Автомобильный инвертор напряжения порой бывает невероятно полезен, но большинство изделий в магазинах либо грешат качеством, либо по мощности не устраивают, а стоят при этом недёшево. Но ведь схема инвертора состоит из простейших деталей, потому мы предлагаем инструкцию по сборке преобразователя напряжения своими руками.

Корпус для инвертора

Первое, что нужно учесть — потери преобразования электричества, выделяющиеся в виде тепла на ключах схемы. В среднем эта величина составляет 2-5% от номинальной мощности устройства, но показатель этот имеет свойство расти из-за неправильного подбора или старения комплектующих.

Отвод тепла от полупроводниковых элементов имеет ключевое значение: транзисторы очень чувствительны к перегреву и выражается это в быстрой деградации последних и, вероятно, их полному отказу. По этой причине основанием для корпуса должен служить теплоотвод — алюминиевый радиатор.

Из радиаторных профилей хорошо подойдёт обычная «расчёска» шириной 80-120 мм и длиной около 300-400 мм. к плоской части профиля винтами крепятся экраны полевых транзисторов — металлические пятачки на их задней поверхности. Но и с этим не всё просто: электрического контакта между экранами всех транзисторов схемы быть не должно, поэтому радиатор и крепления изолируются слюдяными плёнками и картонными шайбами, при этом по обе стороны диэлектрической прокладки металлсодержащей пастой наносится термоинтерфейс.

Определяем нагрузку и закупаем компоненты

Крайне важно понимать, почему инвертор — это не просто трансформатор напряжения, а также почему существует столь разнообразный перечень подобных устройств. Прежде всего помните, что подключив трансформатор к источнику постоянного тока, вы ничего не получите на выходе: ток в АКБ не меняет полярности, соответственно, явление электромагнитной индукции в трансформаторе отсутствует как таковое.

Первая часть схемы инвертора — входной мультивибратор, имитирующий колебания сети для совершения трансформации. Собирается он обычно на двух биполярных транзисторах, способных раскачать силовые ключи (например, IRFZ44, IRF1010NPBF или мощнее — IRF1404ZPBF), для которых важнейший параметр — предельно допустимый ток. Он может достигать нескольких сотен ампер, но в целом вам достаточно умножить значение тока на вольтаж аккумуляторной батареи, чтобы получить ориентировочное количество ватт выходной мощности без учёта потерь.

Простой преобразователь на основе мультивибратора и силовых полевых ключей IRFZ44

Частота работы мультивибратора непостоянна, рассчитывать и стабилизировать её — пустая трата времени. Вместо этого ток на выходе трансформатора снова превращается в постоянный с помощью диодного моста. Такой инвертор может быть пригоден для питания чисто активных нагрузок — ламп накаливания или электрических нагревателей , печек.

На основе полученной базы можно собирать и другие схемы, отличающиеся частотой и чистотой выходного сигнала. Подбор компонентов для высоковольтной части схемы сделать проще: токи здесь не такие высокие, в ряде случаев сборку выходного мультивибратора и фильтра можно заменить парой микросхем с соответствующей обвязкой. Конденсаторы для нагрузочной сети следует использовать электролитические, а для цепей с низким уровнем сигнала — слюдяные.

Вариант преобразователя с генератором частоты на микросхемах К561ТМ2 в первичном контуре

Стоит также заметить, что для увеличения итоговой мощности вовсе не обязательно закупать более мощные и стойкие к нагреву компоненты первичного мультивибратора. Задачу можно решить увеличением числа преобразовательных контуров, включенных параллельно, но для каждого из них потребуется собственный трансформатор.

Вариант с пареллельным подключением контуров

Борьба за синусоиду — разбираем типовые схемы

Инверторы напряжения сегодня используются повсеместно как автолюбителями, желающими пользоваться бытовой техникой вдалеке от дома, так и обитателями автономных жилищ, питающихся солнечной энергией . И в целом можно сказать, что от сложности устройства преобразователя напрямую зависит ширина спектра токоприёмников, которые можно к нему подключить.

К сожалению, чистый «синус» присутствует только в магистральной электросети, добиться преобразования постоянного тока в него очень и очень сложно. Но в большинстве случаев этого и не требуется. Чтобы подключать электрические двигатели (от дрели до кофемолки), достаточно пульсирующего тока с частотой от 50 до 100 герц без сглаживания.

ЭСЛ, светодиодные лампы и всевозможные генераторы тока (блоки питания, зарядные устройства)более критичны к выбору частоты, поскольку именно на 50 Гц основана схема их работы. В таких случаях следует включать во вторичный вибратор микросхемы, зовущиеся генератором импульсов. Они могут коммутировать небольшую нагрузку непосредственно, либо исполнять роль «дирижёра» для серии силовых ключей выходной цепи инвертора.

Но даже такой хитрый план не сработает, если вы планируете использовать инвертор для стабильного питания сетей с массой разнородных потребителей, включая асинхронные электрические машины. Здесь чистый «синус» очень важен и реализовать такое под силу лишь преобразователям частоты с цифровым управлением сигналом.

Трансформатор: подберём или сами

Для сборки инвертора нам не хватает всего одного элемента схемы, выполняющего трансформацию низкого напряжения в высокое. Вы можете использовать трансформаторы из блоков питания персональных компьютеров и старых ИБП, их обмотки как раз рассчитаны на трансформацию 12/24-250 В и обратно, остаётся лишь правильно определить выводы.

И всё же лучше намотать трансформатор своими руками, благо что ферритовые кольца дают возможность сделать это самому и с любыми параметрами. Феррит обладает отличной электромагнитной проводимостью, а значит, потери при трансформации будут минимальными даже если провод намотан вручную и не плотно. К тому же вы легко рассчитаете необходимое количество витков и толщину провода по имеющимся в сети калькуляторам.

Перед намоткой кольцо сердечника нужно подготовить — снять надфилем острые кромки и плотно обмотать изолятором — стеклотканью, пропитанной эпоксидным клеем. Далее следует намотка первичной обмотки из толстого медного провода расчётного сечения. После набора нужного количества витков их необходимо равномерно распределить по поверхности кольца с равным интервалом. Выводы обмотки соединяются согласно схеме и изолируются термоусадкой.

Первичная обмотка покрывается двумя слоями лавсановой изоленты, затем наматывается высоковольтная вторичная обмотка и ещё один слой изоляции. Важный момент — мотать «вторичку» нужно в обратном направлении, иначе трансформатор работать не будет. В завершение к одному из отводов нужно припаять в разрыв полупроводниковый термопредохранитель, ток и температура срабатывания которого определяются параметрами провода вторичной обмотки (корпус предохранителя нужно плотно примотать к трансформатору). Сверху трансформатор обматывается двумя слоями виниловой изоляции без клейкой основы, конец закрепляется стяжкой или цианакрилатным клеем.

Монтаж радиоэлементов

Осталось собрать устройство. Поскольку компонентов в схеме не так много, можно размещать их не на печатной плате, а навесным монтажом с креплением к радиатору, то есть к корпусу устройства. К штыревым ножкам подпаиваемся моножильным медным проводом достаточно большого сечения, затем место соединения укрепляется 5-7 витками тонкой трансформаторной проволоки и небольшим количеством припоя ПОС-61. После остывания соединения оно изолируется тонкой термоусадочной трубкой.

Схемы высокой мощности и со сложным вторичным контуром могут потребовать изготовления печатной платы, на краю которой в ряд размещены транзисторы для свободного крепления к теплоотводу. Для изготовления печатки пригоден стеклотекстолит с толщиной фольги не менее 50 мкм, если же покрытие более тонкое — усиливайте цепи низкого напряжения перемычками из медного провода.

Изготовить печатную плату в домашних условиях сегодня просто — программа Sprint-Layout позволяет рисовать обтравочные трафареты для схем любой сложности, в том числе и для двухсторонних плат. Полученное изображение распечатывается лазерным принтером на качественной фотобумаге. Затем трафарет прикладывается к очищенной и обезжиренной меди, проглаживается утюгом, бумага размывается водой. Технология получила название «лазерно-утюжной» (ЛУТ) и описана в сети достаточно подробно.

Вытравливать остатки меди можно хлорным железом, электролитом или даже поваренной солью, способов предостаточно. После вытравливания припекшийся тонер нужно смыть, просверлить монтажные отверстия сверлом в 1 мм и пройтись по всем дорожкам паяльником (под флюсом), чтобы залудить медь контактных площадок и улучшить проводимость каналов.

Инвертор (преобразователь) используют для подключения к бортовой сети автомобиля различных устройств, работающих от напряжения 220 вольт, например, мощного усилителя или ноутбука. Преобразователи, которые продают в магазинах, не всегда могут выдать необходимую мощность, поэтому многие водители, разбирающиеся в электронике, делают автомобильный инвертор 12 220v своими руками. Устройства, которые делают своими руками, лучше подходят для питания конкретных устройств, а также обходятся дешевле, чем серьезные агрегаты, продающиеся в магазинах.

Как работает инвертор

Основа автомобильного инвертора – генератор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Это устройство работает от аккумулятора 12 вольт и выдает прямоугольные импульсы (меандр) с изменяемой скважностью (соотношением времени наличия/отсутствия напряжения). Когда скважность равна единице, инвертор обеспечивает максимальный ток. Чем меньше скважность, тем соответственно, меньше ток. При этом напряжение на выходе всегда соответствует значению 220 вольт. Частота работы генератора от 50 килогерц до 5 мегагерц, в зависимости от схемы и деталей. Превращение высокочастотного напряжения в низкочастотное (50 герц) происходит с помощью сглаживания меандра в колебательном контуре, образованном трансформатором и конденсатором, а также фильтрации гармоник. Ведь генератор ШИМ не только создает переменное напряжение 220 вольт с высокой частотой, но благодаря меняющемуся изменению скважности, модулирует выходное напряжение синусоидальным сигналом с частотой 50 герц.

Когда инвертор работает без нагрузки, скважность сигналов ШИМ-генератора минимальна, а напряжение на выходе составляет 220в. Подключение нагрузки приводит к увеличению тока и падению напряжения на выходе устройства ниже 220v. Система обратной связи сравнивает выходное напряжение с заданным стандартом, после чего подает на генератор сигнал, увеличивающий скважность импульсов. Благодаря этому возрастает выходная мощность, поднимается напряжение. При отключении нагрузки выходное напряжение поднимается выше 220 вольт, после чего система обратной связи снижает скважность импульсов до тех пор, пока напряжение не придет в норму. Изменение скважности и выходного тока приводит к увеличению нагрузки на аккумулятор, поэтому его напряжение нередко опускается ниже 12 вольт. В этом случае схема с обратной связью еще больше увеличивает скважность, вплоть до единицы.

Нередко преобразователь, сделанный своими руками, в котором не предусмотрена обратная связь, реагирует на подключение к разряженному аккумулятору снижением выходного напряжения. Поэтому они не очень подходят для питания усилителя или ноутбука, но вполне смогут обеспечить функционирование устройств с реактивной нагрузкой – ручной электроинструмент, лампы, кипятильники.

Если преобразователь необходим для питания усилителя, приемника, телевизора или ноутбука, то без обратной связи не обойтись. Некоторое усложнение схемы компенсируется тем, что обратная связь компенсирует перепады напряжения, благодаря чему обеспечит нормальную работу усилителя или других устройств.

Выбор схемы

В интернете выложено огромное количество схем устройств, преобразующих энергию автомобильного аккумулятора (12 вольт) в переменное напряжение 220 вольт и пригодных для изготовления своими руками. Поэтому выбирать схему необходимо, ориентируясь на доступ к элементной базе и опыт работы с такими устройствами. Если неподалеку от вас есть магазин радиодеталей, то вы можете узнать у них, какие контроллеры и силовые транзисторы наиболее доступны и уже под них подобрать наиболее подходящую схему. Также можно воспользоваться теми деталями, которые есть в любом блоке питания компьютера. Оттуда вы сможете взять:

• контроллер (ШИМ-генератор);
• ферритовое кольцо для трансформатора;
• силовые транзисторы;
• конденсаторы;
• резисторы;
• фильтрующие дроссели.

Если вы не уверены в том, что сможете своими руками сделать сложное устройство с обратной связью, собирайте инвертор 12 → 220 вольт на основе мультивибратора на 50 герц. Трансформатор для него можно снять со старого транзисторного телевизора или источника бесперебойного питания (UPS). Такой инвертор занимает гораздо больше места, чем высокочастотное устройство, однако он проще в настройке, да и детали для него найти легче.

Пример схемы

Подключение и эксплуатация инвертора

Автомобильный инвертор с 12 в 220 вольт мощностью больше 120 ватт потребляет ток свыше 10 ампер, поэтому его нежелательно подключать к штатному прикуривателю или замку зажигания. Это особенно актуально для современных автомобилей. Ведь более сильный ток приведет к перегоранию предохранителя, а установка вместо него «жучка» может закончиться возгоранием проводки. Поэтому инвертор мощностью свыше 120 ватт необходимо подключать к аккумулятору через предохранитель и выключатель с реле. Для этого придется своими руками проложить отдельный провод и установить где-то розетку на 220 вольт. Ее можно поставить как под передней панелью со стороны пассажира, так и в багажнике. Ведь очень неудобно каждый раз открывать капот, подключать инвертор к аккумулятору и тащить провод в салон машины. Проще нажать на кнопку, которая включает реле и преобразователь с 12 на 220 вольт начнет работать.

Любой инвертор, работающий от аккумулятора 12 вольт, помимо напряжения с частотой 50 герц, производит и огромное количество гармоник, большая часть которых кратны частоте работы ШИМ-генератора. Эти гармоники появляются из-за влияния меандра на колебательный контур, образованный трансформатором и конденсатором. Если уровень гармоник высок, то они будут влиять на работу усилителя, CD-проигрывателя или приемника, подключенных к бортовой сети автомобиля (12 вольт) наполняя их сигнал шумами, треском, рычанием и другими посторонними звуками. Однако гармоники никак не скажутся на работе ноутбука, лампы или ручного электрического инструмента.

Когда в автомобиле нужно создать сетевое напряжение, то обычно используют специальные преобразователи 12-220. В продаже есть недорогие штатные инверторы со стоимость около 20-30 долларов. Однако максимальная мощность таких устройства составляет в лучшем случае около 300 Ватт. В некоторых случаях такой мощности бывает недостаточно.

Получить питание для мощного усилителя можно путем небольших преобразований. Достаточно всего лишь заменить вторичную обмотку на стандартном инверторе. После этого можно получить любое значение входного напряжения. К примеру, мощность инвертора в 400 Ватт возрастет до 600 Ватт.

Для повышения мощности в домашних условиях специалисты рекомендую воспользоваться простым способом. Потребуется заменить мощные биполярные ключи на IRF 3205.

Для работы взят инвертор, к которому допустимо подключить 4 пары выходных транзисторов. Поэтому устройство, после проведения необходимых работ, сможет выдать мощность около 1300 Ватт. Если покупать готовый инвертор с такими параметрами, то стоимость его возрастет до 100-130 долларов.

Стоит обратить внимание, что традиционная двухтактная схема устройства не содержит в себе защиту от перегрева, КЗ и перегрузок на выходе.

Основу генератора составляет микрочип ТЛ 494, у которого есть дополнительный драйвер. Необходимо провести замену маломощных биполярных транзисторов на отечественные аналоги (КТ 3107).

Для того чтобы не использовать в работе мощные переключатели для подачи питания, инвертор оснащается схемой ремоут контроля.

В задающей части устройства использованы диоды специальные ШОТТКИ типа 4148 (подойдет и отечественный КД 522). Транзистор в схеме ремоут контроля заменяют на КТ 3102.

После этого можно переходить к самой ответственной части проекта – трансформатору. Этот элемент намотан на пару склеенных колец 3000 НМ. При этом размер каждого из них: 45х28х8. Для более плотной фиксации кольца можно обмотать скотчем.

Затем кольца обматывают сверху стекловолокном (стоимость его в магазине не более 1 доллара). Вполне допустимо заменить этот материала тканевой изолентой.

Стекловолокно нарезают на небольшие полоски шириной около 2 см и длинной не более 50 см. Материал для работы имеет высокую термостойкость, а благодаря тонкому основанию изоляция выглядит аккуратно.

Для первичной обмотки нужно 2х5 витков проволоки, то есть 10 витков с отводом от середины. Работы выполняются проводом диаметром 0,7-0,8 мм, и на каждое плечо уходит 12 жил. Более наглядно процесс представлен на следующих фотографиях.

Жгут растягивают, и на оба плеча равномерно наматывают 5 витков, растягивая их по всему кольцу. Обмотки должны быть одинаковые.

Получившиеся элементы имеют четыре вывода. Начало первой обмотки нужно припаять концу второй. Место припоя будет случить отводом для силового напряжения в 12 В.

На следующем этапе работ кольцо необходимо изолировать с помощью стекловолокна и покрыть вторичной обмоткой.

Вторичная обмотка повышает выходное напряжение. Поэтому при проведении работ нужно быть максимально аккуратным и соблюдать все меры предосторожности. Стоит помнить, что высокое напряжение опасно. Монтаж устройства осуществляется только с отключенным питанием.

Обмотку колец проводят с помощью пары параллельных жил провода 0,7-0,8 мм. Количество витков составляет порядка 80 штук. Провод равномерно распределяют по всему кольцу. На финальном этапе проводят дополнительную изоляцию изделия стекловолокном.

Когда сборка инвертора завершена, то можно приступать к его тестированию. Устройство подключают к аккумулятору, для начала подойдет батарея с напряжением 12 В от бесперебойника. При этом «плюс» питания будет идти на схему через галогенную лампу мощностью 100 Ватт. Стоит обратить внимание, что эта лампа не должна светиться перед проведением работ и во время них.

После этого можно переходить к проверке полевых ключей на предмет тепловыделения. При правильно собранной схеме оно должно быть практически нулевым. Если входной нагрузки нет, а транзисторы перегреваются, то нужно искать неработающий компонент в устройстве.

В случае, если тестирование прошло успешно, то можно установить транзисторы на один общий теплоотвод. Для этого используют специальные изоляционные прокладки.

Принципиальная электрическая схема в формате *.lay находится в архивном файле и станет доступна после скачивания.

Такой инвертор предназначается для получения переменного тока 220 В 50 Гц из автомобильного аккумулятора или любой батареи на 12 В. Мощность инвертора около 150 Вт и может быть увеличена до 300.

Работает схема как преобразователь типа Push-Pull. Сердцем инвертора является микросхема CD4047, которая выступает в роли задающего генератора и одновременно управляет полевыми транзисторами. Последние работают в режиме ключей. Открытым может быть лишь один из транзисторов. Если откроются оба транзистора одновременно, то произойдет короткое замыкание, и транзисторы сгорят моментально. Такое может произойти из-за неправильного управления.

Микросхема CD4047, разумеется, не заточена для высокоточного управления «полевиками», но справляется с этой задачей достаточно неплохо.

Трансформатор взят из нерабочего ИБП. Он на 250-300 Вт и имеет первичную обмотку со средней точкой, куда подключается плюс от источника питания.

Вторичных обмоток много, поэтому необходимо найти сетевую обмотку на 220 В. С помощью мультиметра измеряются сопротивления всех отводов, которые имеются на вторичной цепи. Искомые отводы должны иметь самое большое сопротивление (в примере около 17 Ом). Все остальные провода можно откусить.

Рекомендуется проверять все компоненты перед пайкой. Транзисторы лучше подбирать из одной партии с аналогичными характеристиками. У конденсатора в частотозадающей цепи должна быть малая утечка и узкий допуск. Эти параметры можно проверить транзисторным тестером.

Пару слов о возможных заменах в схеме. К сожалению, микросхема CD4047 советских аналогов не имеет, поэтому нужно купить именно ее. “Полевики” можно заменить на любые n-канальные транзисторы, которые имеют напряжение от 60 В и током от 35 А. Подойдут из линейки IRFZ.

Схема также прекрасно работает с биполярными транзисторами на выходе, правда, мощность будет гораздо ниже, чем при использовании полевых транзисторов.

Затворные ограничительные резисторы могут иметь сопротивление от 10 до 100 Ом. Лучше ставить от 22 до 47 Ом мощностью 250 мВт.

Частотозадающую цепь собирать только из тех элементов, которые указаны в схеме. Она будет точно настроена на 50 Гц.

Правильно собранный прибор должен работать сразу. Но первый запуск обязательно нужно делать со страховкой. То есть на место предохранителя по схеме установить резистор номиналом 5-10 Ом, или лампу на 12 В (5 Вт), чтобы не взорвать транзисторы, если возникнут проблемы.

Если преобразователь работает нормально, то трансформатор издает звук, при этом ключи не должны нагреваться вообще. Если все так, то резистор можно убрать и подавать питание напрямую через предохранитель.

Среднее потребление тока инвертором на холостом ходу может составлять от 150 до 300 мА, но это будет зависеть от источника питания и от используемого трансформатора.

Далее, измеряется выходное напряжение. В примере получились значения от 210 до 260 В. Это в пределах нормы, поскольку инвертор не стабилизирован. Теперь можно включить нагрузку, к примеру, лампу на 60 Вт. Нужно погонять инвертор около 10 секунд, ключи должны немного нагреваться, поскольку они пока без теплоотводов. Нагрев на обоих ключах должен быть равномерным. Если это не так, то ищите косяки.

Инвертор снабжен функцией Remote Control.

Основной силовой плюс подключается к средней точке трансформатора. Но чтобы инвертор заработал, необходимо подать слаботочный плюс к плате. Это запустит генератор импульсов.

Несколько слов о монтаже. Как всегда, все хорошо поместилось в корпусе от БП компьютера. Транзисторы установлены на раздельные радиаторы.

В случае использования общего теплоотвода нужно обязательно изолировать корпуса транзисторов от радиатора. Кулер был подключен непосредственно к шине 12 В.

Самый большой недостаток этого инвертора – это отсутствие защиты от короткого замыкания. В этом случае транзисторы сгорят. Чтобы такого не произошло, на выходе нужен предохранитель на 1 А.

Маломощная кнопка подает плюс от источника питания на плату, то есть запускает инвертор в целом.

Силовые шины от трансформатора крепятся прямо к радиаторам транзисторов.

Подключив на выход преобразователя прибор, который называется энергометром, можно убедиться в том, что напряжение и частота в пределах нормы. Если же частота отличается от 50 Гц, то ее необходимо подстроить с помощью многооборотного переменного резистора, который присутствует на плате.

Во время работы, когда на выход не подключена нагрузка, трансформатор достаточно шумный. При подключенной нагрузке шум незначителен. Это все нормально, поскольку на трансформатор подаются прямоугольные импульсы.

Получившийся инвертор является нестабилизированным, но почти все бытовые приборы приспособлены работать в диапазоне напряжений от 90 до 280 В.

Если же напряжение на выходе выше 300 В, то рекомендуется на выход помимо основной нагрузки подключать лампочку накаливания ватт на 25. Это снизит выходное напряжение в небольшом пределе.

Коллекторные двигатели питать от преобразователя, в принципе, можно, но они нагреваются раза в 2 больше, чем при питании от чистой синусоиды.

То же самое происходит и с потребителями, в которых имеется железный трансформатор. А вот асинхронные двигатели подключать не рекомендуется.

Вес прибора составляет около 2,7 кг. Это немало, если сравнивать с импульсными инверторами.

Прикрепленные файлы:

Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank