Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Форма синусоиды

Некоторые читатели обращаются с вопросом, какая синусоида на выходе инвертора 12V 220V лучше, прямоугольной формы или чистая синусоида? Из-за особенностей преобразования самое простое это получить переменный ток с прямоугольными импульсами частотой 50Гц. Конечно это не естественная синусоида как в домашней сети. Современные ШИМ контроллеры могут делать форму практически естественной, но состоящую из коротких импульсов, так называемую чистую синусоиду. Не каждый электроприбор сможет правильно работать на квадратном синусе. Отказываются правильно работать электродвигатели, холодильники, микроволновые печи.

Чистая синусоида в автоинверторе 12 220в предпочтительней, на неё рассчитаны все электрические приборы, но такие   гораздо дороже. Модифицированная синусоида заставляет схемы работать в нештатном режиме. Повышается нагрев радиоэлектронных деталей, дроссели начинают шуметь. Похожие результаты можно получить, если диммировать светодиодную лампу, которая не поддерживает регулировку яркости. При 160В светодиодная лампа начинает мигать и сильно трещать.

Как сделать своими руками

Умея работать с паяльником и имея начальные знания в электротехнике и зная, как работают электронные устройства, можно изготовит преобразователь напряжения своими руками.

В зависимости от наличия радиодеталей и возможности их приобретения, схемы собираемого инвертора, могут быть различны. Наиболее просто изготовить выпрямитель на основе ШИМ-контроллера марки TLT494 (схема приведена ниже):

При такой конфигурации, устройство, после сборки, будет обладать следующими техническими характеристиками: мощность – до 0,3 кВт, сигнал на выходе – модифицированная синусоида, напряжение на выходе – 220 В, частотой несколько выше 50,0 Гц.

Используя генератор импульсов, в качестве которого может выступать микросхема КР1211ЕУ1, также можно собрать преобразователь напряжения. Подобная схема приведена ниже:

Мощность инвертора, собранного по этой схеме, может достигать 0,4 кВт.

Преобразователь 12/220 В, на транзисторах, это еще один вариант самостоятельного изготовления подобного устройства. Вариант схемы, при использовании транзисторов, приведен на ниже следующем рисунке:

В данной схеме использованы транзисторы IRFZ44, которые в случае необходимости заменить на IRFZ40/46/48 или IRF3205/IRL3705, и транзисторы TIP41 (КТ819), которые также заменяемы, при необходимости, на КТ805, КТ815, КТ817 и подобные.

Собранная схема (устройство), обладает следующими характеристиками: мощность – до 0,3 кВт, входное напряжение — 3,5-18 В, выходное напряжение – 220 В, частотой 57 Гц, форма выходных импульсов – прямоугольная.

Достоинствами данной схемы являются: простота и возможность сборки даже человеку с начальными знаниями и умениями, малая стоимость комплектующих, компактные размеры монтажной платы и устройства в целом, возможность замены комплектующих.

Недостатками можно считать: в схеме не предусмотрена защита от токов короткого замыкания, КПД ниже, чем у изделий заводской сборки, при работе трансформатор шумит.

Использование преобразователей напряжения

Кому же, в первую очередь, требуются преобразователи тока:

• При необходимости сохранения в рабочем состоянии системы отопления, в том случае, когда отключается электрическая сеть. То же самое касается холодильников и компьютеров. Преобразователь не только предотвратит выход электротехники из строя, но и обеспечит ее непрерывную работу;
• Инвертор можно использовать не только в частном доме или в квартире, но и в полевых условиях, где при полном отсутствии электроэнергии он способен заменить электрогенератор;
• Преобразователь тока бывает, незаменим в больницах, особенно при проведении операций и в стоматологических кабинетах;
• Без инверторов не обойтись в магазинах, торгующих продовольственными товарами, а также на продуктовых складах, где выход из строя холодильников может очень дорого обойтись.

Схема частотного преобразователя

Частотные преобразователи: принцип работы

Схема частотного преобразователя асинхронного двигателя

Что такое инвертор напряжения

Индикатор напряжения на светодиодах: схема, как сделать своими руками самодельный указатель напряжения в сети

Принцип работы частотного преобразователя

Сферы применения

Инверторы используются в различных ситуациях:

• В дальних поездках обеспечивают возможность подключения к аккумулятору автомобиля необходимых приборов (холодильника, электрических инструментов и т.д.).
• Преобразование энергии, полученной от альтернативных источников (например, от солнечных батарей).

• Резервное энергоснабжение дома на случай неожиданного отключения электричества.
• Источник энергии на загородных участках при отсутствии централизованной электрификации и т.д.

Для выполнения каждой из этих задач выбирают соответствующие модели преобразователей. Чаще всего инверторы 12/220 используются автомобилистами.

Устройства с входным напряжением 12 В и 24 В не являются взаимозаменяемыми!

Схема и принцип работы инвертора 12 220

Основная часть радиодеталей, использующих инверторы, используют в работе высокие частоты. Импульсный инвертор в полной мере заменяет классическую схему, в которой применяются трансформаторы. Микросхему К561ТМ2 формируют два D-триггера, у которых присутствует вход R и S. Такая микросхема создается с учетом использования КМОП-технологий, посредством заключения в пластиковый корпус.

Задающие генераторы инверторов монтируются с учетом К561ТМ2, с использованием для функционирования устройства DD1. На делитель частот осуществляется монтирование триггера DD1.2. Усилительные каскады принимают сигнал с микросхем.

Генераторы с синусоидой для инвертора 12 220 В работают на высоких частотах. Чтобы образовать контур с размером 50 Гц, используют вторичную обмотку с параллельным подсоединением конденсаторов и нагрузок. Подключая любое устройство, инверторы создают преобразовательное напряжение в 220 В.

Схема обладает одним существенным недостатком — несовершенной формой параметров на выходах.

Говоря о том, как работает инвертор 12 220, стоит указать что микросхему К561ТМ2 дублирует К564ТМ2. Увеличить мощность на преобразователе можно путем подбора более интенсивного транзистора

Важно учитывать то факт, какие конденсаторы устанавливаются на выходах. Они обладают напряжением 250 В

Повышающе-понижающая ступень DC/DC-преобразования

Повышающе-понижающие DC/DC-преобразователи должны обеспечивать одноступенчатое преобразование для входных напряжений от шины аккумуляторной батареи в широком диапазоне (рис. 3) и гарантировать при этом стабильное напряжение на выходе. Для такого преобразования используется несколько топологий . Пример на рис. 4в показывает использование микросхемы контроллера повышающе-понижающего DC/DC-преобразователя LM5175 с четырьмя ключами. Это вызвано тем, что, благодаря своей архитектуре, он отличается более высокой эффективностью (КПД) и широкими возможностями по управлению питанием.

DC/DC-преобразователь, выполненный на базе контроллера LM5175, отличается широким диапазоном входного напряжения V_IN и, благодаря возможности работы с четырьмя ключами, может как повышать, так и понижать входное напряжение. При этом он способен обеспечивать стабилизированное выходное напряжение даже в том случае, если его входное напряжение равно выходному. Упрощенная схема и временные диаграммы переключения ключей во всех режимах работы преобразователя показаны на рис. 5.

Рис. 5. Четырехключевой повышающе-понижающий DC/DC-преобразователь с широким диапазоном входного напряжения VIN

Когда входное напряжение выше заданного уровня выходного напряжения, рассматриваемый преобразователь работает в режиме понижения напряжения с выходным каскадом в проходном режиме. Когда входное напряжение ниже заданного уровня выходного напряжения, он работает в режиме повышения, в этом случае его входной каскад находится в режиме прямой проводимости. Когда же напряжение V_IN находится близко к выходному V_OUT, то для поддержания плавной или, как ее называют, бесшовной работы он чередует циклы повышения и понижения. Поскольку в режиме повышения или понижения напряжения используется только одно плечо в цикле, это позволяет избежать высоких потерь, характерных для чистого двухступенчатого преобразования.

В отличие от повышающего предварительного преобразователя, задача которого заключается только лишь в повышении уровня выходного напряжения, которое, в случае его понижения, не сможет уменьшить выходное напряжение ниже уровня V_IN, повышающе-понижающий преобразователь обеспечивает устойчивость как к просадкам, так и к резким броскам входного напряжения. Для автомобильных применений с выходным напряжением выше номинального диапазона (≥16 В) повышающий напряжение преобразователь обеспечивает низкий уровень пульсаций на входе и обеспечивает, кроме того, защиту от перегрузки и короткого замыкания, а также выполняет и ограничение пускового тока. Повышающий каскад преобразователя также избавляет от необходимости использования громоздких пассивных фильтров низких частот, необходимых для подавления наложенного переменного напряжения, которое может наводиться на шине 12-В аккумуляторной батареи как следствие выпрямления выходного напряжения переменного тока автомобильного генератора. Для стабилизированных выходных напряжений, лежащих ниже номинального напряжения аккумуляторной батареи (5 и 3,3 В), топология повышающе-понижающего преобразования обеспечивает одноступенчатое решение с более высокой эффективностью, чем архитектура из двух раздельных преобразователей — предварительного повышающего и основного понижающего. Тем не менее преимущество в размерах с использованием одноступенчатых повышающе-понижающих преобразователей нивелируется по причине того, что здесь, как правило, требуется больший по габаритам фильтр подавления электромагнитных помех.

Тем не менее для автомобильных систем именно повышающе-понижающий напряжение преобразователь, показанный на рис. 5, является оптимальным решением в качестве предварительного стабилизатора напряжения. Этот преобразователь сочетает преимущества первой ступени, где он может работать в качестве повышающего преобразователя, например для борьбы с просадками напряжения (для диапазона выходного напряжения 16–24 В, рис. 4в), и обеспечивать защиту в условиях холодного пуска двигателя. Этот преобразователь также включает в себя защиту от сброса нагрузки и защиту от перегрузки по току с одновременной защитой от короткого замыкания, обычно ассоци­ируемую с особенностями функционирования понижающих преобразователей. Кроме того, он обеспечивает полное отключение входа/выхода в режиме выключения без потребления остаточных токов.

Полезные свойства аппаратов

Часто инверторы из 12 В в 220 В обеспечивают предохранение или ослабление функционирования информационных систем от качества сетей переменного тока. Если внезапно произойдет отключение электроэнергии, то с помощью запасной батареи и выпрямителя восстановится резервное питание и можно прекратить работу компьютера без потери необходимых данных.

Отличительной чертой в этом случае считается наличие высокой частоты напряжения — до 100 кГц. Для эффективной работы дополнительно используются полупроводниковые ключи, магнитные материалы и специальные контроллеры. Чтобы быть удобным для применения, инвертор должен обладать высоким коэффициентом полезного действия, надежностью и иметь компактные габаритные характеристики.

Характеристики преобразователей

Преобразователи DC/AC относятся к электрическим приборам, позволяющим изменять уровень и форму постоянного сигнала. Современные приспособления отличаются небольшими габаритами и весом. К основным их параметрам относят:

1. Мощность. Различают две её разновидности — наибольшую постоянную и пиковую. Первая обозначает количество энергии, которое может пропускать через себя устройство продолжительное время без потери работоспособности. Вторая характеризуется значением, которое может выдержать прибор в течение одной секунды и при этом остаться в работоспособном состоянии. В качестве единицы измерения используется ВА или Вт. Зависимость между этими единицами измерения можно описать соотношением: 1 Вт = 1,6 ВА. Например, если нагрузка, подключаемая к инвертору, потребляет 500 Вт и постоянная мощность преобразователя заявлена как 500 Вт, то вместе их использовать нельзя, так как DC/AC конвертор просто сгорит.
2. Форму выходного сигнала. Синусоидальный сигнал характеризуется плавностью изменения амплитуды напряжения и частоты. Большинство приборов, например, простая бытовая техника и нагреватели, не требуют правильной формы сигнала. А вот устройства с трансформаторными источниками питания, электродвигателями, с узлами APFC очень требовательны к форме сигнала.
3. Коэффициент полезного действия (КПД) — показывает зависимость между мощностью, затрачиваемой на выполнение полезной работы, и потребляемой. В среднем КПД преобразователей составляет 85−90%.
4. Диапазон входного напряжения. Обозначает допустимую величину амплитуды входного сигнала, при котором возможно преобразование.
5. Разброс выходного напряжения. Это диапазон, в котором может изменяться амплитуда сигнала на выходе. Обычно он лежит в пределах 210−230 вольт.
6. Тип охлаждения. Для охлаждения радиодеталей, использующихся при изготовлении инверторов, применяются пассивные (радиаторы) и активные (вентиляторы) системы.

Вам это будет интересно Особенности припоя для пайки

Принцип работы

При необходимости поменять напряжение переменного тока может быть достаточно одного прибора с начальным и обратным обертыванием.

С непрерывным электричеством процесс не такой легкий – автолюбителю понадобиться более трудная электросхема с полупроводниковыми компонентами. Данный прибор работает по системе широтно-импульсной модуляции. Релаксатор посылает импульс на выключатель питания, он контролирует высокочастотный трансформатор и на выходе получается напряжение (220 В). Размах толчков зависит от приложенной нагрузки, за ней следует система обратной связи.

Полученный на выходе сигнал имеет вид не плавного падения/повышения напряжения, а скачкообразного. Такое напряжение нельзя подключать к многим устройствам. Для исправления скачкообразного сигнала в схему инвертора добавляются фильтры от конденсаторов и катушек, вследствии чего пагубные причины не влияют на приборы.

Мощность

Заявленная мощность дешевых преобразователей напряжения с 12 на 220 часто бывает завышена или является максимальной мощностью. Продавец об этом может просто умолчать, и вы узнаете об этом после того как он сгорит. Большинству из вас не требуется 1000 или 5000 Вт, достаточно 500W.

Применение инвертора не ограничивается только автомобилем, установить можно дома и на даче. Нас в первую очередь интересует возможность подключения светодиодных светильников и светодиодных ламп. Большинству читателей не хочется покупать специализированные лампочки и прожекторы на 12В, потому что пользоваться придётся ими редко. Рационально их приобрести только при частом использовании.

Периодически просматриваю изменение ассортимента в магазинах, встретился недорогой автомобильный инвертор 12 в 220 на 500вт. Цена слишком низкая, прикрывают распродажей, уверен на 100%, что магазин темнит.

Решил разобраться, оказалось:

1. 500W – это максимальная кратковременная в течение 1 минуты.
2. 360W — пиковая в течение 15 минут;
3. 240W – реальная долговременная номинальная мощность.

Не устанавливайте своими руками приборы мощностью более 300 -500W, это должен делать автоэлектрик. Слишком большая вероятность, что спалите что-нибудь в машине.

Потребуются хорошие проводники

При максимальной нагрузке можно измерить напряжение на выходе, у слабого оно проседает, и вместо 220 получите значение ниже.

Благодаря развитию китайской промышленности, сейчас многие отечественные бренды торгуют ширпотребом. Некоторые бренды России принадлежат китайцам, они уже полмира скупили. Ширпотреб – это берется готовый товар на китайском заводе и ставится наименование своего бренда и продаётся в России. Поэтому одни и те же модели продаются под разными названиями.

Без нагрузки (на холостом ходу) повышающий преобразователь тока имеет достаточно высокое энергопотребление. Это показатель может быть от 5вт до 15вт, ток соответственно до 1А. Он может полностью высадить ваш источник, если забудете его отключить.

Напряжение питания

Гелевая батарея от ИБП

Входное напряжение автоинвертора обычно от 10 до 15 вольт. Для грузовиков нужен с 24 на 220. Толщина проводов, идущих от аккумулятора до инвертора при 24В будет в 2 раза меньше, небольшой плюс для большегрузов. Автомобильный повышающий преобразователь напряжения должен иметь защиту от скачков в электрический сети авто.

Пример толстых кабелей

Особое внимание уделите толщине проводов, идущих от аккумулятор до преобразователя напряжения. Малая толщина может вызвать перегрев

Обычно я считаю так, что сечение медного кабеля равно количеству Ампер. Например, если сечение 1,5мм 2 , то кабель держит до 15А. Если мощность автомобильного инвертора 500W на выходе, то его полное потребление от аккумулятора будет на 20% больше.

• 500W * 1,2 = 600W
• 600W / 12В = 50А

При максимальной нагрузке на инверторе в 500W, ток по кабелю от аккумулятора авто будет 50 Ампер. Сечение медного кабеля требуется 5мм 2 . Если оно будет меньше требуемого, то кабель будет нагреваться, изоляция плавиться. Замыкание автоаккумулятора сопровождается целым фейерверком искр и звуковыми спецэффектами. Получается типа сварки, металл сильно разогревается и плавится.

Бортовой компьютер некоторых авто очень плохо переносит низкое напряжение питания. Такое не очень давно случилось у родственника на Рено Колеос, питание просело и бортовой комп подгорел, и машина стала полуживая. Официальный дилер предложил только замену всего блока полностью стоимостью от 100.000руб. Пришлось обратится к электронщику, который перепаял микросхему за 5000руб и всё снова заработало.

Трансформатор и диоды

Трансформатор, установленный на выходе, необходимо наматывать на ферритовом кольце. Это кольцо можно снять все в том же блоке питания от персонального компьютера. Для первичной обмотки применяется провод в лаковой изоляции сечением 0,6 мм. Наматывается 10 витков, и от середины делается отвод. Сверху нужно намотать вторичную обмотку, она должна содержать 80 витков. Вместо него можно использовать готовый трансформатор, который устанавливается в серийных источниках бесперебойного питания.

Высокочастотные диоды, используемые в конструкции, можно заменить аналогичными с маркировкой FR107 или FR207. При правильно проведенном монтаже схема заработает сразу же после включения, никакой настройки не потребуется. Выходной ток может составить не более 2,5 А, но лучше, чтобы конструкция работала при токе не больше 1,5 А (подключение нагрузки мощностью примерно 300 Вт). Можно сказать, что вы собрали из металлолома устройство, китайский аналог которого стоит порядка 3-4 тыс. руб.

Назначение устройства

Устройство, которое преобразует напряжение, также называют инвертором.

Инвертор — это электронный прибор служащий для трансформации подаваемого на его вход постоянного напряжения в электрический сигнал, изменяющийся по времени с другой величиной амплитуды. То есть если на вход прибора подать постоянный сигнал равный 12 вольт, то на его выходе можно будет получить переменное напряжение 220 вольт.

Принцип работы устройства основан на преобразовании электрической энергии. Существуют приборы как заводского изготовления, так и самодельные, но принцип их работы одинаков. Разница лишь в качестве — надёжности и правильности формы выходного сигнала.

Схемотехника устройств построена на использовании высокочастотных трансформаторов, специализированных микросхем и транзисторов. По виду исполнения схемы инверторы бывают:

1. Мостовые — в принципиальной схеме такого типа преобразователей не используются трансформаторы. Обычно так изготавливаются устройства с мощностью до 100 ВА.
2. Трансформаторные — ключевую роль в схеме играет трансформатор, имеющий нулевой вывод. Такая схема несложна, но обычно предназначена для питания устройств, мощность которых не превышает 500 ВА.
3. Комбинированные — в их схемотехнике используются транзисторы и трансформаторы. Такой подход позволяет создавать преобразователи с широким диапазоном мощностей.

Делаем инвертор сами

Самостоятельное изготовление инвертора, при наличии в магазинах качественной и недорогой продукции – дело людей увлеченных конструированием и одержимых экспериментами.

Большинство самоделок автомобильных преобразователей напряжения монтируются на базе вышедших из строя телевизоров микроволновых печей и прочих старых бытовых приборов и трансформаторов автомобилей.

В интернете можно найти десятки схем самодельных инверторов, например, такую:

Рисунок 1

Схема инвертора 12 – 220 вольт

Собрать инвертор 12-220, дело это хлопотное. Требует основательных навыков и познаний в электротехнике. Занимает довольно много времени на наладку полученного прибора.

Обзор лучших автоинверторов

Для составления рейтинга были использованы следующие параметры:

• мощность;
• качество выходного напряжения;
• поведение при перегрузках;
• комплектация;
• дополнительные функции (если есть);
• отзывы в реале и интернете;
• внешний вид;
• средняя цена в марте 2016 года.

МАП «Энергия» 900

Мощность 900 ватт, входное напряжение 10-15 вольт. Выходное напряжение со минимальным количеством гармоник и частотой 50 герц. При нагрузке свыше 1,3 киловатт автоматически отключается. Если нагрузка соответствует норме, то напряжение стабильно. Может использоваться как мощное пускозарядное устройство (обратное преобразование из 220 в 12 вольт). Внешний вид – большая и тяжелая коробка с цифровым индикатором и переключателями. Стоимость 35 тысяч рублей.

Штиль PS12/300

Мощность 300 ватт, входное напряжение 10,5–14 вольт. Выходное напряжение с минимумом количеством гармоник и частотой 50-60 герц. Если нагрузка на выходе менее 300 ватт, то напряжение стабильно. При увеличении мощности нагрузки напряжение начинает падать. Инвертор комплектуется проводами и разъемами для подключения к автомобильному аккумулятору, а также переходником для прикуривателя. На вид серая неказистая коробка на резиновых ножках. Стоимость 4500 рублей.

MobilEn SP-150

Заявленная мощность 150 ватт, но на испытаниях выдерживал нагрузку в 180 ватт, не снижая напряжения. Подключение дополнительной нагрузки приводит к срабатыванию защиты. При перегрузке сигнализирует легким, но неприятным писком. После отключения пищит очень громко. Выходное напряжение с минимумом гармоник частотой 50-60 герц. Оснащен штатным USB-портом, поэтому можно использовать для зарядки телефона, фотоаппарата, видеокамеры или iPod. Внешний вид – небольшая прямоугольная коробка, на одном торце которой расположена стандартная розетка, на другой сдвоенный провод с переходником на прикуриватель. Стоимость 1300 рублей.

MeanWell A301‑150‑F3

Мощность 150 ватт, входное напряжение 10,5–15 вольт. Выходное напряжение с минимумом гармоник и частотой 50-55 герц. При увеличении нагрузки до 175 ватт происходит автоматическое отключение. Оснащен стандартной розеткой и шнуром питания с переходником для прикуривателя. На вид серебристый аккуратный цилиндр. Стоимость 3500 рублей.

AcmePower DS-120

Заявленная мощность 120 ватт, но хорошо работает лишь при нагрузке менее 100 ватт. При увеличении мощности нагрузки до 107-110 ватт устройство автоматически выключается. Выходное напряжение со средним количеством гармоник и частотой 50-60 герц. Оснащен штатным USB-портом, поэтому можно использовать для зарядки телефона, фотоаппарата, видеокамеры или iPod. В комплект входит провод с переходником для прикуривателя. Внешний вид – аккуратная небольшая плоская коробочка из черного/серого пластика. Стоимость 750 рублей. 

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Они также называются DC/DC конвертеры. Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения. Некоторые модели также могут инвертировать сигнал для получения напряжения с обратной полярностью. Электросхема конвертеров обычно включает такие элементы, как входной фильтр, конденсатор, катушки индуктивности, ключевого транзистора или тиристора, диода. Управление ключом осуществляется с помощью ШИМ. Ниже представлена функциональная схема повышающего преобразователя.

В категорию DC/DC конвертеров входят высоковольтные преобразователи. Они используются для нагрузок с малыми потребляемыми токами, которые не требуют значительной мощности источника электропитания. К ним относятся, например, счетчики радиационных излучений, ионизаторы воздуха, аноды электроннолучевых трубок в осциллографах.

Большинство современных ДС/ДС преобразователей имеет гальваническую развязку. В таких устройствах входные и выходные электроцепи разделены изоляционным барьером. Это решение позволяет защитить людей и подключаемую нагрузку от аварийного повышения напряжения на входе, а также улучшает помехозащищенность конвертера.