Самодельный преобразователь с 12B на 220В: типы, схемы

Способы получения электричества

Электроэнергия вырабатывается с помощью таких устройств:

1. 
   механические генераторыСм. Также: Нормирование электроэнергии. Классификация, стр. 3. Они состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося внутри него ротора. Статор представляет собой постоянный или электрический магнит, ротор содержит обмотку из проволоки. При вращении ротора магнитный поток, проходящий через его обмотку, непрерывно изменяется, что приводит по закону электромагнитной индукции к возникновению электромагнитного поля. Ротор приводится во вращение внешней силой: двигателем (автомобиль), потоком воды (гидроэлектростанция), давлением пара (атомные и тепловые электростанции), ветром и т.д. Ток на выходе генератора будет переменным. Для получения постоянной требуется дополнительное механическое устройство — коллектор;
2. гальванические элементы (ГЭ) и аккумуляторы. Они преобразуют химическую энергию в электричество посредством окислительно-восстановительной реакции. Самый простой ГЭ: медные и цинковые пластины, погруженные соответственно в растворы сульфата меди и сульфата цинка, изолированные друг от друга пористой перегородкой (элемент Якоби-Даниэля). В результате окисления каждый атом цинка на цинковой пластине (аноде) высвобождает 2 электрона, которые проходят через электрическую цепь к медной пластине (катоду) и восстанавливают положительно заряженные ионы меди на ней. HE называется первичными химическими источниками тока (CPS). Батареи вторичные HIT. Принцип работы аналогичен, но сначала они должны передать химическую энергию, подключив систему к источнику питания. Аккумулятор можно заряжать и разряжать несколько раз, в то время как HP используется только один раз;
3. фотоэлементы. Действие основано на способности полупроводников генерировать ток при облучении светом. Это можно проверить, отрезав верхнюю часть корпуса транзистора и поместив ее под солнечные лучи — мультиметр покажет напряжение на выводах устройства;
4. термоэлементы. Действие основано на эффекте Зеебека: в замкнутом контуре двух проводов из разных металлов, когда одна из двух контактных площадок нагревается, между ними создается ЭДС. Такие схемы называются термопарами и в основном используются в качестве датчиков температуры. Например, для измерения температур от + 00С до + 1000С используется пара медь — константан, в диапазоне от + 1000С до + 6000С — серебро и константан.

Из всех перечисленных источников только один механический генератор обеспечивает переменный ток. Если ток идет от батареи, например, установленной в источнике бесперебойного питания (ИБП), он преобразуется из постоянного в переменный.

Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220В

К сожалению, отключение электричества в наших домах становится традицией. Должен ли ребенок делать уроки при свечах? Или просто интересный фильм по телевизору, надо бы досмотреть.

Все это решаемо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного тока в переменный (или, по западной терминологии, преобразователем постоянного тока в переменный). На рисунках 1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей.

Бестрансформаторное электропитание: возможные схематические решения

Микросхема линейного стабилизатора

Собрать простой драйвер (стабилизированный источник тока) на недорогой микросхеме линейного стабилизатора LM317AMDT (0,3 $) можно своими руками. На вход преобразователя постоянного тока в переменный подается напряжение сети 220 В, 50 Гц.

Стабилизированное напряжение 12 В получается на ИМС с минимальным набором элементов в разводке (в простейшем варианте используются только R1 и R2). Подбирая номинал резисторов, можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиода до 0,3 А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже представлена ​​типовая схема устройства на микросхеме LM317:

Зарядное устройство

Самым дешевым вариантом, конечно же, является использование зарядного устройства (зарядного устройства) от мобильного телефона. Плата зарядного устройства очень небольшая по размеру и подходит для питания гаджета на 12 В с мощностью ≤ P ном. Источник питания. Достаточно лишь заменить в нем однополупериодный выпрямитель на двухвольтный выпрямитель (добавлены диод и конденсатор). После обновления получаем необходимые 12 вольт при токе 0,5А и полную изоляцию от сети.

В качестве альтернативы, что не требует проектных работ, повышающий преобразователь напряжения постоянного тока (например, 2 А, 30 мм x 17 мм x 14 мм, стоимостью 1 доллар США) с выходным разъемом USB подключается к зарядному устройству через адаптер. Нужно только подстроечным резистором выставить необходимое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному электроприемнику.

Преимущества сварки постоянным током

• Высокая прочность сварного шва, которая достигается за счет уменьшения количества присадочного металла и уровня заусенцев в сварном шве.
• Постоянный ток обеспечивает надежное зажигание и стабильное горение сварочной дуги.
• Экономное использование сварочных электродов. Низкая скорость разбрызгивания электродов позволяет экономно использовать расходные материалы, что снижает стоимость сварки.
• Высокая производительность труда. Сварка постоянным током упрощает работу сварщика, что позволяет выполнять несколько сварочных работ за равный период времени.
• Большая глубина проплавления сварного шва. Применение сварки постоянным током обратной полярности увеличивает глубину проплавления на 50%, тогда как при использовании сварочных аппаратов на переменном токе эти показатели составляют менее 20%.
• Отличная свариваемость цветных и легированных тугоплавких металлов. С помощью сварочного аппарата постоянного тока можно сваривать конструкции из нержавеющей и мягкой стали, чугуна, цветных металлов, что невозможно при использовании аппаратов переменного тока.

12 Вольт из 24 или другого повышенного постоянного напряжения

Кроме того, бывают ситуации, когда вместо сетевого напряжения 220 вольт присутствует постоянное напряжение более высокого номинального значения, например 24 вольт. Похожая ситуация может возникнуть, когда автомобилисты захотят заменить автомобильный аккумулятор на более мощный, чем у грузовика или автобуса.

Для этого можно использовать стабилизирующий элемент на основе того же транзистора, от которого подключается светодиодная лента.

Пример цепи от 12 В до 24 В

Это довольно простая схема, в которой величина выходного тока будет ограничена характеристиками транзистора. Недостатком этого варианта является небольшое снижение напряжения при превышении максимального тока для привода. Поэтому в случае неприемлемого результата вместо одного транзистора можно использовать различные стабилизаторы — линейные или импульсные. Стабилизатор — устройство более сложное, но схема подключения мало чем будет отличаться, так как продаются они единым блоком.

12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения

Чтобы снизить напряжение постоянного тока с 24 до 12 вольт, можно использовать линейный или импульсный стабилизатор. Такая необходимость может возникнуть, если необходимо от бортовой сети автобуса или грузовика запитать нагрузку 12 В напряжением 24 В. Кроме того, вы получите стабилизированное напряжение в сети автомобиля, которое часто меняется. Даже в автомобилях и мотоциклах с бортовой сетью 12 В оно достигает 14,7 В при работающем двигателе. Следовательно, эту схему также можно использовать для питания светодиодов и светодиодных лент в транспортных средствах.

Схема с линейным регулятором упоминалась в предыдущем абзаце.

К нему можно подключить нагрузку с током до 1-1,5 А. Для усиления тока можно использовать проходной транзистор, но выходное напряжение может немного снизиться на 0,5 В.

Точно так же можно использовать стабилизаторы LDO, это те же линейные стабилизаторы напряжения, но с низким падением напряжения, такие как AMS-1117-12v.

Или импульсные аналоги типа AMSR-7812Z, AMSR1-7812-NZ.

Схемы подключения аналогичны L7812 и KRENK. К тому же эти варианты подходят для понижения напряжения от блока питания ноутбука.

Более эффективно использовать импульсные понижающие преобразователи напряжения, например, на базе микросхемы LM2596. На плате есть контактные площадки с входом (вход +) и (выход-выход) соответственно. В продаже можно найти версию с фиксированным выходным напряжением и с регулируемым, так как на фото вверху справа вы видите многооборотный потенциометр синего цвета.

Детали и налаживание

Время работы инвертора определяется емкостью батареи и мощностью нагрузки. Если мы позволим батарее разрядиться на 80% (свинцово-кислотные батареи допускают этот разряд), то выражение для времени работы преобразователя будет следующим:

где W — емкость аккумулятора, Ач; U — номинальное напряжение аккумуляторной батареи, В; — мощность нагрузки, Вт. Это выражение также учитывает КПД преобразователя, который составляет 0,85. 0.9.

Так, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В с нагрузкой на лампу накаливания 40 Вт время работы составит 10,12 часа, а с нагрузкой на ТВ-приемник мощностью 150 Вт, 2,5-3 часа.

Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.

В таблице: S — площадь поперечного сечения магнитопровода; W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 — диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.

Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку не трогать, а наматывать первичную. В этом случае после намотки нужно включить сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке составляет 12 В.

При использовании также мощных транзисторов VT1. VT4 в схеме рис. 1 или VT1, VT2 в схеме рис. 2 КТ819А, то следует помнить следующее.

Максимальный рабочий ток этих транзисторов составляет 15А, поэтому если вы рассчитываете на мощность преобразователя более 150Вт, вам необходимо установить транзисторы с максимальным током более 15А (например, КТ879А) или подключить два транзистора параллельно.

При максимальном рабочем токе 15 А рассеиваемая мощность на каждом транзисторе составит около 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность составляет 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо устанавливать небольшие радиаторы в виде радиатора металлическая пластина площадью 15-20см.

Выходное напряжение преобразователя имеет вид биполярных импульсов с амплитудой 220 В. Это напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже о электрических лампочках.

Однако однофазные электродвигатели с напряжениями такой формы плохо работают. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит.

Выход можно найти, намотав дополнительную обмотку на трансформатор Т1 и загрузив ее на конденсатор Cp (показан пунктирной линией на рис. 2).

Этот конденсатор выбран таким образом, чтобы образовать схему, настроенную на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора может быть рассчитана по формуле C = 0,25 / U2, где U — напряжение, генерируемое на дополнительной обмотке, например при U = 100 В, C = 25 мкФ.

В этом случае конденсатор должен работать при переменном напряжении (можно использовать металло-бумажные конденсаторы К42У или аналогичные) и иметь рабочее напряжение не менее 2U.

Эта схема поглощает часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Следовательно, для конденсаторов металл-бумага тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02. 0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2,5%.

Чтобы избежать повреждения аккумулятора, преобразователь не мешает работе оборудования сигнализации разряда. Простая схема такого сигнализатора представлена ​​на рис.3.

Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение АКБ в норме, транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает.

При падении напряжения АКБ до критического значения транзистор VT1 блокируется (точка блокировки задается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1, а акустический элемент HA1 начинает «пищать». Вместо пьезоэлемента можно использовать маломощный динамик.

Аккумулятор необходимо зарядить после использования инвертора. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как он рассчитан на 12 В, но не менее 17 В.

Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Конечно, при зарядке АКБ цепь преобразователя должна быть отключена.

В.Д. Панченко, Киев, Украина.

• PCBWay — всего 5 долларов за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТНЫЙ.
• Сборка печатной платы 30 $ + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет.
• Проекты с открытым исходным кодом — Получите доступ к тысячам проектов с открытым исходным кодом в сообществе PCBWay!

• Простой самодельный инвертор напряжения 12-220В на двух транзисторах.
• Индикаторы фазы 220В на светодиодах.
• Схема подключения светодиода в цепь переменного тока.
• Автоматический ограничитель переменного тока.

Конвертер сделал так: купил на маркете дешевые аналоговые часы (только там, где стрелка движется не со скоростью одна секунда, а в постоянной) и карту вынул, это уже простая китайская версия преобразователя. Потом добавил к этой плате схему из четырех диодов и двух транзисторов (для нагрузки) и затем трансформатор (12-220в), частоты и силы тока хватило для работы лампы 60 ватт, запитал транзисторы 12в, а питание осталось от АКБ, преимущество в том, что можно поставить любой транзистор и запитать их любым током (параметры можно выбирать самостоятельно) попробуй, если интересно, схема простенькая и очень простая.

Доброе утро всем! Подскажите Уважаемые знатоки, а можно ли эту схему «модернизировать» до мощности 12-15 кВт?

#KriKs, то тут наверное надо тиристоры на выходе поставить.

Несколько слов об инверторах, или как из постоянного тока сделать переменный

Преобразование одного вида тока в другой требуется довольно часто. Способ преобразования переменного тока в постоянный прост: используются диодный мост и сглаживающий конденсатор.

Но не все знают, как сделать из постоянного тока переменный ток. Между тем, в области электротехники такое преобразование, как будет показано ниже, также проводится довольно часто.

Преобразование переменного тока в постоянный

Чтобы генератор мог заряжать аккумулятор и подавать питание на другие компоненты автомобиля, необходимо преобразовать переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Наиболее подходящий электронный компонент для этой задачи — кремниевый диод. Если через диод пропускать переменный ток одной фазы, на выходе диода появится полуволна, как показано на рисунке. В этом примере диод пропускает только половину половины волны на положительную сторону батареи. Отрицательные полупериоды блокируются.

Рис. Полуволновое шлифование

На рисунке ниже показано, что четырехдиодный мостовой выпрямитель выпрямляет обе полуволны однофазного напряжения. Диод часто рассматривается как односторонний клапан для электрического тока. Хотя это хорошая аналогия, важно помнить, что диод хорошего качества блокирует обратный ток с напряжением около 400 В и что для того, чтобы диод начал проводить вперед, требуется небольшое напряжение — около 0,6 В.

Рис. Двухполупериодный мостовой выпрямитель (однофазный)

Для выпрямления напряжения трехфазной машины требуется шесть диодов. Они также соединяются в виде перемычки, как показано на рисунке. Мост состоит из трех «передающих» и трех «блокирующих» диодов. Форма волны выходного напряжения, создаваемого этой схемой, показана на рисунке вместе с сигналами трех фаз.

Рис. Трехфазный мостовой выпрямитель

В выпрямительный блок часто вводят еще три диода, выпрямляющих положительную полуволну напряжения. Обычно они меньше основных диодов и используются только для подачи небольшого тока на обмотку магнитного поля в роторе. Дополнительные диоды известны как дополнительные диоды, диоды магнитного поля или диоды возбуждения. На рисунке изображен выпрямитель с девятью диодами.

Рис. Девять светодиодов выпрямителя

Из-за значительных токов, протекающих через основные диоды, им требуется радиатор для рассеивания тепла, чтобы защитить их от теплового повреждения. В некоторых случаях вместо одного диода параллельно подключают несколько, чтобы они могли выдерживать большие токи без повреждений. Диоды в выпрямительном блоке используются для предотвращения обратного тока от батареи к генератору. Они также позволяют нескольким генераторам переменного тока работать параллельно без синхронизации, поскольку ток не может течь от одного генератора к другому.

При использовании статора, соединенного звездой, сумма напряжений в точке звезды теоретически равна 0 В. Однако на практике из-за небольших ошибок в конструкции статора и ротора в этой точке также появляется потенциал. Этот потенциал (напряжение) известен как третья гармоника и показан на рисунке. Его частота в три раза больше основной частоты фазной обмотки. Подключив к центру звезды два дополнительных диода, прямой и обратный, можно получить дополнительную мощность. Прирост мощности достигает 15%.

Рис. Третья гармоника

На последнем рисунке показана полная схема генератора с использованием главного выпрямителя с восемью диодами и тремя диодами возбуждения поля. На схеме также изображен регулятор напряжения. Световой индикатор, помимо основной функции сигнализации о неисправности генератора, служит для подачи начального тока возбуждения на обмотку ротора. Генератор не всегда может самовозбуждаться, так как остаточного магнетизма обычно недостаточно для создания напряжения, превышающего прямое смешение диодов выпрямителя (0,6 или 0,7 В). Типичная мощность светового индикатора составляет 2 Вт. Многие производители также подключают резистор параллельно лампочке, чтобы усилить возбуждение генератора и убедиться, что он сработает, если лампочка перегорит. Лампа, предупреждающая об отсутствии заряда, выключится, когда ток с диодов возбуждения потечет в обмотку ротора, так как в этом случае на обоих выводах лампы появится одинаковое напряжение (разность потенциалов на лампе станет равным 0В).

Рис. Полная внутренняя цепь генератора

12 Вольт из 24 или другого повышенного постоянного напряжения

Кроме того, бывают ситуации, когда вместо сетевого напряжения 220 вольт присутствует постоянное напряжение более высокого номинального значения, например 24 вольт. Похожая ситуация может возникнуть, когда автомобилисты захотят заменить автомобильный аккумулятор на более мощный, чем у грузовика или автобуса.

Для этого можно использовать стабилизирующий элемент на основе того же транзистора, от которого подключается светодиодная лента.

Пример цепи от 12 В до 24 В

Это довольно простая схема, в которой величина выходного тока будет ограничена характеристиками транзистора. Недостатком этого варианта является небольшое снижение напряжения при превышении максимального тока для привода. Поэтому в случае неприемлемого результата вместо одного транзистора можно использовать различные стабилизаторы — линейные или импульсные. Стабилизатор — устройство более сложное, но схема подключения мало чем будет отличаться, так как продаются они единым блоком.

12 Вольт из подручных средств

Несмотря на относительную простоту для электриков, радиолюбителей и людей, хоть немного знакомых с электроникой, все описанные выше методы для обычного обывателя могут стать непростой задачей, как с точки зрения наличия соответствующих запчастей.. и с точки зрения понимания электрических процессов. Поэтому здесь мы приведем несколько вариантов, как получить из подручных средств 12 вольт, которые сегодня можно найти практически в любом доме.

Это преобразование может быть выполнено:

• источник питания;
• батарейки или аккумуляторы;
• с выхода USB.

Первый вариант — это стандартный блок питания, который обеспечивает на выходе 12 вольт, он используется во многих устройствах, но здесь нет никаких хитростей для достижения такого уровня электрической ценности. Достаточно подключить его к сети 220 В., и на выходе появится 12. Остальные способы рассмотрим подробнее.

Из батареек

Практически в каждом доме или квартире не обойтись без пальчиковых батареек, мини-пальчиков или таблеток. Они являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, ведь без них не обходятся часы, не работает ни пульт, ни детская игрушка. Если вы возразите, что каждый из них выдает напряжение всего 1,5 вольта, то это полностью решаемая проблема с точки зрения электротехники.

С точки зрения физики источники ЭДС при последовательном включении дают суммы напряжений на выходе каждого источника в отдельности. Следовательно, чтобы получить 12 Вольт от обычных аккумуляторов, необходимо последовательно подключить 8 блоков по 1,5 Вольт. Следовательно, если номинал имеющихся у вас батарей другой, вы можете получить желаемое электрическое значение, изменив их количество. Пример такого преобразования показан на следующем рисунке:

Как получить 12В от батареек

Из аккумуляторов

Если вы хотите выжать из стандартного пауэрбанка 12 Вольт, максимум которого колеблется в пределах 5В, вы можете воспользоваться уловкой, доступной через команду «быстрая зарядка». Эта функция смартфона приводит к значительному увеличению электрического значения, с теоретической точки зрения выходное напряжение может достигать 20 вольт. Но при подключенной нагрузке напряжение в пределах 12 вольт.

А поскольку вместо гаджета необходимо запитать совсем другое устройство, для этого необходимо подключить к павербанку эмулятор быстрой зарядки, на котором выставлен соответствующий режим (желательно Quick Charge 2.0, т.к возможно не для всех источников). Проверить те же 12 вольт можно тестером; на эмуляторе есть кнопки, которые увеличивают или уменьшают напряжение.

Получите 12В от аккумулятора

Как из постоянного сделать переменный?

Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, называется инвертором. Есть несколько типов этих устройств.

Инвертор с электродвигателем

Вал двигателя постоянного тока соединен с группой скользящих контактов, состоящей из двух частей:

• вращающийся: состоит из нескольких кольцевых и сегментированных пластин, упакованных в форме цилиндра;
• стационарный: графитовые щетки в щеткодержателях.

Одна пара щеток подключена к источнику постоянного тока, другая — к цепи переменного тока. Первая пара контактирует с кольцевыми пластинами, другая — с сегментированными пластинами.

Некоторые из последних электрически подключены к положительному контуру, другие — к отрицательному. По мере вращения двигателя щетки цепи переменного тока поочередно контактируют с сегментированными пластинами, в результате чего направление тока постоянно меняется. Переменный ток лучшего качества обеспечивает комбинация «двигатель постоянного тока — механический генератор», но этот инвертор имеет более низкий КПД.

Релейный инвертор

Как и предыдущая версия, он электромеханический. Переключение контактов осуществляется реле с пружиной, подключенной параллельно нагрузке: при протекании тока катушка соленоида притягивает сердечник, при этом анодный контакт цепи постоянного тока подключается к 1-му контакту цепи переменного тока.
Пружина немедленно возвращает сердечник в исходное положение, так что катод соединяется с указанным контактом. Такие колебания повторяются много раз, пока на катушку соленоида подается постоянный ток.

Электронный инвертор

С появлением и постепенным снижением стоимости полупроводников электромеханические инверторы перешли в категорию устаревших.
В их электронном аналоге ток перенаправляется ключевыми транзисторами, управляемыми микросхемой. Именно эти инверторы используются в инверторных сварочных аппаратах, импульсных источниках питания, ИБП и т.д.

При использовании специальных быстросменных транзисторов такой инвертор способен создавать из постоянного тока переменный ток частотой в десятки кГц. Это позволяет уменьшить габариты трансформатора и потери в нем (сварочные аппараты, импульсные блоки питания). Есть несколько типов электронных инверторов. Они описаны в последнем разделе.

12 Вольт из 5 Вольт или другого пониженного напряжения

Вы можете получить 12 В от 5 В, например, от USB-порта или зарядного устройства для сотового телефона, а также его можно использовать с обычными литиевыми батареями 3,7-4,2 В.

Если мы говорим о блоках питания, то также можно вмешаться во внутреннюю схему, поменять источник опорного напряжения, но для этого нужно иметь некоторые познания в электронике. Но можно упростить и получить 12 В, применив повышающий преобразователь, например, на базе микросхемы XL6009. На рынке есть варианты с фиксированным напряжением 12 В или регулируемым выходом с регулировкой в ​​диапазоне от 3,2 до 30 В. Выходной ток — 3А.

Он продается на готовой доске и на ней есть таблички с назначением штифтов: внутри и снаружи. Другой вариант — использовать MT3608 LM2977, он увеличивается до 24 В и выдерживает выходной ток до 2 А. Также на фото хорошо видны подписи для контактных площадок.

Осциллограмма постоянного напряжения

Давайте сначала проясним, что подразумевается под «постоянным напряжением». Как сообщает Википедия, постоянное напряжение (также известное как постоянный ток) — это ток, параметры, свойства и направление которого не меняются с течением времени. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.

Мы смотрели осциллограмму постоянного тока в статье «Осциллограф». Принцип работы:

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас есть время (ось X) и вертикальное натяжение (ось Y).

Чтобы преобразовать однофазное переменное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение более низкого (возможно большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор. А чтобы преобразовать его в постоянное пульсирующее напряжение, мы подключили диодный мост после трансформатора. На выходе получалось постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, не успеваешь.

Но как насчет нас от постоянного пульсирующего напряжения

Для этого нам понадобится всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот как он должен быть подключен к диодному мосту:

В этой схеме используется важное свойство конденсатора: зарядка и разрядка. Небольшой конденсатор быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, чтобы на осциллограмме получилась почти прямая линия, нам нужно вставить конденсатор приличной емкости.

Схемы преобразователей

Инверторы классифицируются по принципу действия, форме и компоновке.

Принцип действия

Исходя из этого, устройства делятся на два типа: автономные и сетевые инверторы.

Автономные делятся на несколько подгрупп, объединяющих инверторы:

• напряжение (ID): установлено в большинстве ИБП;
• текущий;
• резонансный.

Сетевые инверторы также называются зависимыми инверторами. Они используются, например, в качестве преобразователей энергии на электровозах.

Схемы

Существует несколько основных схем инвертора:

1. мост IN без трансформатора. Применяется в ИБП мощностью более 500 ВА и в различных устройствах, рассчитанных на 220 или 380 В;
2. ID с нулевым выводом трансформатора. Применяется в ИБП мощностью 250-500 ВА, в системах с напряжением 12 или 24 В и мобильных радиопередатчиках;
3. в мост с трансформатором. Применяется в ИБП ответственных объектов с потребляемой мощностью от нескольких кВА до десятков.

Принципиальная схема преобразователя

Усовершенствования схем инверторов

Представленные в статье устройства предельно просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами. Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным доработкам, которые также позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.

Увеличение выходной мощности

Все описанные устройства работают по одному и тому же принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора подключается к входу питания на время, определяемое частотой и скважностью основного генератора. Это генерирует импульсы магнитного поля, которые возбуждают импульсы синфазно во вторичной обмотке трансформатора с напряжением, равным напряжению в первичной обмотке, умноженному на отношение количества витков в обмотках.

Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки по отношению обратных витков (коэффициент трансформации). Максимальный ток, который транзистор может пропустить через себя, определяет максимальную мощность преобразователя.

Увеличить мощность инвертора можно двумя способами: использовать более мощный транзистор или использовать параллельное соединение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как он не только позволяет использовать более дешевые детали, но и поддерживает работу преобразователя в случае выхода из строя одного из транзисторов. При отсутствии встроенной защиты от перегрузки такое решение значительно повысит надежность самодельного устройства. Нагрев транзисторов также уменьшится, если они будут работать с одинаковой нагрузкой.

На примере последней диаграммы это будет выглядеть так:

Автоматическое отключение при разряде аккумулятора

Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его в случае критического падения напряжения питания, может серьезно вас разочаровать, если вы оставите такой инвертор подключенным к автомобильному аккумулятору. Крайне кстати будет интеграция самодельного инвертора с автоматом.

Самый простой выключатель можно сделать из автомобильного реле:

Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором его контакты замыкаются. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет примерно 10% от сопротивления обмотки реле) устанавливается время, когда реле разомкнет контакты и перестанет подавать ток на инвертор.

ПРИМЕР: Возьмите реле с напряжением срабатывания (Uр) 9 вольт и сопротивлением обмотки (R®) 330 Ом. Чтобы он работал при напряжении выше 11 вольт (Umin), резистор с сопротивлением Rn, рассчитываемым из условия равенства Uр / Ro = (Umin-Uр) / Rн, должен быть включен последовательно с обмоткой. В нашем случае необходим резистор на 73 Ом, ближайшее стандартное значение 68 Ом.

Конечно, это устройство крайне примитивно и больше похоже на разминку для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить простой схемой управления, которая гораздо точнее поддерживает порог отключения:

Регулировка порога срабатывания осуществляется подбором резистора R3.

Предлагаем вам возможность посмотреть видео по теме

Как из 220 вольт сделать 12 вольт самостоятельно

Самый простой способ — сделать аналоговое устройство на основе тороидального трансформатора. Такое приспособление несложно реализовать самостоятельно. Для этого понадобится любой трансформатор с первичной обмоткой, рассчитанный на 220 вольт. Вторичная обмотка рассчитывается по простым формулам или подбирается практичным способом.

Для подбора вам могут понадобиться:

• прибор для измерения напряжения;
• изолента;
• скотч;
• медная проволока;
• сварщик;
• инструмент для разборки (кусачки, отвертки, плоскогубцы, нож и др.).

В первую очередь необходимо определить, с какой стороны переделанного трансформатора расположена вторичная обмотка. Осторожно удалите защитный слой, чтобы получить к нему доступ. С помощью тестера измерьте напряжение на выводах.

В случае более низкого напряжения припаяйте провод на обоих концах обмотки, тщательно изолируя стык. Используя эту нить, сделайте десять витков и снова измерьте натяжение. В зависимости от того, насколько поднялось напряжение, подсчитайте дополнительное количество витков.

Если напряжение превышает требуемое, предпринимаются противоположные действия. Разматываются десять витков, замеряется натяжение и рассчитывается, сколько их нужно снять. Далее нарезается лишний провод и припаивается к клемме.

По окончании работы трансформатор собирается в обратной последовательности. Если все рассчитать правильно, у вас получится преобразователь с 220 на 12 вольт переменного напряжения. Чтобы получить постоянное напряжение, нужно добавить выпрямитель. Это простейшее электронное устройство, состоящее из диодного моста и конденсатора. Благодаря свойствам диодов напряжение выпрямляется и с помощью конденсатора удаляются паразитные воздействия.

Следует отметить, что при использовании диодного моста разность выходных потенциалов увеличивается на величину, равную произведению переменного напряжения на 1,41.

Главное преимущество трансформаторного преобразования — простота и высокая надежность. А обратная сторона — размер и вес.

Самостоятельная сборка импульсных инверторов возможна только при хорошем уровне подготовки и знания электроники. Хотя есть возможность купить готовые комплекты KIT. Этот комплект содержит печатную плату и электронные компоненты. В комплект также входят электрическая схема и чертеж с подробным расположением элементов. Остается все аккуратно распаять.

По импульсной технологии также можно сделать преобразователь 12 в 220 вольт. Что очень удобно при использовании в автомобиле. Яркий пример — источник бесперебойного питания из стационарного оборудования.

Как взять 12 вольт с блока питания компьютера

Как вы уже поняли, снять напряжение с блока питания компьютера довольно просто. Вам просто нужно подключить устройство к желтому (плюс) и черному (минус) проводам. Только будьте осторожны, чтобы не перепутать полярность, иначе ваше устройство, скорее всего, не будет работать. Еще раз повторяю, не забывайте, что блок питания будет подавать напряжение на провода только при запуске. Если вы работаете с разобранным блоком питания ПК, который вынут из корпуса, вам нужно запустить устройство, закоротив провода GND (минус) и PWR SW.

Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора

Разберемся на практике, зачем нужно устанавливать конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора разной емкости:

Рассмотрим первое. Мы измеряем его номинальное значение с помощью нашего LC-метра. Его емкость составляет 25,5 наноФарад или 0,025 мкФ.

Цепляем его на диодный мост по приведенной выше схеме

И цепляемся к осциллографу:

Посмотрим на осциллограмму:

Как видите, рябь все еще сохраняется.

Quad id = 1

Что же, возьмем конденсатор побольше.

Получаем 0,226 мкФ.

Цепляем диодный мост так же, как и первый конденсатор, снимаем его показания.

А вот собственно осциллограмма

Нет… почти, но все же не то. Рябь все еще видна.

Возьмем наш третий конденсатор. Его емкость составляет 330 мкФ. Даже мой LC-метр не может измерить это, так как у меня на нем ограничение в 200 микрофарад.

Подключаем к диодному мосту и снимаем с него осциллограмму.

Но на самом деле ее

Хороший. Совсем другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

— чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не злоупотребляйте емкостью! Поскольку в этом случае наше устройство будет очень большим, потому что большие конденсаторы обычно очень большие. И начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке цепи питания.

— чем меньше нагрузка на выходе этого блока питания, тем больше амплитуда пульсаций. С этим борются пассивные фильтры и встроенные регуляторы напряжения, обеспечивающие чистейшее постоянное напряжение.

Технические требования к конденсатору

Для бестрансформаторного источника питания подходит конденсатор, рассчитанный на амплитудное (или большее) значение переменного напряжения. Если фактическое значение напряжения составляет 220 В, значение амплитуды рассчитывается по формуле 220 * = 311 В (номинальное напряжение 400 В). Лучше выбирать пленочные конденсаторы, оптимально подходят емкостные элементы серии К73-17.

12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения

Чтобы снизить напряжение постоянного тока с 24 до 12 вольт, можно использовать линейный или импульсный стабилизатор. Такая необходимость может возникнуть, если необходимо от бортовой сети автобуса или грузовика запитать нагрузку 12 В напряжением 24 В. Кроме того, вы получите стабилизированное напряжение в сети автомобиля, которое часто меняется. Даже в автомобилях и мотоциклах с бортовой сетью 12 В оно достигает 14,7 В при работающем двигателе. Следовательно, эту схему также можно использовать для питания светодиодов и светодиодных лент в транспортных средствах.

Схема с линейным регулятором упоминалась в предыдущем абзаце.

К нему можно подключить нагрузку с током до 1-1,5 А. Для усиления тока можно использовать проходной транзистор, но выходное напряжение может немного снизиться на 0,5 В.

Точно так же можно использовать стабилизаторы LDO, это те же линейные стабилизаторы напряжения, но с низким падением напряжения, такие как AMS-1117-12v.

Или импульсные аналоги типа AMSR-7812Z, AMSR1-7812-NZ.

Схемы подключения аналогичны L7812 и KRENK. К тому же эти варианты подходят для понижения напряжения от блока питания ноутбука.

Более эффективно использовать импульсные понижающие преобразователи напряжения, например, на базе микросхемы LM2596. На плате есть контактные площадки с входом (вход +) и (выход-выход) соответственно. В продаже можно найти версию с фиксированным выходным напряжением и с регулируемым, так как на фото вверху справа вы видите многооборотный потенциометр синего цвета.