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:

Горячие напитки высвобождают миллионы частиц пластика 08.09.2026

Бумажные стаканчики давно стали привычной альтернативой пластиковым: их используют в кофейнях, офисах и заведениях быстрого питания для кофе, чая и других напитков. Однако название "бумажный" не означает, что такая посуда полностью состоит из бумаги. Чтобы стаканчик не размокал, его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем полимера. Исследователи из Университета Квинсленда решили выяснить, что происходит с этими покрытиями при контакте с горячей жидкостью, и обнаружили, что вместе с напитком из них могут высвобождаться чрезвычайно мелкие частицы пластика. В ходе лабораторных экспериментов специалисты изучили два типа одноразовых бумажных стаканчиков. В одном случае внутренняя поверхность была защищена традиционным полиэтиленовым покрытием, а в другом использовался полимер на основе полимолочной кислоты (PLA), который часто рассматривается в качестве более экологичной альтернативы обычному пластику. Полимолочная кислота способна биологически разлагаться при определенных условиях ...>>

Графен приближает идею космического лифта 08.09.2026

Вывод грузов за пределы Земли сегодня остается сложным и дорогостоящим процессом: каждый запуск требует огромного количества топлива, а значительная часть конструкции ракеты используется всего один раз. Поэтому идея космического лифта, возникшая еще много десятилетий назад, продолжает привлекать внимание инженеров и исследователей. Вместо множества отдельных ракетных стартов предлагается создать постоянную транспортную систему между Землей и космосом, по которой грузы перемещались бы с помощью электричества. Последние достижения в производстве поликристаллического графена вновь заставили специалистов обсуждать эту концепцию не только как фантастическую идею, но и как потенциальный инженерный проект. Основным элементом будущего сооружения должен стать сверхпрочный трос. Согласно концепции Международного консорциума космического лифта (ISEC), он должен начинаться у экватора и простираться примерно на 100 000 километров в космос, значительно дальше геостационарной орбиты. На внешнем ко ...>>

Робот Bean-Bot без моторов и программирования 07.09.2026

Робототехнику трудно представить без электродвигателей, аккумуляторов, датчиков и управляющего программного обеспечения. Однако исследователи Итальянского технологического института продемонстрировали, что для выполнения довольно сложных движений все эти компоненты иногда вовсе не обязательны. Созданный ими миниатюрный робот Bean-Bot способен самостоятельно прыгать, катиться, скользить, переворачиваться и преодолевать наклонные поверхности, используя энергию нагрева и особенности собственной конструкции. Идея разработки возникла благодаря необычному природному механизму. За основу специалисты взяли мексиканскую фасоль, которая способна неожиданно перемещаться из-за находящейся внутри семени личинки моли. В лаборатории биомиметической мягкой робототехники эту природную особенность переосмыслили с инженерной точки зрения. Получившийся Bean-Bot представляет собой легкую оболочку характерной формы, пружину из материала с памятью формы и несколько магнитов. Основным источником энергии ...>>

Случайная новость из Архива Беспроводной BLE-датчик STEVAL-BCN002V1B 17.12.2019 Новый набор для разработки беспроводных узлов датчиков STEVAL-BCN002V1B с поддержкой Bluetooth Low Energy включает мультисенсорную плату STEVAL-BCN002V1 на базе чипа BlueNRG-2 SoC, работающего в качестве управляющего процессора. Эта сенсорная плата оснащена акселерометром, гироскопом, магнитометром, датчиком давления, влажности и температуры, измерителем расстояния ToF и MEMS-микрофоном. Автономное электропитание обеспечивается дисковым элементом CR2032. Сенсорная плата обменивается данными со смартфоном с поддержкой Bluetooth LE, работающим под управлением приложения ST BLE Sensor, которое можно бесплатно загрузить в магазинах Google Play и iTunes. Вспомогательная плата STEVAL-BCN002V1D используется для программирования и отладки датчика. Подключение вспомогательной платы к ПК осуществляется через USB. В состав набора STEVAL-BCN002V1B с сенсорной платой STEVAL-BCN002V1 и платой программирования STEVAL-BCN002V1D входят: BlueNRG-2: Bluetooth Low Energy система-на-чипе; BALF-NRG-02D3: ультраминиатюрный балун и фильтр гармоник; LSM6DSO: инерциальный модуль iNEMO 6DoF с малым потреблением; LIS2MDL: 3-осевой магнитометр с цифровым выходом; VL53L1X: дальномерный датчик ST FlightSense (время полета фотонов); MP34DT05TR-A: всенаправленный цифровой МЭМС-микрофон; LPS22HH: пьезорезистивный датчик абсолютного давления (барометр); HTS221: емкостный цифровой датчик относительной влажности и температуры; Держатель элемента CR2032 (батарея не входит в комплект поставки). Для разработки приложений на основе STEVAL-BCN002V1B предлагается набор программного обеспечения STSW-BLUETILE-DK, который расширяет возможности ПО STSW-BLUENRG1-DK для беспроводных микроконтроллеров BlueNRG-1 и BlueNRG-2 за счет добавления драйверов для всех датчиков, библиотеки промежуточного ПО и нескольких примеров применения BLE.

Другие интересные новости:

▪ Крысы-саперы лучше металлодетекторов

▪ AVerTV Mobile 510 - Android ТВ-тюнер, работающий без интернета

▪ Мозг леворуких людей отличается уже в утробе

▪ Странные сны летних ночей

▪ Обучение иностранному языку полезно для мозга

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Студенту на заметку. Подборка статей

▪ статья Причины техногенных аварий и катастроф. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Как далеко простирается космос? Подробный ответ

▪ статья Клевер луговой. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Беление соломенных шляп. Простые рецепты и советы

▪ статья Мощный преобразователь напряжения, 12/220 вольт 700 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026