Преобразовать 12 вольт в 220 своими руками

Наш инвертор или преобразователь предназначен для получения переменного тока 220 вольт с частотой 50 герц с автомобильного аккумулятора или любой батареи 12 вольт. Мощность инвертора составляет 150 Ватт и может быть увеличена до 300, но об этом поговорим попозже.

Схема крайне проста, я уверен, что справится любой, работает схема точно так, как любой двухтактный преобразователь типа «push pull», сердцем инвертора является микросхема CD4047, которая служит в качестве задающего генератора и одновременно управляет полевыми транзисторами.

Транзисторы работают в ключевом режиме, переключаясь, то есть в каждый момент времени открыт только один из транзисторов.

Если вдруг по каким-то причинам оба ключа откроются одновременно, то образуется короткое замыкание и оба транзистора сгорят моментально, это может случиться из-за неверного управления.
Микросхема CD4047 разумеется не заточена для высокоточного управления полевиками, но справляется с этой задачей достаточно неплохо.

Трансформатор в моем случае был взят от старого бесперебойника, если честно от этого бесперебойника уцелел только один трансформатор, он как раз для таких целей, поэтому домотывать или перематывать ничего не нужно.
Трансформатор в моём случае на 250-300 Ватт, имеет первичную обмотку со средней точкой, куда подключается плюс от источника питания.

Вторичных обмоток много и нам нужно найти именно сетевую обмотку на 220 вольт, с помощью мультиметра измеряем сопротивление всех отводов, которые имеются на вторичной цепи и находим отводы или контакты между которыми самое большое сопротивление.

В моём случае это около 17 Ом, как раз эти два контакта и есть выводы вторичной или сетевой обмотки, все остальные выводы можно откусить.
После того, как разобрались с трансформатором переходим к сборки схемы, это занимает очень малое время, особенно когда есть печатная плата. (скачать её можно в конце статьи)

Настоятельно рекомендую проверять все компоненты перед пайкой, подберите транзисторы аналогичных параметров из одной партии. Конденсатор в частотно-задающей цепи должен иметь малую утечку и узкий допуск.

Теперь собираем и паяем саму схему.

Пару слов о возможных заменах в схеме…
К сожалению микросхема CD4047 советских аналогов не имеет, поэтому нужно купить именно её. Полевые транзисторы можно заменить на любые -м- канальные с напряжением от 60 вольт и с током от 35 Ампер.

Если использовать ключи типа IRF 3205, то с инвертора можно стянуть 250-300 ватт чистой выходной мощности.

Кстати схема прекрасно работает также с биполярным транзисторами на выходе, правда мощность будет в разы меньше, чем с полевыми транзисторами.

Затворные, ограничительные резисторы могут иметь сопротивление от 10 до 100 Ом, советую ставить от 22 до 47 Ом, мощность 0,25 ватт.

Частотно-задающую цепь лучше не трогать, она настроена на частоту в 50 герц.

Несколько слов насчёт настройки…. В принципе правильно собранный инвертор заработает сразу, но первый запуск обязательно нужно делать со страховкой, то есть вместо предохранителя на схеме подключить резистор Ом на 5-10 или лампочку на 12 вольт 5 Ватт, чтобы в случае проблем не взорвать транзисторы.

Если инвертор работает нормально, то трансформатор издает своеобразный звук, при этом ключи не должны нагреваться вообще.

Если это так, то можно убрать резистор и питание уже подаём напрямую, но разумеется через предохранитель.

Среднее потребление инвертора может составлять от 150 до 300 миллиампер, но это будет зависеть конкретно от источника питания и от вашего трансформатора, это разумеется холостой ход без выходной нагрузки.

Дальше, нам нужно измерить выходное напряжение предварительно поставив мультиметр в режиме замера переменки на уровне 750 вольт.

В моём случае получилось 220-250 вольт, это в пределах нормы поскольку инвестор не стабилизированной и выходное напряжение может гулять в этом пределе.

Дальше уже можно подключать нагрузку, в моем случае это сетевая лампочка на 60 ватт.

Гоняем инвертор с такой нагрузкой примерно 10 секунд, при этом ключи чуток должны нагреваться, они без теплоотводов и нагрев на обеих ключах должен быть равномерным. Если один ключ нагревается гораздо сильнее ищите свой косяк.

Несколько слов о монтаже…
Корпус был позаимствован у компьютерного блока питания, вся начинка просто отлично в него влезла.

Транзисторы в моем случае были установлены на отдельные радиаторы

В случае использования общего теплоотвода не забываем изолировать корпуса транзисторов от радиатора.

Кулер был подключен непосредственно к шине 12 вольт.

Самый большой недостаток нашего инвертора — это отсутствие защиты в случае короткого замыкания на выходе, транзисторы сгорят. поэтому чтобы такого не случилось, на выход я поставил предохранитель на 1 Ампер.

Мало мощная кнопка подаёт плюс от источника питания на плату, то есть запускает инвертор в целом.

Силовые шины от трансформатора цепляются непосредственно к радиатором транзисторов, поэтому радиаторы нужно изолировать от общего корпуса.

Частота в пределах нормы, если же частота отличается от пятидесяти герц, то ее можно подстроить с помощью оборотного, переменного резистора R4, который присутствует на плате.

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.

Случается так, что необходимо использовать переносимое электронное устройство в месте, где отсутствует сетевое напряжение равное 220 вольт. Проще всего для этого использовать аккумуляторную батарею, напряжение на которой обычно составляет 12 вольт. Но не все приборы могут работать от пониженного напряжения. Для решения такой задачи и используются преобразователи с 12 на 220 вольт. Другое их название – инверторы.

Назначение и параметры инверторов

Инвертор — это прибор, который предназначен для преобразования амплитуды и формы сигнала. Он трансформирует переменное напряжение сети в постоянное. Часто преобразователи сигнала подключаются к автомобильным электрическим сетям, генераторам или к стационарным аккумуляторным блокам. Это нужно для получения переменного тока, использующегося в питании: бытовых приборов, электроинструментов, радиоаппаратуры. Варианты использования инвертора разнообразны:

• обеспечение непрерывности питания электрических устройств и приборов при аварии в сети 220 вольт;
• организация полной автономности от электросетей;
• при длительных путешествиях на средствах передвижения, использующих в своей работе генераторы или аккумуляторы, например, лодка, самолёт, автомобиль.

Отличаются инверторы друг от друга прежде всего формой выходного сигнала и мощностью. Она и определяет максимальную нагрузку, которую можно подключить к устройству.

Виды и типы приборов

Инверторы различаются по принципу действия. Первые устройства выпускались механического типа. Затем, им на смену пришли полупроводниковые, а современная схемотехника уже построена на импульсных блоках. Различают следующие принципы построения схем:

1. Мостового типа (бестрансформаторная). Применяется для устройств питания с мощностью более 500 ВА и выше.
2. С применением трансформатора с нулевым выводом. Предназначены для устройств питания с мощностью до 500 ВА.
3. Трансформаторная мостовая схема. Применяется для устройств питания в широком диапазоне мощностей до десяток киловатт.

Кроме этого их разделяют, в зависимости от требований к питающему напряжению, на однофазные и трёхфазные приборы. По виду выходного сигнала бывают:

• с прямоугольной формой;
• со ступенчатой формой;
• с синусоидальной формой.

Для техники и устройств, которые не требуют правильного синусоидального сигнала, такие как нагреватели, осветители, применяются преобразователи с прямоугольной, трапецеидальной, треугольной формой выходного напряжения. Основным преимуществом таких преобразователей является невысокая цена.

Для оборудования, требующего надёжного питания, используются инверторы с правильной синусоидальной формой сигнала. Такое оборудование стоит существенно дороже, но и его стабильность выше.

Основные характеристики преобразователей

В первую очередь, при выборе учитывается мощность инвертора. Нужная мощность рассчитывается суммарно исходя из нагрузки, планируемой к подключению с добавлением 25% к полученному результату. Это позволяет не перегружать преобразователь и создаёт для него наилучшие условия работы. Наибольшей популярностью пользуются инверторы с мощностью до 5000Вт, но для подключения всех домашних потребителей энергии может не хватить и 15000ват. Для переносных устройств используют инверторы с нагрузочной способностью до 1 кВт.

Кроме номинальной мощности, существует её пиковое значение — это наибольший уровень мощности, которое может кратковременно выдержать инвертор без негативных последствий для его работы. В описаниях параметров устройства указывается чаще всего именно её величина.

Необходимо понимать, что мощность при включении ряда приборов, использующих в своей конструкции двигатели или мощные пусковые конденсаторы, отличается от номинальной. Это такие устройства, как насосы, холодильники, стиральные машинки, пылесосы, которые при включении потребляют пиковую мощность. В то же время такая техника, как телевизор, компьютер, лампа, магнитофон, не превышает номинальное значение своей мощности. Мощность приборов измеряется в вольт-амперах (ВА), но часто можно встретить её указание в ватах (Вт). Зависимость между этими единицами измерения описывается отношением: 1 Вт=1,6 ВА.

Немаловажным параметром является и форма выходного сигнала. Правильная синусоида характеризуется частотой напряжение и плавностью его изменения. Этот параметр важен для систем с активной мощностью. К таким устройствам относятся: электродвигатели, насосы, компрессоры. В большинстве случаев для питания бытовой техники подойдут преобразователи с модифицированной синусоидой. Также к техническим характеристикам инвертора с 12 на 220 вольт относят:

1. Допустимый диапазон входного напряжения. Обозначает амплитуду входного сигнала, при котором обеспечивается стабильность в работе устройства.
2. Уровень наименьшего и наибольшего выдаваемого напряжения. Составляет не более 10 вольт от номинального значения.
3. Значение коэффициента полезного действия (КПД). Хорошими показателями считается диапазон от 85 до 90 процентов.
4. Класс защиты. Должен быть не ниже степени IP54 по международной классификации.
5. Система охлаждения. Может использоваться пассивная или активная с применением вентиляторов.
6. Дополнительные возможности. Наиболее востребованными функциями является защита от короткого замыкания, перегруза, перегрева, повышенной амплитуды входного сигнала. Из сопутствующих атрибутов обращается внимание на удобство подключения к клеммам, форму и вес устройства.

При выборе потребуется определиться, для какого типа устройств будет использоваться преобразователь тока с 12 на 220 вольт. Для систем автономной работы рассматривается возможность параллельного подключения инвертора к аккумуляторным батареям и сети переменного тока. Например, для системы автономного отопления.

Популярные производители

При выборе стоит обращать внимание и на производителя продукции. Как показывает практика, разные модели могут иметь одинаковые характеристики, что затрудняет правильный выбор. Наиболее популярными компаниями, производящими инверторы, являются:

1. Titan. Основанная в 1989 году в Тайване компания имеет огромное количество дистрибьюторов на различных рынках мира. Вся их продукция сертифицирована и соответствует стандартам CE, TUV, UL и ISO 9001. Техника отличается продуманной системой охлаждения и надёжностью.
2. Energenie. Является брендом компании Gembird. Специфика производства направлена на то, чтобы тем или иным способом экономить электроэнергию. Голландский производитель выпускает доступную технику с хорошими техническими характеристиками.
3. Luxeon. Компания выделяется привлекательным дизайном своих устройств. В продукции производитель использует новаторские разработки инженеров многих стран мира. Продукция выпускается на крупнейших производственных мощностях, оборудованных современными технологическими линиями в различных странах.
4. Powercom. За короткий срок фирма заняла лидирующие позиции в отрасли на Тайване и вышла на мировой рынок. Основным достоинством, по сравнению с другими компаниями, является наличие в приборах всевозможных дополнительных функций, и это всё при низкой цене. Корпорация принимает участие в научно-исследовательских разработках в области обеспечения электропитанием.

Компании с именем следят за соблюдением технического процесса на всех стадиях изготовления устройства. Такие производители имеют обширную сеть сервисных центров по всей Европе, что позволяет без труда проводит гарантийное и послегарантийное обслуживание продукции.

Самостоятельное изготовление устройства

Если по каким-то причинам не получается приобрести преобразователь напряжения 12в на 220в, то инвертор своими руками несложно изготовить и в домашних условиях. В первую очередь это относится к аналоговым устройствам, радиодетали для которых можно взять из старой техники. Кроме того, при самостоятельной сборке получится разобраться в нюансах построения, что может пригодиться для осуществления ремонта приборов такого типа.

Простой и надёжный инвертор

Существует большое количество разнообразных схем преобразователей. Работа их основана на использовании задающего генератора, управляющего работой транзисторных ключей. А они, в свою очередь, передают импульсный сигнал на трансформатор, задача которого преобразовать сигнал до уровня 220 вольт. Использование в качестве ключей мощных полевых транзисторов (мосфетов) значительно упрощает схемотехнику устройств.

Применяя в качестве генератора специализированную микросхему КР1211ЕУ1, имеющую два мощных канала для управления ключами, можно собрать надёжное и несложное устройство.

К выходам микросхемы, прямому и инверсному, подключаются мосфеты IRL2505. Сопротивление открытого канала IRL2505 составляет всего 0,008 Ом. Это даёт возможность не использовать радиаторы при требуемой мощности до 100 Вт.

Частота генерации микросхемы задаётся цепочкой R1-С1 и рассчитывается по формуле: f=70000/(R1*C1). Цепочка R2-C2 предназначена для плавного запуска генератора. В качестве линейного стабилизатора DA2 используется 78L08, с напряжением стабилизации +8 вольт. Резисторы используются мощностью 0,25 ватт. Конденсатор С1 ставится плёночного типа, а С6 любого вида, но рассчитанный на номинальное напряжение не менее 400 вольт. Трансформатор используется с обмотками, рассчитанными на 220 и 12 вольт.

Схема на транзисторах

В качестве основы для изготовления конструкции используется генератор, работающий на частоте 57 Гц. Задающий генератор управляет работой силовых ключей, выполненный на мощных полевых транзисторах. Эти транзисторы можно заменить на IRFZ40, IRF3205, IRF3808, а биполярные на КТ815/817/819/805.

Мощность инвертора зависит от количества комплементарных пар полевиков на выходе и характеристик трансформатора. Напряжение на выходе составляет 220–260 вольт. При использовании двух пар транзисторов мощность достигает 300 ватт. Такой преобразователь не требует наладки и при правильной сборке и исправных радиодеталях работает сразу. При работе без нагрузки ток потребления составляет до 300 мА. Для надёжной работы транзисторы устанавливаются на теплоотвод через изоляционные прокладки. Силовые дорожки, в случае развода на печатной плате, выполняются шириной не менее 5 мм или проводом сечением от 0,75 мм2.

Суть работы устройства заключается в преобразовании постоянного напряжения в переменное, после чего сигнал подаётся на повышающий трансформатор. Первичная обмотка повышающего трансформатора с 12 на 220 вольт имеет меньшее количество витков, чем вторичная. При протекании тока в первичной обмотке, под действием переменного магнитного поля, на вторичной обмотке возникает электродвижущая сила (ЭДС). При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток. Для расчёта трансформатора можно воспользоваться справочниками или онлайн-калькуляторами, но проще взять готовый из ненужного источника бесперебойного питания.

Мощный повышающий прибор

Такие преобразователи изготавливаются по сложным схемам и сложны для повторения даже опытным радиолюбителям. Например, схема инвертора 12 в 220 на 3000Вт:

Своими руками выполнить такую схему практически невозможно, так как потребуется не только правильно рассчитать трансформаторы, но и верно настроить задающий генератор. А такие операции выполнить без специального оборудования затруднительно.

Генератор выполнен на микросхеме TL081. Его питание осуществляется девяти вольтовым стабилизатором. Сигнал в микросхеме преобразуется, уменьшается по частоте и подаётся на силовые ключи. В схеме реализована защита выхода от перегрузки, а вход защищается плавким предохранителем от перенапряжения.

Таким образом, выполнить самостоятельно преобразователь мощности до 500 ватт не составит труда, но если понадобится изготовить более мощное устройство, то целесообразнее купить готовое.