Устройство защиты для инверторного преобразователя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

В последнее время широкое распространение получили инверторные преобразователи постоянного напряжения 12 В в переменное 230 В с трехуровневой ступенчатой аппроксимацией полуволн синусоидального напряжения. Их используют в основном для резервного питания бытовой аппаратуры, в том числе критичной к форме питающего напряжения. К сожалению, довольно часто производитель в целях удешевления конструкции использует схемные решения, приносящие ущерб если не подключаемому оборудованию, то самому инвертору.

Одна из часто встречающихся и, главное, недокументированных особенностей инверторов - невозможность их длительного использования в режиме совмещенной работы на нагрузку и зарядки аккумуляторной батареи. То есть подразумевается, что при наличии напряжения сети нагрузка должна быть отключена от инвертора, и он может работать как зарядное устройство, а в отсутствие напряжения сети следует вручную подключить нагрузку и отключить шнур питания от сети, чтобы исключить переход в совмещенный режим при восстановлении сетевого напряжения.

В принципе, такая реализация нормальна для устройств, используемых в полевых условиях, где возможность совмещенного режима практически исключена. Но если предполагается использовать инвертор в качестве автоматического источника резервного питания, это становится рискованным. Автору на практике пришлось столкнуться с повторяющейся типовой неисправностью инверторов различной мощности, возникшей по этой причине. Для предотвращения подобных выходов из строя предлагается использовать простое внешнее устройство. Оно предназначено для работы со свинцово-кислотными автомобильными аккумуляторными батареями и обеспечивает защиту инвертора от перехода в совмещенный режим и необходимую коммутацию силовых цепей, контроль напряжения на аккумуляторной батарее и управление включением зарядного устройства инвертора, а также защиту батареи от глубокой разрядки.

Функционально устройство состоит из двух узлов: один из них (его схема показана на рис. 1) служит для контроля напряжения аккумуляторной батареи, второй (рис. 2) - для контроля напряжения сети и коммутации (нумерация элементов сквозная). Рассмотрим принцип действия первого узла. Его основа - компаратор на ОУ К140УД1А, собранный по классической схеме. Источником образцового напряжения служит стабилитрон VD1. При понижении напряжения питания до порогового значения, установленного подстроечным резистором R2, компаратор переключается в состояние высокого выходного уровня. Через некоторое время, определяемое постоянной времени цепи R10C3 и напряжением пробоя стабилитрона VD3, открывается транзистор VT1 и срабатывает реле K1. Задержка его включения рекомендуется для безопасной коммутации режимов и завершения всех переходных процессов. Светодиод HL1 (красного цвета свечения) индицирует состояние компаратора (включается, когда на выходе последнего появляется высокий уровень). Величину гистерезиса переключения устанавливают изменением сопротивления подстроечного резистора R8.

Рис. 1. Схема первого узла устройства

Рис. 2. Схема второго узла устройства

При наличии напряжения сети узел контролирует напряжение аккумуляторной батареи и управляет зарядным устройством инвертора. Нижний порог включения зарядного устройства - 12,2 В при отключенной нагрузке батареи, верхний порог отключения - 13,8 В [1-5].

В отсутствие напряжения сети узел защищает батарею от глубокой разрядки и переводит инвертор в выключенное состояние при напряжении 11,3 В и работе под нагрузкой [1, 3, 6, 7]. Необходимая коррекция нижнего порога обеспечивается изменением сопротивления нижнего плеча делителя R1- R3 с помощью элементов VT2, R18 узла контроля напряжения сети и коммутации.

Этот узел (рис. 2) содержит понижающий трансформатор Т1, четыре электронных ключа на транзисторах VT2-VT5 и три реле K2-K4. В отсутствие напряжения сети реле K2, K3 обесточены, их контакты находятся в положении, показанном на схеме, нагрузка подключена к выходу преобразователя U1. При этом транзистор VT3 закрыт, а VT5, наоборот, открыт (напряжение смещения на его базу поступает с аккумуляторной батареи), поэтому реле K4 включено, и его контакты K4.1 совместно с нормально замкнутыми K1.2 обеспечивают включение преобразователя. Транзистор VT2 также закрыт и влияния на порог переключения компаратора не оказывает. Если напряжение аккумуляторной батареи понизится до 11,3 В, то во избежание глубокой разрядки произойдет переключение компаратора, транзистор VT1 откроется, в результате чего сработает реле K1 и его контакты К1.2 разомкнутся, выключив инвертор U1. Контакты К1.1 при этом замкнутся, но ввиду отсутствия напряжения сети это не вызовет никаких последствий.

При восстановлении входного напряжения и нормальном напряжении аккумуляторной батареи срабатывают реле K2, K3 и нагрузка переключается на питание от сети. Транзисторы VT3, VT5 изменяют свое состояние на обратное, реле K4 обесточивается и выключает инвертор. Одновременно открывается транзистор VT2, резистор R18 подключается параллельно R3 (см. рис. 1), что обеспечивает коррекцию нижнего порога до 12,2 В. Если напряжение батареи выше этого значения, ничего больше не произойдет, а если ниже, то переключение компаратора вызовет срабатывание реле K1 и включение режима зарядки батареи замкнувшимися контактами K1.1.

Закрывание транзистора VT3 в момент пропадания сетевого напряжения сопровождается кратковременным открыванием транзистора VT4 (на время зарядки конденсатора C5 через его эмиттерный переход и резисторы R16, R19). Открытый транзистор шунтирует стабилитрон VD1, компаратор переходит в состояние с низким уровнем выходного напряжения независимо от напряжения батареи, и происходит принудительное включение преобразователя. Это является необходимым, поскольку в момент пропадания напряжения сети устройство может находиться в режиме зарядки, напряжение батареи будет явно выше порога переключения компаратора и понадобится его сброс в исходное состояние. Дальнейшая работа устройства зависит от уровня зарядки батареи в соответствии с описанным принципом работы. Диод VD8 служит для быстрой разрядки конденсатора C5 при восстановлении сетевого напряжения. Светодиод HL2 (зеленого цвета свечения) - индикатор наличия напряжения сети.

По свечению светодиодов HL1 и HL2 можно судить о режиме работы устройства и инвертора. Так, если светится HL1, то это означает, что напряжение в сети отсутствует, инвертор отключен, а напряжение батареи ниже 11,3 В. Свечение светодиода HL2 свидетельствует о наличии напряжения сети и полной зарядке батареи. Наконец, одновременное свечение обоих индикаторов говорит о том, что напряжение в сети есть и идет зарядка аккумуляторной батареи.

В устройстве применимы малогабаритные постоянные резисторы любого типа указанной на схемах мощности рассеяния. Подстроечные резисторы - желательно многооборотные (с червячным приводом движка). Полярные конденсаторы - оксидные К50-83, К50-16 близкой емкости или аналогичные импортные, C2 - любой керамический малогабаритный, например, К10-73-1б, К10-17в. Вместо К140УД1А в качестве компаратора могут быть применены другие ОУ серии К(Р)140УД1 или любой ОУ с аналогичными параметрами, допустимым напряжением питания 12 В ± 5 % и соответствующими цепями коррекции. Транзисторы VT2-VT4 заменимы любыми аналогами с параметрами не хуже, чем у примененных автором (например, отечественными серии КТ3102 или импортными BC547 с любым буквенным индексом). Вместо КТ972А можно установить другие транзисторы этой серии или применить составные транзисторы из соединенных соответствующим образом обычных маломощного и мощного транзисторов (например, серий КТ315 и КТ817).

Стабилитрон VD1 - с напряжением стабилизации 5...6 В при токе стабилизации 5 мА, VD2 - 11 В, с возможно меньшим минимальным током и максимальным током стабилизации не менее 12 мА, VD3 - 3...3,6 В. Вместо КС211Ж (VD2) можно применить КС211Е или любой из КС211Г, КС211Д (во втором случае R9 следует заменить резистором сопротивлением 160 Ом и мощностью рассеивания 0,25 Вт). Реле K1 - K4 - OMRON G2RL112DC или аналогичные для печатного монтажа с номинальным напряжением обмотки 12 В, рассчитанные на коммутацию напряжения 240 В при токе не менее 5 А (от допустимого тока зависит максимальная мощность нагрузки).

Трансформатор Т1 - понижающий с вторичной обмоткой 2x9 В при токе от 100 мА. Светодиоды HL1 и HL2 - соответственно АЛ307БМ и АЛ307ВМ, АЛ307ГМ или сверхъяркие, например, CREE C503-GC (HL1) и C503-RC (HL2).

Устройство собрано в пластмассовом корпусе исполнения IP65 или IP67 с внутренними размерами 110x110x82 мм. Расположение плат и выносных элементов внутри корпуса показано на рис. 3. Контакты реле К1.2, К4.1 включают в разрыв провода выключателя питания инвертора. При монтаже силовых цепей необходимо соблюдать правила электробезопасности.

Рис. 3. Расположение плат и выносных элементов

Налаживание состоит в установке порогов переключения компаратора с помощью подстроечных резисторов R2 и R8, а также при возможном подборе резистора R18. Во время налаживания узел компаратора рекомендуется питать от внешнего регулируемого источника. Соединив перемычкой выводы коллектора и эмиттера транзистора VT2, сначала с помощью резистора R2 устанавливают нижний порог 12,2 В, затем с помощью R8 - верхний 13,8 В. Путем последовательных приближений добиваются четкого срабатывания компаратора при указанных значениях напряжения. После этого, убрав перемычку с выводов VT2, проверяют смещение нижнего порога до уровня 11,3 В. При необходимости подбирают резистор R18, временно заменив его подстроечным резистором сопротивлением 6,8...10 кОм. На этом налаживание можно считать законченным.

Литература

1. Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы. - URL: powerinfo. ru/accumulator-pb.php.
2. Автомобильные кислотные аккумуляторы. - URL:  qrz. ru/schemes/ contribute/digest/avto20.shtml.
3. Как зарядить аккумулятор автомобиля. Рекомендации по эксплуатации и выбору. - URL: ydoma.info/avtomobil-kak-zaryadit-akkumulyator.html.
4. Особенности зарядки автомобильных аккумуляторов. - URL:  sevbat.com/consulting/1/.
5. Как проверить аккумулятор. - URL: al-vo.ru/o-zhizni/kak-proverit-akkumulyator.html.
6. Свинцово-кислотный аккумулятор. - URL: ru.wikipedia.org/wiki/ Свинцово-кислотный_аккумулятор.
7. Напряжение заряженного автомобильного аккумулятора. - URL: autogrep. ru/review/212.html.

Автор: Д. Панкратьев

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Случайная новость из Архива Защита от радиоизлучения мобильного телефона 23.06.2002 Гонконгская фирма Group Sense разработала мобильный телефон Greenphone е688 в котором попыталась кардинальным образом решить проблему защиты пользователя от радиоизлучения путем разделения аппарата на два модуля, связь между которыми осуществляется с помощью технологии Bluetooth. Один из модулей - eFone - объединяет в себе дисплей, трубку и клавиатуру, а другой - еВох служит для размещения SIM-карты и содержит приемопередатчик. Этот модуль пользователи могут располагать в таких местах, чтобы воздействие излучения от него было минимальным.

Другие интересные новости:

▪ Когда объезд не помогает

▪ Disney выпускает собственные Android-смартфоны

▪ Быстрая ходьба поможет жить дольше

▪ Новая мембрана удешевит фильтрацию воды

▪ Экологичный пластик из рыбных отходов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки. Подборка статей

▪ статья А мне и на моей приятно стороне. Крылатое выражение

▪ статья Какое чудо света можно было видеть всего 50 лет? Подробный ответ

▪ статья Тыква. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Смешанное подключение акустики к усилителю с двумя мостовыми выходами каналов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок питания для переносной аппаратуры от USB-порта. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026