Преобразователь напряжения 12В в 220В вместе с автоматическим зарядным устройством

March 15, 2011 by admin Комментировать »

Взяться за создание преобразователя напряжения (ПН) заставили меня наши сельские электросети.

В преобразователе (рис.1) зарядное устройство (ЗУ) для аккумуляторов можно выполнить по любой схеме — все зависит от возможностей радиолюбителя. Главное — чтобы ЗУ работало в автоматическом режиме и не допускало перезаряда аккумуляторов. Желательно иметь стабилизатор напряжения (СН). Нужно также аварийное устройство защиты УЗ, которое при выходе сетевого напряжения (Uc) за пределы нормы отключает нагрузку и включает преобразователь напряжения. Реле К1 — на номинальное напряжение 220 В, его контакты должны коммутировать ток 2…10 А.

Преобразователь напряжения (рис.2) подключен к аккумулятору (6СТ-55, 6СТ-132) через доработанный однофазный автомат SA1. В нем снята тепловая защита из-за довольно большого сопротивления ее узла. Можно использовать для коммутации автомобильное реле (12 В, 30 А) с предохранителем. Если включить обмотку реле через диод (рис.3), получится защита от переполюсовки. Сечение проводов между аккумулятором и ПН, в самом ПН между коллекторами VT1, VT2 и Т1 должно быть не менее 9 мм2.

Схема платы показана на рис.4. В прототипе наблюдался эффект автоколебаний под нагрузкой. Если Ua падает ниже 10,5 В — ПН отключается. Далее без нагрузки Ua возрастает, ПН опять включается и снова отключается. Для устранения таких автоколебаний я поставил “защелку” на DD2.2 и VT5, которая обеспечивает отключение питания задающего генератора (ЗГ). Чтобы выходные транзисторы переключались без сквозных токов, ввел паузу между выходными импульсами с помощью цепочек R6-C6 и R7-C7. Транзисторы VT1 и VT2 обеспечивают защиту выходных транзисторов от пробоя при перегрузке (коротком замыкании) выхода. Триггеры Шмидта DD1.3, DD1.4 и DD1.5, DD1.6 формируют прямоугольные импульсы. DD2.1 обеспечивает одинаковую их длительность для обоих плеч преобразователя. Пары транзисторов VT6, VT8 и VT7, VT9 — усилители тока для выходных транзисторов (VT1 и VT2 на рис.2).

Импульсы частотой 50 Гц поступают на базы этих транзисторов, которые попеременно подключают первичную обмотку Т1 к аккумулятору. Импульсы обратного тока через возвратные диоды VD6 и VD7 “сбрасываются” в конденсатор С1, который должен быть как можно большей емкости. Его можно собрать в виде блока из 10…25 конденсаторов емкостью 4700 мкФ с рабочим напряжением 16…25 В.

На выходе Т1 — переменное напряжение прямоугольной формы. Амплитудное значение прямоугольного напряжения по величине находится между амплитудным и средним значением синусоидального напряжения, поэтому обычный вольтметр покажет большее напряжение. А так как почти все нагрузки включаются через диодный мост с фильтрующим конденсатором, реальное напряжение измеряет вольтметр, выполненный по этой же схеме (рис.5).

Коэффициент трансформации (Ктр) силового трансформатора Т1 (рис.2) — 21…22. Он зависит от Uкэнас силовых транзисторов VT1 и VT2 и падения напряжения на эмиттерных резисторах R6 и R7. Теоретически его вычислить не удалось, в литературе тоже ничего подходящего не нашел. Я его подобрал экспериментально после неоднократной перемотки трансформатора. Диаметр провода обмоток — чем больше, тем лучше. Лишь бы “окно” трансформатора позволяло, поэтому П-образный сердечник трансформатора удобней — в нем больше места на обмотки. Нагрев трансформатора в схеме преобразователя должен быть минимальным — это потери напряжения.

Для Ш-образного сердечника сечением 3,5 см2, первичные обмотки Iа и Iб — по 20 витков плоского провода 4,5 x 2 (9 мм2). Вторичная (сетевая) обмотка содержит 460 витков провода диаметром 1,0 мм с тремя отводами через 20 витков. Ктр получается равным 20, 21, 22, 23, но лучше сделать 6 отводов через 10 витков. Старый трансформатор перематывать опасно — легко повреждается изоляция провода, поэтому первичную обмотку при переделке можно наматывать поверх вторичной.

В качестве силовых можно использовать биполярные или полевые транзисторы, включив их блоками по несколько штук (рис.6) — в зависимости от необходимого тока первичной обмотки. Для схемы на биполярных транзисторах (рис.6а) Imax = 160…200 А, и подбор транзисторов можно не производить. Недостаток схемы — большое падение напряжения на транзисторах, поэтому их нужно устанавливать на радиатор (Ктр = 22). В схеме рис.6б используется несколько полевых транзисторов. Преимущества этой схемы — малое падение напряжения на транзисторах и очень малые потери мощности на управление (Ктр = 21).

Для аварийного освещения лучше взять автомобильные лампочки и провести отдельную проводку. В схеме ПН предусмотрены два варианта. Первый — перемычка между клеммами 1 и 2 (рис.2), свет включается выключателем S1. Второй (перемычка между клеммами 2 и 3) — при выключении основного освещения сразу же включается аварийное.

При эксплуатации предлагаемого ПН превращать прямоугольное напряжение в синусоидальное я не пытался, поскольку основные нагрузки у меня были с импульсными модулями питания. А маломощные проверил. Они нормально работают, и трансформаторы не греются, только начинают “стучать”. Основные потребители — телевизор и видеомагнитофон — пришлось дорабатывать. В телевизоре петлю размагничивания включил через выключатель, а вместо штатного токоограничительного резистора поставил в МП терморезистор (ТР10-430-0,8). В видеомагнитофоне также поставил терморезистор (ТР10-1200-0,4). Особенность данных терморезисторов — большое сопротивление (первое число в маркировке — сопротивление, второе — ток) в холодном состоянии. При протекании тока они нагреваются, и сопротивление уменьшается (единицы Ом). Это устраняет броски тока при зарядке конденсаторов и позволяет поставить предохранители на меньший ток. А самое главное — преобразователь “вытягивает” подключение холодного телевизора. Если телевизор без доработки хотя бы на несколько секунд отключался, включить его при работе от ПН было невозможно.

Суммарная мощность нагрузки ПН — примерно 200 Вт. Напряжение аккумулятора равно 10,5…13,8 В. Напряжение на выходе ПН составляет 180..242 В. Для дальнейшего улучшения схемы желательно поставить стабилизатор напряжения.

Источник: П.Брянцев, журнал “Радиолюбитель”.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты