Преобразователь напряжения 12 220 на транзисторах. А нельзя ли без трансформатора

25.08.2023

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.

Здравствуйте. Сегодня я расскажу про достаточно мощный преобразователь (инвертор) с 12 вольт постоянного тока в 220 вольт переменного. Заявленная мощность этого преобразователя составляет аж 3000 Вт. Так это или нет попробую показать в обзоре.
Также в обзоре будет разборка, подробное рассмотрение всех внутренностей, тестирование.
Покупался сабж за $55.38 + $19.57 доставка, всего $74.95. Сейчас получается слегка дороже.
Заинтересовавшихся прошу…

Мотивация:

Для чего мне понадобился этот инвертор? Дело в том, что машина у меня стоит во дворе многоквартирного дома без гаража и банально пропылесосить я её не могу. Пробовал использовать автомобильный 12 вольтовый пылесос, но по большому счёту это игрушка. Вот и решил посмотреть в сторону подобных преобразователей. Пылесос у меня 1500 ваттный, поэтому решил взять инвертор с 2 запасом по мощности.

Упаковка и комплектация:

Посылка пришла почтой EMS, однако это не спасло её от «профессиональных» действий работников Почты России. Такое ощущение, что посылку не просто кидали, а по ней ходили ногами. Но металлической корпус инвертора почти не пострадал.

Комплектация самая аскетичная: инвертор, 2 коротеньких кабеля, инструкция на английском и китайском языках.

Инвертор:

Габаритные размеры инвертора составляют: 28х15х7 см;
Вес около 2 кг.
Инвертор выполнен в алюминиевом корпусе, на одном торце которого находятся силовые клеммы для подключения 12 вольт, а также 2 вентилятора. На втором торце розетка для подключения нагрузки, выключатель питания, 2 светодиода (зелёный и красный), гнездо USB. Зеленый светодиод светится при нормальном режиме работы инвертора, красный при срабатывании одной из защит. Также, вместе со свечением красного светодиода, инвертор издаёт достаточно громкий и противный писк.
Защита срабатывает в следующих случаях:
- выход питающего напряжения из диапазона 10-15В;
- перегрев инвертора;
- перегрузка инвертора.

Разборка:

Чтобы разобрать корпус инвертора, необходимо открутить 8 винтов с торцов (по 4 с каждого) и снять верхнюю часть корпуса.

Поблочно внутреннюю начинку устройства можно представить следующим образом:

Теперь опишу словами. На входе инвертора стоит 4 преобразователя с 12 вольт постоянного тока в 300 вольт постоянного тока. Все эти 4 преобразователя подключены параллельно. Каждый преобразователь состоит из 2 полевых транзисторов CMP1405, повышающего трансформатора и двухполупериодного выпрямителя на диодах UF2004. Транзисторы достаточно мощные (максимальный ток стока 140 ампер), а вот с диодами не так всё хорошо. Диоды всего 2 амперные. Но т.к. в диодном мосте они работают попеременно, то по идее максимальный выходной ток каждого из 4 преобразователей составляет 4 ампера. Т.е. 16 ампер с 4 преобразователей. Т.е. общая выходная мощность составляет аж 4800 Вт. Вроде бы тоже с запасом.

Управляет работой полевых транзисторов всех преобразователей генератор на микросхеме TL494

Итак, на выходе 4 описанных выше преобразователей, получается 300 вольт постоянного тока. Чтобы превратить его в переменный ток, используется ещё один преобразователь, с постоянного тока в переменный. Сделан он также на микросхемеTL494, к выходу которого подключен мостовой усилитель из 4 полевых транзисторов R6025ANZ

Максимальный ток стока этих транзисторов составляет 25 ампер, а если учесть, что транзисторы работают тоже попеременно, то и здесь мы имеем очень большой запас по мощности.
Ну что же, основные части «начинки» разобраны, но ничего не сказано про USB разъём. Этот разъём может быть использован для зарядки различных USB устройств, однако 5 вольт для него вырабатывается обычным линейным стабилизатором 7805, на котором нет даже радиатора, поэтому подключать к этому гнезду что-либо мало мальски прожорливое, я бы не рекомендовал.

Тестирование:

Для начала продемонстрирую форму сигнала на выходе инвертора

Это так называемая «модифицированная синусоида». Большинство подобных преобразователей и различных источников бесперебойного питания на выходе выдают переменный ток именно с такой формой сигнала. Получить такой переменный ток гораздо проще и дешевле, чем «чистую синусоиду», и в качестве нагрузки можно использовать большинство современных электрических приборов. Исключение составляют различные нагрузки с индуктивной составляющей, например асинхронные электродвигатели, трансформаторы и др. Импульсные блоки питания и коллекторные двигатели прекрасно работают даже от постоянного тока, поэтому хорошо «переваривают» и «модифицированную синусоиду».
Пора переходить к самому тестированию. Для этого инвертор был подключен непосредственно к аккумулятору автомобиля, правда через 4-х метровые удлинительные провода, т.к. штатные провода очень короткие и без «крокодилов» на концах. В качестве нагрузки использовался пылесос мощностью 1500 Вт.
При проверке работы с заглушенным двигателем, пылесос работал с перебоями, т.к. до входа инвертора доходило менее 10 вольт (остальное падало на проводах), и инвертор отключался по защите. При заведенном двигателе напряжение на входе инвертора держалось в районе 10,8 вольта, на выходе 207 вольт, пылесос работал отлично.

Видеообзор:

В видеообзоре распаковка, разборка, тестирование обозреваемого инвертора.

Итог:

Инвертор вполне работоспособен, и может быть использован по своему прямому назначению. Мне не понравились входные провода, я их удлиню и оснащу «крокодилами». Планирую купить +36 Добавить в избранное Обзор понравился +56 +81

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

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

Принцип работы инвертора

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

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

Система обратной связи

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

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

Работа с севшим АКБ

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

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

Выбор схемы

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

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

Элементы схемы преобразователя

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

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

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

Эксплуатация инверторов

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

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

Чтобы подключить к бортовой электросистеме автомобиля бытовые устройства требуется инвертор, который сможет повысить напряжение с 12 В до 220 В. На полках магазинов они имеются в достаточном количестве, но не радует их цена. Для тех, кто немного знаком с электротехникой есть возможность собрать преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками. Две простые схемы мы разберем.

Преобразователи и их типы

Есть три типа преобразователей 12-220 В. Первый — из 12 В получают 220 В. Такие инверторы популярный у автомобилистов: через них можно подключать стандартные устройства — телевизоры, пылесосы и т.д. Обратное преобразование — из 220 В в 12 — требуется нечасто, обычно в помещениях с тяжелыми условиями эксплуатации (повышенная влажность) для обеспечения электробезопасности. Например, в парилках, бассейнах или ванных. Чтобы не рисковать, стандартное напряжение в 220 В понижают до 12, используя соответствующее оборудование.

Третий вариант — это, скорее, стабилизатор на базе двух преобразователей. Сначала стандартные 220 В преобразуются в 12 В, затем обратно в 220 В. Такое двойное преобразование позволяет иметь на выходе идеальную синусоиду. Такие устройства необходимы для нормальной работы большинства бытовой техники с электронным управлением. Во всяком случае, при установке настоятельно советуют запитать его именно через такой преобразователь — его электроника очень чувствительная к качеству питания, а замена платы управления стоит примерно как половина котла.

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.

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).

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

Инвертор на микросхеме

Этот преобразователь напряжения 12 220 В собирается на основе специализированной микросхемы КР1211ЕУ1. Это генератор импульсов, которые снимаются с выходов 6 и 4. Импульсы противофазные, между ними небольшой временной промежуток — для исключения одновременного открытия обоих ключей. Питается микросхема напряжением 9,5 В, который задается параметрическим стабилизатором на стабилитроне Д814В.

Также в схеме присутствуют два полевых транзистора повышенной мощности — IRL2505 (VT1 и VT2). Они имеют очень низкое сопротивление открытого выходного канала — около 0,008 Ом, что сравнимо с сопротивлением механического ключа. Допустимый постоянный ток — до 104 А, импульсный — до 360 А. Подобные характеристики реально позволяют получить 220 В при нагрузке до 400 Вт. Устанавливать транзисторы необходимо на радиаторы (при мощности до 200 Вт можно и без них).

Частота импульсов зависит от параметров резистора R1 и конденсатора C1, на выходе установлен конденсатор C6 для подавления высокочастотных выбросов.

Трансформатор лучше брать готовый. В схеме он включается наоборот — низковольтная вторичная обмотка служит как первичная, а напряжение снимается с высоковольтной вторичной.

Возможные замены в элементной базе:

Указанный в схеме стабилитрон Д814В можно заменить любым, выдающим 8-10 V. Например, КС 182, КС 191, КС 210.
Если нет конденсаторов C4 и C5 типа К50-35 на 1000 мкФ, можно взять четыре 5000 мкФ или 4700 мкФ и включить их параллельно,
Вместо импортного конденсатора C3 220m можно поставить отечественный любого типа на 100-500 мкФ и напряжение не ниже 10 В.
Трансформатор — любой с мощностью от 10 W до 1000 W, но его мощность должна быть минимум в два раза выше планируемой нагрузки.

При монтаже цепей подключения трансформатора, транзисторов и подключения к источнику 12 В надо использовать провода большого сечения — ток тут может достигать высоких значений (при мощности в 400 Вт до 40 А).

Инвертор с чистым синусом а выходе

Схемы денных преобразователей сложны даже для опытных радиолюбителей, так что сделать их своими руками совсем непросто. Пример самой простой схемы ниже.

В данном случае проще собрать подобный преобразователь из готовых плат. Как — смотрите в видео.

В следующем ролике рассказано как собирать преобразователь на 220 вольт с чистым синусом. Только входное напряжение не 12 В, а 24 В.

А в этом видео как раз рассказано, как можно менять входное напряжение, но получать на выходе требуемые 220 В.

Данный инвертор был разработан всего месяц назад и с того дня получил широкую популярность. Схема относительно проста, не содержит микросхем и сложных схематических решений – простой задающий генератор настроенный на 57Гц и силовые ключи.

Мощности инвертора зависит напрямую от количества пар выходных ключей и от габаритных размеров используемого трансформатора. Сам трансформатор взят от старого бесперебойника. Выходное напряжение 220-260 Вольт. Мощность с 3-я парами полевых ключей составляет до 400 ватт, с хорошим аккумулятором до 500 ватт!

Выходная частота позволяет подключить к этому инвертору такие бытовые приборы как – телевизор, магнитофон, проигрыватели, зарядные устройства от мобильных телефонов, ноутбуков и нетбуков, компьютер, холодильник, болгарка, дрель, пылесос и все, попадет под руки.

Схему можно реализовать всего за пару долларов, если в наличии имеется трансформатор.Несколько слов о самой схеме. Полевые ключи можно использовать IRFZ40/44/48, IRF3205, IRL3705 либо более мощные IRF3808 – всего с двумя парами этих ключей можно снять мощность в районе 800-900 ватт!Транзисторы генератора можно заменить на KT817/815/819/805

С одной парой irfz44 можно снять до 150 ватт чистой мощности (в некоторых случаях до 200 ватт). Пленочные конденсаторы с напряжением 65-400 вольт, особо не важно. Затворные резисторы ключей могут иметь номинал от 2,2 до 22Ом.

>Инвертор работает без дополнительной наладки – сразу же после включения, ток потребления без нагрузки составляет 270-300мА, при этом в холостом ходу транзисторы никак не должны перегреваться. Укрепляют транзисторы на общий теплоотвод обязательно через слюдяные прокладки. Силовые шины питания должны иметь диаметр не менее 5мм, мощность инвертора все-таки не мала.

Вся конструкция отлично вошла в корпус от блока питания компьютера и до сих пор выручает в некоторых ситуациях, когда в доме нет электричества или нужно запитать бытовую нагрузку в полевых условиях, отличный вариант для автомобилиста, если нужно проводить ремонтные работы над авто в дали от розетки (с 3-я парами irf3205 мощность будет в районе 1000 ватт, следовательно без проблем можете подключать, дрели, болгарки и другие подобного рода инструменты).