Инверторный источник тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

Предлагаемый инверторный источник тока можно использовать для питания электронных устройств и зарядки автомобильных аккумуляторов.

Обратноходовые преобразователи тока (ОХП) - инверторы - состоят из мощного коммутатора импульсов. В отличие от двухтактного преобразователя, в них меньше радиокомпонентов, стабилизация режима работы выполняется обратными связями через оптоэлектронные ключи с выходных каскадов на вход управления генератором широтно-импульсного сигнала управления. Недостаток таких преобразователей состоит в необходимости использования силовых транзисторов с высоким рабочим напряжением. инверторный источник тока имеет несколько степеней защиты от повреждений:

• от превышения температуры ключевого транзистора;
• от короткого замыкания;
• от повышенного и пониженного напряжения нагрузки,
• от импульсных перенапряжений в сети питания.

Схема обратноходового преобразователя с импульсным коммутатором тока (рис.1) состоит из ШИМ-генератора на микросхеме аналогового таймера, ключевого транзистора, цепей стабилизации выходного напряжения, электронных цепей токовой и тепловой защиты.

(нажмите для увеличения)

Питание - бестрансформаторное с ограничением пускового тока. Первичные и вторичные цепи электронной схемы гальваническим разделены.

Высокочастотный трансформатор преобразователя выполнен на ферритовом сердечнике. Мощность преобразователя зависит от напряжения питания; частоты преобразования и магнитных свойств трансформатора. использование в качестве ключа полевого транзистора позволяет снизить потери сигнала в цепях управления. Регулирование выходного тока осуществляется за счет изменения длительности импульсов генератора при постоянной частоте.

В инверторе происходит тройное преобразование напряжения. Переменное напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и преобразуется в постоянное высоковольтное. Затем оно преобразуется инвертором в высокочастотное импульсное, которое понижается импульсным трансформатором. После его выпрямления и сглаживания постоянное низковольтное напряжение требуемой величины подается на нагрузку.

Генератор импульсов выполнен на аналоговом таймере DA1. В состав микросхемы входят два компаратора, внутренний триггер, выходной усилитель для повышения нагрузочной способности и ключевой разрядный транзистор с открытым коллектором. Частота генерации задается внешней RC-цепочкой. Компараторы переключают внутренний тригер при достижении порогового напряжения на конденсаторе С1 1/3 и 2/3 U пит. Вход управления (вывод 5) DA1 используется для изменения режима генерации импульсов, что обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.

Выходной ток устройства зависит от скважности импульсов генератора, которая устанавливается подстроечным резистором R2.В левом по схеме положении движка резистора время заряда конденсатора С1 минимально, т.е. импульс, поступающий на ключевой транзистор VT1 с выхода DA1, очень короткий, и средний ток в нагрузке минимальный. В правом положении движка R2 длительность импульса максимальна, как и выходной ток.

Инвертор напряжения состоит из мощного полевого транзистора VT1 и высокочастотного трансформатора Т1. Для защиты транзистора от пробоя импульсными напряжениями, возникающими во время преобразования, транзистор и трансформатор "обвязаны" демпфирующими цепочками С4-C5-R12-VD4 и C6-R13 [2]. Защита транзистора VT1 от перегрузки по току выполнена на параллельном стабилизаторе ("управляемом стабилитроне") DA2.

Повышение напряжения на резисторе R11 в цепи истока VT1 при увеличении тока через него приводит к открыванию DA2 и шунтированию затвора VT1 В результате, VT1 призакрывается, и ток через него падает.

К вторичным цепям источника относится выпрямитель на высокочастотной диодной сборке VD5 и сглаживающий фильтр C8-L1. Контроль тока нагрузки осуществляется амперметром РА1 с внутренним шунтом на 10 А.

Цепи питания инвертора выполнены на импульсном диодном мосте VD6 и конденсаторе фильтра С7. Заряд конденсатора фильтра в начальный момент ограничен термистором Rt2, что защищает диодный мост от повреждения критическими токами. импульсный ток через трансформатор и полевой транзистор ограничен резистором R16, сопротивление которого компенсирует разброс параметров трансформаторов.

Большую роль в получении максимальной мощности от устройства играет частота преобразования инвертора.

При ее увеличении в 10 раз допустимая мощность трансформатора (без изменения феррита и обмоток) возрастает почти в 4 раза. В самодельных инверторных источниках обычно используются ферриты, обеспечивающие рабочие частоты инверторов от 25 до 100 кГц.

В данном случае при изготовлении устройства следует придерживаться рабочей частоты используемого трансформатора с учетом характеристик транзисторного ключа.

Для стабилизации напряжения используется частотно-импульсное преобразование сигнала ошибки. Выходное напряжение через делитель R14-R15 подается на светодиод оптрона VU1.

Фототранзистор оптрона подключен к входу управления (выводу 5) DA1. При увеличении выходного напряжения, например, из-за роста сопротивления нагрузки, фототранзистор оптрона открывается сильнее и шунтирует вход управления DA1. Длительность выходных импульсов генератора снижается, соответственно, уменьшается время пребывания ключевого транзистора в открытом состоянии. В результате, напряжение на вторичной обмотке трансформатора также уменьшается, т.е. происходит стабилизация выходного напряжения. При увеличении выходного напряжения описанный процесс происходит наоборот.

Перегрев ключевого транзистора VT1 при недостаточном охлаждении может привести к выходу его из строя. Ограничение температуры транзистора осуществляется с помощью терморезистора Rt1, закрепленного через изоляционную прокладку на радиаторе VT1. При нагреве VT1 сопротивление Rt1 уменьшается, что вызывает большее открывание фототранзистора VU1 и, аналогично вышеописанному, снижение напряжения (соответственно, и тока) нагрузки.

Импульсный трансформатор Т1 в инверторе применен промышленный, от устаревших мониторов с электроннолучевыми кинескопами. Заводское исполнение трансформаторов имеет оптимальное распределение первичных и вторичных обмоток слоями для обеспечения максимальной магнитной связи и снижения индуктивностей рассеивания обмоток. Дополнительно между секциями обмоток проложены электростатические экраны из медной фольги, а обмотки выполняются многожильным проводом для уменьшения скин-эффекта.

Трансформатор выбирается, исходя из необходимой габаритной мощности, которая равна сумме мощностей, потребляемых всеми нагрузками. При самостоятельном изготовлении трансформатора формулы по его расчету можно взять из [3]. Но главная сложность изготовления заключается не в расчетах, а в поиске соответствующего феррита и в необходимости специфического распределения слоев обмоток. Между тем, трансформаторы мониторов вполне соответствуют расчетным данным.

При токе нагрузки 10 А и напряжении вторичной обмотки на холостом ходу примерно 18 В подходят трансформаторы мощностью 200...250 Вт с площадью окна 15 см2 и сердечником сечением около 10 см2. Первичная обмотка содержит 146.162 витка провода 0,6 мм. вторичная - 2x23 витка 4x00,31 мм.

Дроссель L1 представляет собой обмотку из 10 витков медного провода ПЭВ 0,81 мм, выполненную на ферритовом стержне 4 мм или на ферритовом кольце типоразмера К12x8x4 мм.

Инвертор выполнен на печатной плате, чертеж которой приведен на рис.2. Транзистор VT1 вынесен с платы на отдельный радиатор размерами 50x50x10 мм (обозначение выводов на плате: В - затвор VT1, К - сток, Е - исток).

Возможные варианты замены транзистора ключа приведены в табл.1, в табл.2 - допустимые замены других элементов.

Плата инвертора в сборе крепится в подходящем по размерам корпусе, на передней панели которого размещаются амперметр, выключатель сети, предохранитель и выходные клеммы.

Наладку схемы из-за наличия сетевого напряжения следует проводить с соблюдением правил техники безопасности.

Первые испытания следует проводить с временно включенной в разрыв сетевого провода лампой 220 В/100 Вт. При включении устройства в сеть по свечению лампы хорошо отслеживается запуск схемы и воздействие нагрузки на преобразователь, но не создается аварийная ситуация при случайном коротком замыкании, возникшем в схеме в процессе монтажа или при использовании неисправных элементов.

Наладку начинают с проверки напряжений питания микросхемы генератора и транзистора инвертора. На наличие импульсов на выходе 3 DA1 указывает светодиодный индикатор HL1 Вместо нагрузки следует подключить автомобильную лампочку (12 В). Выходное напряжение устанавливается подстроечным резистором R14 при среднем положении движка резистора R2.

Через непродолжительное время после включения устройство необходимо отключить и проверить тепловой режим радиокомпонентов. Требуемые параметры устройства можно установить изменением частоты генератора (подбором емкости С1), скважности импульсов (резистором R2),изменением подключения выводов вторичной обмотки трансформатора Т1 (при их наличии).

Проверка тепловой защиты выполняется подогревом (паяльником) терморезистора Rt1. Выходное напряжение при этом должно снизиться.

Технологии зарядки и восстановления аккумуляторов подробно описаны в [4, 5].

Литература

1. В.Косенко и др. Обратноходовой импульсный ИП. - Радио, 2000, №1, С.42.
2. С.Косенко. Особенности работы индуктивных элементов в однотактных преобразователях. - Радио, 2005, №7, С.З0.
3. А.Петров. Индуктивности, дроссели, трансформаторы. - Радиолюбитель, 1996, №1, С.13.
4. Коновалов В.П. Автомобили и аккумуляторы. Методическое пособие центра "Энергосберегающие технологии". - Иркутск, 2009.
5. Коновалов В.П. Зарядные устройства. Методическое пособие центра "Энергосберегающие технологии". - Иркутск, 2009.

Авторы: В.Коновалов, Е.Цуркан, А.Вантеев, Творческая лаборатория  "Автоматика и телемеханика", г.Иркутск

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Полупрозрачные солнечные панели на основе вольфрама 06.09.2024 Современные технологии солнечной энергетики постоянно развиваются, и ученые ищут пути повышения эффективности и доступности солнечных панелей. Традиционные кремниевые панели уже доказали свою эффективность, но исследователи не останавливаются на достигнутом, стремясь найти более гибкие, экономичные и эстетически привлекательные решения. Одним из таких прорывов стало создание полупрозрачных солнечных панелей на основе вольфрама. Эксперты из Стэнфордского университета в сотрудничестве с бельгийским исследовательским центром Imec разработали новую технологию, которая позволяет массово производить такие панели, обходясь без использования кремния. Исследователи сделали ставку на дыхалькогенидные переходные металлы (TMD), которые обладают высоким коэффициентом поглощения солнечного света. Эти материалы имеют двумерную структуру, гибки и могут быть нанесены на различные поверхности, включая стекла, что делает их идеальными кандидатами для создания полупрозрачных солнечных элементов. Однако сложность производства TMD ранее ограничивала их применение. В ходе исследования была разработана инновационная технология, позволяющая масштабировать производство пленок из вольфрама диселенида (WSe2). Эти пленки, толщиной всего 30 нанометров, наносятся на пластины толщиной 150 миллиметров. В процессе производства используются два подхода к селенизации: с использованием твердого источника селена (SS-Se) и селенида водорода (H2Se). Первый метод требует нагрева до 900 градусов Цельсия, в то время как второй - до 650 градусов. Несмотря на различия в температурных режимах, оба подхода обеспечивают получение пленок WSe2 с шириной запрещенной зоны от 1,2 до 1,3 эВ, что делает их оптимальными для использования в солнечных элементах. Одним из ключевых достижений стало увеличение времени жизни носителей заряда материала до 144 наносекунд, что в 14 раз больше, чем в ранее производимых аналогах. Это существенно повышает эффективность преобразования энергии, которая может достигать 22,3%, что сопоставимо с коммерческими солнечными панелями на основе кремния. Полупрозрачные солнечные панели на основе WSe2 могут найти широкое применение в архитектуре, где их можно использовать для остекления окон, что позволит зданиям генерировать электроэнергию, сохраняя при этом светопроницаемость. Гибкость этих материалов открывает возможности для интеграции солнечных элементов в одежду, автомобили и даже портативные устройства, создавая новую эру в использовании солнечной энергии. Процесс производства таких панелей не только относительно прост, но и экономически выгоден. Это делает технологию доступной для массового применения и сулит значительное снижение стоимости солнечной энергии. Высокая эффективность при малом весе (до 64 Вт на грамм в упакованной ячейке) делает эти панели привлекательными для использования в наноэлектронике и других инновационных областях. Новая технология производства полупрозрачных солнечных панелей на основе вольфрама открывает широкие перспективы для солнечной энергетики. Высокая эффективность, гибкость и экономическая доступность таких панелей могут значительно изменить подход к использованию возобновляемых источников энергии, делая солнечные технологии более интегрированными в повседневную жизнь.

Другие интересные новости:

▪ Калькулятор на живых клетках

▪ LIS2DTW12 - малошумящий акселерометр с интегрированным температурным датчиком

▪ Внешние накопители I-O Data HDPX-UTA

▪ Горечь вдоль великого шелкового пути

▪ Звуковые волны - источники отрицательной гравитации, имеющие отрицательную массу

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Устройства защитного отключения. Подборка статей

▪ статья Толцыте, и отверзется. Крылатое выражение

▪ статья Когда человек начал брить бороду? Подробный ответ

▪ статья Воспитатель. Должностная инструкция

▪ статья Солнечные модули. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электроустановки зрелищных предприятий, клубных учреждений и спортивных сооружений. Защитные меры безопасности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026