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:

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Твердотельные батареи Panasonic 04.10.2025

Твердотельные аккумуляторы считаются следующим шагом в эволюции энергосистем: в отличие от традиционных литиево-ионных, они не содержат жидкого электролита, что существенно снижает риск возгорания и утечки. Именно на это делает ставку Panasonic, намереваясь завершить подготовку первых образцов к марту 2027 года, то есть к концу 2027 финансового года. Как сообщил технический директор подразделения Panasonic Energy Сеичиро Ватанабе, после выпуска опытных моделей клиенты проведут тесты, которые могут занять около двух лет, прежде чем начнется полноценное серийное производство. Хотя основным направлением для компании по-прежнему остаются литиево-ионные аккумуляторы, Panasonic стремится использовать свой опыт в сфере электромобильных технологий, чтобы выйти на новые рынки - прежде всего в области роботов и промышленных систем. На этом направлении японская корпорация намерена соперничать с такими компаниями, как TDK, уже закрепившимися в сегменте твердотельных решений. Интерес к новой ...>>

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Случайная новость из Архива Спутники дистанционного зондирования Yaogan-30-09 18.06.2021 Пекин успешно вывел на околоземную орбиту военные спутники для дистанционного зондирования Yaogan-30-09. Запуск был осуществлен ракетой-носителем CZ-2C. Вместе со спутниками девятой серии семейства Yaogan-30-09, Пекин принял решение вывести на орбиту и "Tianqi-14" - спутник, предназначенный для сканирования "слепых зон" Земли, которые не охвачены другими устройствами. Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники отмечает, что их спутники, в первую очередь, будут использоваться для тщательного исследования влияния внешнего электромагнитного поля и последующих испытаний. Попытка запуска была запланирована на 17 июня, однако, из-за закрытия воздушного пространства дождями, операцию пришлось перенести.

Другие интересные новости:

▪ Мультистандартный DVD-RAM/-RW/-R рекордер

▪ Электромобили смогут питаться от кузовных панелей

▪ Ворон не уступает примату в умственных способностях

▪ Экология и Интернет

▪ Сверхчистые алмазные пластины емкостью до 25 Эбайт данных

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструмент электрика. Подборка статей

▪ статья Иваны, родства не помнящие. Крылатое выражение

▪ статья Сколько видов насекомых существует на земле? Подробный ответ

▪ статья Лох узколистный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья О подключении квартирных звонков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Синхродин. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025