ИНВЕРТОР =12/~220V С ШИМ

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Преобразователи напряжения

Опубликовано: 25.04.2017 08:54

Просмотров: 6550

Горчук Н.В.
Обычно для проведения каких-то работ в местах отсутствия электросетей используют бензогенераторы. К сожалению, это обычно громоздкие и тяжелые устройства, которые все равно нужно перевозить на автомобиле. Так почему в таком случае не получать переменное напряжение от двигателя самого автомобиля? Напряжение в бортовой сети современного автомобиля достаточно стабильно, и при подключении «крокодилами» на прямую к клеммам аккумулятора позволяет брать ток до сотен ампер. Проблема только в том, что напряжение постоянное 12V, а нужно переменное 220V. Здесь на помощь может прийти повышающий преобразователь постоянного напряжения в стабильное переменное 220V частотой 50 Гц. В данной статье описывается схема именно такого устройства, способного питать потребитель мощностью до 600-700 Вт, чего вполне достаточно для питания легкого электроинструмента.

В отличие от многих простых аналогов, данная схема поддерживает выходное напряжение стабильным независимо от
мощности нагрузки, используя автоматическую регулировку с ШИМ.
Основой схемы является микросхема SG3524, которая представляет собой управляемый напряжением ШИМ-контроллер с фиксированной частотой преобразования, специально спроектированной для построения любых типов импульсных источников питания и преобразователей.
В достоинствах микросхемы наличие встроенного опорного источника питания (+5,1 В), возможность управления частотой работы внешней RC-цепью, длительностью интервала «мертвого» времени -одним внешним резистором, длительностью времени плавного старта - одним внешним конденсатором (вывод SOFT-START), встроенными драйверам (±200 mА) для управления внешними силовыми транзисторами или внешним маломощным трансформатором.
На рисунке 1 приводится функциональная схема микросхемы SG3524 и цоколевка корпуса.
Принципиальная схема инвертора на основе этой микросхемы дана на рис.2.


Резистор R2 и конденсатор С1 устанавливает частоту внутреннего генератора. Подстроечный резистор R1 может использоваться для точной настройки частоты генератора.
Выводы 14 и 11 являются выводами эмиттеров внутренних выходных транзисторов микросхемы. Коллекторные выводы этих транзисторов (выводы 13 и 12) связаны между собой и подключены к источнику стабильного напряжения + 8V (выход интегрального стабилизатора 7808). С выводов 14 и 11 снимаются две последовательности импульсов частотой 50 Гц, сдвинутые на 180 градусов по фазе доступны. Это сигналы, которые поступают на затворы мощных MOSFET-транзисторов Q2 и Q3. Эти транзисторы типа IRL3705N, отличающиеся очень низким сопротивлением открытого канала при постоянном токе канала до 63 А (импульсный 310 А).
При высоком уровне на выводе 14, транзистор Q2 открывается и дает ток от
источника +12В (батареи), подключенного в точке (отмеченной меткой «а») на верхнюю половину низковольтной обмотки силового трансформатора Т1. В результате напряжение, индуцированное в высоковольтной обмотке трансформатора (за счет ЭДС) создает верхнюю полуволну выходного напряжения 220В. В течение этого периода на выводе 11 будет низкий уровень напряжения и транзистор Q3 закрыт.
Затем, после снижения напряжения на выводе 14, формируется высокий уровень на выводе 11. Q3 открывается и дает ток от источника +12В на нижнюю половину низковольтной обмотки силового трансформатора Т1. В результате напряжение, индуцированное в высоковольтной обмотке трансформатора создает нижнюю полуволну выходного переменного напряжения 220В.
В течение этого периода на выводе 14 будет низкий уровень напряжения и транзистор Q2 закрыт. Далее процесс циклически повторяется, и на высоковольтной обмотке трансформатора образуется переменное напряжение 220V.
Стабилизация выходного напряжения инвертора работает следующим образом. Переменное напряжение с выхода инвертора (точки «b» и «с») поступает на первичную обмотку маломощного трансформатора Т2. Это обычный маломощный силовой трансформатор, вроде тех что используются в сетевых источниках питания портативной аппаратуры. При подаче на его сетевую обмотку 220V на его вторичной обмотке переменное напряжение 12V. Этот трансформатор вместе с выпрямителем на диодах D5-D8, резисторами R16-R10 и конденсатором С6 образует контрольный датчик выходного напряжения инвертора, в котором напряжение на С6 прямо пропорционально величине переменного напряжения на выходе инвертора. Этот датчик формирует контрольное напряжение, которое подается на вывод 1 (неинвертирующий вход внутреннего усилителя сигнала ошибки в IC) через R8, R9, R16, где это напряжение сравнивается с внутренним опорным напряжением. По результатам измерения контроллер регулирует широту импульсов, поступающих на выводы 14 и 11, с тем, чтобы вернуть выходное напряжение к требуемому значению.
Выходное напряжение можно установить регулировкой подстроенного резистора R9, при необходимости этим же резистором можно уменьшить или увеличить выходное напряжение. Контролировать можно мультиметром на режиме измерения переменного напряжения, измеряя им напряжение на выходе инвертора. Вместо мультиметра можно использовать какой-либо вольтметр переменного напряжения, стационарно подключенный на выходе инвертора.
Интегральный стабилизатор IC2 и связанные с ним компоненты производят подачу 8V от источника 12В для питания микросхемы IC1 и связанных с ней электрических схем. Диоды D3 и D4 защищают выходной каскад от всплесков напряжения, которые образуются в процессе коммутации каналов полевых
транзисторов, приводящих к ЭДС самоиндукции в низковольтной обмотке трансформатора.
Резисторы R14 и R15 ограничивают ток зарядки емкостей затворов транзисторов из Q2 и Q3, соответственно. R12 и R13 образуют «притягивание к нулю», нагрузку эмиттерных цепей выходных транзисторов имеющихся в составе микросхемы IC1, а так же, способствуют разрядке емкостей затворов транзисторов Q2 и Q3 при их закрывании.
Конденсаторы С10 и С11 предназначены для подавления импульсного шума от инвертора.
Выходная мощность в значительной степени зависит от применяемого трансформатора Т1. Здесь должен быть силовой трансформатор, предназначенный для получения от электросети 220В переменного напряжения 24В, у которого есть отвод от середины вторичной (низковольтной) обмотки. Трансформатор должен быть на 20-30% больше той мощности, которую планируется получить с выхода данного инвертора. То есть, при мощности 700 Вт трансформатор должен быть на 850-900 Вт.
Трансформатор включен «наоборот», -сетевая обмотка становится вторичной, а низковольтная первичной.
Можно использовать трансформатор меньшей мощности, но при этом, соответственно и выходная мощность инвертора будет ниже.
Для получения более высокой мощности (1000 Вт и более) нужен не только более мощный силовой трансформатор, но и более мощные транзисторы Q2, Q3, либо можно в каждом плече вместо одного транзистора использовать два, три и более, включенных параллельно.
В любом случае должен обеспечиваться качественный отвод тепла от транзисторов Q2 и Q3.
Вполне возможно преобразование с другого постоянного напряжения, например, с 24В. В этом случае только потребуется соответствующий трансформатор Т1 с низковольтной обмоткой 48В с отводом от середины.
РК 03-2015