DC-DC преобразователь своими руками. Простая схема

МС34063 схема инвертирующего преобразователя

Третья схема используется реже двух первых, но не менее актуальна. Для точного измерения напряжений или усиления аудио сигналов часто требуется двуполярное питание, и МС34063 может помочь в получении отрицательных напряжений. В документации приводиться схема позволяющая преобразовать напряжение 4,5 .. 6.0 В в отрицательное напряжение -12 В с током 100 мА.

Идея создания этого преобразователя возникла у меня после покупки нетбука Asus EeePC 701 2G. Маленький, удобный, гораздо мобильнее огромных ноутбуков, в общем, красота, да и только. Одна проблема — надо постоянно подзаряжать. А поскольку единственный источник питания, который всегда под рукой — это автомобильный аккумулятор, то естественно возникло желание заряжать нетбук от него. В ходе экспериментов обнаружилось, что сколько нетбуку не дай, — больше 2 ампер он все равно не возьмет, то есть регулятор тока, как в случае зарядки обычных аккумуляторов, нафиг не нужен. Красота, нетбук сам разрулит сколько тока потреблять, следовательно, нужен просто мощный понижающий преобразователь с 12 на 9,5 вольт, способный выдать нетбуку требуемые 2 ампера.

За основу преобразователя была взята хорошо известная и широко доступная микросхема MC34063. Поскольку в ходе экспериментов типовая схема с внешним биполярным транзистором зарекомендовала себя мягко скажем не очень (греется), было решено прикрутить к этой микрухе p-канальный полевик (MOSFET).

Катушку на 4..8 мкГн можно взять со старой материнской платы. Видели, там есть кольца, на которых толстыми проводами по несколько витков намотано? Ищем такую, на которой 8..9 витков одножильным толстым проводом — как раз самое то.

Все элементы схемы рассчитываются по типовой методике, так же, как и для преобразователя без внешнего транзистора, единственное отличие — V_sat нужно посчитать для используемого полевого транзистора. Сделать это очень просто: V_sat=R*I, где R — сопротивление транзистора в открытом состоянии, I — протекающий через него ток. Для IRF4905 R=0,02 Ом, что при токе 2,5А дает Vsat=0,05В. Что называется, почувствуйте разницу. Для биполярного транзистора эта величина составляет не менее 1В. Как следствие — рассеиваемая мощность в открытом состоянии в 20 раз меньше и минимальное входное напряжение схемы на 2 вольта меньше!

Как мы помним, для того, чтобы р-канальный полевик открылся — надо подать на затвор отрицательное относительно истока напряжение (то есть подать на затвор напряжение, меньше напряжения питания, т.к. исток у нас подключен к питанию). Для этого нам и нужны резисторы R4, R5. Когда транзистор микросхемы открывается — они образуют делитель напряжения, который и задает напряжение на затворе. Для IRF4905 при напряжении исток-сток 10В для полного открытия транзистора достаточно подать на затвор напряжение на 4 вольта меньше напряжения истока (питания), U_GS = -4В (хотя вообще-то правильнее посмотреть по графикам в даташите на транзистор сколько нужно конкретно при вашем токе). Ну и кроме того, сопротивления этих резисторов определяют крутизну фронтов открытия и закрытия полевика (чем меньше сопротивление резисторов — тем круче фронты), а также протекающий через транзистор микросхемы ток (он должен быть не более 1,5А).

В общем-то, радиатор можно было даже поменьше взять — преобразователь греется незначительно. КПД данного устройства около 90% при токе 2А.

Вход соединяете с вилкой для прикуривателя, выход — со штекером для нетбука.

Если не страшно, то можете вместо резистора R_sc просто поставить перемычку, как видите, лично я так и сделал, главное ничего не коротнуть, а то бумкнет 🙂

Скачать плату в формате Sprint-Layout 5.0. Плата разведена под использование SMD резисторов и конденсатора C₁. Да, и еще одно. Эта печатка не для того, чтобы её утюгом переносить, а чтобы дырочки наметить. Рисуйте маркером на плате, причем рисуйте дороги потолще, чтобы теплоотвод был получше. На чертеже показан вид сверху (со стороны деталей).

Если достать р-канальный полевик — проблема, читайте как собрать понижающий DC/DC преобразователь 12/9,5В 2,5А на микросхеме MC34063 с внешним n-канальным полевиком (MOSFET). С N-канальником, кстати, понижайка ещё лучше получается.

Пересчитав описанный выше конвертер на другие выходные напряжения и токи, можно изготовить автомобильные зарядные устройства и для других нетбуков.

Кроме того, хотелось бы добавить, что типовая методика совсем не идеальна в плане расчётов и ничего не объясняет, поэтому если вы хотите реально понять как всё это работает и как правильно рассчитывается, то рекомендую прочитать вот эту трилогию о понижающих преобразователях напряжения.

Схема управления

И если подключение частотного преобразователя к электродвигателю выполнить просто, достаточно только соединить соответствующие выводы, то со схемой управления все куда сложнее. Все дело в том, что возникает необходимость в программировании устройства, чтобы добиться максимально возможных регулировок от него. В основе находится микроконтроллер, к нему производится подключение считывающих устройств и исполнительных. Так, необходимо наличие трансформаторов тока, которые будут постоянно следить за мощностью, потребляемой электроприводом. И в случае превышения должно произойти отключение частотника.

Широтно-импульсная модуляция

Как сделать бензогенератор своими руками

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это тип сигнала, используемый для изменения количества энергии, отправляемой на нагрузку. Он широко используется в цифровых схемах, которые должны эмулировать аналоговый сигнал.

Импульсный сигнал

Вырабатываемые импульсы являются прямоугольными, относительная ширина которых может изменяться по сравнению с периодом. Результат этого соотношения называется рабочим циклом, а его единицы представлены в процентах:

D = t/T x 100%, где:

• D – рабочий цикл;
• t – время, когда сигнал положительный;
• Т – период.

Рабочий цикл изменяется таким образом, что среднее значение сигнала является приблизительным напряжением, которое требуется получить. Меняя значение D, можно управлять ключевым транзистором, что применяется почти во всех схемах импульсных преобразователей.

Особенности преобразователей LM2596

Самый популярный вариант применения устройства — источник напряжения на основе стабилитрона. Из него получается качественный импульсный БП, который выдерживает воздействие короткого замыкания. LM2596 — полностью соответствует даташит и всем описанным параметрам.

Еще один вариант использования преобразователей — стабилизатор силы тока. Модуль данной микросхемы подключает светодиодную автомобильную матрицу LM2596 с мощностью 10 Вт, в дополнение обеспечивая предотвращение КЗ.

Эти устройства имеют свою уникальность. Они обеспечивают снижение выходного напряжения до 40 В, необходимо всего 5 внешних элементов. Напряжение шины питания “умного дома” таким образом поднимается до 36 В, а сечение кабелей — уменьшается. В районе точек потребления нужно поставить такой модуль и настроить его на необходимый вольтаж (5,9,12).

Параметры устройства

Микросхема обладает следующими характеристиками:

1. Напряжение входа — от 2,4 до 40 В.
2. Напряжение выхода — от 1,2 до 37 В, его можно регулировать и фиксировать.
3. Ток выхода — максимум 3 А.
4. Преобразовательная частота — 150 кГц.
5. КПД при низком давлении — 75%, при большом — до 95%.

Корпуса

Есть 2 вида корпусов. Для одного из них применяется установка внутрь отверстия (ТО-220). Мне больше нравится планарный вариант, так как там радиатор — это и есть плата, и отпадает потребность в приобретении еще одного внешнего радиатора. Механически он гораздо устойчивее, чем TO-220, которая в обязательном порядке должна быть к чему-то привинчена, например, к плате. В этом случае установка планарной версии — гораздо проще.

Размеры LM2596
Советую устанавливать схему LM2596T-ADJ в блок питания, так как с ее корпуса проще отводится энергия.

Отключение при падении напряжения

Если вы используете в конструкции аккумуляторную батарею, которая параллельно работает в автомобиле, то рекомендуется позаботиться о том, чтобы автоматически отключался при низком заряде преобразователь с 12 на 220. Своими руками собрать простую схему отключения несложно. Если разрядится аккумулятор полностью, то вы не сможете завести двигатель даже с буксира. Поэтому внедрите в схему простой элемент – электромагнитное реле. Такие используются в автомобилях, поэтому найти его не составит труда.

У реле есть нижнее пороговое значение напряжения, при котором происходит замыкание контактов. Чтобы настроить более точно момент, необходимо подбирать сопротивление резистора R1. Оно должно быть равно сопротивлению обмотки реле, помноженному на коэффициент 0,1. Внедрить такую доработку можно без особого труда в преобразователь с 12 на 220. Своими руками подключить реле и резистор сможет даже начинающий электрик.

Но такая схема примитивна, и эффективность у нее крайне низкая, лучше воспользоваться модернизированной, она поддерживает точнее порог отключения батареи от инвертора.

Обзор производителей

Различные торговые точки могут предложить довольно широкий ассортимент инверторов-преобразователей напряжения 12-220 В. Инверторы выпускаются в различных странах — большинство из них производится в Китае, но это совсем не значит что они плохого качества. Ведь многие известные бренды из-за высокой конкуренции стремятся снизить себестоимость своей продукции, поэтому и переносят свои производственные мощности на территорию Китая.

Изучая предлагаемые рынком модели можно обратить внимание, что некоторые изделия имеют одинаковые характеристики, но при этом значительно различаются в цене. Связанно это с использованием той или иной радиоэлементной базы

Устройства, соответствующие заявленным характеристикам, собранные на качественной элементной базе и оборудованные необходимой защитой, надёжны в эксплуатации, поэтому стоят дороже.

Наиболее популярными брендами являются:

1. Wenchi. Тайваньский производитель радиоэлектронного оборудования. Присутствует на рынке уже более 23 лет. Его продукция сертифицирована во многих странах мира, включая Россию. Компания имеет свою лабораторию, в которой проводится испытание приборов и внедрение в их работу новых технологий. Спросом пользуются модели INS-1000W-12 и INS-200W-12.
2. Mean Well. Ведущий разработчик импульсных блоков питания. Фирма постоянно модернизирует и расширяет ассортимент своей продукции. Хорошие технические характеристики и демократичная цена позволяют каждому покупателю выбрать оптимальное оборудование этой марки. Популярными моделями являются: A301−2K5-F3 PBF, A301−150-F3, TN-1500−212B.
3. Gembird. Основанная в Голландии в 1997 году компания стала лидером в производстве компьютерной периферии источников питания. Хотя цех по производству инверторов находится в Китае, продукция проходит тщательный контроль и соответствует международным стандартам. Сервисные центры фирмы расположены во многих странах, что позволяет довольно быстро получить качественную помощь. Потребители часто выбирают инверторы серии Gembird I.
4. Robiton. Российская компания, специализирующая на производстве элементов питания. Её продукция соответствует требованиям безопасности Европейского союза. На все свои изделия фирма предоставляет три года гарантии. Повышенным спросом пользуются модели R300 и R500.

Схемы инверторов

Получившееся выпрямленное напряжение поступает на преобразователь (инвертор). Его выполняют на биполярных или полевых транзисторах, а также на IGBT-элементах, сочетающих свойства полевых и биполярных. В последние годы получили распространение мощные и недорогие полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET). На таких элементах удобно строить ключевые схемы инверторов. В схемах импульсных блоков питания используются различные варианты включения MOSFET, но в основном применяются двухтактные схемы из-за простоты и возможности наращивания мощности без существенных переделок.

Пуш-пульная схема

Схема пуш-пульного преобразователя.

Пуш-пульный инвертор (push – толкать, pull – тянуть) — пример двухтактного преобразователя. Транзисторные ключи работают на первичную обмотку трансформатора, состоящую из двух полуобмоток I и II. Транзисторы поочередно открываются на заданный промежуток времени. Когда открыт верхний по схеме транзистор, ток течет через полуобмотку I (красная стрелка), когда второй – через полуобмотку II (зеленая). Чтобы избежать ситуации, когда оба ключа открыты (из-за конечной скорости работы транзисторов), схема управления формирует паузу, называемую Dead time.

Управление транзисторами с учетом Dead time.

Такая схема хорошо работает при низком напряжении питания (до +12 вольт). Минусом является наличие выбросов амплитудой, равной удвоенному напряжению питания. Это влечет за собой применение транзисторов, рассчитанных на вдвое большее напряжение.

Мостовая схема

От главного недостатка предыдущей схемы свободна двухтактная мостовая.

Двухтактная мостовая схема инвертора.

Здесь одновременно открывается пара транзисторов T1 и T4, потом Т2 и Т3 (сигнал управления ключами формируется с учетом Dead time). При этом первичная обмотка подключается к источнику питания то одной стороной, то другой. Амплитуда импульсов равна полному напряжению питания, и выбросы напряжения отсутствуют. К минусам относят применение четырех транзисторов вместо двух. Помимо увеличения габаритов БП это ведет к удвоенным потерям напряжения.

Полумостовая схема

На практике часто применяют полумостовую схему инвертора – в определенной мере компромисс между предыдущими двумя схемами.

Полумостовая схема.

В этом случае одна сторона обмотки коммутируется поочередно открывающимися транзисторами Т1 и Т2, а другая подключается к средней точке емкостного делителя С1, С2. Достоинства схемы:

• в отличие от пушпульной отсутствуют выбросы напряжения;
• в отличие от мостовой используются только два транзистора.

На другой чаше весов – обмотка трансформатора запитана лишь от половины напряжения питания.

Однотактные схемы

В схемотехнике преобразователей применяются и однотактные схемы – прямоходовые и обратноходовые. Их принципиальное отличие от двухтактных – трансформатор (точнее, его первичная обмотка) служит одновременно накопительной индуктивностью. В обратноходовых схемах энергия накапливается в первичной обмотке во время открытого состояния транзистора, а отдается в нагрузку через вторичную обмотку во время закрытого. В прямоходовых накопление энергии и отдача потребителю происходит одновременно.

Две фазы работы обратногоходового однотактного инвертора.

Работа DC DC преобразователя

Для приборов, электропитание которых производится от батареек или аккумуляторов, изменение напряжения до требуемой величины возможно только с использованием DC DC инверторов. Опишем вкратце, как работают DC DC преобразователи повышающего или понижающего типа. Напряжение постоянного тока с его помощью:

• становится переменным с частотой в несколько десятков или сотен кГц;
• увеличивается или уменьшается до требуемого значения;
• проходит выпрямление;
• поступает в нагрузку.

Такие инверторы называют импульсными. Они отличаются высоким КПД – от 60 до 90%, и имеют широкий диапазон Uвх. Его значение бывает меньше Uвых или гораздо выше его. Например, инвертор, увеличивающий напряжение от 1,5 до 5 В, увеличивает стандартное напряжение батарейки до Uвых, характерного для USB разъема на компьютере. Широко используются и модели, увеличивающие напряжение с 12 до 220 В. Среди понижающих моделей популярны конфигурации, уменьшающие напряжение от 12–80 В до 5 В и от 16–120 В до 12 В (напряжение автомобильного аккумулятора).

Виды DC DC преобразователей напряжения

Рассмотрим основные типы таких устройств:

1. Понижающие (альтернативные названия – buck, chopper, step-down). Обычно имеют Uвых
2. Повышающие (альтернативные названия – boost, бустеры, step-up). Имеют Uвых˃Uвх. К примеру, при Uвх=5 В удается получить Uвых до 30 В, с возможностью его высокоточной регулировки и стабилизации.
3. Универсальные (SEPIC). Имеют Uвых, удерживаемое на фиксированном уровне. При этом есть возможность получить и Uвых
4. Инвертирующие (inverting converter). Главная задача таких устройств – получение Uвых обратной полярности по отношению к источнику питания. Они оптимально подходят для использования в ситуациях, когда нужно 2-полярное питание, к примеру, для питания операционных усилителей.

Инверторы всех перечисленных типов бывают со стабилизацией и без нее. Uвых бывает гальванически связанным с Uвх. Есть модели с гальванической развязкой напряжений. Подходящие характеристики и особенности инвертора зависят от характеристик прибора, в составе которого он будет применяться.

DC/DC-преобразователи для шин питания с напряжением до 18 В

ST1S50 – высокоэффективный синхронный DC/DC-преобразователь с выходным током до 4 А, работающий на фиксированной частоте 500 кГц. Входное напряжение для него может лежать в диапазоне 4…18 В, а диапазон выходных напряжений – 0.8…0.88×Uвх (рисунок 7).

Рис. 7. Типовая схема включения ST1S50

Преобразователь имеет высокий КПД за счет применения синхронной схемы. Сопротивление открытого канала интегрированных ключей мало: 95 мОм (ключ верхнего плеча), 69 мОм (ключ нижнего плеча).

ST1S50 имеет существенные преимущества.

Во-первых, интеллектуальная система контроля тока и особый режим ШИМ позволяют повысить величину КПД при малых нагрузках. Например, при входном напряжении 12 В, выходном напряжении 5 В и выходном токе более 250 мА КПД составит более 90%.

Во-вторых, высокая рабочая частота и низкое сопротивление ключей позволяют уменьшить значение емкости выходного фильтра. В результате для части приложений достаточно будет одного керамического конденсатора. Такое решение позволяет снизить площадь, занимаемую преобразователем на плате.

В-третьих, преобразователь имеет функцию «Power Good». Ее суть заключается в том, что схема с открытым стоком формирует на выводе PG низкий уровень в случае, если выходное напряжение падает ниже 91% от заданного значения. Вывод PG толерантен к уровню напряжения питания микросхемы.

В-четвертых, ST1S50 имеет программируемое время плавного старта. Задание происходит посредством одного конденсатора, подключенного к выводу EN_SS. Этот же вывод используется для разрешения работы преобразователя.

Если для разрабатываемого устройства требуются, в первую очередь, минимальные габариты, то следует обратить внимание на преобразователи ST1S40/ST1S41. ST1S40/ST1S41 – синхронные 3 A/4 А DC/DC-преобразователи, работающие со входными напряжениями 4…18 В. Диапазон выходных напряжений – от 0.8 В до уровня входного напряжения

Диапазон выходных напряжений – от 0.8 В до уровня входного напряжения

ST1S40/ST1S41 – синхронные 3 A/4 А DC/DC-преобразователи, работающие со входными напряжениями 4…18 В. Диапазон выходных напряжений – от 0.8 В до уровня входного напряжения.

Преобразователи имеют высокий КПД по целому ряду причин: синхронная схема преобразователя, низкое сопротивление интегрированных силовых ключей (95 мОм для ключа верхнего плеча, 69 мОм для ключа нижнего плеча), высокая рабочая частота – до 850 кГц.

Еще одним преимуществом ST1S40/ST1S41 является простота схемотехнической реализации (рисунок 8). Микросхемы имеют встроенные схемы компенсации и плавного старта фиксированной длительности (1 мс). Это позволяет сократить количество необходимых внешних компонентов. С одной стороны, это упрощает стоимость конечного изделия, с другой – позволяет создавать компактные решения.

Рис. 8. Типовая схема включения ST1S40/ST1S41

ST1S50, ST1S40 и ST1S41 имеют широкий диапазон применений – это не только бытовая и потребительская электроника, но и системы безопасности (центральные блоки), системы ЧПУ (блоки процессоров, модули электроавтоматики, пульты операторов), измерительная и контрольно-проверочная аппаратура.

Окончательная сборка импульсного преобразователя напряжения.

Перед окончательной сборкой, все элементы схемы были соединены многожильным проводом, и была проверена способность схемы принимать и отдавать энергию.

Для предотвращения замыкания, импульсный преобразователь напряжения был со стороны контактов заизолирован силиконовым герметиком.

Затем все элементы конструкции были размещены в корпусе от «Кроны». Для того, чтобы передняя крышка с разъёмом не утапливалась внутрь, между передней и задней стенками была вставлена пластинка из целлулоида. После чего, задняя крышка была закреплена клеем «88Н».

Для зарядки модернизированной «Кроны» пришлось изготовить дополнительный кабель со штекером типа Джек 3,5мм на одном из концов. На другом конце кабеля, для снижения вероятности короткого замыкания, были установлены стандартные приборные гнёзда, вместо аналогичных штекеров.

Готовые платы для сборки инверторов

В продаже можно встретить готовые модули. Они представляют собой платы, на которых установлены:

1. Трансформатор.
2. Полупроводниковые силовые ключи.
3. Радиатор.
4. Пассивные элементы.
5. Устройства защитного отключения, предохранители.

Такой инвертор 12 в 220 чистый синус на выходе выдаст, так как он изготавливается на современной элементной базе. Стоимость готовых блоков немаленькая. Самый маломощный обойдется не меньше чем в 300-350 рублей, и то это оптовая цена. Чем выше мощность прибора, тем больше его стоимость.

Но прежде чем использовать такие устройства, необходимо найти подходящий корпус. Монтаж платы нужно производить таким образом, чтобы внутреннее пространство хорошо охлаждалось. Желательно сделать дополнительное принудительное охлаждение с помощью кулера от персонального компьютера. Инвертор 12-220, схема которого приведена выше, тоже должен быть смонтирован в надежном корпусе. Главное, чтобы случайно не дотронулись до высоковольтных выводов.

Универсальный Dc Dc преобразователь – SEPIC

SEPIC (single-ended primary-inductor converter) или преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью.

Подобные преобразователи применяются в основном, когда нагрузка имеет незначительную мощность, а входное напряжение изменяется относительно выходного в большую или меньшую сторону.

   Функциональная схема преобразователя SEPIC

Очень похожа на схему повышающего преобразователя, показанного на предыдущем рисунке, но имеет дополнительные элементы: конденсатор C1 и катушку L2. Именно эти элементы и обеспечивают работу преобразователя в режиме понижения напряжения.

Преобразователи SEPIC применяются в тех случаях, когда входное напряжение изменяется в широких пределах. В качестве примера можно привести 4V-35V to 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Именно под таким названием в китайских магазинах продается преобразователь, схема которого показана на рисунке ниже.

   Внешний вид преобразователя SEPIC

Следует обратить внимание на наличие двух катушек L1 L2. По этому признаку можно определить, что это именно преобразователь SEPIC

Входное напряжение платы может быть в пределах 4…35 В. При этом выходное напряжение может настраиваться в пределах 1,23…32 В. Рабочая частота преобразователя 500 КГц. При незначительных размерах 50 x 25 x 12 мм плата обеспечивает мощность до 25 Вт. Максимальный выходной ток до 3 А.

Но тут следует сделать замечание. Если выходное напряжение установить на уровне 10 В, то выходной ток не может быть выше 2,5 А (25 Вт). При выходном напряжении 5 В и максимальном токе 3 А мощность составит всего 15 Вт. Здесь главное не перестараться: либо не превысить максимально допустимую мощность, либо не выйти за пределы допустимого тока.

Преобразователь напряжения на основе КР1006ВИ1

Преобразователь напряжения, выполненный на основе генератора импульсов на микросхеме DA1 КР1006ВИ1, усилителя на основе полевого транзистора VT1 и индуктивного накопителя энергии с выпрямителем и фильтром, показан на рис. 10.

На выходе преобразователя при напряжении питания 9В и потребляемом токе 80…90 мА образуется напряжение 400…425 В. Следует отметить, что величина выходного напряжение не гарантирована — она существенно зависит от способа выполнения катушки индуктивности (дросселя) L1.

Рис. 10. Схема преобразователя напряжения с генератором импульсов на микросхеме КР1006ВИ1.

Для получения нужного напряжения проще всего экспериментально подобрать катушку индуктивности для достижения требуемого напряжения или использовать умножитель напряжения.

Повышающие преобразователи (регуляторы II типа)

Они применяются для электропитания потребителей, которым необходимо напряжение, большее, чем напряжение источника энергии. Принцип работы DC/DC преобразователя повышающего типа аналогичен понижающему конвертору. Устройство состоит из тех же элементов, но имеет другую схему подключения. Открывание и закрывание транзистора также осуществляется с помощью настроек ШИМ.

Открытый ключ обеспечивает протекание тока через транзистор и дроссель. При этом катушка запасает электроэнергию, а закрытый диод не позволяет разряжаться выходному конденсатору, питающему нагрузочное сопротивление. Как только напряжение падает ниже заданного уровня, происходит закрывание транзистора. В результате диод открывается и начинается подзарядка конденсатора. Входное напряжение суммируется с энергией, которая генерируется на катушке. Благодаря этому выходной сигнал становится выше, чем исходный. После достижения верхней границы напряжения, ключ снова закрывается, и цикл начинается заново.

Мощный DC-DC преобразователь

Сегодня рассмотрим очередной DC-DC преобразователь напряжения который позволит заряжать или питать ноутбук от автомобильной бортовой сети 12 вольт.  Схем похожих преобразователей в сети очень много, мы рассмотрим на мой взгляд один из лучших вариантов.  Ещё инверторы такого планы часто применяются для питания мощных светодиодов от пониженного источника поэтому некоторые образцы имеют функцию ограничения тока.

Зачем делать то, что можно купить, ещё и за несколько долларов, такие вопросы задают многие люди…, отвечу просто,  во-первых, собрать своими руками гораздо быстрее, чем ждать пару месяцев посылку из Китая и, во-вторых ничто не сравнится с той радостью, которую приносит работа конструкции которою ты создал собственными руками.  Плюс ко всему наша конструкция будет надёжная.

Давайте рассмотрим схему и принцип её работы.

Это однотактный, повышающий стабилизатор напряжения с защитой от коротких замыканий, в просто народи — Бустер. Принцип работы схож с обратно — ходовым преобразователем, но у последнего дроссель состоит минимум из двух обмоток и между ними имеется гальваническая развязка.

Основой схемы является популярнейший однотактный ШИМ-контроллер из семейства UC38, в данном случае это UC3843.  На вход схемы подаем напряжение, скажем 12 Вольт, а на выходе получаем 19, которые необходимо для зарядки почти любого ноутбука.

Вообще диапазон входных и выходных напряжений для этой схемы довольно широк, вращением подстроечного многооборотного резистора R8 с лёгкостью можно получить иные напряжения на выходе. Я выставил чуть меньше 18, так как данный преобразователь мне нужен для иных целей.

Микросхема генерирует прямоугольные импульсы с частотой около 120-125 килогерц, этот сигнал поступает на затвор ключа и тот срабатывает. Когда открыт транзистор в дросселе накапливается некоторая энергия, после закрытия ключа дроссель отдаёт накопленную энергию, это явление называют самоиндукцией, которая свойственна индуктивным нагрузкам.

Важно заметить, что напряжение самоиндукции может быть в разы, а то и в десятки раз больше напряжения питания, всё зависит от индуктивности конкретного дросселя.  На выходе схемы установлен однополупериодный выпрямитель для выпрямления всплесков самоиндукции в постоянный ток , который накапливается в выходных конденсаторах

Питание нагрузки осуществляется запасенной в конденсаторах энергией, такой инвертор очень экономичен благодаря ШИМ управлению, потребление холостого хода всего 15-20 миллиампер.
Используя осциллограф мы можем увидеть, как меняется скважность импульсов на затворе полевого транзистора в зависимости от выходной нагрузки, чем больше выходная мощность, тем больше длиться рабочий цикл транзистора, то есть в дроссель поступает больше энергии, а следовательно больше и энергия самоиндукции.

Теперь о конструкции…  Микросхема — ШИМ установлена на панельку для без паечного монтажа, если собираетесь использовать такой преобразователь в автомобиле, то советую микросхему запаять непосредственно на плату, так как в машине всегда есть вибрация.

Полевой транзистор… Тут большой выбор, использовать можно ключи с током от 20 ампер напряжением не менее 50 вольт. Я просто воткнул мой любимый IRFZ44, которого с головой хватит.

Кстати о мощности…, В принципе схема может отдать 150 вт без проблем, но естественно для этого нужен более мощный транзистор скажем irf3205 и соответствующий дроссель, в моём варианте схема будет под нагрузкой не более 50 Ватт, хотя с таким раскладом компонентов 100 Ватт снять можно.

Далее по счёту идёт накопительный дроссель, его индуктивность 40 мкГн, ничего не мотал, просто взял один из дросселей выходного фильтра компьютерного блока питания. Диаметр провода 0,9 мм. Количество витков 25. В принципе он особо не критичен, индуктивность может отличаться, размеры кольца и количество витков тоже.

Выходной выпрямитель — это сдвоенный Диод шоттки, подойдут сборки с током от 10 ампер с обратным напряжением не менее 40-45 Вольт.

Схема имеет защиту от коротких замыканий, она построена на базе датчика тока в лице низкоомного резистора подключённого в цепь истока полевого ключа, в моём случае это 2-х ваттный резистор сопротивлением 0,1 Ом.

После окончательной сборки транзистор и выпрямитель устанавливают на общий теплоотвод не забываем и про изоляцию между ними. Печатная плата довольно компактная, монтаж плотный.

Печатную плату в формате lay. можно скачать здесь.

Автор; АКА Касьян.

Сборка из готовых блоков

Повышатель на 150 Ватт

Для сборки стационарного или автомобильного инвертора 12в 220в своими руками можно использовать готовые блоки, которые продаются на Ебее или у китайцев. Это сэкономит время на изготовление платы, пайку и окончательную настройку. Достаточно добавить к ним корпус и провода с крокодилами.

Приобрести можно и радиоконструктор, который укомплектован всеми радиодеталями, остаётся только спаять.

Примерная цена на осень 2016:

1. 300вт – 400руб;
2. 500вт – 700руб;
3. 1000вт – 1500руб;
4. 2000вт – 1700руб;
5. 3000вт — 2500руб.

Для поиска на Aliexpress укажите запрос в поисковой строке «inverter 220 diy». Сокращение «DIY» обозначает для «сборки своими руками».

Плата на 500W, выход на 160, 220, 380 вольт

150вт

Инвертор 50 Ватт

Автоинвертор 300вт

Фазы работы понижающего преобразователя

Коэффициент D влияет на длительность открытия или закрытия ключа:

1. Фаза 1 – накачка. Когда ключ-транзистор разомкнут, ток от батарейки, аккумулятора или другого источника идет по направлению от дросселя L на нагрузку Rн и заряжаемый конденсатор Cout. Конденсатор и дроссель при этом копят электроэнергию. Величина тока iL плавно растет под воздействием индуктивности дросселя. Этот этап называется накачкой. Когда напряжение на нагрузке достигает фиксированной величины, транзистор VT перекрывается, и стартует этап разряда.

2. Фаза 2 – разряд. Транзистор VT сомкнут, и дроссель не накапливает энергию, т.к. источник отключен. Изменению значения и направленности тока, идущего через обмотку дросселя, препятствует индуктивность L (эффект самоиндукции). В результате движение тока не прекращается в один миг, и происходит его замыкание по линии «диод-нагрузка». По этой причине диод VD называется разрядным. Обычно в этих целях используется быстродействующий диод Шоттки. По окончании 2-й фазы процесс циклически повторяется.

Предельное значение Uвых в этой схеме равно Uвх и не может превышать его. Для получения Uвых˃ Uвх используются повышающие преобразователи.

Настройка преобразователя.

Настройка может потребоваться для установки необходимого уровня выходного напряжения.

Я так подобрал количество витков, чтобы при напряжении на аккумуляторе 1,0 Вольт, на выходе преобразователя было около 7 Вольт. При этом напряжении, в мультиметре зажигается индикатор разряда батареи. Таким образом, можно предотвратить слишком глубокий разряд аккумулятора.

Если вместо предложенных транзисторов КТ209К будут использованы другие, тогда придётся подобрать количество витков вторичной обмотки трансформатора. Это связано с разной величиной падения напряжения на p-n переходах у различных типов транзисторов.

Я испытывал эту схему на транзисторах КТ502 при неизменных параметрах трансформатора. Выходное напряжение при этом снизилось на вольт или около того.

Также нужно иметь в виду, что база-эмиттерные переходы транзисторов одновременно являются выпрямителями выходного напряжения

Поэтому, при выборе транзисторов, нужно обратить внимание на этот параметр. То есть, максимально-допустимое напряжение база-эмиттер должно превышать необходимое выходное напряжение преобразователя

Если генерация не возникает, проверьте фазировку всех катушек. Точками на схеме преобразователя (см. выше) отмечено начало каждой обмотки.

Чтобы не возникало путаницы при фазировке катушек кольцевого магнитопровода, примите за начало всех обмоток, например, все выводы выходящие снизу, а за конец всех обмоток, все выводы выходящие сверху.

Как сделать преобразователь 12/220 своими руками

Обычный импульсный преобразователь имеет очень простую схему. Большинство
требуемых деталей выпаивается из старого блока питания. Правда, получаемое на
выходе напряжение в 220 Вольт будет далёким от синусоидального, и не
соответствует частоте 50 Гц. Это означает, что напрямую подключать электронику
или инструменты будет невозможно. Но есть решение: установка на выходе
выпрямителя со сглаживающими конденсаторами.

Главная часть схемы на фото — ШИМ-контроллер TL494. Частоту задают
конденсатор C2 и резистор R1. Их номиналы могут отличаться от представленных.

Другая схема является старой, собирается на отечественных элементах, но
выдаёт напряжение в 220 Вольт с частотой 50 Гц. Генератор здесь представляет
собой сдвоенный D-триггер, являющийся аналогом зарубежной микросхемы CD4013. В
случае необходимости можно произвести замену без изменений в схеме. Недостатков
у этой схемы немало: быстрый перегрев, обязательное использование мощного
стального сердечника, несинусоидальный выход, шум в работе.

Есть возможность обойтись и без адаптера, если нужно пользоваться дрелью
или другими инструментами. Вместо него устанавливается бензиновый генератор —
подпитывается от двигателя. Этот прибор может даже зарядить севший аккумулятор
— удобная штука!