Схема инвертора. Преобразование напряжения батареи в стабильные 5В и -5В с помощью схемы инвертора

alexxlabСхем
Как преобразовать нестабильное напряжение батареи из 4 элементов AA в стабильные 5В и -5В для портативных устройств. Какие преимущества имеет схема инвертора по сравнению с другими решениями. Какие компоненты используются в схеме инвертора для получения двухполярного питания.

Содержание

Проблема питания портативных устройств от батарей

При разработке портативных электронных устройств часто возникает задача получения стабильного напряжения питания 5В от батарейного источника. Типичное решение — использование 4 последовательно соединенных элементов AA, но это создает определенные сложности:

  • Напряжение свежих батарей составляет около 6В
  • По мере разряда напряжение падает до примерно 4В
  • Такой широкий диапазон входного напряжения усложняет стабилизацию на уровне 5В

Как же эффективно преобразовать нестабильное напряжение батареи в стабильные 5В для питания электроники?

Традиционные подходы к преобразованию напряжения

Для решения этой задачи обычно применяются следующие схемотехнические решения:


  1. Обратноходовой преобразователь на трансформаторе
  2. Повышающий преобразователь с последующим линейным стабилизатором
  3. Комбинация одной из вышеуказанных схем с зарядной помпой для получения отрицательного напряжения

Однако эти подходы имеют ряд недостатков:

  • Сложность схемотехники
  • Необходимость фильтрации нескольких частот преобразования
  • Возможность возникновения биений между разными частотами

Преимущества схемы инвертора для портативных устройств

Для полностью портативных устройств, где напряжение батареи может свободно изменяться, более простым и эффективным решением является использование схемы инвертора. Ключевые преимущества такого подхода:

  • Простота схемотехники
  • Единственная частота преобразования, что упрощает фильтрацию
  • Отсутствие биений между разными частотами
  • Возможность получения как положительного, так и отрицательного напряжения

Принцип работы схемы инвертора на трансформаторе

Ключевым элементом схемы инвертора является трансформатор с двумя согласованными обмотками, который заменяет обычный индуктор. Принцип работы следующий:


  1. Когда внутренний ключ микросхемы размыкается, на каждой обмотке трансформатора возникает напряжение, равное выходному плюс падение на диоде
  2. При правильном выборе точки подключения вторая обмотка может генерировать дополнительное напряжение питания, например -5В
  3. Обратная связь подключается к выводу с положительным напряжением для обеспечения стабильности

Варианты реализации схемы инвертора

Рассмотрим два варианта подключения обмоток трансформатора в схеме инвертора:

Вариант 1: Стабилизация положительного напряжения

В этом варианте:

  • Обратная связь подключается к выводу +5В
  • Стабилизируется положительное напряжение
  • Отрицательное напряжение -5В используется как вспомогательное

Такое подключение оптимально, когда основная нагрузка приходится на положительную шину питания.

Вариант 2: Стабилизация отрицательного напряжения

Если в системе требуется больший ток нагрузки от отрицательной шины, рекомендуется изменить подключение:

  • Обратная связь подключается к выводу -5В
  • Стабилизируется отрицательное напряжение
  • Положительное напряжение +5В используется как вспомогательное

Выбор компонентов для схемы инвертора

Для реализации схемы инвертора необходимы следующие ключевые компоненты:


  • Микросхема инвертирующего импульсного стабилизатора (например, MAX739)
  • Трансформатор с двумя согласованными обмотками
  • Диоды Шоттки
  • Конденсаторы для фильтрации

Требования к трансформатору

Для оптимальной работы схемы трансформатор должен иметь следующие характеристики:

  • Бифилярная намотка обмоток для лучшей связи
  • Коэффициент трансформации близкий к 1:1
  • Возможность работы на частоте преобразования (обычно десятки-сотни кГц)

Однако приемлемые результаты можно получить и с обычным трансформатором, например Coiltronics CTX20-4.

Характеристики выходного напряжения схемы инвертора

Рассмотрим, как ведут себя выходные напряжения схемы инвертора при различных условиях:

Зависимость от нагрузки

При изменении нагрузки в широких пределах выходное напряжение остается достаточно стабильным:

  • Нагрузка на отрицательной шине от 5 мА до 50 мА
  • Нагрузка на положительной шине 50 мА
  • Изменение напряжения менее 300 мВ

Работа без нагрузки

При отсутствии нагрузки на отрицательной шине:

  • Напряжение на отрицательном выводе увеличивается
  • Устраняется звон, возникающий при включении диода

Эффективность преобразования напряжения

Схема инвертора обеспечивает достаточно высокую эффективность преобразования энергии:


  • При входном напряжении 6В
  • Нагрузке 100 Ом на положительном выводе
  • Нагрузке 1000 Ом на отрицательном выводе
  • КПД преобразования достигает 71%

Заключение

Схема инвертора на трансформаторе представляет собой эффективное решение для получения стабильных напряжений +5В и -5В от батарейного источника в портативных устройствах. Ключевые преимущества:

  • Простота реализации
  • Высокая эффективность преобразования
  • Возможность получения двухполярного питания
  • Стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки

При правильном выборе компонентов эта схема позволяет создавать компактные и экономичные источники питания для портативной электроники.


Схема инвертора напряжения 12В — 220 В

На рисунке приведена схема преобразователя напряжения 12В постоянного тока в 220 В переменного. Предлагаемый вариант преобразователя можно использовать для питания магнитолы, телевизионного приемника и других радиоэлектронных устройств с мощностью до 100 Вт.

Принципиальная схема

Преобразователь состоит из задающего генератора, выполненного по схеме симметричного мультивибратора на транзисторах VT1, VT2, и усилителя мощности на транзисторах VT3 — VT8. Он работает следующим образом.

При подаче питания выключателем SB1 мультивибратор начинает генерировать симметричные импульсы (меандр). С коллекторов транзисторов мультивибратора импульсы через цепочки R2C3 и R6C4 поступают на транзисторы двухтактного усилителя мощности. Когда на коллекторе транзистора VT1 высокий уровень напряжения, на коллекторе транзистора VT2 — низкий.

Рис. 1. Принципиальная схема инвертора напряжения с мощностью 100 Ватт.

В течение полупериода транзисторы VT4, VT6 и VT8 открыты через них и обмотку трансформатора Т1 протекает ток от источника питания 12 В. Транзисторы верхнего плеча усилителя мощности закрыты. В течение второго полупериода открыты транзисторы VT3, VT5 и VT7 — и ток протекает через соответствующую обмотку.

Таким образом, на первичной обмотке трансформатора Т1 формируется переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, примерно равной напряжению источника.

Переменный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора индуцирует во вторичной обмотке напряжение, амплитуда которого зависит от соотношения витков вторичной и первичной обмоток.

Диоды VD1 и VD2 служат для устранения импульсов отрицательной полярности, возникающих при работе задающего генератора в моменты переходных процессов. Диоды VD3 и VD4 защищают транзисторы выходной ступени усилителя мощности от напряжений обратной полярности, возникающих за счет самоиндукции.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЗ6хЗ6. Каждая из половин первичной обмотки имеет по 21 витку, намотанных проводом ПЭЛ 2,1, вторичная обмотка имеет 600 витков провода ПЭЛ 0,59.

Вторичная обмотка при вы­полнении трансформатора укладывается первой, а поверх нее -первичная обмотка, которую для лучшей симметрии следует выполнять одновременно в два провода.

При выполнении транзисторы VT5 и VT7, VT6 и VT8 следует попарно расположить на теплоотводах. Теплоотводы должны быть изолированы друг от друга и от шины общей цепи питания.

Для измерения тока потребления от источника постоянного тока (он не должен превышать 10А) в разрыв провода, идущего от средней точки первичной обмотки трансформатора Т1 к плавкой вставке FU1, желательно включить амперметр с током полного отклонения 10А (на схеме не показан). Это облегчит визуальный контроль при работе с мощными потребителями.

Настройка

Настройка преобразователя состоит в установке частоты задающего генератора переменным резистором R9. Для настройки следует подключить осциллограф или частотомер к коллектору одного из транзисторов мультивибратора и включить питание преобразователя. Регулировкой переменного резистора добиться частоты генерируемых колебаний 50 Гц.

Смонтированное и отрегулированное устройство следует разместить в корпусе, на передней панели которого располагают клеммы для подключения внешнего источника тока (аккумулятора) и нагрузки, держатели плавких вставок, выключатель напряжения задающего генератора, светодиоды индикаторов рабочего состояния — красный (HL2), сигнализирующий подключение внешнего источника тока, и зеленый (HL1 ) — включение задающего генератора.

При изготовлении инвертора напряжения допустимы следующие замены элементов: 2Т6551 — КТ601А, 277531 — KT801A. 2N3055 -КТ819ГМ, 205607 -Д226А. диод КД208А применен российского производства. В качестве индикаторов можно применить светодиоды АЛ307В (зеленый) и АЛ307Б (красный).

A. Стоилов. Инвертор напряжение. Радио, телевизия, електроника», 1998, №6, с. 12, 13  РАДИО № 10. 1998 г., с. 79.

Описание схемы сварочного инвертора для самостоятельного изготовления аппарата

Инверторная сварка широко распространена благодаря тому, что аппарат имеет небольшой вес и габариты.

Работа инверторного механизма основана на использовании силовых переключателей и полевых транзисторов. Столь полезный аппарат продается в специализированных магазинах. Но деньги можно и не тратить, а взять схему инверторного сварочного аппарата и изготовить его самостоятельно. Здесь как раз и поговорим о том, как сделать сварку своими руками в домашних условиях и что понадобится для этого. Сведения пригодятся и в случае с покупным устройством, ведь благодаря информации, которую дает статья, для ремонта его не понадобится приглашать специалиста.

  • Особенности работы инвертора
  • Сборка инвертора
    • Схема инверторной сварки
  • Поэтапное описание сборки
  • Проверка работоспособности
  • Как пользоваться аппаратом

Особенности работы инвертора

Сварочный инверторный аппарат — это блок питания, который применяется сейчас в компьютерах. Электрическая энергия преобразовывается в инверторе следующим образом:

  • Напряжение переменное преобразуется в постоянное.
  • Ток постоянной синусоиды преобразовывается в переменный с высокой частотой.
  • Снижается значения напряжения.
  • Ток выпрямляется с сохранением требуемой частоты.

Данная схема сварочного инвертора позволяет снизить его массу и уменьшить габариты. Известно, что старые сварочные аппараты работают по принципу снижения величины напряжения и увеличения силы тока на вторичной обмотке трансформатора. Благодаря большой силе тока есть возможность сваривать металлы дуговым способом. Для увеличения силы тока и снижения напряжения на вторичной обмотке уменьшают число витков и при этом увеличивают сечение проводника. В итоге сварочный аппарат трансформаторного типа весит немало и имеет значительные размеры.

Для решения данной проблемы предложили схему сварочного инвертора. Принцип основывается на повышении частоты тока до 60 или всех 80 кГц. За счет этого снижается вес и уменьшаются габариты устройства. Для реализации задуманного потребовалось увеличение частоты в тысячи раз, что стало возможным благодаря полевым транзисторам. Между собой транзисторы обеспечивают сообщение с частотой примерно 60−80 кГц. На схему их питания идет постоянный ток, что обеспечивается выпрямителем, в качестве которого используют диодный мост. Выравнивание значения напряжения обеспечивается конденсаторами.

Переменный ток передается на понижающий трансформатор после прохождения через транзисторы. В качестве трансформатора при этом используется катушка

, уменьшенная в сотни раз. Катушка используется, потому что частота тока, подающегося на трансформатор, уже увеличена в тысячу раз полевыми транзисторами. В итоге получаются аналогичные данные, как при работе трансформаторной сварки, но с большой разницей в габаритах и массе.

Сборка инвертора

Для самостоятельной сборки инверторной сварки требуется знать, что схема рассчитана первым делом на потребляющее напряжение в 220 В и тока 32 А. После преобразования энергии ток на выходе увеличится почти в восемь раз и будет достигать 250 А. Такого значения достаточно для создания прочного шва электродом на расстоянии до сантиметра. Для изготовления инверторного блока питания потребуются:

  • Трансформатор с ферритным сердечником.
  • Первичная обмотка трансформатора с сотней витков провода Ø0,3 мм.
  • Три вторичных обмотки: внутренняя с 15 витками и проводом Ø1 мм; средняя с 15 витками и проводом Ø0,2 мм; наружная с 20 оборотами и проводом Ø0,35 мм.

Также для сборки трансформатора нужны такие элементы:

  • стеклоткань;
  • медные провода;
  • хлопчатобумажный материал;
  • электротехническая сталь;
  • текстолит.

Схема инверторной сварки

Плата, где расположен блок питания, от силовой части монтируется отдельно. Разделителем между блоком питания и силовой частью выступает металлический лист, который электрически подсоединен к корпусу агрегата. Управление затворками осуществляется с помощью проводников, которые припаиваются поблизости транзисторов. Проводники между собой соединяются парно, а размер их сечения особой роли не играет. Однако важно, чтобы длина проводников не превышала 15 см.

Если навыков работы с электроникой нет, лучше обратиться к мастеру. В противном случае разобраться в схеме сварочного аппарата будет трудно.

Поэтапное описание сборки

Выполняется следующее:

Сборка блока питания. В качестве основы трансформатора рекомендуется брать феррит 7×7 или 8×8. Устройство первичной обмотки осуществляется намоткой проволоки по ширине сердечника. Это улучшает работу устройства при перепадах напряжения. Используются медные провода (проволока) ПЭВ-2, а при отсутствии шины провода соединяют в пучок. Первичная обмотка изолируется стеклотканью. После слоя стеклоткани сверху наматываются витки экранирующих проводов.

Корпус. Этим важным элементом может служить старый системный блок компьютера, в котором есть достаточно необходимых отверстий для вентиляции. Использоваться может старая 10-литровая канистра, в которой можно проделать отверстия и разместить кулеры. Для повышения прочности конструкции из корпуса размещают металлические уголки, закрепляющиеся болтовыми соединениями.

Силовая часть. Роль силового блока играет понижающий трансформатор. Его сердечники могут быть двух видов: Ш 20×208 2000 нм. Между обоими элементами должен быть зазор, что обеспечивается с помощью газетной бумаги. При устройстве вторичной обмотки витки наматываются в несколько слоев. На вторичную обмотку укладывается три слоя проводов, и между ними помещается прокладка из фторопласта. Между обмотками располагают усиленный слой изоляции, позволяющий избежать пробоя напряжения на вторичную обмотку. Конденсатор должен быть напряжением не менее 1000 В.

Для обеспечения циркуляции воздуха между обмотками оставляется воздушный зазор. На ферритовом сердечнике собирают трансформатор тока, включающийся в цепь к плюсовой линии. Сердечник обматывается термобумагой, в качестве которой лучше использовать кассовую ленту. Выпрямительные диоды крепят к алюминиевой пластине радиатора. Выходы диодов соединяют неизолированными проводами, сечение которых равно 4 мм.

Инверторный блок. Основным предназначением инверторной системы является преобразование постоянного тока в переменный с большой частотой. Для ее увеличения используются полевые транзисторы, работающие на закрытие и открытие с высокой частотой. Использовать рекомендуется не один мощный транзистор, а реализовать схему на основании двух менее мощных. Нужно это для стабилизации частоты тока. В схеме должны присутствовать конденсаторы, соединяющиеся последовательно.

Система охлаждения. На стенке корпуса устанавливаются вентиляторы охлаждения, для чего могут быть использованы компьютерные кулеры. Они необходимы для охлаждения рабочих элементов. Чем больше их используется, тем лучше. Обязательно устанавливается два вентилятора для обдувки вторичного трансформатора. Один кулер обдувает радиатор, благодаря чему предотвращается перегрев рабочих элементов — выпрямительных диодов.

Стоит воспользоваться вспомогательным элементом — термодатчиком, который рекомендуется устанавливать на нагревающемся элементе. Датчик срабатывает при достижении критической температуры нагрева какого-либо элемента. После его срабатывания питание устройства отключается.

В процессе работы инверторная сварка быстро нагревается, поэтому обязательно должно быть два мощных кулера. Эти кулеры или вентиляторы помещаются на корпус устройства, чтобы работали на вытяжку воздуха. Свежий воздух поступает в систему через отверстия в корпусе. В системном блоке данные отверстия уже имеются, а при использовании любого другого материала не забудьте об обеспечении притока свежего воздуха.

Пайка платы. Ключевой фактор, ведь схема основана на плате. Транзисторы и диоды на ней важно смонтировать встречно друг к другу. Монтируется плата между радиаторами охлаждения, при помощи чего и соединяется цепь электроприборов. Рассчитывается питающая цепь на 300 В напряжения. Дополнительное расположение конденсаторов 0,15 мкФ позволяет сбрасывать избыток мощности обратно в цепь. На выходе трансформатора помещаются конденсаторы и снабберы, при помощи которых гасится перенапряжение на выходе вторичной обмотки.

Настройка, отладка работы. После сборки инверторной сварки требуется еще ряд процедур, в частности, настройка функционирования. Для этого к ШИМ (широтно-импульсному модулятору) надо подключить 15 В напряжения и запитать кулер. Дополнительно в цепь включают реле через резистор R11. Реле в цепь включается во избежание скачков напряжения в сети 220 В. Важно проконтролировать включение реле, а затем подать питание на ШИМ. В итоге должна получиться картина, когда прямоугольные участки на диаграмме ШИМ должны исчезнуть.

О правильности соединения можно судить, если при настройке реле выдает 150 мА. Если сигнал слабый, значит, платы соединены неправильно. Возможно, пробита одна из обмоток. Для устранения помех укорачиваются все питающие электропроводы.

Проверка работоспособности

После сборочных и отладочных работ проверяется работоспособность сварочного аппарата. Для этого устройство надо запитать от электросети 220 В, далее задать высокие показатели силы тока и сверить показатели по осциллографу. В нижней петле напряжение должно быть в пределах 500 В и не более 550 В. Если все правильно и электроника подобрана строго, показатель напряжения не превысит величины 350 В.

Потом сварка проверяется в действии. С этой целью используются необходимые электроды, и шов раскраивается до полного выгорания электрода. Затем важно проконтролировать температуру трансформатора. Если он попросту закипает, значит, в схеме есть недочеты и работу лучше не продолжать.

После раскраивания двух-трех швов радиаторы нагреются до большой температуры, и важно дать им остыть. Для этого хватит двух-трехминутной паузы, в итоге температура выровняется до оптимальной.

Как пользоваться аппаратом

После включения самодельного аппарата в цепь контроллер автоматически задает определенную силу тока. Если напряжение провода меньше 100 В, значит, устройство неисправно. Придется аппарат разобрать и повторно проверить правильность сборки. При помощи такого вида сварочных аппаратов осуществляется спайка и черных, и цветных металлов. Для сборки сварочного аппарата потребуется владение основами электротехники и, конечно, свободное время для его изготовления.

Инверторная сварка незаменима в гараже. Если не обзавелись еще этим инструментом, сделайте его самостоятельно и пользуйтесь в свое удовольствие!

Схема инвертора и преобразователь постоянного тока в переменный

Ох… Источник низкого напряжения. Нагрузка не идет. Используйте эти схемы. Они преобразуют это напряжение в новое напряжение по мере необходимости. С 2 группами: Инверторы — выходное напряжение переменного тока, как сеть переменного тока. Преобразователи постоянного тока — на выходе напряжение постоянного тока.

Вы хотите пользоваться электроприборами вне дома, которые не подключены к электричеству.

Мы рекомендуем вам использовать батарею и схему инвертора, она может преобразовывать батарею 12 В в переменное напряжение, такое же, как в сети переменного тока в вашем доме.

Вот! У нас есть много инверторных схем, выходная мощность 10 Вт, 60 Вт, 100 Вт, 200 Вт и 500 Вт. Он может преобразовывать выходное напряжение 12 В постоянного тока в 230 В переменного тока 50 Гц/ 220 В переменного тока 50 Гц/ 110 В переменного тока 60 Гц в вашей стране.

Вы можете узнать, как это работает на простой схеме. Начнем с того, что схемы на транзисторах очень просты. Далее, силовые схемы MOSFET имеют высокую мощность и являются самыми простыми. Наконец, мы используем схемы ИС, которые настолько просты и малы по размеру.
Мы используем детали во всех цепях, доступных на большинстве местных рынков.
См. множество схем инвертора ниже.

Под множеством ТЭГов: Домашний инвертор • Инвертор высокой мощности • Преобразователи 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока • Автомобильные инверторы • Мини инверторы и многое другое…

Категории Инверторы Теги Домашний инвертор, Автомобильные инверторы 53 Комментарии

от Apichet Garaipoom

Вот схема инвертора ic 555. легкий и небольшой размер. Потому что используйте NE555 и MOSFET в качестве основных. При использовании источника 12 В батарея будет иметь выходную мощность 100 Вт.[…] Читать далее

Категории Инверторы Теги Преобразователь с 12 В постоянного тока на 220 В переменного тока, Инвертор для дома 176 Комментарии

от Apichet Garaipoom

Это простая схема преобразователя постоянного тока в переменный, для преобразования 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока 50 Гц/110 В 60 Гц для регулировки выходной частоты с использованием CD4047, МОП-транзистора, силового транзистора и т. д. инверторы, протестировано 22 комментария

от ElecCircuit.com

Это небольшая ударная цепь высокого напряжения, давление от слабого тока. Он идеально подходит для веселой игры. В схеме всего несколько компонентов, всего два небольших транзистора NPN, 2 резистора и трансформатор. Так легко построить и дешево! Не ждите .. давайте построим его. Подробнее

Категории Инверторы Теги Высокое напряжение 18 комментариев

от Apichet Garaipoom

На двух схемах ниже используйте только 2 транзистора, 2 резистора и один трансформатор. Они могут преобразовывать 12 В постоянного тока от батареи в 220 В переменного тока или 120 В переменного тока, чтобы использовать небольшие лампочки или лампы мощностью до 10 Вт. Подробнее

Категории Инверторы 68 Комментарии

Схема инвертора, получающая 5 В от четырех элементов АА и упрощающая конструкцию