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:

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Робот LG CLOiD 06.01.2026

LG представила своего нового работа CLOiD. Его возможности выходят за рамки простого выполнения команд - он способен адаптироваться к образу жизни владельца и управлять подключенными бытовыми приборами. LG CLOiD объединяет два ключевых направления корейской компании: платформу роботизированной помощи LG Q9 и экосистему умного дома LG ThinQ. На демонстрации робот показал, что умеет готовить завтрак: доставать молоко из холодильника, помещать круассан в духовку и выполнять другие кулинарные задачи. Кроме того, CLOiD может самостоятельно запускать стирку, после сушки складывать одежду и раскладывать ее по шкафу. Таким образом, робот подстраивается под повседневные привычки хозяев и может управлять всеми совместимыми устройствами, подключенными к сети. Конструкция LG CLOiD специально адаптирована для работы в жилых помещениях. Основной блок робота соединен с телом, оснащенным двумя шарнирными руками-манипуляторами, а базируется он на колесной платформе с функцией автономной навигации ...>>

Твердотельные батареи без потерь от замерзания ионов 05.01.2026

Энергетика и электроника сегодня все больше зависят от надежных и безопасных источников энергии. Твердотельные батареи рассматриваются как ключ к следующему этапу развития портативных и стационарных устройств, однако традиционные подходы сталкиваются с фундаментальной проблемой: при затвердевании электролита движение ионов замедляется или полностью останавливается. Новое исследование ученых из Оксфордского университета и их партнеров может изменить это представление и открыть путь к созданию безопасных и эффективных твердых аккумуляторов. В своей работе исследователи разработали новый класс органических электролитов, которые сохраняют высокую ионную проводимость независимо от состояния - жидкого, жидкокристаллического или твердого. Такие материалы получили название "электролиты, независимые от состояния" (state-independent electrolytes, SIE). Аспирантка Джульетт Барклай, первый автор исследования, отмечает, что это доказывает возможность проектировать органические молекулы так, чтоб ...>>

Случайная новость из Архива Зарядные устройства помогут электросетям 05.10.2012 Принцип работы умного зарядного устройства основан на учете суточных колебаний частоты переменного тока в электросети. Даже если она номинально составляет, к примеру, 50 герц, ее фактическое значение постоянно меняется в пределах между 49,9 и 50,2 герцами. Эти колебания отражают изменение баланса между потребителями и производителями электроэнергии. Ученые из Корнельского университета показали, что анализ колебаний частоты в электросети может помочь сбалансировать потребление энергии. Для этого инженеры создали зарядное устройство для ноутбука, которое потребляет энергию тогда, когда в электросети имеется избыток производительных мощностей, и прекращает зарядку, когда потребление вновь возрастает. Включение и выключение устройства контролируется микроконтроллером с установленным значением низкого и высокого порогов частоты тока. Влияние ноутбуков на общую стабильность электросети при условии полного перехода на "умные" зарядные устройства авторы называют "значительным" в масштабе отдельно взятой Великобритании. Тем не менее, подробные расчеты этого влияния в работе отсутствуют. Также неясно, как периодические переходы аккумуляторов между разными режимами работы могут повлиять на продолжительность их жизни.

Другие интересные новости:

▪ Автомобили Volkswagen с проецированием информации на дорогу

▪ Обнаружен мощный энергетический свет Солнца

▪ Чип MediaTek MT9602

▪ Опасность крабовых палочек

▪ Ослабление иммунитета космонавтов будет предсказано

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Веселые задачки. Подборка статей

▪ статья Легковой автомобиль. История изобретения и производства

▪ статья Как ходят улитки? Подробный ответ

▪ статья Устройство песчано-щебеночного основания дорожных работ. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Электромузыкальный звонок на микросхеме К555ИД3. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Микрофонный усилитель с однопроводным питанием. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026