Преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494

16.11.2018 0 Автор Stroitel

Преобразователь напряжения предназначен для применения в автомобиле и представляет собой устройство, преобразовывающее напряжение аккумуляторной  батареи автомобиля (12 В) в напряжение переменной сети 220 В 50 Гц. Схема данного преобразователя представлена ниже.
  преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494  

        Главной составляющей данного устройства является ШИМ-контроллер, построенный на микросхеме 

TL494 . Микросхема 

TL494

 представляет собой готовый генератор, частоту генерации которой задает контур R2, C3. Именно подбором элементов в этом контуре добиваются частоты генерации выходного напряжения в 50 Гц. С выводов микросхемы 9, 10 снимается сигнал P.G. который усиливается драйвером, собранном на транзисторах VT2, VT3.

  В качестве транзисторов VT2, VT3 можно применить отечественные транзисторы 

КТ3107А 

или другие с идентичными характеристиками. В силовой части схемы применены полевые транзисторы 

IRF3205

, которые способны выдать в трансформатор Tr 200 Вт мощности, с частотой колебания, заданной контуром R2, C3. Данные транзисторы необходимо установить на отдельные радиаторы. В данной схеме применены импульсные диоды 

1N4148

. В качестве выходного трансформатораTr можно применить ферритовое кольцо от блока электронного трансформатора 

TASCHIBRA  на 60 Ватт. Если такого не имеется то нужно применить ферритовое кольцо проницаемостью 2000Н типоразмера.

Первичная обмотка Tr наматывается сразу 7-ю жилами, провод 0,6 мм. Обмотка состоит из двух половинок, каждая по 5 витков. Намотка производится следующим образом: сначала по всей окружности наматывают первые 5 витков, затем скручиваем провод (выполняем отвод) и продолжаем мотать следующие 5 витков. Вторая половина обмотки мотается уже поверх первой. Вторичная обмотка Tr выполнена проводом 0,5 мм и содержит всего 75-80 витков. При использовании колец электронных трансформаторов, вторичную обмотку можно оставить заводской. При использовании устройства в автомобиле, по входу питания (перед клеммой +12 В) необходимо установить дроссель. Он содержит 10 витков, намотан 3-я жилами провода 0,8 мм.

Работая с повышающими преобразователями соблюдайте правила безопасности, так как работа ведётся с опасным для организма напряжением. Выходную обмотку в процессе наладки желательно изолировать во избежание случайного контакта.

Схема преобразователя 800 ватт

   Итак, как видим на схеме вверху, у нас преобразователь напряжения, очень даже мощный, на выходных мощных советских транзисторах

2ТК235-50-2 , которые не легко запороть по случайности. Выходная мощность около 800 ватт, кратковременно выдаст 1500 ватт, частота работы 50 герц, напряжение питания от 10 до 14,4 вольт, выходное напряжение 230 вольт.  Задающий генератор у нас выполнен на знаменитой микросхеме

TL494 , которая является

ШИМ контроллером , однако не все её полезные функции реализованы в данной схеме преобразователя напряжения. В данном случае реализована только функция генерирования и выход импульсов с паузами между ними.

С выхода микросхемы сигнал с частотой 50 герц поступает на транзисторы подкачки, где развивается необходимая сила тока, для управления силовыми транзисторами

2ТК235-50-2 , так как сама микросхема

TL494 выдаёт ток около 200 миллиампер, чего мало для силовых транзисторов. Транзисторы раскачки у нас

КТ827 , тоже довольно таки мощные, составные, усиливают ток от микросхемы и подают усиленный сигнал на базы силовых ключей, которые включены по два в каждом плече.

   Трансформатор берём любой подходящий по мощности, в нашем случае это был трансформатор от лабороторного блока питания, тороидальной формы, сетевую обмотку оставили как есть, сверху лишь домотали первичную обмотку 2х12 витков проводом с сечением 10 квадратных миллиметра. Мотать надо аккуратно и симметрично, как намотаете, так и будет работать. Транзисторы все устанавливаем на теплоотвод, каждый на свой, для силовых транзисторов площадь радиатора должна быть не менее 250 кв мм. Обдувание приветствуется.

   Ну и традиционно, перед включением питания проверяем тщательно монтаж, убеждаемся, что всё правильно собрали, и только потом, без нагрузки, включаем

преобразователь . ну и в конце — радуемся!

преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494

Можно вспомнить много случаев, когда пригодился бы преобразователь из 12 вольт постоянного тока в 220 вольт переменного – например, приехав на дачу на автомобиле, можно вечером включить освещение или запитать от аккумулятора насос для полива. Также такой инвертор – неотъемлемая часть ветряных генераторов.

Купить готовое устройство не составит проблем – а автомагазинах можно найти автомобильные инверторы (импульсные преобразователи напряжения) различной мощности и цены.

Однако, цена подобного устройства средней мощности (300-500 Вт) составляет несколько тысяч рублей, а надежность многих китайских инверторов достаточно спорна. Изготовление своими руками простого преобразователя – это не только способ ощутимо сэкономить, но и возможность улучшить свои знания в электронике. В случае отказа же ремонт самодельной схемы окажется ощутимо проще.

Распространенные схемы

Простой импульсный преобразователь

Схема этого устройства очень проста, а большинство деталей могут быть извлечены из ненужного блока питания компьютера. Конечно, у нее есть и ощутимый недостаток – получаемое на выходе трансформатора напряжение 220 вольт далеко по форме от синусоидального и имеет частоту значительно больше, чем принятые 50 Гц. Напрямую подключать к нему электродвигатели или чувствительную электронику нельзя.

преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494

Для того, чтобы иметь возможность подключать к этому инвертору содержащую импульсные блоки питания технику (например, блок питания ноутбука), применено интересное решение – на выходе трансформатора установлен выпрямитель со сглаживающими конденсаторами. Правда, работать подключенный адаптер сможет только в одном положении розетки, когда полярность выходного напряжения совпадет с направлением встроенного в адаптер выпрямителя. Простые потребители типа ламп накаливания или паяльника можно подключать непосредственно к выходу трансформатора TR1.

Основа приведенной схемы – это ШИМ-контроллер TL494, наиболее распространенный в таких устройствах. Частоту работы преобразователя задают резистор R1 и конденсатор C2, их номиналы можно брать несколько отличающимися от указанных без заметного изменения в работе схемы.

Для большей эффективности схема преобразователя включает в себя два плеча на силовых полевых транзисторах Q1 и Q2. Эти транзисторы нужно разместить на алюминиевых радиаторах, если предполагается использовать общий радиатор – устанавливайте транзисторы через изоляционные прокладки. Вместо указанных на схеме IRFZ44 можно использовать близкие по параметрам IRFZ46 или IRFZ48.

Выходной дроссель наматывается на ферритовом кольце от дросселя, также извлекаемого из компьютерного блока питания. Первичная обмотка мотается проводом диаметром 0,6 мм и имеет 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывается вторичная обмотка, содержащая 80 витков. Также можно взять выходной трансформатор из сломанного источника бесперебойного питания.

Вместо высокочастотных диодов D1 и D2 можно взять диоды типов FR107, FR207.

Так как схема очень проста, после включения при правильном монтаже она начнет работать сразу и не потребует никакой настройки. Отдавать в нагрузку она сможет ток до 2,5 А, но оптимальным режимом работы будет ток не более 1,5 А – а это более 300 Вт мощности.

Готовый инвертор такой мощности стоил бы порядка трех-четырех тысяч рублей.

Схема преобразователя с выходом переменного тока

Эта схема выполнена на отечественных комплектующих и достаточно стара, но это не делает ее менее эффективной. Главное ее достоинство – это получение на выходе полноценного переменного тока с напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц.

преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494

Здесь генератор колебаний выполнен на микросхеме К561ТМ2, представляющей собой сдвоенный D-триггер. Она является полным аналогом зарубежной микросхемы CD4013 и может быть заменена ей без изменений в схеме.

Преобразователь также имеет два силовых плеча на биполярных транзисторах КТ827А. Их главный недостаток по сравнению с современными полевыми – это большее сопротивление в открытом состоянии, из-за чего нагрев при той же коммутируемой мощности у них сильнее.

Так как преобразователь работает на низкой частоте, трансформатор должен иметь мощный стальной сердечник. Автор схемы предлагает использовать распространенный советский сетевой трансформатор ТС-180.

Как и другие инверторы на основе простых ШИМ-схем, этот преобразователь имеет на выходе достаточно отличающуюся от синусоидальной форму напряжения, но это несколько сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7. Также из-за этого трансформатор во время работы может издавать ощутимый гул – это не является признаком неисправности схемы.

Простой инвертор на транзисторах

Этот преобразователь работает по тому же принципу, что и перечисленные выше схемы, но генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) в нем построен на биполярных транзисторах.

преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494

Особенность этой схемы в том, что она сохраняет работоспособность даже на сильно разряженном аккумуляторе: диапазон входных напряжений составляет 3,5…18 вольт. Но, так как в ней отсутствует какая-либо стабилизация выходного напряжения, при разрядке аккумулятора будет одновременно пропорционально падать и напряжение на нагрузке.

Так как эта схема также является низкочастотной, трансформатор потребуется аналогичный используемому в инверторе на основе К561ТМ2.

Усовершенствования схем инверторов

Приведенные в статье устройства крайне просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами. Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным переделкам, которые к тому же позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.

Увеличение выходной мощности

Все описанные устройства работают по одному принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора соединяется с входом питания на время, заданное частотой и скважностью задающего генератора. При этом генерируются импульсы магнитного поля, возбуждающие во вторичной обмотке трансформатора синфазные импульсы с напряжением, равным напряжению в первичной обмотке, умноженному на отношение числа витков в обмотках.

Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Именно максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, и определяет максимальную мощность преобразователя.

Существуют два способа увеличения мощности инвертора: либо применить более мощный транзистор, либо применить параллельное включение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как позволяет не только применить более дешевые детали, но и сохраняет работоспособность преобразователя при отказе одного из транзисторов. В отсутствие встроенной защиты от перегрузок такое решение значительно повысит надежность самодельного прибора. Уменьшится и нагрев транзисторов при их работе на прежней нагрузке.

На примере последней схемы это будет выглядеть так:

преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494

Автоматическое отключение при разряде аккумулятора

Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его при критическом падении напряжения питания, может серьезно подвести Вас, если оставить такой инвертор подключенным к аккумулятору автомобиля. Дополнить самодельный инвертор автоматическим контролем будет крайне полезно.

Простейший автоматический выключатель нагрузки можно сделать из автомобильного реле:

преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494

Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором замыкаются его контакты. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет составлять около 10% от сопротивления обмотки реле) настраивается момент, когда реле разорвет контакты и прекратит подачу тока на инвертор.

ПРИМЕР: Возьмем реле с напряжением срабатывания (Uр) 9 вольт и сопротивлением обмотки (Rо) 330 ом. Чтобы оно срабатывало при напряжении выше 11 вольт (Umin) , последовательно с обмоткой нужно включить резистор с сопротивлением Rн, рассчитываемым из условия равенства Uр/Rо=(Umin—Uр)/Rн. В нашем случае потребуется резистор на 73 ома, ближайший стандартный номинал – 68 ом.

Конечно, это устройство крайне примитивно и является скорее разминкой для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить несложной схемой управления, которая поддерживает порог отключения гораздо точнее:

преобразователь напряжения 12 220 своими руками на tl494

Регулировка порога срабатывания осуществляется подбором резистора R3.

Предлагаем посмотреть видео по теме

Обнаружение неисправностей инвертора

Перечисленные простые схемы имеют две наиболее распространенных неисправности – либо на выходе трансформатора отсутствует напряжение, либо оно слишком мало.

  • Первый случай – это либо одновременный отказ обоих плеч преобразователя, что маловероятно, либо отказ ШИМ-генератора. Для проверки воспользуйтесь светодиодным пробником, какой можно приобрести в любом магазине радиодеталей. Если ШИМ работает, на затворах транзисторов Вы увидите наличие сигнала по быстрым пульсациям свечения диода (особенно хорошо это заметно в низкочастотных схемах). При наличии управляющего сигнала проверьте, нет ли обрывов в соединениях трансформатора и целостность его обмотки.
  • Большое падение напряжения – это явный признак отказа одного из силовых плеч инвертора. Найти отказавший транзистор можно простейшим образом – его радиатор останется холодным. Замена ключа вернет инвертору работоспособность.

Заключение

Как можно понять из материалов статьи, сделать своими руками несложный преобразователь 12 – 220 вольт не так и трудно.

И, хотя такие устройства и не смогут сравниться по набору дополнительных функций или привлекательности внешнего вида с заводскими, они обойдутся хозяину значительно дешевле. При соблюдении правил эксплуатации самодельный преобразователь будет работать очень долго, ведь в таком простом устройстве практически нечему ломаться.

Напоследок предлагаем посмотреть еще один видеоматериал, про изготовление устройства из БП компьютера