Схема инвертора 12 220в чистый синус. Необходимость схем инверторов с чистой синусоидой

Преобразователь 12/220В с синусом на выходе.

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.

P.S.
По моему схема легко поддаётся масштабированию в сторону увеличения мощности. В принципе, схема, с соответствующими доработками пригодна и для получения других выходных частот. Например, 60Гц или 400Гц.
КПД, можно несколько увеличить, если заменить дроссели L1 и L2 на более мощные.

Как вам эта статья?

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

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

Во всех этих случаях, достаточно иметь заряженный аккумулятор, и вы сможете полноценно использовать сетевое электрооборудования. Важно! Потребляемая мощность прибора не должна превышать несколько сотен ватт. Более мощные устройства быстро посадят аккумулятор, используемый в качестве донора.

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

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

В продаже имеется большой ассортимент готовых преобразователей.

Мощность варьируется от 150 Вт до нескольких киловатт. Разумеется, для каждой мощности потребителя необходимо подбирать соответствующий аккумулятор. Также необходимо внимательно читать технические характеристики — часто, в рекламных целях, производители указывают на упаковке пиковую мощность, которую преобразователь выдерживает всего несколько секунд. Рабочая мощность, как правило, на 25% — 30% ниже.

Разновидности преобразователей 12 на 220 вольт

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

По форме сигнала выходного напряжения

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

Дело в том, что преобразователи работают не так, как генераторы переменного тока. На входе в устройство подается постоянный ток определенной величины.

Сначала он преобразуется в импульсный (для обеспечения работы повышающего трансформатора), затем из полученного пульсирующего тока формируется синусоидальная кривая, привычная для большинства потребителей переменного напряжения 220 вольт. Для получения гладкой кривой необходима дорогостоящая схема, а большинство производителей стараются предложить покупателю экономную цену.

Зарядным устройствам и блокам питания ноутбуков подойдет и модифицированная кривая. А звуковоспроизводящая аппаратура может работать с перебоями и сильными помехами. Некоторые блоки питания, например, в LED телевизорах, сильно греются при таком входном сигнале.

Имеются случаи выхода из строя блоков питания. Устройства с электродвигателями (например, компрессор холодильника или насос газового котла) также может работать со сбоями при подключении к преобразователю с модифицированным синусом.

По реализации повышающей функции. Способов получить переменное напряжение из постоянного достаточно много. Рассмотрим основные из них:

Трансформаторные устройства

Имеют достаточно примитивную, но при этом эффективную конструкцию. Это самый простой преобразователь, который можно собрать своими руками.

При помощи мультивибратора постоянный ток преобразуется в импульсный, с частотой 50 Гц. Затем повышающий трансформатор преобразует напряжение до уровня 220 вольт, на выходе монтируется стабилизатор.

Недостатком такой компоновки является большой размер и невозможность получить чистый синус. Но для простейших задач (работа зарядного устройства или паяльника) вполне сгодится. Главная задача, которую нужно решить – как намотать трансформатор для преобразователя. Подойдет тороидальный сердечник (для компактности) от любого ненужного блока питания.

Понятное дело, во вторичной обмотке витков должно быть больше в соответствие с коэффициентом повышения. Мощность подобных устройств обычно не превышает 200 Вт.

Следующий тип преобразователей – на задающем генераторе. Обычно для этих целей используется микросхема КР1211ЕУ1. Главная деталь преобразователя отечественного производства, поэтому ее стоимость невысокая. После того, как генератор задаст переменное напряжение – сигнал уходит на ключи, выполненные на транзисторах IRL2505.

Далее подключается повышающий трансформатор, на выходе которого сформировано переменное напряжение 220 вольт. Для снижения влияния высокочастотных импульсов, которые многократно усиливаются на вторичной обмотке – установлен подавляющий конденсатор.

Мощность преобразователя может достигать 500 Вт, в зависимости от трансформатора. Его подбирают с запасом, превышающим номинал в 2,5 раза. Нагрузка на остальные элементы не такая высокая. Например, при выходной мощности, не превышающей значение 200 Вт, ключевые транзисторы работают без радиаторов.

Схема настолько удачная, что ее применяют многие производители в промышленных преобразователях. А доступность элементной базы позволяет собрать преобразователь с 12 на 220 своими руками.

Более совершенными с технической точки зрения являются преобразователи на ШИМ контроллерах. Такие устройства на выходе дают чистый синус, а также имеют высокий КПД.

Совершенная схема позволяет создать мощные устройства (1-2 кВт) при относительно компактных размерах. Габариты определяют радиаторы охлаждения и система вентиляции. Высокая стоимость элементной базы выводит прибор из разряда бюджетных.

Однако в сравнении с промышленными образцами, экономия при самостоятельной сборке существенная. Такой преобразователь осилит и питание холодильника. А качественная форма выходного сигнала позволит подключать требовательные потребители – телевизоры и музыкальные центры.

Важно! Не стоит забывать, что высокая выходная мощность преобразователя потребует емкого первичного источника электроэнергии. Для продолжительной работы при нагрузке 800-1000Ви, аккумуляторная батарея должна быть не менее 100 а/ч.

Однако наибольшим спросом все же пользуются компактные устройства, предназначенные для питания гаджетов поменьше. Схема преобразователя 12 220 на транзисторах доступна каждому радиолюбителю, умеющему держать в руках паяльник.

Собрав такую схему в аккуратном корпусе, можно установить ее в автомобиле, и у вас будет настоящая бортовая розетка 220 вольт.

Лучший самодельный преобразователь:
Если у вас в компьютерном блоке бесперебойного питания приказала долго жить аккумуляторная батарея, у вас появляется прекрасный донор для создания автономного источника 220 вольт. Преобразователь из бесперебойника практически не требует вмешательства со стороны.

Достаточно подключить более мощную батарею (например, автомобильную) и преобразователь готов.
Изучив наш материал – вы сможете не только выбрать подходящий в магазине, но и сделать его самостоятельно.

Смотрите ниже: Преобразователь с 12 на 220 — видео, схема, подробная инструкция

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

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:

сборка из готовых блоков или радиоконструкторов;
изготовление из источника бесперебойного питания;
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.

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 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:

модифицированная синусоида;
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

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:

300вт – 400руб;
500вт – 700руб;
1000вт – 1500руб;
2000вт – 1700руб;
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

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.

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.

Дополнительный фильтр

Разработкой схем инвертора с чистой синусоидой заняты не только многие народные умельцы, но и научно-технические центры. Инверторы, или блоки бесперебойного питания, приобрели популярность с развитием компьютерных технологий. Сбои в программном обеспечении, потеря информации при внезапном отключении питания вынудили принять необходимые меры безопасности. Первые устройства выдавали импульсное напряжение прямоугольной формы – меандр. Они обеспечивали небольшой промежуток времени, в течении которого можно было сохранить информацию и выполнить штатное выключение компьютера. Дальнейшие разработки позволили создать усовершенствованные модели преобразователей.

Увеличение емкости аккумуляторов, номинальной мощности инверторов позволило не только увеличить время работы компьютеров, но и применить ИБП для работы других устройств и приборов при перебоях в электроснабжении.

Первый опыт эксплуатации показал, что длительная работа оборудования на импульсном напряжении приводит к ускоренному износу и отказу техники. Определенные категории оборудования оказались не способными работать на напряжении, отличающемся от синусоиды. Мощность источников питания не позволяла подключать несколько устройств одновременно.

Возникла необходимость в инверторах с синусоидальной формой напряжения, способных выдержать нагрузку в несколько киловатт. Частичное решение проблемы было найдено. Производители предложили преобразователи с квази – синусом. Такая форма представляет собой синусоиду, состоящую из множества небольших ступенек.

Естественная и искусственная синусоида

Рисунок 1. Схема питания преобразователя.

Синусоидальная форма напряжения, вырабатываемая промышленными генераторами, создается вращением полюсов магнитного поля. Работа электродвигателей основана на создании электроэнергией вращающегося магнитного поля для воздействия на ротор. При форме напряжения, отличающейся от синусоиды, вращение ротора будет происходить неравномерно, с ускорением или замедлением, что отразится на техническом состоянии двигателя и рабочей части.

Использование напряжения искаженной формы пока не прошло достаточных испытаний на практике, поэтому использовать его для питания дорогостоящего оборудования без гарантий производителя нежелательно. Большинство ИБП предназначено для поддержания основных жизненно необходимых функций.

Сетевое напряжение не всегда имеет идеальную форму. Повышающие и понижающие трансформаторные станции, различные виды потребляющего оборудования создают определенные изменения в форму сетевого напряжения. Преобладающее использование индуктивных нагрузок без компенсационных конденсаторных установок создает в сети определенный сдвиг фаз, влияющий на форму синусоиды. Массовое подключение импульсных блоков питания также вносит свою долю искажений, несмотря на наличие фильтров.

Рисунок 2. Установка на выходе фильтра.

Получить чистый синус при использовании радиоэлектронных компонентов довольно сложно. Решение вроде бы лежит на поверхности. Прямоугольный импульс в упрощенном представлении состоит из гармонического ряда синусоид, первая из которых соответствует частоте импульсов. Требуется всего лишь установить на выходе соответствующий фильтр.

Эффективность эксплуатации такого устройства довольно низкая. Значительная часть энергии задержится на элементах фильтра и преобразуется в тепло. Вес и габаритные размеры преобразователя значительно возрастут. Выделить и использовать отфильтрованную энергию для зарядки также довольно сложно. Схема значительно усложнится, возрастет ее стоимость, снизится надежность.

Большинство экспериментаторов сходится во мнении, что модифицированная синусоида вполне приемлема для большинства бытовых и промышленных устройств, приборов.

Вернуться к оглавлению

Схема инвертора с чистым синусом

Питание преобразователя (рис.1) может быть от источника со сложной формой напряжения или постоянного тока. При использовании аккумулятора фильтр Ф и диодный мост М можно не устанавливать. Для работы низковольтной части схемы используется мост М1, собранный на маломощных диодах. Изготовить такую схему своими руками довольно сложно. У исполнителя должен быть определенный опыт выполнения подобных работ.

Рисунок 3. Подгонка катушек под напряжением 220 В.

Схема работает следующим образом. Задающий генератор на микросхеме D5 создает синусоидальный сигнал с частотой 50 Гц. Его схема представляет собой модифицированный вариант генератора Вина. Изменения внесены для увеличения надежности схемы и уменьшения потребления энергии. Контроллеры D1, D2 модулируют синусоидальный сигнал. Для модуляции на микросхемах используются различные входы: прямой и инвертирующий. Поэтому одна сторона запускается при положительной волне, вторая – при отрицательной. С контроллеров выходной сигнал поступает на микросхемы D3, D4, формирующие сигнал для управления транзисторами.

Силовая часть собрана по принципу мостовой схемы. Нагрузка подключается в одну диагональ моста, питающее напряжение – в другую. При прохождении одного из полупериодов ток проходит от минусовой клеммы через VT4, обмотку L1, нагрузку, VT1, плюсовую клемму источника питания. При другом полупериоде работают транзисторы VT2, VT3.

Защита по превышению максимально допустимого тока собрана на резисторах R17-19, R22 и диодах VD11,12. При превышении падения напряжения на резисторах в силовой цепи разница поступает на соответствующие контакты D1, D2, и схема прекращает работу.