Предлагаемый вариант инвертора можно использовать для питания различных бытовых нагрузок мощностью до 300 Вт, не критичных к форме питающего напряжения.

Схема инвертора напряжения 12В на 220В

Для увеличения фото нажмите на изображения

На рис. 1 приведена схема инвертора напряжения 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока. Рассмотрим схему инвертора более подробно. Задающий генератор устройства выполнен на широко используемой микросхеме интегрального таймера типа NE555. Частота колебаний генератора определяется резисторами R2, R3, R4, R5 и конденсатором C1. Точное значение частоты, равное 100 Гц, устанавливается резистором R5. Импульсы с выхода микросхемы NE555 поступают на динамический вход JK-триггера CD4027.

Триггер включён делителем импульсов на два. На выходах Q и инверсное Q микросхемы присутствуют противофазные импульсы частотой 50 Гц, но подавать на силовые ключи такие импульсы не следует. Силовые ключи имеют время на включение и на выключение, и при таких временных параметрах управляющих импульсов неизбежно возникнет сквозной ток через них. Для избежания этого неприятного явления применяется узел, формирующий “мёртвое время” при переключении силовых ключей. Для этих целей служит узел, выполненный на компараторе DA4.1. На неинвертирующий вход компаратора подаётся пилообразное напряжение с конденсатора С1 задающего генератора.

На другой вход компаратора подаётся опорное напряжение. В результате на выходе DA4.1 формируются импульсы по длительности короче, чем на выходах DD1.1. Длительность этих импульсов можно регулировать с помощью резистора R12. С выходов микросхемы DD1.1 и выхода микросхемы DA4.1 импульсы поступают на входы элемента 2И-НЕ CD4011. Только при совпадении высоких уровней напряжения на обоих входах элемента DD2.1 или DD2.2 на выходах этих элементов появится низкий уровень напряжения. Допустим, на выходе элемента DD2.1 появился низкий уровень напряжения.

При этом транзистор VT2 закрыт, и током через резистор R10 открывается транзистор VT4. Эмиттерным током этого транзистора быстро заряжается входная ёмкость мощного полевого МОП-транзистора VT6. Транзистор форсированно открывается и коммутирует полуобмотку силового трансформатора. На выходной обмотке трансформатора появляется полупериод высокого напряжения. При появлении на выходе DD2.2 низкого уровня напряжения, закрывается VT2 и током через резистор R11 открывается транзистор VT5. Эмиттерным током VT5 быстро заряжается входная ёмкость мощного полевого МОП-транзистора VT7.

Этот транзистор коммутирует другую полуобмотку трансформатора. На выходной обмотке трансформатора появляется следующий полупериод высокого напряжения. Когда на выходе элемента DD2.2 низкий уровень напряжения, то на выходе элемента DD2.1 присутствует высокий уровень напряжения, который открывает транзистор VT2, и ёмкость затвора транзистора VT6 быстро разряжается через диод VD3 на общую шину.

Силовой транзистор форсированно закрывается. Так как на выходах элементов DD2.1 и DD2.2 длительность отрицательных импульсов короче, чем полупериод формируемого на выходе микросхемы DD1.1 напряжения, то прежде закрывается транзистор VT6, а затем открывается транзистор VT7 в одном полупериоде формируемого напряжения, в следующий полупериод прежде закрывается транзистор VT7, а затем открывается транзистор VT6.

Таким образом, исключается протекание сквозного тока через силовые МОП-транзисторы. На элементах DA4.2 и DD1.2 выполнен узел защиты от сверхбольшого тока, возникающего при аварийной ситуации. Ток, протекающий через резистор R27, создаёт падение напряжения, которое подаётся на неинвертирующий вход компаратора DA4.2. На второй вход подаётся образцовое напряжение с резистора R24. При превышении опорного напряжения на выходе компаратора появляется напряжение, которое поступает на динамический вход JK-триггера DD1.2. Триггер перекидывается в противоположное состояние.

На прямом выходе Q появляется напряжение и зажигается светодиод HL2, сигнализирующий об аварии. На инверсном выходе триггера напряжение становится близким к потенциалу общей шины, открывается диод VD5 и блокирует прохождение импульсов на выход элементов DD2.1 и DD2.2. Силовые транзисторы в этом случае закрываются. При устранении аварийной ситуации, инвертор можно вновь запустить, нажав кнопку S2. При этом триггер DD1.2 возвращается в исходное состояние.

Запуск инвертора производится путём нажатия кнопки S1, при этом происходит обрыв цепи диода VD6 на общую шину и разблокируется прохождение импульсов на выход элементов DD2.1 и DD2.2. Вторичное нажатие на эту кнопку выключает инвертор. Светодиод HL1 индицирует подключение инвертора к аккумулятору и исправность предохранителя. Электропитание управляющего узла инвертора стабилизировано с помощью интегрального стабилитрона DA2 и транзистора VT1.

Резистор R37 желательно выполнить из материала с высоким удельным сопротивлением. Так как такое малое сопротивление измерить весьма трудно, то длину его определяют расчётным методом. Допустим, 100 см проволоки из нихрома при измерении показали сопротивление 1 Ом; тогда, чтобы получить 0,05 Ома, необходимо взять 5 см этой проволоки. Мощные МОП-транзисторы необходимо применить с малым сопротивлением открытого канала и максимальным импульсным током стока, например, такие: IRFZ44, IRFZ48, IRF1010, IRF3710, STP30NF10, STP40NF10 и аналогичные выпускаемые другими фирмами.

Каждый транзистор необходимо установить на ребристый радиатор от системы охлаждения процессора стационарного компьютера. При работе на максимальной мощности необходимо обдувать радиатор вентилятором, применяемый в комплекте к этому радиатору. Неиспользуемые входы микросхемы CD4011 необходимо подключить к общей шине. Особо необходимо обратить внимание на силовой трансформатор. Для его сердечника необходимо использовать магнитопровод ленточный кольцевой. Такой трансформатор имеет меньший вес, при той же мощности, меньшие габариты и больший КПД, меньшее поле рассеивания, чем трансформатор на броневом сердечнике.

Сердечник желательно взять из холоднокатаной стали Э310, Э320, Э330. Если есть возможность, то применить готовый типоразмера ОЛ80/130-64, если нет, то намотать самостоятельно из ленты толщиной 0,3…0,5 мм на оправке диаметром 80 мм. Внешний диаметр тора – 130 мм, ширина ленты – не менее 64 мм. Намотку ленты необходимо вести как можно плотнее, чтобы коэффициент заполнения стали магнитопровода был высоким. Для примера, приведём ориентировочный расчёт количества витков и диаметр провода для этого сердечника.

Площадь применяемого магнитопровода определяется по формуле:

S = (D – d) х h/2 = (130 – 80) х 64/2 =16 кв.см.

Тогда, при КПД трансформатора 0,95, габаритная мощность трансформатора определяется так:

Pr = P/0,95 = 300/0,95 = 316 Вт.

Необходимая площадь сечения сердечника магнитопровода определяется по формуле:

(Pг)ⁿ/1,25, кв.см,

где n = 1/2.

Подставив значения, получим: Sc = 14,22 кв.см., что менее применённого сечения магнитопровода S, следовательно, размеры магнитопровода выбраны правильно.

Число витков на 1 вольт определяется по формуле:

w(1) = 32/S = 32/16 = 2 вит.

Находим количество витков первичной полуобмотки и вторичной обмотки:

wперв = 2 х 12 = 24 вит.
wвтор = 2 х 220 = 440 вит.

С учётом падения напряжения на сопротивлении обмотки, необходимо увеличить количество витков вторичной обмотки приблизительно на 4%, а именно: до 460 витков. Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется так:

Iн = P/220 = 300/220 = 1,36 A.

Тогда при плотности тока 3 А/кв.мм, получим необходимое сечение провода вторичной обмотки, а именно: 0,45 кв.мм. Близкое значение сечения имеет провод ПЭВ-2 диаметром 0,86 мм. Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора определяется так:

I = Pr/12 = 316/12 = 26,3 A

Тогда при плотности тока 4 А/кв.мм, получим необходимое сечение провода первичной обмотки, а именно: 6,6 кв.мм. Близкое значение сечения имеет провод ПЭВ-2 диаметром 1,56 мм, сложенный вчетверо. Можно применить и медную шинку прямоугольной формы, сечением близким к рассчитанному, но приобрести её значительно труднее, причём покрытую изоляцией.

Итак, рассчитанный трансформатор содержит 460 витков провода диаметром 0,86 мм вторичной обмотки и 48 витков первичной обмотки, с отводом от середины, сложенным вчетверо проводом диаметром 1,56 мм. Для межобмоточной изоляции необходимо использовать лакоткань ЛШСС толщиной 0,2 мм или фторопластовую ленту ПЭТФ. Здесь приведён прикидочный расчёт трансформатора, более точный и соответственно более сложный можно найти в специальной литературе.

Необходимо отметить, что скважность импульсов, протекающих по первичной обмотке трансформатора, больше двух, поэтому амплитудное значение тока несколько больше, чем в 1,41 раза действующего. Вследствие этого предохранитель должен быть на ток не менее 40 А.

Применить как источник энергии для инвертора лучше аккумулятор большой ёмкости типа 6СТ-130. Разряжать его не следует ниже напряжения 11,4…11,2 вольт, так как при понижении напряжения до этого уровня он уже отдал 70% запасённой в нём энергии. Так как на выходе инвертора форма напряжения далека от синусоидальной и называется “модифицированная синусоида”, то для конкретной нагрузки подбором ёмкости конденсатора С11, можно форму напряжения несколько приблизить к синусоиде.