Сверхнизковольтный преобразователь напряжения

Сделаем Похитителя Джоулей. Зажжем светодиод от разряженной батарейки

» Схемы » Светотехника · Питание

25-11-2009

В этом проекте, сделанном журналом Бре Петти и мной, я показываю вам, как украсть джоули.

Так что такое Вор Джоулей? Это небольшая схема, которая позволяет вам подключать синие или белые светодиоды к элементам питания с низким напряжением. Обычно если, вы захотите зажечь синий или белый светодиод, вам нужно обеспечить напряжение 3…3.5 В, как на литиевых элементах 2016, 2032 и т.п. От одной батарейки АА с напряжением 1.5 В светодиод просто не будет работать.

Но с использованием Вора Джоуля он светится прекрасно. И не только от новой батарейки, но и тогда, когда батарейка практически умрет – напряжение опустится до 0.3 В. Это гораздо ниже напряжения, при котором все другие ваши игрушки перестают работать от этой батарейки и сообщают, что батарейка пустая.

Эта схема позволит вам украсть у батарейки последний Джоуль (отсюда название).

Далее несколько подробных фото, где показан процесс изготовления катушки.

На первом фото – ассортимент ферритовых колец, индуктивностей и трансформаторов, пригодных для изготовления Вора Джоулей. В зависимости от вашего выбора, можно использовать готовую намотку или убрать ее, и намотать собственную.

Для того, чтобы изготовить собственную катушку возьмите два изолированных провода разных цветов и кольцевой ферритовый сердечник:

Сложите два повода вместе и попустите их через кольцо:

Удерживая провода вместе, сделайте первый виток:

Удерживая провода вместе, намотайте еще несколько витков:

Продолжайте намотку до заполнения кольца. С тонким изолированным проводом обычно получается 7…10 витков:

Выведите концы проводов. Отметьте, что у Вас есть две пары концов – одна с верхней стороны кольца, другая – с нижней:

Зачистите концы проводов. Возьмите два конца разного цвета – один с верхней стороны кольца, другой с нижней и скрутите их вместе:

 А теперь спаяйте. Это будет «общей» точкой намотки:

На схеме Вора Джоулей общая точка катушки изображена в верхней части. Она подключается к положительному полюсу батарейки. Другие два провода из катушки подключены к резистору и к точке соединения транзистора и светодиода.

Еще деталь, которую, возможно, вам нужно знать – обозначение и цоколевка транзистора 2N3904. Нижний по схеме вывод со стрелкой – эмиттер. Верхний, подключенный к светодиоду – коллектор, а вывод, идущий влево между эмиттером и коллектором – база. Также помните, что укороченный вывод светодиода на схеме обозначается плоской линией.

Вот транзистор 2N3904. Если положить его так, чтобы на плоской стороне корпуса можно было прочитать текст, то слева направо будут: эммитер, база, коллектор. Нередко их обозначают буквами EBC на корпусе:

Так как это работает?
Действительно, очень хорошо.

В качестве примечания скажу, что эта схема идеально работает с разряженной батареей, и несколько хуже с новой.

evilmadscientist.com

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.

• Я знаю:) Стабилизировать при высасывании последних джоулей нет смысла: и так номинальную не превысит. А при свежих батарейках не стоит использовать эту схему: КПД не может быть больше 50% даже теоретически! А на практике – хорошо, если 30:)
• а что за принцип работы этой схемы. получается 1,5 в питают 3х вольтовый диод другой частотой или как. и почему только синий и белый и почему только от определенного вида батареек. короче схема маленькая а вопросов у новичка много.
• цвет светодиода и тип батарейки не важены, главное чтобы напряжение было не более 1.5 V.
• да нет не от алкалайновой батареи не работала схема
• я если чесно тоже не въехал, и в протеусе схемка не работает, может кто прокоментирует если не сложно принцип работы? видимо весь нюанс в трансформаторе ….
• НУ ЭТО БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР ПРОСТОЙ ПОЛУЧАЕТСЯ ТАК ЧТО ЛИ
• Да, это обычный блокинг … . ? А вариантов этой схемы довольно много, есть и со стабилизацией как тока, так и напряжения:
• в протеусе схема работает…. нюанс в кривизне рук, хороший FAQ по протеусу живет на казусе:)
• Спасибо , заработало. Причина была в транзисторе, заменил на спайс модель и все пошло.
• Подскажите как использовать блокинг генератор по максимуму. какой провод лучше использовать для намотки тонкий или по толще есть разница. Сколько вольт и ампер можно получить. Как изменить скважность. Какое ф. кольцо (1000-4000) и какого диаметра с каким количеством витков лучше использовать.Можно мотать 2 -3 вторичные обмотки на одно кольцо и как их потом соединять. Какой исп транзистор. Можно ли блокинг генераторы соединять последовательно или параллельно.
• Если делать “похититель Джоулей”, то можно и нужно использовать стециализированиые микросхемы “STEP-UP” например NPC1404…. Корпус TSOP–6 или NPC1450….(TSOP***8722;5) минимум невесных и моточных деталей. Можно выбрать желаемое напряжение (задаётся микросхемой или делителем) ограничить ток (индуктивностью дросселя). Высокий КПД. Напряжение питания от 0.8 вольта
• я видел схемы от 0,2 Вольта
• stingt Поделитесь инф. о схеме которую Вы видели (я видел схемы от 0,2 Вольта )
• Такую можно сделать, увеличив число витков на базовой обмотке блокинг-генератора. Только вот начнёт он работать, если резко включить на напряжение, иначе не запустится. Если минимальное устойчивое напряжение будет 0,2В, то максимальное устойчивое тоже снизится, скажем до 0,7-0,8В.
• в какой то книге видел. попробую вспомнить. вот пара схем для начала. по схеме 3458785 точно делали и работало только не в полный накал. Вот еще схема №3.рабочая. Сверхнизковольтный преобразователь напряжения Ниже приведена схема сверхнизковольтного автогенераторного преобразователя напряжения всего на одном транзистор. КПД где-то 80% и зависит от тока нагрузки и может доходить до 94%. От неё можно запитать: 80% радиомикрофонов, светодиодную подсветку (работает очень долго), УНЧ, приёмники, микросхемы энерго-зависимой памяти, можно использовать как переносной зарядник для мобилы купив 1 ботарейку. Отличное устройство чтобы делать батарейкам СМЕРТЬ. Технические характеристики: Напряжение питания 1,5 вольт. Запускается автогенератор при напряжении не ниже 390 милливольт и сохраняет свою работоспособность при напряжении 200 милливольт и ниже! Может быть использован для генерации низкочастотных колебаний в жестких условиях напряжения питания (например от одного модуля солнечной батареи)! Схема сверхнизковольтного преобразователя напряжения Транзистор можно попробовать поменять на ГТ402-4, ГТ703 ГТ705 ИЛИ ИМ ПОДОБНЫЕ ОСТАЛЬНЫЕ НЕ ПОДОЙДУТ! Если преобразователь откажется работать, то необходимо поменять концы вторичной обмотки! С1 главным образом влияет на КПД. Трансформатор преобразователя – это ферритовое колечко проницаемостью где-то 2000HH внутренний диаметр 8мм остальное 5мм. 10 витков провода 1.3 мм и 53 витка провода 0.5 мм . Трансформатор Способ намотки трансформатора: сперва наматывается первая обмотка виток к витку. Затем таким же образом наматываем вторичную обмотку, пока не заполнится все кольцо. Способ намотки трансформатора
• Интересная статья:eek: Но раз она увеличивает вольтаж, она наверно силу тока хапает:( А я тут подумал, что если сделать по такой схеме фанарик? Там три батарейки последовательно, а если их воткнуть параллельно? Времы работы увеличится? Или не стоит? И можно ли в нагрузке не один, а несколько светодиодов влипить? А транзистор кт315 можно использовать?
• я делал по правой схеме.работает. но больше 2х диодов 10мм не тянет начинает проседать от одной батарейки даже не разряженной. дело наверное в ферритовом кольце его мотать надо как то по другому что бы он выдавал больше. кт 315 транзистор неплохой но вряд ли он обеспечит запуск с такого низкого напряжения. А вообще штука в том что если в старой завалявшейся под диваном батарейке вы нашупали 0.3В то он не запустится потому что тока в ней вообще нет. а вот с каких нибудь солнечных батарей, или эффекта фарадея короче вариантов много её использовать можно. Могу скинуть фото собранной схемы навесом.
• Зачем от солнечной батареи питать светодиод?
• Когда Солнце светит, то очень темно. Вот подсветим, тогда всё в порядке ? А если серьёзно, то подобные схемы позволяют с одного солнечного элемента (напряжение под нагрузкой 0,46-0,48, в зависимости от температуры) заряжать аккумуляторы (например один Ni-MH). Потом, когда Солнце кто-то выключит, с помощью подобной схемы включить от аккумулятора светодиод, чтобы стало всем светлее ?
• Для примера, посмотрите LTC3108 там вообще обещают работать с 30 мВ. Но транзисторы проще доставаемые.

Полный вариант обсуждения »

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Импульсные преобразователи напряжения

Простые схемы импульсных преобразователей постоянного напряжения для питания радиолюбительских устройств

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Сегодня на сайте “Радиолюбитель“ мы рассмотрим несколько схем несложных, даже можно сказать – простых, импульсных преобразователей напряжения DC-DC (преобразователей постоянного напряжения одной величины, в постоянное напряжение другой величины)

Чем хороши импульсные преобразователи. Во-первых, они имеют высокий КПД, и во-вторых могут работать при входном напряжении ниже выходного.

Импульсные преобразователи подразделяются на группы:
– понижающие, повышающие, инвертирующие;
– стабилизированные, нестабилизированные;
– гальванически изолированные, неизолированные;
– с узким и широким диапазоном входных напряжений.

Для изготовления самодельных импульсных преобразователей лучше всего использовать специализированные интегральные микросхемы – они проще в сборке и не капризны при настройке.

Первая схема.

Нестабилизированный транзисторный преобразователь:
Этот преобразователь работает на частоте 50 кГц, гальваническая изоляция обеспечивается трансформатором Т1, который наматывается на кольце К10х6х4,5 из феррита 2000НМ и содержит: первичная обмотка – 2х10 витков, вторичная обмотка – 2х70 витков провода ПЭВ-0,2. Транзисторы можно заменить на КТ501Б. Ток от батареи, при отсутствии нагрузки, практически не потребляется.

Вторая схема.
Стабилизированный транзисторный преобразователь напряжения:
Трансформатор Т1 наматывается на ферритовом кольце диаметром 7 мм, и содержит две обмотки по 25 витков провода ПЭВ=0,3.

Третья схема.
Нестабилизированный преобразователь напряжения на основе мультивибратора:
Двухтактный нестабилизированный преобразователь на основе мультивибратора (VТ1 и VТ2) и усилителя мощности (VТ3 и VТ4). Выходное напряжение подбирается количеством витков вторичной обмотки импульсного трансформатора Т1.

Четвертая схема.
Преобразователь на специализированной микросхеме:
Преобразователь стабилизирующего типа на специализированной микросхеме фирмы MAXIM. Частота генерации 40…50 кГц, накопительный элемент – дроссель L1.

Пятая схема.
Нестабилизированный двухступенчатый умножитель напряжения:
Можно использовать одну из двух микросхем отдельно, например вторую, для умножения напряжения от двух аккумуляторов.

Шестая схема.
Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме фирмы MAXIM:
Типовая схема включения импульсного повышающего стабилизатора на микросхеме фирмы MAXIM. Работоспособность сохраняется при входном напряжении 1,1 вольта. КПД – 94%, ток нагрузки – до 200 мА.

Седьмая схема.
Два напряжения от одного источника питания:
Позволяет получать два разных стабилизированных напряжения с КПД 50…60% и током нагрузки до 150 мА в каждом канале. Конденсаторы С2 и С3 – накопители энергии.

Восьмая схема.
Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме-2 фирмы MAXIM:
Типовая схема включения специализированной микросхемы фирмы MAXIM. Сохраняет работоспособность при входном напряжении 0,91 вольта, имеет малогабаритный SMD корпус и обеспечивает ток нагрузки до 150 мА при КПД – 90%.

Девятая схема.
Импульсный понижающий стабилизатор на микросхеме фирмы TEXAS:
Типовая схема включения импульсного понижающего стабилизатора на широкодоступной микросхеме фирмы TEXAS. Резистором R3 регулируется выходное напряжение в пределах +2,8…+5 вольт. Резистором R1 задается ток короткого замыкания, который вычисляется по формуле:
Iкз(А)= 0,5/R1(Ом)

Десятая схема.
Интегральный инвертор напряжения на микросхеме фирмы MAXIM:
Интегральный инвертор напряжения, КПД – 98%.

Одиннадцатая схема.
Два изолированных преобразователя на микросхемах фирмы YCL Elektronics:
Два изолированных преобразователя напряжения DA1 и DA2, включенных по “неизолированной” схеме с общей “землей”.

Двенадцатая схема.
Двухполярный стабилизированный преобразователь напряжения на микросхеме фирмы National Semiconductor:
Индуктивность первичной обмотки трансформатора Т1 – 22 мкГн, отношение витков первичной обмотки к каждой вторичной – 1:2.5.

Тринадцатая схема.
Стабилизированный повышающий преобразователь на микросхеме фирмы MAXIM:
Типовая схема стабилизированного повышающего преобразователя на микросхеме фирмы MAXIM.

Четырнадцатая схема
Нестандартное применение микросхемы фирмы MAXIM:

Эта микросхема обычно служит драйвером RS-232. Умножение напряжения получается с коэффициентом 1,6…1,8.

Простой высоковольтный преобразователь своими руками из трех деталей » трансформатор, транзистор, резистор

Тема: как сделать, спаять схему для получения высокого напряжения самому

Тема о различных устройствах, повышающих напряжение до величин свыше 1000 вольт весьма популярна.

Эти высоковольтные преобразователи можно использовать для таких целей как электрические зажигалки, ионизаторы воздуха, источники питания для газоразрядных ламп, электрошокеры, различные светящиеся шары (внутри которых играют молнии) и т.д.

И вовсе нет особой необходимости в том, чтобы собирать преобразователь высокого напряжения по какой-то сложной схеме. Допустим я сделал очень простой вариант такого устройства, которое содержало в себе всего три детали: трансформатор с ферритовым Ш-образным сердечником, полевой транзистор и резистор.

В этой схеме простого высоковольтного преобразователя, что был собран своими руками, основные силы уходят на намотку повышающего трансформатора.

Сам трансформатор был снят с платы обычного компьютерного блока питания. Также такие трансформаторы можно найти в различной современной технике, где имеются блоки питания с высокочастотными преобразователям.

Либо его можно просто купить на радиорынке, цена относительно низкая.

Магнитопровод такого высокочастотного трансформатора должен быть из феррита (подойдет любая марка). У меня нормально работал этот преобразователь на трансформаторе Ш-образной формы (должна подойти и П-образная форма), в то время как на круглом сердечнике схема не запускалась.

Размеры трансформатора в большей степени зависят от того провода, что будет намотан на магнитопровод (диаметра, количества витков, изоляционных слоев между обмотками). Допустим свой первый трансформатор я намотал до полного его заполнения, а в итоге оказалось, что было недостаточным количество витков во вторичной обмотке.

Пришлось брать трансформатор чуть больших размеров. Что касается мощности таких высокочастотных трансформаторов, то ее скорее можно назвать резиновой. То есть, электрическая мощность, которую можно получить из подобного транса, напрямую зависит от рабочей частоты тока, что подается на входные обмотки.

Повышая только лишь частоту тока, оставляя размеры трансформатора прежними, можно увеличивать его общую мощность.

Если вы сняли с устройства, достали где-нибудь подходящий трансформатор с ферритовым сердечником то его нужно будет перемотать. Обычно магнитопровод этих трансов между собой склеен.

Банальные попытки просто соединить сердечник путем механического воздействия (отковыривать ножом, отверткой и т.д.) в большинстве случаев приводят к раскалыванию феррита. Правильнее будет сначала имеющийся трансформатор опустить на полминуты в кипящую воду.

После этого сцепление клея ослабевает и части ферритового сердечника легко отсоединяются друг от друга без повреждений.

Теперь что касается самой перемотки трансформатора под наш самодельный высоковольтный преобразователь. Итак, первичная обмотка содержит 8 витков с отводом от середины (диаметр провода около 0.8-1,5 мм).

Ее проще наматывать шиной из нескольких проводов, допустим берем 6 проводов диаметром по 0.4 миллиметров каждый. Все эти провода аккуратно и равномерно наматываем на каркас трансформатора. Мотаем 4 витка.

Далее выходящие концы этих проводов разделяем по 3 штуки, спаивая их между собой. В общем получается что мы имеем первичку, состоящую из двух проводов, каждый из которых имеет 4 витка, а каждый провод состоит из трех жил, соединенных параллельно между собой.

Начало одной (любой) первичной обмотки соединяем с концом другой первичной обмотки. Это соединение и будет отводом от середины, образуя среднюю точку.

Для изоляционного отделения обмоток можно использовать ленту обычного скотча. Намотали первичную обмотку, нанесли изоляционный слой в несколько витков. Поверх первичной начинаем мотать вторичную, повышающую обмотку высоковольтного трансформатора. Также отделяем слоем скотча.

К примеру, один слой вторичной обмотки содержит у меня по 200 витков, после чего изолирую одним витком скотча. Далее мотаю следующий слой в 200 витков. Всего вторичная обмотка должна содержать около 1600 витков провода 0,1 мм. Это получается 8 слоев по 200 витков каждый.

Следим, чтобы витки различных слоев были отдалены друг от друга на некоторое расстояние (примерно 0.4 мм), что уменьшает вероятность электрического пробоя.

После завершения намотки вставляем в каркас части ферритового сердечника. Для их фиксации достаточно обмотать несколькими витками ленты скотча. Вот и все, наш высоковольтный трансформатор готов. Теперь осталось к нему припаять полевой транзистор и резистор. Подсоединяем питание.

В моем случае высоковольтный преобразователь хорошо начинал работать от напряжения 5 вольт. Просто сам полевой транзистор, который я поставил, имеет пороговое напряжение 2-4 вольта.

Путем подбора полевых транзисторов (имеющих другие пороговые напряжения) можно уменьшить величину питающего напряжения, к примеру, запитать схему от обычного литиевого аккумулятора, получив в итоге компактную электрическую зажигалку для газа.

P.S. В моем случае при напряжении питания в 5 вольт схема высоковольтного преобразователя, что сделан был своими руками, потребляла ток 0,5 и более ампер. Полевой транзистор начинал греться.

Следовательно, чтобы избежать его чрезмерного перегрева к нему нужно прикрепить небольшой охлаждающий радиатор.

Так что после сборки данной схемы обратите внимания на нагрев транзистора, при необходимости установите радиатор подходящих размеров.

DC DC

Главная > Теория > DC DC

Импульсные источники питания обеспечивают более высокую эффективность, чем обычные линейные. Они могут повышать напряжение, понижать и инвертировать. Некоторые устройства изолируют выходное напряжение от входного.

Повышающий преобразователь напряжения 12/35 В

Общее понятие о преобразователях DC DC

Линейные стабилизаторы, используемые в трансформаторных БП, поддерживают постоянное выходное напряжение благодаря элементу схемы, например, транзистору, на котором осаждается избыточное напряжение. Система управления постоянно контролирует выходное напряжение и корректирует его падение на этом элементе.

Линейные стабилизаторы имеют некоторые преимущества:

• отсутствие помех;
• низкая цена и простота эксплуатации.

Но такое устройство не лишено недостатков:

• избыточное напряжение преобразуется в тепло;
• нет возможности увеличить напряжение.

Преобразователи dc в dc импульсного типа представляют собой схемы, способные конвертировать один уровень напряжения в другой, используя катушки и конденсаторы, временно сохраняя в них энергию и разряжая их таким образом, чтобы получить конечные желаемые уровни сигнала.

Принцип работы импульсного преобразователя

Основа для работы многих преобразователей – явление самоиндукции. Допустим, есть катушка индуктивности, через которую протекает постоянный ток. Если внезапно прервать протекание тока, в магнитном поле, индуцированном вокруг катушки, возникает ЭДС самоиндукции и, соответственно, напряжение с обратной полярностью на ее клеммах.

Важно! Контролируя ток и время переключения схемы, можно регулировать напряжение самоиндукции.

Импульсный преобразователь – электронная схема, содержащая катушку, которая циклически подключается к источнику питания и отключается.

Если индуцированное напряжение добавляется к входному, то получается повышающий преобразователь;

При включении катушки так, чтобы индуцированное в ней напряжение вычиталось из напряжения ИП, будет схема понижения напряжения.

Так как катушка требует циклической зарядки, в схеме необходим конденсатор, который будет фильтровать сигнал и поддерживать постоянное выходное напряжение.

Важно! Фильтрация не идеальна – выходное напряжение всегда является импульсным. Чрезмерный уровень этих помех может привести к неисправности схемы, например, к приостановке микроконтроллера.

Параметры импульсных преобразователей

Основные технические характеристики устройств, указываемые производителем:

Выходное напряжение. Может быть зафиксировано (нерегулируемо) или установлено в определенном диапазоне. В случае возможных отклонений производитель должен указать их пределы, например, 5В +/- 0,2 В;

Максимальный выходной ток;

Входное напряжение;

Эффективность. Понимается, как отношение выходной мощности к входной. Разница между ними – это потери, выделяющиеся в виде тепла. Показатель выражается в процентах. Чем ближе к 100%, тем лучше.

Важно! Эффективность зависит еще от условий работы. Поэтому следует внимательно изучить примечания к каталогам производителей в поисках графиков. Может оказаться, что очень дорогой преобразователь имеет параметры хуже, чем намного более дешевые, оптимизированные для работы при другом питающем напряжении.

Входное напряжение, в зависимости от типа инвертора, может быть:

• ниже выходного, если схема повышающая (boost);
• выше выходного, если преобразователь понижающий (buck);
• выше или ниже, но в пределах диапазона (sepic).

Повышающие преобразователи незаменимы, когда необходимо поднять напряжение. Допустим, устройство оснащено литий-ионным аккумулятором 3,6 В и ЖК-дисплеем, предназначенным для питания 5 В.

Важно! В целом, повышение напряжения происходит с меньшей эффективностью, чем его понижение. Поэтому лучше иметь источник высокого напряжения, которое будет уменьшено до надлежащего, чем наоборот.

В случае третьей конфигурации входное напряжение может колебаться, решение о его повышении или понижении принимает сама схема, чтобы получить стабильный сигнал на выходе. Эти преобразователи идеально подходят для работы в схемах, где напряжение питания мало отличается от желаемого. Хотя диапазон регулирования может быть большим. Например, на входе – 4-35 В, на выходе – 1,23-32 В.

Так как потери мощности малы, преобразователь напряжения dc dc хорошо подходит для схем с питанием от низковольтных аккумуляторов. Он полезен, например, когда управляющая электроника питается от 5 В, а исполнительные компоненты – от батареи 12 В.

Если предположить, что управляющая электроника берет ток 200 мА, то мощность потребления будет 5 В х 200 мА = 1 Вт. При использовании стабилизатора 7805 для снижения напряжения мощность, потребляемая от батареи, составит 12 В х 200 мА = 2,4 Вт. Мощность, которую приемник не будет принимать, – 1,4 Вт, преобразуется в тепло. Нагрев стабилизатора будет значительным.

Стабилизатор 7805

В случае применения импульсного преобразователя с эффективностью 90% мощность, потребляемая от батареи, равна 1,11 Вт. Потери – всего 0,11 Вт. Температура модуля поднимется практически незаметно.

Кроме трех типов преобразователей dc dc существуют еще инвертирующие, меняющие полярность выходного сигнала. Такая схема нужна для питания операционных усилителей.

Широтно-импульсная модуляция

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это тип сигнала, используемый для изменения количества энергии, отправляемой на нагрузку. Он широко используется в цифровых схемах, которые должны эмулировать аналоговый сигнал.

Импульсный сигнал

Вырабатываемые импульсы являются прямоугольными, относительная ширина которых может изменяться по сравнению с периодом. Результат этого соотношения называется рабочим циклом, а его единицы представлены в процентах:

D = t/T x 100%, где:

• D – рабочий цикл;
• t – время, когда сигнал положительный;
• Т – период.

Рабочий цикл изменяется таким образом, что среднее значение сигнала является приблизительным напряжением, которое требуется получить. Меняя значение D, можно управлять ключевым транзистором, что применяется почти во всех схемах импульсных преобразователей.

Работа понижающего преобразователя

Фундаментальная схема состоит из индуктивности, конденсатора, диода, ключевого транзистора. Транзистор служит для переключения сигнала с высокой частотой и управляется с помощью ШИМ. Рабочим циклом D задается время открытия и закрытия транзистора.

Работа понижающего преобразователя

Когда транзистор открыт, ток проходит через катушку, нагрузочное сопротивление и конденсатор. В дросселе и конденсаторе накапливается энергия, а ток увеличивается не скачкообразно, а постепенно. В это время диод заперт;

При достижении заданного уровня напряжения, что определяет параметры управления транзистором, транзистор запирается, но за счет ЭДС самоиндукции в дросселе ток начинает протекать по контуру, образованному с участием открытого диода, так как полярность на катушке изменилась. При этом ток медленно уменьшается со скоростью Uout/L.

Регулируя управление транзистором, можно получить необходимый уровень напряжения, но не выше входного.

Повышающий преобразователь

Его схема содержит те же элементы, что и понижающее устройство, но соединение их отличается. Открытием транзистора по-прежнему управляют настройки ШИМ.

Функциональная схема повышающего преобразователя

При открытом транзисторе ток проходит через дроссель и транзистор. Ток в катушке увеличивается со скоростью Vin/L, и она запасает энергию. Диод на этом этапе закрыт, чтобы не позволить разрядиться через транзистор выходному конденсатору, который, в свою очередь, питает нагрузочное сопротивление;

При понижении напряжения меньше определенного уровня транзистор закрывается управляющим сигналом. Диод открывается, и выходной конденсатор подзаряжается. Напряжение входа суммируется с напряжением, генерируемым на катушке, и выходной сигнал оказывается выше;

При достижении пределов заданного напряжения тиристор опять открывается, и цикл повторяется.

В преобразователях SEPIC схема построена по комбинированному принципу. В ней устанавливается еще один дроссель и конденсатор. Компоненты L1 и C2 работают для повышения напряжения, L2 и C1 – для понижения напряжения.

Схема преобразователя SEPIC

Преобразователь напряжения с гальванической развязкой

Изолированные dc dc преобразователи требуются в широком диапазоне применений, включая измерение мощности, промышленные программируемые логические контроллеры (PLC), источники питания с биполярным транзистором с изоляцией (IGBT) и т. д. Они используются для обеспечения гальванической изоляции, повышения безопасности и помехоустойчивости.

В зависимости от точности регулирования выходного напряжения, dc dc преобразователи с гальванической развязкой делятся на три категории:

• регулируемые;
• нерегулируемые;
• полурегулируемые.

У таких устройств входная цепь изолирована от выходной. Самая простая схема прямоходового преобразователя имеет две изолированных цепи: в одной – ключевой транзистор и трансформатор, в другой – катушка индуктивности, конденсатор, нагрузочное сопротивление. На транзистор подается импульсный управляющий сигнал с рабочим циклом D.

Схема однотактного прямоходового и обратноходового преобразователя

Когда транзистор открыт, то диод VD пропускает ток, а D1 заперт. Ток протекает по контуру через катушку, конденсатор и нагрузку. В катушке идет накопление энергии;

При запирании транзистора напряжение на трансформаторных обмотках изменяет знак, поэтому VD закрывается, а D1 начинает пропускать ток, который протекает по контуру между катушкой, D1, конденсатором и нагрузочным сопротивлением. Выходное напряжение будет равно:

Uout = (w2/w1) x D, где w2, w1 – количество витков двух обмоток трансформатора.

Так работает схема прямоходового однотактного преобразователя. Существуют обратноходовые схемы и двухтактные, с подачей энергии на выход в течение обоих преобразовательных циклов. Для снижения потерь вместо диодов применяются МОП-транзисторы.

Видео

Мой генератор высокого напряжения из инвертора CCFL лампы

Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.

Популярные лампы подсветки, подключаемые к USB-порту компьютера,

содержат в себе два основных элемента:

 – CCFL лампа;

 – инвертор (CCFL ballast).

CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) лампа – это лампа с холодным катодом, тонкая (2…4 мм) стеклянная трубка, заполненная инертными газами (неон, аргон) с небольшой примесью ртути.

Разряд в парах ртути внутри трубки лампы создает ультрафиолетовое излучение, которое заставляет светиться люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность трубки, причем рабочая температура трубки лампы составляет около 40°С.

Такая лампа имеет характеристику с “отрицательным сопротивлением” – напряжение зажигания (обычно около 1000 вольт) значительно больше рабочего напряжения (обычно 300…500 вольт). Для питания лампы целесообразно использовать синусоидальное напряжение частотой 20…100 килогерц.

Холодный катод также используется и в неоновых лампах, в которых электрический разряд возбуждает молекулы газа, заставляя их излучать видимый свет.

Следует отметить, что многие особенности CCFL ламп свойственны и лампам с горячим катодом (“hot” cathode fluorescent lamps, HCFL). Примером HCFL ламп являются компактные люминесцентные лампы (КЛЛ, compact fluorescent lamp, CFL) –

Главным отличием этих ламп присутствие в них нитей накала на каждом конце лампы –
выводы нитей накала

Перед запуском лампы эти нити нагреваются (отсюда и произошло название “лампы с горячим катодом”) и излучают электроны, что снижает напряжение, требуемое для зажигания лампы. После запуска лампы питание с нитей накала можно снять.

схема питания HCFL лампы

Рассматриваемые ниже источники питания для CCFL ламп могут использоваться и для HCFL ламп, используя выводы нитей накала так, как будто это электроды CCFL лампы.

В книжке The Art and Science of Analog Circuit Design  – J. Williams (1998) утверждается, что CCFL лампы являются наиболее эффективным средством преобразования электрической энергии в световую.

Инвертор предназначен для преобразования постоянного напряжения 5 или 12 вольт в переменное напряжение величиной 500…1500 вольт и частотой 30…80 килогерц.

CCFL лампы широко применяются в различных электронных устройствах (ЖК-мониторах и телевизорах, сканерах, факсах…), но также в этих аппаратах используется и LED технология (светодиоды). Примеры инверторов –

сканер с CCFL лампой и инвертором (выделен желтым) –

инвертор для CCFL лампы сканера –

CCFL инверторы монитора Dell E172FPB –

Схема CCFL инвертора чаще всего представляет собой генератор Ройера (Royer oscillator), изобретенный в 1954 году George H. Royer (патент US 2783384 A “Electrical inverter circuits”).

Он описан в статье Royer, GH, “A switching transistor DC-to-AC converter having an output frequency proportional to
the DC input voltage,” AIEE Transactions on Communication and Electronics, Volume 74, July 1955, pg 322 to 326.
 

концептуальная схема классического конвертора Ройера

Недостатком этой схемы является прямоугольная форма выходного напряжения. Этот недостаток устранен в модифицированной резонансной схеме генератора Ройера.

модифицированная схема резонансного конвертера Ройера

или

Генератор Ройера содержит трансформатор с первичной обмотокой с выводом от середины (center tapped primary winding) (число витков w1+w2) и обмоткой обратной связи (feedback winding) (число витков w3). Также на трансформаторе может быть вторичная обмотка (secondary winding), с которой снимается выходное напряжение.

Две половины первичной обмотки подключаются к источнику питания через два транзистора Q1 и Q2, включенные по схеме “push-pull”. Транзисторы включаются поочередно, меняя направление тока в половинких первичной обмотки. Напряжение с обмотки положительной обратной связи подается на базы транзисторов, вызывая генерацию.

Отличие CCFL инвертора от классического генератора Ройера заключается в наличии конденсатора C1, включенного параллельно первичной обмотке, и создающего вместе с ней резонансный контур. Благодаря этому генератор вырабатывает на вторичной обмотке синусоидальное напряжение.

Частота генерации определяется параметрами трансформатора, емкостью конденсатора C1 и параметрами нагрузки. Тот факт, что этот генератор вырабатывает синусоидальное напряжение, определяет широкое применение такой схемы для питания CCFL ламп.

Дело в том, что световая отдача таких ламп уменьшается при наличии высших гармоник в питающем напряжении, а резонансный генератор Ройера (resonant Royer) вырабатывает именно синусоидальное напряжение. Полное название такого генератора – “current-fed push-pull parallel-resonant inverter”.

Исследованиями таких инверторов занимается Jim Williams из Linear Technology Corp. –
Вот предлагаемая им схема инвертора:

Подробно работа таких генераторов описана в его книжке The Art and Science of Analog Circuit Design  – J. Williams (1998) –

Детали инвертора:

транзисторы Q1 и Q2 –
наиболее популярный вариант – транзисторы 2SC5707 (в инверторах мониторов) –
VCE SAT = 0,24 вольта, VCE MAX = 80 вольт, IC DC = 8 ампер с hFE MIN = 200 и fT = 330 мегагерц

транзисторы 2SC1983 (в схеме с сайта ludens.

cl) –
составной n-p-n транзистор, VCE MAX = 60 вольт, IC DC = 3 ампера с hFE MIN = 700

транзисторы 2SC3279(M) (в использованном мной для экспериментов инверторе для лампы подсветки компьютера) –
n-p-n транзистор в корпусе TO-92 с высоким коэффициентом передачи по току и низким напряжением насыщения, VCE MAX = 10 вольт, IC DC = 2 ампера с hFE MIN = 200

транзисторы 2SD1627  в SMD-исполнении –
n-p-n транзистор, VCE MAX = 25 вольт, IC DC = 2 ампера с hFE MIN = 3000!!!

трансфоматор –
пример трансформатор – XFORM INVERT 9.5uH EE19
описание трансформатора типа EE19 –

Примеры кол-ва витков:
w1 = w2 = 7, w3 = 2, вторичная обмотка – 142 витка.

дроссель L1 – важный элемент схемы, индуктивность  ~330 мкГн с допустимым током до 1 ампера; в моем инвертере дроссель представлял собой обмотку из 60 витков медного провода диаметром 0,2 мм, намотанную на гантелевидном сердечнике

резистор R1 –
сопротивление 1…2,7 кОм (в моем инвертере 1,5 кОм (коричневая-зеленая-красная-серая полоски).

конденсатор C1 –
желательно полипропиленовый (MKP) (выдерживают большие токи)   с емкостью не менее 10 нанофарад на напряжение несколько сотен вольт
примеры MKP конденсаторов на 27 и 330 нанофарад:

При увеличении емкости конденсатора резонансная частота схемы уменьшается, например, при емкости 1…2 микрофарада частота генерации смещается в звуковой диапазон.

При правильной работе схемы на коллекторах транзисторов действует однополупериодно выпрямленное синусоидальное напряжение.

Основным ограничивающим фактором в схеме является величина напряжения на коллекторах транзисторов, которое может достигать 60 вольт при питании напряжением 24 вольта.

В инверторе для CCFL лампы последовательно с нагрузкой (CCFL лампой) включен балластный конденсатор (в моем инвертере 22 пФ x 3000 вольт, другой вариант – 4,7 нанофарада x 1500 вольт). Изменяя его емкость, можно регулировать потребляемый нагрузкой ток.

Также на входе инвертора можно включить электролитический конденсатор, например, 22 микрофарада на 25 вольт.

В проекте Hodoscope используется следующая схема для питания счетчиков Гейгера:

В устройстве используется микросхема LM2575T-Adj – импульсный понижающий стабилизатор напряжения постоянного тока с регулируемым выходным напряжением Частота преобразования (52 кГц) определяется встроенным генератором. Микросхема работоспособна при входном напряжении до 40 В.

интервал регулировки выходного напряжения — 1.2 … 35 В при токе нагрузки до 1 А. Минимальная разность между входным и выходным напряжениями — около 2 В Имеется встроенная защита от превышения температуры, короткого замыкания в цепи нагрузки и перегрузки по току.

Распиновка выводов микросхемы:
1 – входное напряжение (VIN)
2 – выход (OUTPUT) – вывод эмиттера внутреннего ключа
3 – земля (GND)
4 – вход обратной связи (FEEDBACK)
5 – вход сигнала включения (заземлен = 0 … 1,4 вольта)/отключения (1,4 вольта …

напряжение питания) (ON/OFF)
Опорное напряжение Vref составляет 1,23 вольта.

Полезные ссылки:
Manfred Mornhinweg:- сайт ludens.cl (различные схемы питания флуоресцентных ламп)

сайт danyk.cz (описание CCFL инвертора)

МОИ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Я использовал инвертор от вышедшей из строя лампы подсветки для компьютера Gembird NL-2 Notebook USB CCFL lamp (CCFL лампа перестала светить).
вид сверху

вид снизу
В этом инверторе добавлены кнопки и реле, включенные по схеме самоблокировки – они обеспечивают включение лампы при нажатии на одну кнопку и выключение лампы при нажатии на другую;

монтажная схема реле HRS2H-S с обмоткой сопротивлением ~ 70 Ом, рассчитанной на 5 вольт –

схема включения кнопок и реле –

При нажатии на кнопку SW2 ее контакт замыкается и питание подается на обиотку реле K, которое замыкает контакт K1, шунтирующий кнопку SW2. Питание подается на инвертер. При нажатии на кнопку SW1 ее контакт размыкается, реле K обесточивается и контакт K1 размыкается. Инвертер отключается от источника питания. Обмотка реле имеет сопротивление всего лишь 75 Ом, что приводит к большому потреблению тока обмоткой – 80 миллиампер при питании 6 вольт. Поэтому я отключил реле, подключив питание напрямую к схеме инвертора. На выходе вторичной обмотки трансформатора вырабатывается высокое напряжение частотой десятки килогерц. Это напряжение можно подать на однополупериодный выпрямитель, состоящий из диода, конденсатора и цепочки резисторов нагрузки.

Я использовал диод UF5406, рассчитанный на максимальное обратное напряжение 600 вольт и имеющий время восстановления всего лишь 75 наносекунд (пригодный для работы в высокочастотных цепях). Серая полоска на корпусе диода помечает катод.

Конденсатор – электролитический конденсатор CD11G-L07 из электронного балласта компактной люминесецентной лампы 4,7 мкФ x 400 вольт.
Ток утечки такого конденсатора определяется выражением 0,06 * C * V  + 10 (в микроамперах), т.е. для этого случая 0,06 * 4,7 * 400 + 10 = 123 микроампера, т.е. довольно заметная величина.В результате эксперимента при повышенном до семи-восьми вольт напряжении питания транзисторы сильно грелись и в итоге вышли из строя (пробой между коллектором и эмиттером). Я выпаял транзисторы и сделал отводы (красный – коллектор, синий – эмиттер, зеленый – база) от платы для удобства их замены. Также я выпаял задающий конденсатор и сделал отводы (коричневый-белый) для удобства подбора его емкости. В моем инвертере задающий конденсатор был пленочный 60 нФ x 250 вольт.
Я поставил популярные транзисторы BC547B –
Частота генерации составила около 140 кГц. Напряжение между коллектором и эмиттером каждого и транзисторов представляло половинки синусоид -напряжение между коллекторами – синусоиду -Для получения постоянного напряжения я подключил к выходу инвертера четырехступенчатый умножитель -На выходе умножителя я подключил пленочный конденсатор емкостью 100 нанофарад на напряжение 630 вольт.

При подключении мощного блока питания с выходным напряжением 9 вольт, мне удалось получить на нагрузке умножителя из двух включенных последовательно резисторов сопротивлением 4,7 мегаома каждый напряжение составило около 600 вольт. При этом транзисторы BC547B заметно грелись.

Одним из дальнейших вариантов улучшения работы генератора является использование составных транзисторов 2SC5707:

Регулировка выходного напряжения
Для возможности управления выходным напряжением требуется наличие возможности отключения инвертера от источника питания.

Это может быть выполнено по стандартной схеме с использованием pnp-транзистора. pnp-транзистор позволяет иметь общую “землю” (common ground) для высоковольтной и низковольтной части схемы.

Для оценки возможности использования различных транзисторов в этой схеме я собрал модель в симуляторе LTspice –

Файл модели – CCFL_PNP.asc.
Во всех случаях напряжение на нагрузке (резисторе R1) при отключенном резисторе R3 составляло менее одного нановольта (“pull-up” резистор R2 подтягивает базу к “плюсу” питания). Но при включенном резисторе значения напряжения заметно отличались в зависимости от напряжения насыщения между коллектором и эмиттером у того или иного транзистора.

Тип транзистора
Напряжение на нагрузке, В

2N3906
8,92

BC327-40
8,73

BC557C
5,97

BC857C
7,87

2N2907
8,78

2N5087
8,82

КТ361Г
8,15

КТ3107Л
8,89

КТ814В
8,94

КТ816В
8,91

КТ818В
8,93

Применение генератора высокого напряжения
Я использовал описанный высоковольтный генератор совместно с умножителем и схемой регулировки выходного напряжения в самодельном дозиметре.

Сверхмаленький преобразователь напряжения

Этот преобразователь был изготовлен для запитки таких автомобильных усилителей, как тфа 7194/93 из бортовой сети автомобиля 12 Вольт.

Компактность инвертора позволят запрятать его куда угодно, ведь размеры печатной платы чуть больше спичечного коробка.

Преобразователь лично я делала только для проверки возможностей схемы, ведь на этой основе многим даже и не думалось собрать инвертор.

По сути, это стандартный двухтактный повышающий DC-DC преобразователь напряжения с 12 Вольт ан +/-30 Вольт. Мощность программная — до 220 Ватт, но в таких размерах очень трудно достичь заявленной мощности именно поэтому нужно было идти на хитрый шаг.

Хитрым шагом стало резкое увеличение частоты генератора, ведь в штатных инверторах рабочая частота генератора не более 60 кГц, в этом же случае частота генератора составляет 150кГц.

Что это нам дает ? Первое — позволяет получить больше Вольт на виток на вторичной обмотке, второе — увеличить КПД устройства и наконец третье — увеличивается габаритная мощность трансформатора, следовательно и мощность всей схемы.

На счет схемы генератора, особо не думал над этим вопросом, решил просто задействовать старую и добрую ирку (IR2153).

Чем же привлекла мое внимание данная микросхема? она имеет малые габаритные размеры (8 пин), широкий диапазон входных напряжений, мощный выход и встроенный драйвер для управления полевыми ключами, следовательно, городить огород на выходе микросхемы не нужно, отпадает нужда использования драйверов для разрядки затворов ключей и повторитель для усиления выхода микросхемы.

Генератор с обвязкой соорудил на отдельной платке, которая стыкуется с основной платой в вертикальном положении. Ключи IRFZ44, можно и более мощные.

В итоге наш малыш может качать даже две микросхемы тда7294/93.
На входе все как и положена, пара электролитов, дроссель в разрыв плюсовой шины. Сам дроссель на ферритовом стержне, провод 1,2мм, кол-во витков 7. Сам дроссель был взят готовый, от компьютерного блока питания.

Перед и после дросселем установлены фильтрующие емкости по 1000 мкФ с расчетным напряжением 25 Вольт. Снабберов на первичке и вторичке трансформатора не задействовал, в них просто нет нужды.

На счет выходного выпрямителя — полноценный мост из 4-х ультрабыстрых диодов MUR460 _ диоды на 4 Ампер с расчетным напряжением 600 Вольт, импульсный ток в несколько раз больше, так, что с мощностью диодов проблем нет, этих диодов хватит и даже есть запас по току.

Мощность.

На выходе тоже поставил пару электролитов 220-470мкФ с напряжением 50 Вольт.

Такой малой емкости хватит, если учитывать, что на самих платах усилителей тоже будут конденсаторы и довольно большой емкости (1000мкФ в плече)
Плата вышла компактной, рисовал маникюром, поэтому шаблон предоставить не могу, увы… Намоточные данные трансформатора приложены к статье, расчет делал по специализированной программе, там же и указаны размеры магнитопровода и все данные, связанные с намоткой.

На выходе не использовал дополнительные дросселя, по одной простой причине разницу с дросселями и без — никак не почувствовал, потребление схемы наоборот — с дросселями увеличивалось в районе 15мА, поэтому и убрал дроссели с выхода.

Транзисторы обязательно устанавливаются на общий (можно и раздельный) теплоотводы, но не забываем изолировать их прокладками (слюда) и пластиковыми шайбами для избежания от коротких замыканий. В разрыв плюсовой шины на плате предусмотрел место под предохранитель, пред желательно взять с током не более 15 Ампер.

Инвертор удался и удался на славу, холостое потребление в районе 80мА! а это довольно хорошо, но потребление в большей мере зависит от номинала питающего напряжения и может плавать от 70 до 150/160 мА. Тесты с усилителем показывают тоже хорошие результаты, никаких помех от импульсника не замечал, сами ключи преобразователя остаются холодными при мощности до 40 Ватт.

При желании можно увеличить габаритную мощность трансформатора (задействовав иной транс) заменить ключи, скажем на IRF3205  и снять в районе 300 ватт, но и это не предел — микросхема может качать два параллельных ключа в плече, следовательно для этой схемы постижима мощность в районе 500 ватт!
Схема представлена в видео ролике.

На этом завершим нашу беседу, до встречи на страницах сайта!

Автор; АКА КАСЬЯН

Делаем простейший преобразователь 12В — 220В своими руками

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.

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.

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.

Читайте так же:  Рассмотрим сварочные аппараты для оптоволокна

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.

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.

Читайте так же:  Обзор стабилизаторов напряжения Лидер

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.

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:

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:

Читайте так же:  Обозреваем шкафы управления задвижкой

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:

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