ИНВЕРТОР DC/AC =12/~220V БЕЗ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Преобразователи напряжения

Опубликовано: 15.04.2017 13:59

Просмотров: 6422

Попцов Г.
В радиолюбительской литературе есть много описаний преобразователей постоянного тока напряжением 12V в переменный напряжением 220V. В большинстве схема строится следующим образом, - делается генератор импульсов, которые подают на низковольтную обмотку обычного силового трансформатора необходимой мощности. Недостаток такого подхода в том, что необходим достаточно мощный силовой трансформатор. А это даже при мощности в 100-150W довольно тяжелый и трудноизготовимый предмет. Сделать трансформатор легким и компактным при той же мощности можно, если преобразование проводить на частоте в несколько десятков килогерц. Но тогда выходное переменное напряжение будет не 50 Hz, а эти самые несколько десятков килогерц.

Выход из положения в двойном преобразовании. Нужно сначала из постоянного низкого напряжения, например, 12V, получить постоянное высокое напряжение 310V с помощью высокочастотного импульсного DC/DC преобразователя, а потом уже из этого напряжения сделать переменное 220V с помощью мостовой схемы генератора, работающего на частоте 50 Hz.
Схема, показанная на рисунке 2, состоит из двух частей, - источника постоянного напряжения 310V и мостового генератора, преобразующего это напряжение в переменное 220V.

Источник постоянного напряжения 310V выполнен на основе микросхемы А1 типа UC3843. Данная микросхема широко используется в DC/DC преобразователях и импульсных источниках питания. Варианты этой микросхемы, выпускаемые разными производителями, могут отличаться префиксами, но обязательно содержат число 3842, 3843, 3844. Микросхема выпускается в корпусах SOIC-8 и SOIC-14, но в подавляющем большинстве случаев встречается ее модификация в корпусе DIP-8. На рис. 1

представлена цоколевка для 8-и и 14-ти выводного корпуса. Следует заметить, что между двумя вариантами исполнения корпусов микросхемы имеются различия. Так, вариант в 14-выводном корпусе имеет отдельные выводы питания и земли для выходного каскада, а в 8-выводном эти выводы объединены с остальной схемой.
В данной конкретной конструкции используется микросхема именно в DIP-8 корпусе, но следуя рисунку 1, можно без особых затруднений применить и микросхему в 14-выводном корпусе.
Микросхема UC3843 предназначена для построения на ее основе импульсных источников питания и преобразователей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Поскольку мощность выходного каскада микросхемы невелика, а амплитуда выходного сигнала может достигать напряжения питания микросхемы, то в качестве ключа совместно с ней обычно применяется МДП транзистор, что сделано и в конкретном случае.
Назначение выводов микросхемы UC3843 (8-выводный вариант):
1. Соmр: это вывод выхода компенсации усилителя ошибки. Для нормальной работы необходимо скомпенсировать АЧХ усилителя ошибки, с этой целью к указанному выводу обычно подключается конденсатор, второй вывод которого соединен с выводом 2.
2. Vfb: вход обратной связи. Напряжение на этом выводе сравнивается с образцовым, формируемым внутри микросхемы.
Результат сравнения влияет на скважность выходных импульсов таким образом стабилизируя выходное напряжение.
3. C/S: сигнал ограничения тока. Данный вывод должен быть присоединен к датчику тока (низкоомному резистору) в цепи истока выходного транзистора. При повышении тока напряжение на этом резисторе увеличивается и, после достижения порогового значения, прекращает работу ИС и переводит КТ в закрытое состояние.
В схеме на рис.2 датчик тока не используется (у автора не оказалось подходящего низкоомного резистора), поэтому вывод 3 через резистор R6 соединен с общим минусом. Датчик тока не используется.
4. Rt/Ct: вывод, предназначенный для подключения времязадающей RC-
цепочки. Рабочая частота внутреннего генератора устанавливается резистором R4 и конденсатором СЗ. Эта частота может быть изменена в достаточно широких пределах, сверху она ограничивается быстродействием выходного транзистора, а снизу - мощностью сердечника импульсного трансформатора, которая падает со снижением частоты. Практически частота выбирается в диапазоне 35...85 kHz, в данном случае около 55 kHz.
5. Gnd: общий вывод минуса питания. 6. Out: выход, который подключается к затвору выходного МДП транзистора, через него на затвор поступают импульсы, управляющие открванием транзистора.
7. Vcc: вход питания.
8. Vref: выход внутреннего источника опорного напряжения, его выходной ток до 50 mА, напряжение 5 V.
Микросхема А1 формирует на выводе 6 импульсы, которые поступают на затвор транзистора VT1. Резистор R7 ограничивает импульс тока заряда емкости затвора полевого транзистора. Стабилитрон VD5 служит только для ограничения амплитуды выбросов напряжения на затворе VT1, для защиты транзистора от них. Схема будет работать и без VD5.
В стоковой цепи VT1 включена первичная обмотка повышающего импульсного трансформатора Т1. Переменное напряжение, наводимое во вторичной обмотке Т1 выпрямляется выпрямителем, состоящим из диодов VD3, VD4 и конденсатора С7, сглаживающего пульсации.
Постоянное напряжение с этого выпрямителя через делитель напряжение пост-пает на вывод 2 (вход обратной связи) для выполнения стабилизации выходного напряжения. Установить (или изменить) выходное напряжение можно подбором сопротивления R2. Но заниматься заменой R2 можно только при выключенном питании. Источник выдает стабильное напряжение 310V, и допускает мощность нагрузки до 200W. При этом величина напряжения практически не меняется.
И так, первый этап преобразования завершен. Получено постоянное напряжение 310V. Теперь его нужно превратить в переменное. Этим занимается двух-такный мостовой генератор импульсов частотой 50 Hz на основе микросхемы А2 типа IRS2453D. Микросхема IRS2453D представляет собой мостовой автогенераторный драйвер для HID-балластов, применяемых в светильниках внутреннего и уличного освещения и в проекционном оборудовании. Она может работать с коммутируемым напряжением до 600V. Частота автогенерации в IRS2453D задается параметрами простой RC-цепи, - C8/R9. В данном случае эта цепь настроена на частоту 50 Hz.
На рисунке 3 показана цоколевка микросхемы, на рисунке 4 внутренняя эквивалентная схема.


Назначение выводов микросхемы IRS2453D:
1. Напряжение питания логической части микросхемы.
2. Общий минус.
3. Вход встроенного генератора для подключения конденсатора частото-задающей цепи.
4. Вход встроенного генератора для подключения резистора частото-задающей цепи.
5. Вход блокировки. Чтобы генератор работал нужно подать сюда ноль.
6. Выход на нижний ключ 2.
7. Выход на нижний ключ 1.
8. Опорная точка верхнего ключа 1.
9. Выход на верхний ключ 1.
10. Компенсация.
12. Опорная точка верхнего ключа 2.
13. Выход на верхний ключ 2.
14. Компенсация.
Помимо управления НЮ-лампами IRS2453D может использоваться в балластах люминесцентных ламп и в источниках питания. Здесь же она используется в качестве генератора импульсов для управления высоковольтным мостом на МДП-транзисторах VT2-VT5, формирующих из поступающего на этот каскад постоянного напряжения 310V импульсный эквивалент переменного напряжения 220V частотой 50 Hz.
Самый сложный в изготовлении элемент данного прибора - высокочастотный импульсный трансформатор Т1. Ниже приводится описание его конструкции для получения максимальной выходной мощности порядка 150W. Конечно, можно получить и большую мощность, но это
потребует, во-первых, применения более мощного импульсного трансформатора, более мощного транзистора VT1 (возможно составное параллельное включение нескольких транзисторов), и более мощного мостового каскада на VT2-VT5. Следует заметить, что при мощности до 150-200W транзисторы VT2-VT5 работают в достаточно легком режиме и практически даже не нуждаются в радиаторах. Могут они работать и при большей мощности, - до 2000W, но уже с эффективным теплоотводом.
В общем, практически, вся задача по повышению мощности в значительной степени упирается в мощностные параметры источника постоянного тока напряжением 310V.
И так, трансформатор Т1. Ферритовый сердечник трансформатора Т1 Ш-образ-ный с центральным керном12х15мм (или другой вариант с сечением 1,8-2 см2). Зазор 0,8 мм по бокам и 1,6 мм в центральном керне. Сначала наматывается одна половина вторичной обмотки, состоящая из 40 витков обмоточного провода диаметром 0,6-0,7 мм. Затем выполняется изолирование фторопластом и наматывается первичная обмотка.
Практически первичная обмотка содержит 6 витков. Но намотка ведется в 12 проводов диаметром 0,6-0,7 мм. (по 3 слоя, намотано по четыре проводов в каждом). Затем опять изолирование фторопластом, и намотка второй половины вторичной обмотки - еще 40 витков обмоточного провода диаметром 0,6-0,7 мм.
Таким образом, первичная обмотка содержит 6 витков и намотана в 12 проводов диаметром 0,6-0,7 мм. Вторичная - 80 витков провода диаметром 0,6-0,7 мм.
Катушка L1 - готовый дроссель на ферритовом сердечнике, рассчитанный на ток не менее 1 А.
Для улучшения формы выходного переменного напряжения на выходе можно включить индуктивность, например, первичную обмотку любого силового трансформатора небольшой мощности, с первичной обмоткой на 220V.
PK 03-2015