Преобразователь постоянного напряжения на транзисторах схема. Схема преобразователя напряжения

Многие радиолюбители являются и автолюбителями и любят отдохнуть с друзьями на природе, а от благ цивилизации отказываться совсем не хочется. Поэтому они собирают своими руками преобразователь напряжения 12 220 схема которого рассмотрена на рисунках ниже. В этой статье я расскажу и покажу различные варианты конструкций инверторов, который используются для получения сетевого напряжения 220 Вольт от автомобильного аккумулятора.

Устройство построено на двухтактном инверторе на двух мощных полевых транзисторах. К данной конструкции подойдут любые N-канальные полевые транзисторы с током 40 Ампер и более, я применил недорогие транзисторы IRFZ44/46/48, но если вам на выходе нужна большая мощность лучше используйте более мощные полевые транзисторы .

Трансформатор наматываем на ферритовом кольце или броневом сердечнике Е50, да можно и на любом другом. Первичную обмотку следует наматывать двух жильным проводом с сечением 0,8мм - 15 витков. Если применить броневой сердечник с двумя секциями на каркасе, первичная обмотка мотается в одной из секций, а вторичная состоит из 110-120 витков медного провода 0,3-0,4мм. На выходе трансформатора получаем переменное напряжение в диапазоне 190-260 Вольт, импульсов прямоугольной формы.

Преобразователь напряжения 12 220 схема которого была описана, может питать различную нагрузку, мощность которой не более 100 ватт

Форма выходных импульсов - Прямоугольная

Трансформатор в схеме с двумя первичными обмотки на 7 Вольт (каждое плечо) и сетевой обмоткой на 220 Вольт. Подходят практически любые трансформаторы от бесперебойников, но с мощностью от 300 Ватт. Диаметр провода первичной обмотки 2,5 мм.

Транзисторы IRFZ44 при их отсутствии можно легко заменить на IRFZ40,46,48 и даже на более мощные - IRF3205, IRL3705. Транзисторы в схеме мультивибратора TIP41 (КТ819) можно заменить на отечественные КТ805, КТ815, КТ817 и т.п.

Внимание, схема не имеет защиты на выходе и входе от короткого замыкания или перегрузки, ключи будут перегреваться или сгорят.

Два варианта конструкции печатной платы и фото готового преобразователя можно скачать по ссылке выше.

Этот преобразователь достаточно мощный и его можно применить для питания паяльника, болгарки, микроволновки и прочих устройств. Но не забываем о том, что рабочая частота его не 50 Герц.

Первичная обмотка трансформатора наматывается 7-ю жилами сразу, проводом диаметром 0,6мм и содержит 10 витков с отводом от середины растянутая по всему ферритовому кольцу. После намотки, обмотку изолируем и начинаем наматывать повышающую, тем же проводом, но уже 80 витков.

Силовые транзисторы желательно установить на теплоотводы. Если собрать схему преобразователя правильно, то она должна заработать сразу же и настройки не требует.

Как и в предыдущей конструкции, сердцем схемы является TL494.

Это готовое устройство двухтактного импульсного преобразователя, полным отечественный аналогом ее является 1114ЕУ4. На выходе схемы применены высокоэффективные выпрямительные диоды и С-фильтр.

В преобразователе я применил ферритовый Ш-образный сердечник от трансформатора ТПИ телевизора. Все родные обмотки были размотаны, т.к наматывал я заново вторичную обмотку 84 витка проводом 0,6 в эмалевой изоляции, потом слой изоляции и переходим к первичной обмотке: 4 витка косой из 8-ми поводов 0,6, после намотки обмотки были прозвонены и разделены пополам, получились 2 обмотки по 4 витка в 4 провода, начало одной соеденил с концом другой, т. о сделал отвод от середины, и в завершении намотал обмотку обратной связи пятью витками провода ПЭЛ 0,3.

Преобразователь напряжения 12 220 схема которую мы рассмотрели, включает в свой состав дроссель. Его можно изготовить своими руками намотав на ферритовом кольце от компьютерного блока питания диаметром 10мм и 20 витков проводом ПЭЛ 2.

Имеется также рисунок печатной платы схемы преобразователя напряжения 12 220 вольт:

И несколько фоток получившегося преобразователя 12-220 Вольт:

Опять понравившееся мне TL494 в паре с мосфетами (Эта такая современная разновидность полевых транзисторов), трансформатор на этот раз я позаимствовал из старого компьютерного блока питания. При разводке платы я учитывал выводы именно его, поэтому при своем варианте размещения будьте бдительны.

Для изготовлении корпуса я использовал банку 0,25L из под газировки, так удачно сныканную после перелета из Владивостока, острым ножем срезаем верхнее колечко и вырезаем у него середину, в него на эпоксидке вклеил кружок из стеклотекстолита с отверстиями под выключатель и разъем.

Для придания банке жесткости, вырезал из пластиковой бутылки полоску шириной с наш корпус, и обмазал его эпоксидным клеем поместил в банку, после высыхания клея банка стала достаточно жесткой и с изолированными стенками, дно банки оставил чистым, для лучшего теплового контакта с радиатором транзисторов.

В завершение сборки припаял провода к крышке я закрепил ее термоклеем, это позволит, если возникнет необходимость разобрать преобразователь напряжения, просто нагрев крышку феном.

Конструкция преобразователя предназначена для преобразования 12 вольтового напряжения от аккумулятора в 220 Вольт переменного с частотой 50 Гц. Идея схемы позаимствована из за ноябрь 1989 года.

Радиолюбительская конструкция содержит задающий генератор рассчитанный на частоту 100Гц на триггере К561ТМ2, делитель частоты на 2 на той же микросхеме, но на втором триггере и усилитель мощности на транзисторах, нагруженный трансформатором.

Транзисторы учитывая выходную мощность преобразователя напряжения следует установить на радиаторы с большой площадью охлаждения.

Трансформатор можно перемотать из старого сетевого трансформатора ТС-180. Сетевую обмотку можно использовать в качестве вторичной, а затем наматываются обмотки Ia и Ib.

Собранный из рабочих компонентов преобразователь напряжения не требует налаживания, за исключением подборки конденсатора С7 при подключенной нагрузке.

Если необходим чертеж печатной платы выполненный в , щелкните на рисунок ПП.

Сигналы с микроконтроллера PIC16F628A через сопротивления по 470 Ом управляют силовыми транзисторами, заставляя их поочередно открываться. В истоковые цепи полевых трпнзисторов подключены полуобмотки трансформатора мощность 500-1000 ВА. На его вторичных обмотках должно быть по 10 вольт. Если взять Провод сечением 3 мм.кв, то выходная мощность будет около 500 Вт.

Вся конструкция получается очень компактная, так что можно использовать макетную плату, без травления дорожек. Архив с прошивкой микроконтроллера ловите по зеленой ссылке чуть выше

Схема преобразователя 12-220 выполнена на генераторе, создающем симметричные импульсы, следующие противофазно и выходного блока реализованного на полевых ключах, в нагрузку которым подключен повышающим трансформатором. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран по классической схеме мультивибратор, генерирующий импульсы с частотой следования 100 Гц.

Для формирования симметричных импульсов идущих в противофазе, в схеме использован D-триггер микросхемы CD4013. Он делит на два все импульсы, попадающие на его вход. Если имеем сигнал идущий на вход с частотой 100Гц, то на выходе триггера будет всего 50Гц.

Так как полевые транзисторы имеют изолированный затвор, то активное сопротивление между их каналом и затвором стремится к бесконечно большой величине. Для защиты выходов триггера от перегрузки в схеме имеется два буферных элемента DD1.3 и DD1.4, через которые импульсы следуют на полевые транзисторы.

В стоковые цепи транзисторов включен повышающий трансформатор. Для защиты от самоиндукции самоиндукции на стоках к ним подсоединены стабилитроны повышенной мощности. Подавление ВЧ помех осуществляется фильтром на R4, C3.

Обмотка дросселя L1 сделана своими руками на ферритовом кольце диаметром 28мм. Она намотана проводом ПЭЛ-2 0,6 мм одним слоем. Трансформатор самый обычный сетевой на 220 вольт, но мощностью не ниже 100Вт и имеющий две вторичные обмотки на 9В каждая.

Для повышения КПД преобразователя напряжения и предотвращения сильного перегрева, в выходном каскаде схемы инвертора применены полевые транзисторы с низким сопротивлением.

На DD1.1 – DD1.3, C1, R1, сделан генератор прямоугольных импульсов с частотой следования импульсов 200 Гц. Затем импульсы поступают на делитель частоты построенный на элементах DD2.1 – DD2.2. Поэтому на выходе делителя 6 выходе DD2.1 частота понижается до 100Гц, а уже на 8 выходе DD2.2. она составляет 50 Гц.

Сигнал с 8 вывода DD1 и с 6 вывода DD2 следует на диоды VD1 и VD2. Для полного открытия полевых транзисторов требуется увеличить амплитуду сигнала, который проходит с диодов VD1 и VD2, для этого в схеме преобразователя напряжения применены VT1 и VT2. Посредством VT3 и VT4 осуществляется управление полевыми выходными транзисторами. Если в процессе сборки инвертора не было сделано ошибок, то он начинает работать сразу после подачи питания. Единственное что рекомендуется сделать это подобрать номинал сопротивления R1, чтобы на выходе были привычные 50 Гц. VT5 и VT6. Когда на выходе Q1 (или Q2) появится низкий уровень, произойдет открытие транзисторов VT1 и VT3 (или VT2 и VT4), и затворные емкости начинают разряжаться, и закрываются транзисторы VT5 и VT6.
Собственно преобразователь собран по классической двухтактной схеме.
Если напряжение на выходе преобразователя превысит установленное значение, напряжение на резисторе R12 будет выше 2,5 В, и поэтому ток через стабилизатор DA3 резко увеличится и появится сигнал высокого уровня на входе FV микросхемы DA1.

Ее выходы Q1 и Q2 переключатся в нулевое состояние и полевые транзисторы VT5 и VT6 закроются, вызывая уменьшение выходного напряжения.
В схему преобразователя напряжения также добавлен узел защиты по току, на основе реле К1. Если ток, протекающий через обмотку, будет выше установленного значение, сработают контакты геркона К1.1. На входе FC микросхемы DA1 будет высокий уровень и ее выходы перейдут в состояние низкого уровня, вызывая закрытие транзисторов VT5 и VT6 и резкое снижение потребляемого тока.

После этого, DA1 останется в заблокированном состоянии. Для запуска преобразователя потребуется перепад напряжения на входе IN DA1, чего можно добиться либо отключением питания, либо кратковременным замыканием емкости С1. Для этого можно ввести в схему кнопку без фиксации, контакты которой припаять параллельно конденсатору.
Т.к выходное напряжение - меандр, для его сглаживания предназначен конденсатор С8. Светодиод HL1 необходим для индикации наличия выходного напряжения.
Трансформатор Т1 сделан из ТС-180, его можно найти в блоках питания старых кинескопных телевизоров. Все его вторичные обмотки удаляют, а сетевую на напряжение 220 В оставляют. Она и служит выходной обмоткой преобразователя. Полуобмотки 1.1 и I.2 делают из провода ПЭВ-2 1,8 по 35 витков. Начало одной обмотки соединяют с концом другой.
Реле - самодельное. Его обмотка состоит из 1-2 витков изолированного провода, рассчитанного на ток до 20...30 А. Провод намотан на корпусе геркона с замыкающими контактами.

Подбором резистора R3 можно задать требуемую частоту выходного напряжения, а резистором R12 - амплитуду от 215...220 В.

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.

От пальчиковой батарейки, но потом подумал, что и их придется менять. Захотелось питать преобразователь от аккумуляторов. Это бОльшая емкость, по сравнению со стандартными кронами, да и затрат поменьше.

Нашел в сети схему, собрал устройство. Впечатлило. Без нагрузки потребляет около 0.2 мА, а КПД доходит, как там было написано, до 94%. Пробовал запитывать устройство от 1.5 В - напряжение на выходе не понравилось, а перематывать трансформатор лень. Поэтому взял аккумулятор от мобильника, он плоский, емкость для мультиметра хорошая, да и форма тоже.

Конденсаторы на 1000 мкФ не ставил, поставил параллельно керамику и пленку на 120 нФ. На работу они не сильно повлияли. Транзистор взял старый советский. Здесь надо ставить германиевые транзисторы, тогда минимальное напряжение питания снизится. В источнике написано, что работа начинается с 0.4 вольт и продолжается аж до 0.2 Вольт. Это получается можно питать устройство даже от , картошки, лимона и прочего.

В параллель выходу поставил стабилитрон на 10 В - с целью защиты мультиметра от всплесков питания. Трансформатор мотал на ферритовом колечке. Моточные данные: 10 витков 0.5 мм и 50 витков 0.1 мм проводом - старался витком к витку, а получилось как всегда. Если преобразователь не заработает - меняем местами выводы вторички, что я и сделал после первого запуска, хоть схема и выдавала напряжение чуть больше входного.

Конденсатор С1, на 80 нФ, можно менять от 1 до 100 нФ, он влияет на выходное напряжение, соответственно и на КПД.

Видео работы преобразователя

Понятно, что этот простейший преобразователь напряжения можно использовать не только для получения 9 вольт на выходе, и не только для запитывания мультиметра - область его применения очень широкая, в том числе и для светодиодных фонариков. Автор конструкции BFG5000.

Обсудить статью ПРОСТЕЙШИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Одна из первых схем преобразователя для питания трехфазного двигателя была опубликована в журнале «Радио» №11 1999г. Разработчик схемы М. Мухин в то время был учеником 10 класса и занимался в радиокружке.

Преобразователь предназначался для питания миниатюрного трехфазного двигателя ДИД-5ТА, который использовался в станке для сверления печатных плат. При этом следует отметить, что рабочая частота этого двигателя 400Гц, а напряжение питания 27В. Кроме того, средняя точка двигателя (при соединении обмоток «звездой») выведена наружу, что позволило предельно упростить схему: понадобилось всего три выходных сигнала, а на каждую фазу потребовался всего один выходной ключ. Схема генератора показана на рисунке 1.

Как видно из схемы преобразователь состоит из трех частей: генератора-формирователя импульсов трехфазной последовательности на микросхемах DD1…DD3, трех ключей на составных транзисторах (VT1…VT6) и собственно электродвигателя M1.

На рисунке 2 показаны временные диаграммы импульсов, сформированных генератором-формирователем. Задающий генератор выполнен на микросхеме DD1. С помощью резистора R2 можно установить требуемую частоту вращения двигателя, а также изменять ее в некоторых пределах. Более подробную информацию о схеме можно узнать в указанном выше журнале. Следует отметить, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи называются контроллерами.

Рисунок 1.

Рисунок 2. Временные диаграммы импульсов генератора.

На базе рассмотренного контроллера А. Дубровским из г. Новополоцка Витебской обл. была разработана конструкция частотно-регулируемого привода для двигателя с питанием от сети переменного тока напряжением 220В. Схема устройства была опубликована в журнале «Радио» 2001г. №4.

В этой схеме, практически без изменений, используется только что рассмотренный контроллер по схеме М. Мухина. Выходные сигналы с элементов DD3.2, DD3.3 и DD3.4 используются для управления выходными ключами A1, A2, и A3, к которым подключается электродвигатель. На схеме полностью показан ключ A1, остальные идентичны. Полностью схема устройства показана на рисунке 3.

Рисунок 3.

Для ознакомления с подключением двигателя к выходным ключам стоит рассмотреть упрощенную схему, приведенную на рисунке 4.

Рисунок 4.

На рисунке показан электродвигатель M, управляемый ключами V1…V6. Полупроводниковые элементы для упрощения схемы показаны в виде механических контактов. Питание электродвигателя осуществляется постоянным напряжением Ud получаемым от выпрямителя (на рисунке не показан). При этом, ключи V1, V3, V5 называются верхними, а ключи V2, V4, V6 нижними.

Совершенно очевидно, что открытие одновременно верхних и нижних ключей, а именно парами V1&V6, V3&V6, V5&V2 совершенно недопустимо: произойдет короткое замыкание. Поэтому, для нормальной работы такой ключевой схемы, обязательно, чтобы к моменту открытия нижнего ключа верхний ключ уже был закрыт. С этой целью контроллеры управления формируют паузу, часто называемую «мертвой зоной».

Величина этой паузы такова, чтобы обеспечить гарантированное закрытие силовых транзисторов. Если эта пауза будет недостаточна, то возможно кратковременное открытие верхнего и нижнего ключа одновременно. Это вызывает нагрев выходных транзисторов, часто приводящий к выходу их из строя. Такую ситуацию называют сквозными токами.

Вернемся к схеме, показанной на рисунке 3. В данном случае верхними ключами являются транзисторы 1VT3, а нижними 1VT6. Нетрудно заметить, что нижние ключи гальванически связаны с управляющим устройством и межу собой. Поэтому управляющий сигнал с выхода 3 элемента DD3.2 через резисторы 1R1 и 1R3 подаются непосредственно на базу составного транзистора 1VT4…1VT5. Этот составной транзистор есть не что иное, как драйвер нижнего ключа. В точности также от элементов DD3, DD4 управляются составные транзисторы драйверов нижнего ключа каналов A2 и A3. Питание всех трех каналов осуществляется от одного и того же выпрямителя VD2.

Верхние же ключи гальванической связи с общим проводом и управляющим устройством не имеют, поэтому для управления ими кроме драйвера на составном транзисторе 1VT1…1VT2 пришлось в каждый канал установить дополнительный оптрон 1U1. Выходной транзистор оптрона в этой схеме также выполняет функцию дополнительного инвертора: когда на выходе 3 элемента DD3.2 высокий уровень открыт транзистор верхнего ключа 1VT3.

Для питания каждого драйвера верхнего ключа используется отдельный выпрямитель 1VD1, 1C1. Каждый выпрямитель питается от индивидуальной обмотки трансформатора, что можно рассматривать как недостаток схемы.

Конденсатор 1C2 обеспечивает задержку переключения ключей около 100 микросекунд, столько же дает оптрон 1U1, тем самым формируется вышеупомянутая «мертвая зона».

Достаточно ли только регулирования частоты?

С понижением частоты питающего переменного напряжения падает индуктивное сопротивление обмоток двигателя (достаточно вспомнить формулу индуктивного сопротивления), что приводит к увеличению тока через обмотки, и, как следствие, к перегреву обмоток. Также происходит насыщение магнитопровода статора. Чтобы избежать этих негативных последствий, при уменьшении частоты приходится снижать и эффективное значение напряжения на обмотках двигателя.

Одним из способов решения проблемы в любительских частотниках предлагалось это самое эффективное значение регулировать при помощи ЛАТРа, подвижный контакт которого имел механическую связь с переменным резистором регулятора частоты. Такой способ был рекомендован в статье С. Калугина «Доработка регулятора частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей». Журнал «Радио» 2002, №3, стр.31.

В любительских условиях механический узел получался в изготовлении сложным, а главное ненадежным. Более простой и надежный способ использования автотрансформатора был предложен Э. Мурадханяном из Еревана в журнале «Радио» №12 2004. Схема этого устройства показана на рисунках 5 и 6.

Напряжение сети 220В подается на автотрансформатор T1, а с его подвижного контакта на выпрямительный мост VD1 с фильтром C1, L1, C2. На выходе фильтра получается изменяемое постоянное напряжение Uрег, используемое собственно для питания двигателя.

Рисунок 5.

Напряжение Uрег через резистор R1 также подается на задающий генератор DA1, выполненный на микросхеме КР1006ВИ1 (импортный вариант ). В результате такого подключения обычный генератор прямоугольных импульсов превращается в ГУН (генератор, управляемый напряжением). Поэтому, при увеличении напряжения Uрег увеличивается и частота генератора DA1, что приводит к увеличению частоты вращения двигателя. При снижении напряжения Uрег пропорционально уменьшается и частота задающего генератора, что позволяет избежать перегрев обмоток и перенасыщение магнитопровода статора.

Рисунок 6.

Рисунок 7.

Генератор выполнен на втором триггере микросхемы DD3, на схеме обозначен как DD3.2. Частота задается конденсатором C1, регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Вместе с регулировкой частоты изменяется и длительность импульса на выходе генератора: при понижении частоты длительность уменьшается, поэтому напряжение на обмотках двигателя падает. Такой принцип управления называется широтно импульсной модуляцией (ШИМ).

В рассматриваемой любительской схеме мощность двигателя невелика, питание двигателя производится прямоугольными импульсами, поэтому ШИМ достаточно примитивна. В реальных большой мощности ШИМ предназначена для формирования на выходе напряжений практически синусоидальной формы, как показано на рисунке 8, и для реализации работы с различными нагрузками: при постоянном моменте, при постоянной мощности и при вентиляторной нагрузке.

Рисунок 8. Форма выходного напряжения одной фазы трехфазного инвертора с ШИМ.

Силовая часть схемы

Современные фирменные частотники имеют на выходе , специально предназначенные для работы в преобразователях частоты. В ряде случаев эти транзисторы объединены в модули, что в целом улучшает показатели всей конструкции. Управление этими транзисторами производится с помощью специализированных микросхем-драйверов. В некоторых моделях драйверы выпускаются встроенными в транзисторные модули.

Наиболее распространены в настоящее время микросхемы и транзисторы фирмы International Rectifier. В описываемой схеме вполне возможно применить драйверы IR2130 или IR2132. В одном корпусе такой микросхемы содержится сразу шесть драйверов: три для нижнего ключа и три для верхнего, что позволяет легко собрать трехфазный мостовой выходной каскад. Кроме основной функции эти драйверы содержат также несколько дополнительных, например защита от перегрузок и коротких замыканий. Более подробную информацию об этих драйверах можно узнать из технических описаний Data Sheet на соответствующие микросхемы.

При всех достоинствах единственный недостаток этих микросхем их высокая цена, поэтому автор конструкции пошел другим, более простым, дешевым, и в то же время работоспособным путем: специализированные микросхемы-драйверы заменены микросхемами интегрального таймера КР1006ВИ1 (NE555).

Выходные ключи на интегральных таймерах

Если вернуться к рисунку 6, то можно заметить, что схема имеет для каждой из трех фаз выходные сигналы, обозначенные как «Н» и «В». Наличие этих сигналов позволяет раздельно управлять верхними и нижними ключами. Такое разделение позволяет формировать паузу между переключением верхних и нижних ключей при помощи блока управления, а не самими ключами, как было показано в схеме на рисунке 3.

Схема выходных ключей с применением микросхем КР1006ВИ1 (NE555) показана на рисунке 9. Естественно, что для трехфазного преобразователя понадобится три экземпляра таких ключей.

Рисунок 9.

В качестве драйверов верхних (VT1) и нижних (VT2) ключей используются микросхемы КР1006ВИ1, включенные по схеме триггеров Шмидта. С их помощью возможно получить импульсный ток затвора не менее 200мА, что позволяет получить достаточно надежное и быстрое управление выходными транзисторами.

Микросхемы нижних ключей DA2 имеют гальваническую связь с источником питания +12В и, соответственно, с блоком управления, поэтому их питание осуществляется от этого источника. Микросхемы верхних ключей можно запитать так же, как было показано на рисунке 3 с использованием дополнительных выпрямителей и отдельных обмоток на трансформаторе. Но в данной схеме применяется иной, так называемый, «бустрепный» метод питания, смысл которого в следующем. Микросхема DA1 получает питание от электролитического конденсатора C1, заряд которого происходит по цепи: +12В, VD1, C1, открытый транзистор VT2 (через электроды сток - исток), «общий».

Другими словами заряд конденсатора C1 происходит в то время, когда открыт транзистор нижнего ключа. В этот момент минусовой вывод конденсатора С1 оказывается практически накоротко соединен с общим проводом (сопротивление открытого участка «сток - исток» у мощных полевых транзисторов составляет тысячные доли Ома!), что и обеспечивает возможность его заряда.

При закрытом транзисторе VT2 также закроется и диод VD1, заряд конденсатора C1 прекратится до следующего открытия транзистора VT2. Но заряд конденсатора C1 достаточен для питания микросхемы DA1 на время, пока закрыт транзистор VT2. Естественно, что в этот момент транзистор верхнего ключа находится в закрытом состоянии. Данная схема силовых ключей оказалась настолько хороша, что без изменений применяется и в других любительских конструкциях.

В данной статье рассмотрены лишь самые простые схемы любительских трехфазных инверторов на микросхемах малой и средней степени интеграции, с которых все начиналось, и где можно даже по схеме рассмотреть все «изнутри». Более современные конструкции выполнены , схемы которых также неоднократно публиковались в журналах «Радио».

Микроконтроллерные блоки управления по схеме более просты, чем на микросхемах средней степени интеграции, имеют такие нужные функции, как , защита от перегрузок и коротких замыканий и некоторые другие. В этих блоках все реализовано за счет управляющих программ или как их принято называть «прошивок». Именно от этих программ и зависит насколько хорошо или плохо будет работать блок управления трехфазного инвертора.

Достаточно простые схемы контроллеров трехфазного инвертора опубликованы в журнале «Радио» 2008 №12. Статья называется «Задающий генератор для трехфазного инвертора». Автор статьи А. Долгий является также автором цикла статей о микроконтроллерах и многих других конструкций. В статье приведены две простых схемы на микроконтроллерах PIC12F629 и PIC16F628.

Частота вращения в обеих схемах изменяется ступенчато с помощью однополюсных переключателей, что вполне достаточно во многих практических случаях. Там же дается ссылка где можно скачать готовые «прошивки», и, более того, специальную программу, с помощью которой можно изменять параметры «прошивок» по своему усмотрению. Возможна также работа генераторов режиме «демо». В этом режиме частота генератора уменьшена в 32 раза, что позволяет визуально с помощью светодиодов наблюдать работу генераторов. Также даются рекомендации по подключению силовой части.

Но, если не хочется заниматься программированием микроконтроллера фирма Motorola выпустила специализированный интеллектуальный контроллер MC3PHAC, предназначенный для систем управления 3-фазным двигателем. На его базе возможно создание недорогих систем регулируемого трехфазного привода, содержащего все необходимые функции для управления и защиты. Подобные микроконтроллеры находят все более широкое применение в различной бытовой технике, например, в посудомоечных машинах или холодильниках.

В комплекте с контроллером MC3PHAC возможно использование готовых силовых модулей, например IRAMS10UP60A разработанных фирмой International Rectifier. Модули содержат шесть силовых ключей и схему управления. Более подробно с этими элементами можно в их документации Data Sheet, которую достаточно просто найти в интернете.

От автомобильного аккумулятора 12В. В данном случае он преобразовывает 12 вольт автомобильного аккумулятора в +- 35 вольт. Для уменьшения габаритов устройства, преобразование происходит на повышенной частоте. В преобразователе напряжения, частота равна 50 кГц. Преобразователь обеспечивает двуполярным питанием УНЧ при максимальной мощности около 200Вт. Для схемы выбрана преимущественно импортная элементная база, так как её сейчас достать проще. В качестве широтноимпульсного модулятора в схеме используется микросхема TL494. Генератор TL494 распространён во многих схемах ИБП, например можно выпаять её из АТ или АТХ. В качестве коммутирующих транзисторов были выбраны мощные полевые IRFZ44N. Для разряда емкостей затворов полевых транзисторов служат буферные транзисторы КТ961 и КТ639.

Принципиальная схема преобразователя напряжения 12 - 2х35 вольт для питания мощного УМЗЧ.

Преобразователь напряжения работает следующим образом. Генератор импульсов частотой около 30-50 КГц собран на TL494, импульсы в противофазе поступают на цепи быстрого заряда и разряда емкостей затворов, которые формируют импульсы с коротким фронтом и срезом. Сформированые импульсы поступают на затворы управляющих транзисторов, стоки которых подключены к трансформатору. Параллельно его обмоткам включены схемы гашения индуктивного выброса, чтобы исключить возможность пробоя транзисторов из-за избытка напряжения. Выпрямитель ничего особенного не имеет, обычный диодный мост и ёмкостный фильтр с дросселем против помех. Блок управления на микросхеме TL494 начинает работать сразу. К применяемым деталям некритичен. На выводах 9 и 10 должны быть прямоугольные импульсы, сдвинутые по времени.

Преобразователь напряжения собран на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Разводка печатной платы заметно влияет на ВЧ помехи на выходе преобразователя и соответственно на выходе . Разработка своей печатки требует знаний. Возможно, лучше найти готовую печатку. Про свою печатку могу сказать, что она полностью работоспособна и имеет минимум помех, хотя можно сделать лучше.

В схеме использовались резисторы типа МЛТ - 0,125, за исключением тех, мощность которых указана на схеме, подстроечные резисторы - любые подходящие по размеру и расположению выводов, желательно чтобы они были типа А. Диоды выпрямителя устанавливаются на небольшой радиатор. Транзисторы драйвера в радиаторах не нуждаются. Мощные полевые транзисторы устанавливаются через слюдяные прокладки на большой радиатор, при необходимости добавляется куллер. Намоточные данные трансформатора и дросселей указаны на схеме.

Трансформатор надо мотать очень качественно, от этого зависит работа всего . Намотку трансформатора надо делать как можно плотнее к сердечнику и распределять витки равномерно по всему кольцу. Первичная обмотка – 4 витка по всему магнитопроводу жгутом из 10 проводов диаметром 1,6 мм, после этого делим жгут пополам. Конец одной соединяется с началом другой полуобмотки. Вторичка – 16 витков жгутом из 4 проводов диаметром 1,2 мм, потом делим пополам. Провода можно взять другого диаметра и изменить количество жил, так что бы сечение осталось прежним.

Но все эти цифры даны приблизительно, так как особой точности выходных напряжений не требуется. Ну будет у вас не +-35, а 31 вольт и что с того? Магнитопровод можно обмотать слоем лакоткани, что бы не повредить изоляцию провода во время намотки. Между обмотками тоже прокладываем слой изоляции для исключения замыканий. На выходе трансформатора должны быть трапециидальные импульсы. Дроссель сделаны на феррите от блока питания компьютера по 10 витков проводом ПЭЛ-1. Диоды выпрямителя лучше поставить с низким падением напряжения - Шоттки.

При настройке преобразователя первое включение проводите через 12В автомобильную лампу мощностью несколько десятков ватт, этим самым вы сбережете схему от сгорания, если в монтаже есть ошибки. Измерения выходных напряжений преобразователя нужно производить под нагрузкой. Вращением движка подстроечного резитора выставляем необходимое нам напряжение, обычно оно регулируется в пределах 20В - 40В. Материал предоставили - alpha и qwert390.

Обсудить статью СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ