Схема инвертора 12 220в чистый синус

Преобразователь 12/220В с синусом на выходе.

Автор: Евдокимов А.В.
Опубликовано 25.11.2008

Предисловие.
Около месяца назад я искал в нете схему простого преобразователя 12/220в с "чистым" синусом на выходе и к своему удивлению обнаружил, что её нет. Всё что обычно предлагается, сводится либо к получению псевдосинуса путём преобразования без использования низкочастотного повышающего трансформатора, либо к совету использовать усилитель D-класса, управляемый опорным синусоидальным напряжением. В качестве устройства управления и генерации синусоиды предлагается применять микроконтроллер. Либо даётся ссылка на смартапс. В общем, получается не слишком просто. Пришлось потратить довольно много отпускного времени, чтобы разработать схему более отвечающую требованиям простоты и "чистоты" синуса.

Характеристики:
Входное напряжение 12. 14В
Выходное напряжение 50Гц 220+/-2В
Максимальная мощность 50Вт
КПД 84. 90%.

Работа.
Задающий генератор, источник опорного напряжения и компаратор собраны на DA2. Внешние элементы DD1 и DD2 повторяют внутреннюю структуру TL494, в той её части, которая неустойчиво работает на низких частотах (ложные срабатывания D-триггера).
Далее с помощью ФНЧ подавляются верхние гармонические составляющие ШИМ. ФНЧ состоит из двух частей. Первая- DA1.1, ФНЧ с гладкой характеристикой АЧХ. Второй- DA1.2 режекторный фильтр с частотой подавления 150Гц. Анализ показывает, что в ШИМ содержаться только первая и нечётные гармоники, потому такого фильтра оказывается достаточно, чтобы сформировать "красивый" синус (осциллограмма 2). А, поскольку уровень первой гармоники практически линейно зависим от скважности, то получаем хорошо управляемый синус с точной постоянной составляющей, равной +2,5В. Далее, дополнительно получаем инверсную синусоиду (вывод 14 DA1.4).
На DA3, DA5, VT1, VT2 собран первый канал УНЧ класса D. Второй канал соответственно собран на DA4, DA7, VT3, VT4. На выходе первого и второго канала УНЧ формируются противофазные синусоиды (осциллограмма 3).
С выхода трансформатора, через диодный мост подаётся обратная связь по выходному напряжению. Таким образом выходное напряжение стабилизируется.

Конструкция и детали.
Трансформатор TV1 это доработанный ТП60-2, который применялся в знаменитом видеомагнитофоне "Электроника ВМ-12". С трансформатора сматываются все вторичные обмотки, и вместо них наматывается одна обмотка, содержащая 33 витка обмоточного провода диаметром 0,7мм, сложенного всемеро. Можно использовать и медную шину, подходящую по площади сечения. При подаче напряжения 220В на вторичной (в преобразователе она первичная) обмотке трансформатора, на холостом ходу, напряжение составляет 6,5В.
Дроссели L1 и L2 наматываются на ферритовых кольцах типоразмера 24*13*9,7мм и содержат 22 витка обмоточного провода диаметром 1,5мм. К сожалению марка и магнитная проницаемость этих ферритовых колец мне неизвестна. Они используются во вторичных цепях импульсных компьютерных блоков питания типа ATX.
Транзисторы и микросхемы драйверов DA5, DA7 можно найти на материнских платах.
Все транзисторы устанавливаются на один радиатор площадью 15. 20см2. Для их изоляции от радиатора используются слюдяные прокладки.
Конденсаторы С21. С24 типа К73-17 на напряжение 63В.
Конденсатор С25 типа К73-17 на напряжение 630В.
Диоды можно использовать любые, с максимальным обратным напряжением не менее 400В.
Резисторы R44, R45 мощностью не менее 0,25Вт.

Настройка.
1. Отсоединить первичную обмотку трансформатора.
2. Резистором R9 установить частоту следования импульсов 100Гц на выходе DA2 (осциллограмма 1).
3. Проверить наличие синусоидального сигнала (осциллограмма 2) на выводах 7 и 14 DA1. Сигналы должны быть противофазны, но одинаковы по форме.
4. Резисторами R22 и R31 установить сигнал на выходе первого канала УНЧ согласно осциллограмме 3. Тоже проделать со вторым каналом (R24 и R34).
5. Установить подвижный контакт резистора R4 в верхнее по схеме положение.
6. Подключить к выходу преобразователя эквивалент нагрузки. Можно использовать лампу накаливания мощностью 25Вт.
7. Подключить первичную обмотку трансформатора.
8. Резистором R4 установить напряжение 220В на выходе преобразователя.

Решил посветить отдельную статью изготовлению DC AC повышающего преобразователя напряжения на 220В. Это конечно отдалённо относится к теме светодиодных прожекторов и ламп, но такой мобильный источник питания широко применяется дома и в автомобиле

Бюджетные модели автомобильных инверторов 12 в 220 Вольт имеют не особо качественную синусоиду на выходе. Модели помощней на 2000вт, 3000вт, 5000вт с чистой синусоидой стоят уже слишком дорого, хотя отличаются только на 6 транзисторами на выходе. Делать преобразователь с 12 на 220 своими руками на 300-500вт не особо рационально, а делать мощный выгодно, стоимость в магазине будет от 5000 руб.

Для получения постоянного тока на выходе смотрите повышающие преобразователи напряжение DC DC.

  • 1. Варианты сборки
  • 2. Конструкция преобразователя напряжения
  • 3. Синусоида
  • 4. Пример начинки преобразователя
  • 5. Сборка из ИБП
  • 6. Сборка из готовых блоков
  • 7. Радиоконструкторы
  • 8. Схемы мощных преобразователей

Варианты сборки

Существует 3 оптимальных способы изготовления инвертора 12 в 220 своими руками:

  1. сборка из готовых блоков или радиоконструкторов;
  2. изготовление из источника бесперебойного питания;
  3. использование радиолюбительских схем.

У китайцев можно найти хорошие радиоконструкторы и готовые блоки для сборки преобразователей постоянной тока в переменный 220В. По цене этот способ будет самый затратный, но требуется минимум времени.

Второй способ, это апгрейд источника бесперебойного питания (ИБП), который без аккумулятора в больших количествах продаются на Авито и стоят от 100 до 300руб.

Самый сложный вариант это сборка с ноля, без радиолюбительского опыта никак не обойтись. Придется изготавливать печатные платы, подбирать компоненты, работы очень много.

Читайте также:  Странные сообщения в whatsapp

Конструкция преобразователя напряжения

Рассмотрим конструкцию обычного повышающего преобразователя напряжения с 12 на 220. Принцип работы для всех современных инверторов будет одинаковым. Высокочастотный ШИМ контроллер задаёт режим работы, частоту и амплитуду. Силовая часть выполнена на мощных транзисторах, тепло с которых отводится на корпус устройства.

На входе преобразователя с 12 на 220 установлен предохранитель, защищающий от короткого замыкания автомобильный аккумулятор. Рядом с транзисторами крепится термодатчик, который следит за их нагревом. В случае перегрева инвертора 12в 220в включается система активного охлаждения состоящая из одного или нескольких вентиляторов. В бюджетных моделях вентилятор может работать постоянно, а не только при высокой нагрузке.

Силовые транзисторы на выходе

Синусоида

Форма сигнала на выходе автомобильного инвертора формируется за счёт высокочастотного генератора. Синусоида может быть быть двух видов:

  1. модифицированная синусоида;
  2. чистая синусоида, чистый синус.

Не каждый электрический прибор может работать с модифицированной синусоидой, которая имеет прямоугольную форму. У некоторых компонентов в меняется режим работы, они могут нагреваться и начать шабарчать. Похожее можно получить,если диммировать светодиодную лампу, у которой яркость не регулируется. Начинается треск и мигание.

Дорогие DC AC повышающие преобразователи напряжения 12в 220в имеют на выходе чистый синус. Стоят гораздо дороже, но электрические приборы отлично с ним работают.

Пример начинки преобразователя

Сборка из ИБП

Чтобы ничего не изобретать и не покупать готовые модули, можно попробовать компьютерный источник бесперебойного питания, сокращенно ИПБ. Они рассчитаны на 300-600вт. У меня Ippon на 6 розеток, подключено 2 монитора, 1 системник, 1телевизор, 3 камеры наблюдения, система управления видеонаблюдением. Периодически перевожу в рабочий режим отключением от сети 220, чтобы батарейка разряжалась, иначе срок службы сильно сократиться.

Коллеги электрики подключали обычный автомобильный кислотный аккумулятор к бесперебойнику, отлично работал непрерывно 6 часов, смотрели футбол на даче. В ИБП обычно встроена система диагностики гелевого аккумулятора, которая определяет его низкую емкость. Как она отнесется к автомобильному неизвестно, хотя основное отличие, это гель вместо кислоты.

Начинка ИБП

Единственная проблема, бесперебойнику могут не понравится скачки в автомобильной сети при заведённом двигателе. Для настоящего радиолюбителя эта проблема решается. Можно использовать только при заглушенном двигателе.

Преимущественно ИБП предназначены для кратковременной работы, когда пропадает 220В в розетке. При длительной постоянной работе очень желательно поставить активное охлаждение. Вентиляция пригодится для стационарного варианта и для автомобильного инвертора.

Как и все приборы, он непредсказуемо себя поведёт при запуске двигателя с подключённой нагрузкой. Стартёр машины сильно просаживает Вольты, в лучшем случае уйдёт в защиту как при выходе батареи из строя. В худшем будут скачки на выходе 220V, синусоида исказится.

Сборка из готовых блоков

Повышатель на 150 Ватт

Для сборки стационарного или автомобильного инвертора 12в 220в своими руками можно использовать готовые блоки, которые продаются на Ебее или у китайцев. Это сэкономит время на изготовление платы, пайку и окончательную настройку. Достаточно добавить к ним корпус и провода с крокодилами.

Приобрести можно и радиоконструктор, который укомплектован всеми радиодеталями, остаётся только спаять.

Примерная цена на осень 2016:

  1. 300вт – 400руб;
  2. 500вт – 700руб;
  3. 1000вт – 1500руб;
  4. 2000вт – 1700руб;
  5. 3000вт — 2500руб.

Для поиска на Aliexpress укажите запрос в поисковой строке «inverter 220 diy». Сокращение «DIY» обозначает для «сборки своими руками».

Плата на 500W, выход на 160, 220, 380 вольт

150вт

Инвертор 50 Ватт

Автоинвертор 300вт

Радиоконструкторы

Радиоконструктор стоит дешевле, чем готовая плата. Самые сложные элементы могут быть уже находится на плате. После сборки практически не требует настройки, для которой необходим осциллограф. Разброс параметров радиокомпонентов и номиналы неплохо подобраны. Иногда в пакетик кладут запасные детали, вдруг по неопытности ножку оторвёте.

Радиоконструктор на 1000вт

Радиоконструктор на 2000 вт

Схемы мощных преобразователей

Мощный инвертор в основном используют для подключения строительных электроинструментов при строительстве дачи или фазенды. Маломощный преобразователь напряжения на 500вт от мощного на 5000 — 10000 Ватт отличается количеством трансформаторов и силовых транзисторов на выходе. Поэтому сложность изготовления и цена практически одинаковые, транзисторы стоят недорого. По мощности оптимально 3000вт, можно подключить дрель, болгарку и другой инструмент.

Покажу несколько схем инверторов с 12, 24, 36 на 220В. Такие ставить в легковой автомобиль не рекомендуется, можно случайно электрику подпортить. Схемотехника DC AC преобразователей 12 на 220 простая, задающий генератор и силовая часть. Генератор делают на популярной TL494 или аналогах.

Большое количество схем повышателей с 12v на 220v для изготовления своими руками можно найти по ссылке
http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/preobrazovateli_naprjazhenija/101-4
Всего там около 140 схем, половина из них повышающие преобразователи с 12, 24 на 220В. Мощности от 50 до 5000вт.

После сборки потребуется наладка всей схемы при помощи осциллографа, желательно иметь опыт работы с высоковольтными схемами.

Для сборки мощного инвертора на 2500 Ватт потребуется 16 транзисторов и 4 подходящих трансформатора. Стоимость изделия будет немалая, сопоставимая со стоимостью похожего радиоконструктора. Плюсом таких затрат будет чистый синус на выходе.

Сергей, здравствуйте!
У меня вопросик: есть DC12->AC220 конвертер на 300W, питаю им комп. Всё работает прекрасно около 1-2 часов (потребление примерно 120W). Но когда конвертеру нехватает энергии, он делает дикий писк и сразу резко отрубает выход. При этом в батарее остаётся примерно 11.5 вольт. Конвертер — китайский, но по внеш.виду вполне добротный.
Сам вопрос: почему так происходит если в батарее всё ещё дофига энергии и как это дело улучшить, чтобы конвертер высасывал энергию хотя бы до половины. В идеале — ещё и попищал немного перед тем, как сдохнуть. 🙂 Огромное спасибо за любую помощь!

Читайте также:  Шумит динамик на ноутбуке

При напряжении 11,5 вольт аккумулятор разряжен и конвертеру не хватает энергии для работы, вот он и отключается.

Здравствуйте. Скажите пожалуйста, можно ли аккумулятор подключить к преобразователю на выходе подключить БП, и подключить обратно аккумулятор. Создать так называемую замкнутый контур. Будет ли система работать?

Лучше попробуйте, так будет надежней.

Здравствуйте Сергей, схем инверторов очень много, у всех свои недостатки, но один из важдейших критериев отбора ( по моему мнению) является потребление инвертора без нагрузки, к примеру у меня инвертор чистый синус 1000w, работает отлично, запускает любой инструмент и быт. технику, но ток потребления без нагрузки 8 А. Заряжаются аккумуляторы от солнечных панелей, за сутки он может посадить что угодно, хотелось что бы Вы посоветовали самый экономичный вариант инвертора, в линейке 12/220 от 1000 до 3000кВт. Спасибо!

Это вам на форум по источникам альтернативного питания. Не встречал тестов и обзоров на ток холостого режима. Для работы с солнечными батареями вы выбрали неудачное напряжение на 12 вольт. Лучше всего минимум 24V или 36V, КПД инвертора вырастет.

Доброго дня! Сергей подскажите пожалуйста такой вопрос. Если с бытовой сети через выпрямитель взять 12 В (к примеру мощностью 300 Вт) и запитать инвертор, который потребляет 12 В и производит 3000 Вт, можно экономить электроэнергию и платить в 10 раз меньше? Так ли это? За ответ буду благодарен!

Так не получится. Он будет потреблять 4000вт и отдавать 3000вт.

Дорогой Сергей! Я, старый любитель (начинал в конце сороковых со старых стеклянных ламп, трофеев — Е серии и универсальных RW12/2000), впервые набрёл на Ваш сайт, и он мне понравился. Весьма практичные советы, понятные новичкам, материалов много и разных. Спасибо, и успехов Вам .

Хорошо что вам понравилось содержание.

Я просто ржу. Модифицированная синусоида, это как? Синусоида она и в «африке» синусоида как она может быть модифицированной? ну Вы меня рассмешили. Можно даже какую-нибудь шутку придумать или анегдот.

Бывает прямоугольная синусоида, бывает китайская синусоида, разновидностей стало много.

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.

Схемы разные бывают.

Здравствуйте, Сергей! У Вас все так здорово, ловко и убедительно! Но с моими без малого 70 непросто во все это вникать. А надо… Не поможете мне со схемой преобразователя с 54 или 100 В DC на 220 АС мощность- 200 Вт. Оплату гарантирую. Спасибо.

Не помогу, такими мелочани не занимаюсь. Такой блок проще купить, модель называется с B900W, 3 недели назад себе такой заказал, стоит 1200 руб.

«В ИБП обычно встроена система диагностики гелевого аккумулятора, которая определяет его низкую емкость. Как она отнесется к автомобильному неизвестно, хотя основное отличие, это гель вместо кислоты.»
— До чего же стойко в народе невежественное заблуждение про «гелевые аккумуляторы» в ИБП. Нет там гелевых АКБ! В них применяются аккумуляторы AGM, в которых обычный электролит находится «впитанным» в стеклотряпке между пластин (Гугл в помощь). «Система диагностики аккумулятора» в ИБП относится к автомобильному АКБ как к родному.

«Как и все приборы, он непредсказуемо себя поведёт при запуске двигателя с подключённой нагрузкой. Стартёр машины сильно просаживает Вольты, в лучшем случае уйдёт в защиту как при выходе батареи из строя. В худшем будут скачки на выходе 220V, синусоида исказится.»
— ИБП при запуске стартером просто сразу отрубается, так что ни каких скачков дальше уже просто не будет.

«Единственная проблема, бесперебойнику могут не понравится скачки в автомобильной сети при заведённом двигателе. Для настоящего радиолюбителя эта проблема решается. Можно использовать только при заглушенном двигателе.»
— Такой ИБП как на картинке (Ippon) отлично работает при заведённом двигателе.

Бесперебойники бывают разные, старые и новые.

где можно приобрести радиоконструктор, который укомплектован всеми радиодеталями

Теория
Достижение выхода синусоидальной волны довольно сложно и не может быть рекомендовано для инверторов, потому что электронные устройства обычно не "любят" экспоненциально возрастающие токи или напряжения. Поскольку инверторы в основном изготавливаются с использованием твердотельных электронных устройств, синусоидальная форма волны обычно исключается.

Электронные силовые устройства при работе с синусоидальными волнами дают неэффективные результаты, так как устройства, как правило, греются по сравнению при работе с прямоугольными импульсами.

Таким образом, лучший вариант для реализации синусоидальной волны на инверторе это – ШИМ, что означает широтно-импульсную модуляцию или PWM .

PWM-это усовершенствованный способ (цифровой вариант) выставления экспоненциальной формы волны через пропорционально изменяющиеся квадратные ширины импульсов, чистое значение которых вычисляется точно в соответствии с чистым значением выбранной экспоненциальной формы волны, здесь "чистое" значение относится к СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОМУ значению. Поэтому вычисленная ШИМ со ссылкой на данную синусоидальную волну может использоваться в качестве идеального эквивалента для репликации данной синусоиды. Кроме того, PWMs будет идеально совместимым с электронными приборами силы (mosfets, BJTs, IGBTS) и позволяет использование их с минимальным тепловыделением.

Читайте также:  Ты бы кажется могла и помолчать

Что такое SPWM
Самый обычный метод производить PWM sinewaver (синусоидную волну) или SPWM, путем подачи нескольких экспоненциально изменчивых сигналов к входу операционного усилителя для необходимой обработки. Среди двух входных сигналов один должен быть намного выше по частоте по сравнению с другим.

Использование двух входных сигналов
Как упоминалось в предыдущем разделе, процедура включает подачу двух экспоненциально изменяющихся сигналов на входы операционного усилителя.
Здесь операционный усилитель сконфигурирован как типичный компаратор, поэтому мы можем предположить, что операционный усилитель мгновенно начнет сравнивать мгновенные уровни напряжения этих двух наложенных сигналов в тот момент, когда они появляются или применяются к его входам.

Для того чтобы операционный усилитель мог правильно реализовать необходимые синусоидальные ШИМ на своем выходе, необходимо, чтобы один из сигналов имел гораздо более высокую частоту, чем другой. Более медленная частота здесь-та, которая должна быть синусоидальной волной образца, которая должна имитироваться (реплицироваться) PWMs.

В идеале, оба сигнала должны быть синусоидальными (один с более высокой частотой, чем другой), однако то же самое может быть реализовано путем включения треугольной волны (высокая частота) и синусоидальной волны (выборочная волна с низкой частотой). Как видно на следующих изображениях, высокочастотный сигнал неизменно подается на инвертирующий вход ( – ) операционного усилителя, в то время как другой более медленный синусоидальный сигнал подается на не инвертирующий ( + ) вход операционного усилителя. В худшем случае оба сигнала могут быть треугольными волнами с рекомендуемыми уровнями частоты, как описано выше. Тем не менее, это поможет в достижении достаточно хорошего эквивалента PWM sinewave.

Сигнал с более высокой частотой называется несущим сигналом, в то время как более медленный сигнал выборки называется модулирующим входом.

Создание SPWM с треугольной и сухожильной волной
Обращаясь к приведенному выше рисунку, возможно ясно визуализировать через нанесенные точки различные совпадающие или перекрывающиеся точки напряжения двух сигналов в течение заданного промежутка времени. Горизонтальная ось показывает период времени формы волны, пока вертикальная ось показывает уровни напряжения тока 2 одновременно бежит, наложенной формы волны. Рисунок информирует нас о том, как операционный усилитель будет реагировать на показанные совпадающие мгновенные уровни напряжения двух сигналов и производить соответственно меняющуюся синусоидальную ШИМ на своем выходе. Операционный усилитель (ОУ) просто сравнивает, уровни напряжения тока волны быстрого треугольника меняя мгновенно синусоидальную волну (это может также быть волна треугольника), и проверяет случаи, во время которых напряжение тока формы волны треугольника может быть ниже, чем напряжение тока волны синуса и отвечает немедленно создавать высокую логику на своих выходах.

Это сохраняется до тех пор, пока потенциал волны треугольника продолжает быть ниже потенциала волны синуса, и момент, когда потенциал волны синуса обнаружен, чтобы быть ниже, чем мгновенный потенциал волны треугольника, выходы возвращаются с минимумом и выдерживают, пока ситуация не повторяется.

Это непрерывное сравнение мгновенных уровней потенциала двух наложенных друг на друга волновых форм на двух входах операционных усилителей приводит к созданию соответственно изменяющихся ШИМ, которые могут точно повторять синусоидальную форму, приложенную к не инвертирующему входу операционного усилителя.

Операционный усилитель и SPWM
На следующем рисунке показано моделирование вышеуказанной операции:

Здесь мы можем наблюдать, как реализуется практически, и именно так операционный усилитель будет выполнять то же самое (хотя и с гораздо большей скоростью, в МС).

Операция вполне очевидна и отчетливо показывает, как операционный усилитель должен обрабатывать синусоидальную волну ШИМ путем сравнения двух одновременно меняющихся сигналов на его входах, как описано в предыдущих разделах.

На самом деле операционный усилитель будет обрабатывать синусоидальные ШИМ гораздо более точно, чем показанное выше моделирование, может быть в 100 раз лучше, создавая чрезвычайно однородные и хорошо измеренные ШИМ, соответствующие подаваемому образцу. Синусоида.

Инвертор на ардуино две схемы

Конструкция на самом деле очень проста, как показано на следующем рисунке.

Pin#8 и pin#9 создают ШИМ альтернативно и переключают Мосфеты с такой же ШИМ.
Мосфет в свою очередь наводит на трансформатор сильно токовую форму волны SPWM, используя силу батареи, заставляя вторичку трансформатора произвести идентичную форму волны.

Предлагаемая схема инвертора Arduino может быть обновлена до любого предпочтительного более высокого уровня мощности, просто заменив Мосфеты и трансформатор соответственно, в качестве альтернативы вы также можете преобразовать это в полный мост или Н-мостовой синусоидальный инвертор
Питание платы Arduino

Поскольку плата Arduino будет производить выход 5V, это может быть не идеальное значение для непосредственного управления МОП-транзисторами.

Поэтому необходимо поднимать уровень строба к 12V так, что Мосфеты будут работать правильно без нагрева приборов.

Добавление автоматического регулятора напряжения
Так же, как и на любом другом инверторе, на выходе этой конструкции ток может подняться до небезопасных пределов, когда батарея полностью заряжена.

Чтобы контролировать это добавим автоматический регулятор напряжения тока.
Коллекторы BC547 должны быть подключены к основаниям левой пары BC547, которые подключены к Arduino через резисторы 10K.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector