инвертора 50 Гц, пригодные для подключения любых бытовых потребителей электричества, да и ту не мешало бы еще «пригладить». Простейший из них – старый добрый трансформатор на железе, он хорошо «гладит» за счет своей электрической инерции. Правда, найти магнитопровод на более чем 500 Вт становится все труднее. Включается такой разделительный трансформатор на низковольный выход инвертора, а к его повышающей обмотке подключается нагрузка. По этой схеме, кстати, построено большинство компьютерных ИБП, так что они для такой цели вполне подходят. Если же мотать трансформатор самому, то рассчитывается он аналогично силовому, но со след. особенностями:

Первоначально определенная величина рабочей индукции делится на 1,1 и применяется во всех дальнейших расчетах. Так нужно, чтобы учесть т. наз. коэффициент формы несинусоидального напряжения Кф; у синусоиды Кф=1.
Повышающая обмотка рассчитывается сначала как сетевая на 220 В для заданной мощности (или определенной по параметрам магнитопровода и величине рабочей индукции). Затем найденное количество ее витков умножается на 1,08 для мощности до 150 Вт, на 1,05 для мощностей 150-400 Вт и на 1,02 для мощностей 400-1300 Вт.
Половина низковольтной обмотки рассчитывается как вторичная на напряжение 14,5 В под ключи биполярные или со встроенным каналом и на 13,2 В для ключей с индуцированным каналом.

Примеры схемных решений преобразователей 12-200 В 50 Гц с разделительным трансформатором даны на рис.:

На той, что слева, ключами управляет задающий генератор на т. наз. «мягком» мультивибраторе, он уже генерирует меандр в заваленными фронтами и сглаженными переломами, так что дополнительных мер сглаживания не требуется. Нестабильность частоты мягкого мультивибратора выше, чем обычного, поэтому для ее подстройки нужен потенциометр P. С ключами на КТ827 можно снять мощность до 200 Вт (радиаторы – от 200 кв. см без обдува). Ключи на КП904 из старого хлама или IRFZ44 позволяют увеличить ее до 350 Вт; одинарные на IRF3205 до 600 Вт, а спаренные на них же до 1000 Вт.

Инвертор 12-220 В 50 Гц с задающим генератором на TL494 (справа на рис.) частоту держит железно во всех мыслимых немыслимых условиях эксплуатации. Для более эффективного сглаживания псевдосинусоиды используется явление т. наз. безразличного резонанса, при котором фазовые соотношения токов и напряжений в колебательном контуре становятся такими же, как при остром резонансе, но их амплитуды заметно не увеличиваются. Технически это решается просто: к повышающей обмотке подключают сглаживающий конденсатор, значение емкости которого подбирают по наилучшей форме тока (не напряжения!) под нагрузкой. Для контроля формы тока в цепь нагрузки на мощность 0,03-0,1 от номинальной включают резистор на 0,1-0,5 Ом, к которому и подключают осциллограф с закрытым входом. Сглаживающая емкость не уменьшает КПД инвертора, но пользоваться для настройки компьютерными программами симуляции НЧ осциллографа нельзя, т.к. вход звуковой карты, которая в них используется, не рассчитан на амплитуду в 220х1,4 = 310 В! Ключи и мощности такие же, как в пред. случае.

Более совершенная схема преобразователя 12-200 В 50 Гц дана на рис.:

В ней используются сложные составные ключи. Для улучшения качества выходного напряжения в ней используется тот факт, что эмиттер планарно-эпитаксиальных биполярных транзисторов легирован много сильнее базы и коллектора. Когда TL494 подаст закрывающий потенциал, напр., на базу VT3, ток его коллектора прекратится, но за счет рассасывания объемного заряда эмиттера он замедлит запирание T1 и выбросы напряжения от ЭДС самоиндукции Tr поглотятся цепями L1 и R11C5; они же больше «наклонят» фронты. Выходная мощность инвертора определяется габаритной мощностью Tr, но не более 600 Вт, т.к. использовать в данной схеме парные мощные ключи нельзя – разброс величины заряда затвора MOSFET транзисторов довольно значительный и переключение ключей будет нечетким, отчего форма выходного напряжения может даже ухудшиться.

Дроссель L1 это 5-6 витков провода диаметром от 2,4 мм по меди, намотанных на отрезок ферритового стержня диаметром 8-10 м и длиной 30-40 мм с шагом 3,5-4 мм. Магнитопровод дросселя не должен быть замкнут! Налаживание схемы дело довольно кропотливое и требующее немалого опыта: нужно подобрать L1, R11 и C5 по наилучшей форме выходного тока под нагрузкой, как в пред. случае. Зато и Hi-Fi, запитанное от этого преобразователя, остается «хайфаем» на самый взыскательный слух.

А нельзя ли без трансформатора?

Уже обмоточный провод для мощного трансформатора на 50 Гц влетит в копеечку. Более-менее доступны магнитопроводы от «гробовых» трансформаторов до 270 Вт габаритных, но в инверторе из такого более 120-150 Вт не выжмешь, а КПД будет в лучшем случае 0,7, т.к. «гробовые» магнитопроводы навиты из толстой ленты, потери на вихревые токи в которой при несинусоилальном напряжении на обмотках большие. Найти магнитопровод ШЛ из тонкой ленты, способный отдать более 350 Вт при индукции 0,7 Тл вообще проблематично, обойдется он дорого, а весь преобразователь получится огромным и неподъемным. Трансформаторы ИБП не рассчитаны на частую работу в длительном режиме – они греются и магнитопроводы их в инверторах довольно скоро деградируют – магнитные свойства сильно ухудшаются, мощность преобразователя падает. Есть ли выход?

Да, и такое решение нередко применяется в фирменных преобразователях. Это – электрический мост из ключей на высоковольтных силовых полевых транзисторах с напряжением пробоя от 400 В и током стока более 5 А. Подойдут из первичных цепей компьютерных ИБП, а из старого хлама – КП904 и т.п.

Мост запитывается постоянкой 220 В DC от несложного инвертора 12-220 с выпрямлением. Плечи моста открываются парами наперекрест поочередно, и ток в нагрузке, включенной в диагональ моста, меняет направление; цепи управления всех ключей гальванически разделены. В промышленных конструкциях ключи управляются от спец. ИМС с развязкой оптопарами, но в любительских условиях то и другое можно заменить дополнительным маломощным инвертором 12 В DC – 12 В 50 Гц, работающим на маленький трансформатор на железе, см. рис. Магнитопровод для него можно взять от китайского базарного маломощного трансформатора питания. За счет его электрической инерции качество выходного напряжения получается даже лучше, чем модифицированная синусоида.

Статьи по теме