Повышающие трансформаторы напряжения 12 220в. Высокое напряжение и не только

При использовании маломощных бытовых приборов часто возникает потребность в преобразователе напряжения с 12 на 220 вольт. Это может быть ноутбук, зарядное устройство для мобильного телефона или планшета, и даже телевизор на LED элементах.

В каких случаях необходим преобразователь напряжения

1. Продолжительная авария централизованного энергоснабжения.
2. Аварийное энергоснабжение электроники газового котла.
3. Отсутствие бытовой сети 220 вольт (удаленный садовый участок, гаражный кооператив).
4. Автомобиль.
5. Туристическая стоянка (при наличии возможности взять с собой 12 вольтовой аккумулятор).

Во всех этих случаях, достаточно иметь заряженный аккумулятор, и вы сможете полноценно использовать сетевое электрооборудования.

Обратите внимание

Важно! Потребляемая мощность прибора не должна превышать несколько сотен ватт. Более мощные устройства быстро посадят аккумулятор, используемый в качестве донора.

Справедливости ради отметим, что для использования в автомобиле существуют блоки питания и зарядные устройства, подключаемые у бортовой сети 12 вольт. Выполнены они в виде разъема, соединяемого с розеткой прикуривателя.

Однако, если у вас несколько гаджетов, вам придется разориться на покупку такого же количества зарядок. А имея один преобразователь с 12 на 220 – вы обеспечите полную универсальность подключения.

В продаже имеется большой ассортимент готовых преобразователей. Мощность варьируется от 150 Вт до нескольких киловатт. Разумеется, для каждой мощности потребителя необходимо подбирать соответствующий аккумулятор.

Также необходимо внимательно читать технические характеристики – часто, в рекламных целях, производители указывают на упаковке пиковую мощность, которую преобразователь выдерживает всего несколько секунд. Рабочая мощность, как правило, на 25% – 30% ниже.

Разновидности преобразователей 12 на 220 вольт

Для правильного выбора, ознакомьтесь с основными видами преобразователей напряжения, представленными на рынке электротоваров:

По форме сигнала выходного напряжения

Устройства делятся на чистый синус и модифицированный синус. Разницу в форме сигнала видно на иллюстрации.

Автомобильный инвертор напряжения порой бывает невероятно полезен, но большинство изделий в магазинах либо грешат качеством, либо по мощности не устраивают, а стоят при этом недёшево. Но ведь схема инвертора состоит из простейших деталей, потому мы предлагаем инструкцию по сборке преобразователя напряжения своими руками.

Корпус для инвертора

Первое, что нужно учесть — потери преобразования электричества, выделяющиеся в виде тепла на ключах схемы. В среднем эта величина составляет 2-5% от номинальной мощности устройства, но показатель этот имеет свойство расти из-за неправильного подбора или старения комплектующих.

Отвод тепла от полупроводниковых элементов имеет ключевое значение: транзисторы очень чувствительны к перегреву и выражается это в быстрой деградации последних и, вероятно, их полному отказу. По этой причине основанием для корпуса должен служить теплоотвод — алюминиевый радиатор.

Из радиаторных профилей хорошо подойдёт обычная «расчёска» шириной 80-120 мм и длиной около 300-400 мм. к плоской части профиля винтами крепятся экраны полевых транзисторов — металлические пятачки на их задней поверхности. Но и с этим не всё просто: электрического контакта между экранами всех транзисторов схемы быть не должно, поэтому радиатор и крепления изолируются слюдяными плёнками и картонными шайбами, при этом по обе стороны диэлектрической прокладки металлсодержащей пастой наносится термоинтерфейс.

Определяем нагрузку и закупаем компоненты

Крайне важно понимать, почему инвертор — это не просто трансформатор напряжения, а также почему существует столь разнообразный перечень подобных устройств. Прежде всего помните, что подключив трансформатор к источнику постоянного тока, вы ничего не получите на выходе: ток в АКБ не меняет полярности, соответственно, явление электромагнитной индукции в трансформаторе отсутствует как таковое.

Первая часть схемы инвертора — входной мультивибратор, имитирующий колебания сети для совершения трансформации. Собирается он обычно на двух биполярных транзисторах, способных раскачать силовые ключи (например, IRFZ44, IRF1010NPBF или мощнее — IRF1404ZPBF), для которых важнейший параметр — предельно допустимый ток. Он может достигать нескольких сотен ампер, но в целом вам достаточно умножить значение тока на вольтаж аккумуляторной батареи, чтобы получить ориентировочное количество ватт выходной мощности без учёта потерь.

Простой преобразователь на основе мультивибратора и силовых полевых ключей IRFZ44

Частота работы мультивибратора непостоянна, рассчитывать и стабилизировать её — пустая трата времени. Вместо этого ток на выходе трансформатора снова превращается в постоянный с помощью диодного моста. Такой инвертор может быть пригоден для питания чисто активных нагрузок — ламп накаливания или электрических нагревателей , печек.

На основе полученной базы можно собирать и другие схемы, отличающиеся частотой и чистотой выходного сигнала. Подбор компонентов для высоковольтной части схемы сделать проще: токи здесь не такие высокие, в ряде случаев сборку выходного мультивибратора и фильтра можно заменить парой микросхем с соответствующей обвязкой. Конденсаторы для нагрузочной сети следует использовать электролитические, а для цепей с низким уровнем сигнала — слюдяные.

Вариант преобразователя с генератором частоты на микросхемах К561ТМ2 в первичном контуре

Стоит также заметить, что для увеличения итоговой мощности вовсе не обязательно закупать более мощные и стойкие к нагреву компоненты первичного мультивибратора. Задачу можно решить увеличением числа преобразовательных контуров, включенных параллельно, но для каждого из них потребуется собственный трансформатор.

Вариант с пареллельным подключением контуров

Борьба за синусоиду — разбираем типовые схемы

Инверторы напряжения сегодня используются повсеместно как автолюбителями, желающими пользоваться бытовой техникой вдалеке от дома, так и обитателями автономных жилищ, питающихся солнечной энергией . И в целом можно сказать, что от сложности устройства преобразователя напрямую зависит ширина спектра токоприёмников, которые можно к нему подключить.

К сожалению, чистый «синус» присутствует только в магистральной электросети, добиться преобразования постоянного тока в него очень и очень сложно. Но в большинстве случаев этого и не требуется. Чтобы подключать электрические двигатели (от дрели до кофемолки), достаточно пульсирующего тока с частотой от 50 до 100 герц без сглаживания.

ЭСЛ, светодиодные лампы и всевозможные генераторы тока (блоки питания, зарядные устройства)более критичны к выбору частоты, поскольку именно на 50 Гц основана схема их работы. В таких случаях следует включать во вторичный вибратор микросхемы, зовущиеся генератором импульсов. Они могут коммутировать небольшую нагрузку непосредственно, либо исполнять роль «дирижёра» для серии силовых ключей выходной цепи инвертора.

Но даже такой хитрый план не сработает, если вы планируете использовать инвертор для стабильного питания сетей с массой разнородных потребителей, включая асинхронные электрические машины. Здесь чистый «синус» очень важен и реализовать такое под силу лишь преобразователям частоты с цифровым управлением сигналом.

Трансформатор: подберём или сами

Для сборки инвертора нам не хватает всего одного элемента схемы, выполняющего трансформацию низкого напряжения в высокое. Вы можете использовать трансформаторы из блоков питания персональных компьютеров и старых ИБП, их обмотки как раз рассчитаны на трансформацию 12/24-250 В и обратно, остаётся лишь правильно определить выводы.

И всё же лучше намотать трансформатор своими руками, благо что ферритовые кольца дают возможность сделать это самому и с любыми параметрами. Феррит обладает отличной электромагнитной проводимостью, а значит, потери при трансформации будут минимальными даже если провод намотан вручную и не плотно. К тому же вы легко рассчитаете необходимое количество витков и толщину провода по имеющимся в сети калькуляторам.

Перед намоткой кольцо сердечника нужно подготовить — снять надфилем острые кромки и плотно обмотать изолятором — стеклотканью, пропитанной эпоксидным клеем. Далее следует намотка первичной обмотки из толстого медного провода расчётного сечения. После набора нужного количества витков их необходимо равномерно распределить по поверхности кольца с равным интервалом. Выводы обмотки соединяются согласно схеме и изолируются термоусадкой.

Первичная обмотка покрывается двумя слоями лавсановой изоленты, затем наматывается высоковольтная вторичная обмотка и ещё один слой изоляции. Важный момент — мотать «вторичку» нужно в обратном направлении, иначе трансформатор работать не будет. В завершение к одному из отводов нужно припаять в разрыв полупроводниковый термопредохранитель, ток и температура срабатывания которого определяются параметрами провода вторичной обмотки (корпус предохранителя нужно плотно примотать к трансформатору). Сверху трансформатор обматывается двумя слоями виниловой изоляции без клейкой основы, конец закрепляется стяжкой или цианакрилатным клеем.

Монтаж радиоэлементов

Осталось собрать устройство. Поскольку компонентов в схеме не так много, можно размещать их не на печатной плате, а навесным монтажом с креплением к радиатору, то есть к корпусу устройства. К штыревым ножкам подпаиваемся моножильным медным проводом достаточно большого сечения, затем место соединения укрепляется 5-7 витками тонкой трансформаторной проволоки и небольшим количеством припоя ПОС-61. После остывания соединения оно изолируется тонкой термоусадочной трубкой.

Схемы высокой мощности и со сложным вторичным контуром могут потребовать изготовления печатной платы, на краю которой в ряд размещены транзисторы для свободного крепления к теплоотводу. Для изготовления печатки пригоден стеклотекстолит с толщиной фольги не менее 50 мкм, если же покрытие более тонкое — усиливайте цепи низкого напряжения перемычками из медного провода.

Изготовить печатную плату в домашних условиях сегодня просто — программа Sprint-Layout позволяет рисовать обтравочные трафареты для схем любой сложности, в том числе и для двухсторонних плат. Полученное изображение распечатывается лазерным принтером на качественной фотобумаге. Затем трафарет прикладывается к очищенной и обезжиренной меди, проглаживается утюгом, бумага размывается водой. Технология получила название «лазерно-утюжной» (ЛУТ) и описана в сети достаточно подробно.

Вытравливать остатки меди можно хлорным железом, электролитом или даже поваренной солью, способов предостаточно. После вытравливания припекшийся тонер нужно смыть, просверлить монтажные отверстия сверлом в 1 мм и пройтись по всем дорожкам паяльником (под флюсом), чтобы залудить медь контактных площадок и улучшить проводимость каналов.

В последнее время очень часто наблюдаю, что все больше и больше людей увлекаются сборкой самодельных инверторов. Поскольку заинтересованы начинающие радиолюбители, я решил вспомнить о схеме, которую опубликовал на нашем сайте год назад. Сегодня я решил переделать схему увеличивая выходную мощность и детально пояснить процесс сборки.

Скажу сразу - это самый простой преобразователь 12-220 с учетом выходной мощности схемы. В качестве задающего генератора задействован старый и добрый мультивибратор. Разумеется, такое решение многим уступает современным высокоточным генераторам на микросхемах, но давайте не забудем, что я стремился максимально упростить схему так, чтобы в итоге получился инвертор, который будет доступен широкой публике. Мультивибратор - не есть плохо, он работает более надежно, чем некоторые микросхемы, не так критичен к входным напряжениям, работает при суровых погодных условиях (вспомним TL494, которую нужно подогревать, при минусовых температурах).

Трансформатор использован готовый, от UPS, габариты сердечника позволяют снять 300 ватт выходной мощности. Трансформатор имеет две первичные обмотки на 7 Вольт (каждое плечо) и сетевую обмотку на 220 Вольт. По идее, подойдут любые трансформаторы от бесперебойников.

Диаметр провода первичной обмотки где-то 2,5мм, как раз то, что нужно.

Основные характеристики схемы

Номинал входного напряжения - 3,5-18 Вольт
Выходное напряжение 220Вольт +/-10%
Частота на выходе - 57 Гц
Форма выходных импульсов - Прямоугольная
Максимальная мощность - 250-300 Ватт.

Недостатки

Долго думал какие у схемы недостатки, на счет КПД, оно на 5-10% ниже аналогичных промышленных устройств.
Схема не имеет никаких защит на входе и на выходе, при КЗ и перегрузке полевые ключи будут перегреваться до тех пор, пока не выйдут из строя.
Из за формы импульсов, трансформатор издает некий шум, но это вполне нормально для таких схем.

Достоинства

Простота, доступность, затраты, 50 Гц на выходе, компактные размеры платы, легкий ремонт, возможность работы в суровых погодных условиях, широкий допуск используемых компонентов - все эти достоинства делают схему универсальной и доступной для самостоятельного повторения.

Китайский инвертор на 250-300 ватт, можно купить где-то за 30-40$, на этот инвертор я потратил 5$ - купил только полевые транзисторы, все остальное найдется на чердаке думаю у каждого.

Элементная база

В обвязке минимальное количество компонентов. Транзисторы IRFZ44 можно с успехом заменить на IRFZ40/46/48 или на более мощные - IRF3205/IRL3705, они не критичны.

Транзисторы мультивибратора TIP41 (КТ819) можно заменить на КТ805, КТ815, КТ817 и т.п.

С успехом подключал к этому инвертору телевизор, пылесос и другие бытовые устройства, работает неплохо, если устройство имеет встроенный импульсный БП, то вы не заметите разницы в работе от сети и от преобразователя, в случае запитки дрели - запускается с неким звуком, но работает довольно хорошо.

Плата была нарисована вручную обыкновенным маникюром

В итоге инвертор понравился на столько, что решил поместить в корпус от компьютерного блока питания.
Реализована также функция REM, для включения схемы нужно всего лишь подключить провод REM на плюсовую шину, тогда поступит питание на генератор и схема начнет работать.

С такой схемы вполне реально снять и большую мощность (500-600 Ватт, может и больше), в дальнейшем попробую увеличить мощность, так, что следующая статья не за горами, до новых встреч...

Список радиоэлементов

Часто в жизни возникает потребность получить напряжение 220В из более низкого, скажем, 12-ти Вольт. К примеру, вам нужно подключить зарядное устройство от ноутбука к автомобильному аккумулятору, с это не проблема. Помимо этого, инверторы нашли широкое применение в альтернативной энергетике. Обычно их ставят на ветряки, гидроэлектростанции и так далее, которые в большинстве случаев генерируют невысокое напряжение.

Материалы и инструменты, которые использовал

Список материалов:
- трансформатор 12-0-12В на 5А;
- аккумулятор на 12В;
- два алюминиевых радиатора;
- два транзистора TIP3055;
- два резистора 100 Ом/10 Ватт;
- два резистора 15 Ом/10 Ватт;
- провода;
- фанера, ламинат (или прочее для изготовления корпуса);
- розетка;
- термопаста;
- пластиковые стяжки;
- винтики с гайками и пр.

Процесс изготовления инвертора:

Шаг первый. Ознакомьтесь со схемой
Ознакомьтесь со схемой подключения всех элементов. Есть как электронная подробная схема, так и простая, интуитивно понятная, куда и какие провода подключать.

Еще вам понадобится кусок белого провода, это будет минус от аккумулятора, его нужно припаять желтому проводу, то есть перемычке, установленной ранее.

Пришло время установить крышку, ее крепим на саморезах, чтобы иметь доступ к внутренностям инвертора.

Развитие бытовой техники и электроники предъявляет новые требования владельцам автомобилей. Для нормального использования ноутбука и других электронных или электрических устройств, необходимо напряжение 220 вольт, которого нет в машине. Автомобильный инвертор преобразует стандартное напряжение 12/24 вольта в 220 вольт с частотой 50 герц.

Как работает инвертор для авто

Основа инвертора – цифровой генератор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Частота работы генератора от 10 килогерц до 20 мегагерц, зависит от модели, мощности и производителя. Сигнал с генератора поступает на силовой ключ, который управляет работой высокочастотного трансформатора. На выходе трансформатора получается напряжение 220 вольт. При небольшой нагрузке на инвертор скважность импульсов генератора минимальна. За этим следит система обратной связи. Чем выше нагрузка на выходе инвертора, тем больше скважность импульсов (максимальное значение 1:1). Такая система позволяет снизить расход электроэнергии и нагрузку на силовой ключ в режиме минимального потребления. После выпрямления переменного тока, на выходе получается постоянное напряжение 220 вольт. Постоянное напряжение снова преобразуют в переменное, но уже с частотой 50 герц. Такая схема позволяет серьезно снизить размеры, вес и стоимость инвертора, ведь трансформатор для частоты 50 герц в сотни раз больше и дороже, чем работающий на частоте 100 и выше килогерц.

Чаще всего инвертор применяют для подключения ноутбука, принтера, сканера и других устройств к бортовой сети автомобиля. Нередко возникает необходимость подключить к бортовой сети небольшой , мощный , дрель или углошлифовальную машину. Использование инвертора позволяет в дороге пользоваться микроволновкой, феном, вибромассажером и другими полезными устройствами. Инвертор позволяет подключить к бортовой сети автомобиля любой электрический или электронный прибор, для питания которого необходимо переменное напряжение 110/220 вольт.

Инвертор и электрические/электронные устройства

Любой инвертор оказывает влияние на электрические и электронные устройства. Сложная форма выходного сигнала, который получают из меандра частотой сотни килогерц, производит большое количество гармоник, что может негативно повлиять на некоторые устройства. Таблица ниже поможет вам понять, как инвертор влияет на различную электрическую и электронную технику.

Как выбирать автомобильный преобразователь напряжения

При выборе инвертора необходимо учитывать следующее:

• напряжение аккумулятора (12/24 вольта);
• выходное напряжение (110/220 вольт);
• суммарная мощность нагрузки;
• подключение к прикуривателю или аккумулятору;
• сертификат соответствия и оформление в соответствии с законом о защите прав потребителей.

Выбирая инвертор, помните, преобразователи для напряжения 12 и 24 вольта не взаимозаменяемы, если об этом не написано на корпусе прибора и в его инструкции по эксплуатации. Подключение инвертора на 12 вольт к аккумулятору на 24 вольта приведет к перегреву и быстрому выходу из строя ключевых транзисторов и других деталей из-за превышения входного напряжения. Подключение инвертора на 24 вольта к аккумулятору на 12 вольт приведет к быстрому перегреву и выходу из строя ключевых транзисторов из-за слишком большой скважности импульсов увеличения тока коллектора.

Инверторы необходимо использовать для питания тех приборов и оборудования, которые соответствуют им по напряжению. Многие электронные устройства рассчитаны на работу под напряжением от 100 до 260 или 380 вольт. Для таких устройств можно использовать любой преобразователь. Если же устройство рассчитано на работу с напряжением 110 или 220 вольт, то необходимо выбирать соответствующий ей инвертор.

Не менее важный параметр – суммарная мощность нагрузки. Для его определения необходимо посчитать мощность всех устройств, которые могут быть включены одновременно, при этом они не обязательно будут использоваться постоянно. Вот пример определения суммарной мощности:

• ноутбук (70-100 ватт);
• зарядка для телефона (10 ватт);
• небольшой холодильник (50 ватт);
• домашний кинотеатр (200 ватт);
• суммарная мощность 330-360 ватт.

При выборе инвертора учитывайте, что максимальный постоянный ток прикуривателя не должен превышать 15 ампер, поэтому максимальная мощность, которую вы сможете получить без риска повреждения проводки или сгорания предохранителя, составляет 180 или 360 ватт, в зависимости от напряжения аккумулятора. Поэтому адаптер мощностью свыше этого значения желательно подключать не через прикуриватель, а напрямую к аккумулятору. Для этого в его комплекте должны быть соответствующие разъемы и переходники. Если же вы переделаете шнур питания, то лишитесь гарантии на устройство.

Несмотря на то, что подобные устройства не подлежат обязательной сертификации, все крупные и надежные производители или поставщики не только получают сертификат соответствия, подтверждающий безопасность устройства, но оформляют устройство в соответствии с российскими законами. То есть прикладывают к нему руководство пользователя на русском языке, а на упаковке описывают все характеристики, условия эксплуатации, данные производителя, а также телефон и электронный адрес для направления претензий, связанных с качеством продукции.

Инвертор и емкость автомобильного аккумулятора

Если вы планируете подключать к аккумулятору электрические приборы, то учитывайте, что его емкости хватит ненадолго. Аккумулятор емкостью 45 ампер часов способен выдать до полного разряда 540 ватт часов или 0,54 киловатт часа. То есть, подключив к нему устройство мощностью 100 ватт, вы сможете пользоваться им в течение 5 часов. Подключив суммарную нагрузку мощностью 1 киловатт, вы сможете пользоваться ей 20-30 минут. После чего и вы не сможете завести двигатель. Если же двигатель автомобиля включен, то основная нагрузка ляжет на генератор, который способен вырабатывать до 1 киловатт час электроэнергии. Если же вам необходима большая мощность, придется устанавливать нестандартный генератор.

Обзор лучших автоинверторов

• мощность;
• качество выходного напряжения;
• поведение при перегрузках;
• комплектация;
• дополнительные функции (если есть);