Высокочастотный преобразователь напряжения своими руками

Как сделать простой высоковольтный преобразователь из 3-х деталей » трансформатор, транзистор, резистор.

Тема о различных устройствах, повышающих напряжение до величин свыше 1000 вольт весьма популярна. Эти высоковольтные преобразователи можно использовать для таких целей как электрические зажигалки, ионизаторы воздуха, источники питания для газоразрядных ламп, электрошокеры, различные светящиеся шары (внутри которых играют молнии) и т.д. И вовсе нет особой необходимости в том, чтобы собирать преобразователь высокого напряжения по какой-то сложной схеме. Допустим я сделал очень простой вариант такого устройства, которое содержало в себе всего три детали: трансформатор с ферритовым Ш-образным сердечником, полевой транзистор и резистор.

В этой схеме простого высоковольтного преобразователя, что был собран своими руками, основные силы уходят на намотку повышающего трансформатора. Сам трансформатор был снят с платы обычного компьютерного блока питания. Также такие трансформаторы можно найти в различной современной технике, где имеются блоки питания с высокочастотными преобразователям. Либо его можно просто купить на радиорынке, цена относительно низкая.

Магнитопровод такого высокочастотного трансформатора должен быть из феррита (подойдет любая марка). У меня нормально работал этот преобразователь на трансформаторе Ш-образной формы (должна подойти и П-образная форма), в то время как на круглом сердечнике схема не запускалась. Размеры трансформатора в большей степени зависят от того провода, что будет намотан на магнитопровод (диаметра, количества витков, изоляционных слоев между обмотками). Допустим свой первый трансформатор я намотал до полного его заполнения, а в итоге оказалось, что было недостаточным количество витков во вторичной обмотке. Пришлось брать трансформатор чуть больших размеров. Что касается мощности таких высокочастотных трансформаторов, то ее скорее можно назвать резиновой. То есть, электрическая мощность, которую можно получить из подобного транса, напрямую зависит от рабочей частоты тока, что подается на входные обмотки. Повышая только лишь частоту тока, оставляя размеры трансформатора прежними, можно увеличивать его общую мощность.

Если вы сняли с устройства, достали где-нибудь подходящий трансформатор с ферритовым сердечником то его нужно будет перемотать. Обычно магнитопровод этих трансов между собой склеен. Банальные попытки просто соединить сердечник путем механического воздействия (отковыривать ножом, отверткой и т.д.) в большинстве случаев приводят к раскалыванию феррита. Правильнее будет сначала имеющийся трансформатор опустить на полминуты в кипящую воду. После этого сцепление клея ослабевает и части ферритового сердечника легко отсоединяются друг от друга без повреждений.

Теперь что касается самой перемотки трансформатора под наш самодельный высоковольтный преобразователь. Итак, первичная обмотка содержит 8 витков с отводом от середины (диаметр провода около 0.8-1,5 мм). Ее проще наматывать шиной из нескольких проводов, допустим берем 6 проводов диаметром по 0.4 миллиметров каждый. Все эти провода аккуратно и равномерно наматываем на каркас трансформатора. Мотаем 4 витка. Далее выходящие концы этих проводов разделяем по 3 штуки, спаивая их между собой. В общем получается что мы имеем первичку, состоящую из двух проводов, каждый из которых имеет 4 витка, а каждый провод состоит из трех жил, соединенных параллельно между собой. Начало одной (любой) первичной обмотки соединяем с концом другой первичной обмотки. Это соединение и будет отводом от середины, образуя среднюю точку.

Для изоляционного отделения обмоток можно использовать ленту обычного скотча. Намотали первичную обмотку, нанесли изоляционный слой в несколько витков. Поверх первичной начинаем мотать вторичную, повышающую обмотку высоковольтного трансформатора. Также отделяем слоем скотча. К примеру, один слой вторичной обмотки содержит у меня по 200 витков, после чего изолирую одним витком скотча. Далее мотаю следующий слой в 200 витков. Всего вторичная обмотка должна содержать около 1600 витков провода 0,1 мм. Это получается 8 слоев по 200 витков каждый. Следим, чтобы витки различных слоев были отдалены друг от друга на некоторое расстояние (примерно 0.4 мм), что уменьшает вероятность электрического пробоя.

После завершения намотки вставляем в каркас части ферритового сердечника. Для их фиксации достаточно обмотать несколькими витками ленты скотча. Вот и все, наш высоковольтный трансформатор готов. Теперь осталось к нему припаять полевой транзистор и резистор. Подсоединяем питание. В моем случае высоковольтный преобразователь хорошо начинал работать от напряжения 5 вольт. Просто сам полевой транзистор, который я поставил, имеет пороговое напряжение 2-4 вольта. Путем подбора полевых транзисторов (имеющих другие пороговые напряжения) можно уменьшить величину питающего напряжения, к примеру, запитать схему от обычного литиевого аккумулятора, получив в итоге компактную электрическую зажигалку для газа.

Видео по этой теме:

Источник

Делаем простейший преобразователь 12В — 220В своими руками

Можно вспомнить много случаев, когда пригодился бы преобразователь из 12 вольт постоянного тока в 220 вольт переменного – например, приехав на дачу на автомобиле, можно вечером включить освещение или запитать от аккумулятора насос для полива. Также такой инвертор – неотъемлемая часть ветряных генераторов.

Купить готовое устройство не составит проблем – а автомагазинах можно найти автомобильные инверторы (импульсные преобразователи напряжения) различной мощности и цены.

Однако, цена подобного устройства средней мощности (300-500 Вт) составляет несколько тысяч рублей, а надежность многих китайских инверторов достаточно спорна. Изготовление своими руками простого преобразователя – это не только способ ощутимо сэкономить, но и возможность улучшить свои знания в электронике. В случае отказа же ремонт самодельной схемы окажется ощутимо проще.

Распространенные схемы

Простой импульсный преобразователь

Схема этого устройства очень проста, а большинство деталей могут быть извлечены из ненужного блока питания компьютера. Конечно, у нее есть и ощутимый недостаток – получаемое на выходе трансформатора напряжение 220 вольт далеко по форме от синусоидального и имеет частоту значительно больше, чем принятые 50 Гц. Напрямую подключать к нему электродвигатели или чувствительную электронику нельзя.

Для того, чтобы иметь возможность подключать к этому инвертору содержащую импульсные блоки питания технику (например, блок питания ноутбука), применено интересное решение – на выходе трансформатора установлен выпрямитель со сглаживающими конденсаторами. Правда, работать подключенный адаптер сможет только в одном положении розетки, когда полярность выходного напряжения совпадет с направлением встроенного в адаптер выпрямителя. Простые потребители типа ламп накаливания или паяльника можно подключать непосредственно к выходу трансформатора TR1.

Основа приведенной схемы – это ШИМ-контроллер TL494, наиболее распространенный в таких устройствах. Частоту работы преобразователя задают резистор R1 и конденсатор C2, их номиналы можно брать несколько отличающимися от указанных без заметного изменения в работе схемы.

Для большей эффективности схема преобразователя включает в себя два плеча на силовых полевых транзисторах Q1 и Q2. Эти транзисторы нужно разместить на алюминиевых радиаторах, если предполагается использовать общий радиатор – устанавливайте транзисторы через изоляционные прокладки. Вместо указанных на схеме IRFZ44 можно использовать близкие по параметрам IRFZ46 или IRFZ48.

Выходной дроссель наматывается на ферритовом кольце от дросселя, также извлекаемого из компьютерного блока питания. Первичная обмотка мотается проводом диаметром 0,6 мм и имеет 10 витков с отводом от середины. Поверх нее наматывается вторичная обмотка, содержащая 80 витков. Также можно взять выходной трансформатор из сломанного источника бесперебойного питания.

Вместо высокочастотных диодов D1 и D2 можно взять диоды типов FR107, FR207.

Так как схема очень проста, после включения при правильном монтаже она начнет работать сразу и не потребует никакой настройки. Отдавать в нагрузку она сможет ток до 2,5 А, но оптимальным режимом работы будет ток не более 1,5 А – а это более 300 Вт мощности.

Готовый инвертор такой мощности стоил бы порядка трех-четырех тысяч рублей.

Схема преобразователя с выходом переменного тока

Эта схема выполнена на отечественных комплектующих и достаточно стара, но это не делает ее менее эффективной. Главное ее достоинство – это получение на выходе полноценного переменного тока с напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц.

Здесь генератор колебаний выполнен на микросхеме К561ТМ2, представляющей собой сдвоенный D-триггер. Она является полным аналогом зарубежной микросхемы CD4013 и может быть заменена ей без изменений в схеме.

Преобразователь также имеет два силовых плеча на биполярных транзисторах КТ827А. Их главный недостаток по сравнению с современными полевыми – это большее сопротивление в открытом состоянии, из-за чего нагрев при той же коммутируемой мощности у них сильнее.

Так как преобразователь работает на низкой частоте, трансформатор должен иметь мощный стальной сердечник. Автор схемы предлагает использовать распространенный советский сетевой трансформатор ТС-180.

Как и другие инверторы на основе простых ШИМ-схем, этот преобразователь имеет на выходе достаточно отличающуюся от синусоидальной форму напряжения, но это несколько сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7. Также из-за этого трансформатор во время работы может издавать ощутимый гул – это не является признаком неисправности схемы.

Простой инвертор на транзисторах

Этот преобразователь работает по тому же принципу, что и перечисленные выше схемы, но генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) в нем построен на биполярных транзисторах.

Особенность этой схемы в том, что она сохраняет работоспособность даже на сильно разряженном аккумуляторе: диапазон входных напряжений составляет 3,5…18 вольт. Но, так как в ней отсутствует какая-либо стабилизация выходного напряжения, при разрядке аккумулятора будет одновременно пропорционально падать и напряжение на нагрузке.

Так как эта схема также является низкочастотной, трансформатор потребуется аналогичный используемому в инверторе на основе К561ТМ2.

Усовершенствования схем инверторов

Приведенные в статье устройства крайне просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами. Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным переделкам, которые к тому же позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.

Увеличение выходной мощности

Все описанные устройства работают по одному принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора соединяется с входом питания на время, заданное частотой и скважностью задающего генератора. При этом генерируются импульсы магнитного поля, возбуждающие во вторичной обмотке трансформатора синфазные импульсы с напряжением, равным напряжению в первичной обмотке, умноженному на отношение числа витков в обмотках.

Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Именно максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, и определяет максимальную мощность преобразователя.

Существуют два способа увеличения мощности инвертора: либо применить более мощный транзистор, либо применить параллельное включение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как позволяет не только применить более дешевые детали, но и сохраняет работоспособность преобразователя при отказе одного из транзисторов. В отсутствие встроенной защиты от перегрузок такое решение значительно повысит надежность самодельного прибора. Уменьшится и нагрев транзисторов при их работе на прежней нагрузке.

На примере последней схемы это будет выглядеть так:

Автоматическое отключение при разряде аккумулятора

Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его при критическом падении напряжения питания, может серьезно подвести Вас, если оставить такой инвертор подключенным к аккумулятору автомобиля. Дополнить самодельный инвертор автоматическим контролем будет крайне полезно.

Простейший автоматический выключатель нагрузки можно сделать из автомобильного реле:

Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором замыкаются его контакты. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет составлять около 10% от сопротивления обмотки реле) настраивается момент, когда реле разорвет контакты и прекратит подачу тока на инвертор.

ПРИМЕР: Возьмем реле с напряжением срабатывания (U_р) 9 вольт и сопротивлением обмотки (R_о) 330 ом. Чтобы оно срабатывало при напряжении выше 11 вольт (U_min) , последовательно с обмоткой нужно включить резистор с сопротивлением R_н, рассчитываемым из условия равенства U_р/R_о=(U_min—U_р)/R_н. В нашем случае потребуется резистор на 73 ома, ближайший стандартный номинал – 68 ом.

Конечно, это устройство крайне примитивно и является скорее разминкой для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить несложной схемой управления, которая поддерживает порог отключения гораздо точнее:

Регулировка порога срабатывания осуществляется подбором резистора R3.

Предлагаем посмотреть видео по теме

Обнаружение неисправностей инвертора

Перечисленные простые схемы имеют две наиболее распространенных неисправности – либо на выходе трансформатора отсутствует напряжение, либо оно слишком мало.

• Первый случай – это либо одновременный отказ обоих плеч преобразователя, что маловероятно, либо отказ ШИМ-генератора. Для проверки воспользуйтесь светодиодным пробником, какой можно приобрести в любом магазине радиодеталей. Если ШИМ работает, на затворах транзисторов Вы увидите наличие сигнала по быстрым пульсациям свечения диода (особенно хорошо это заметно в низкочастотных схемах). При наличии управляющего сигнала проверьте, нет ли обрывов в соединениях трансформатора и целостность его обмотки.
• Большое падение напряжения – это явный признак отказа одного из силовых плеч инвертора. Найти отказавший транзистор можно простейшим образом – его радиатор останется холодным. Замена ключа вернет инвертору работоспособность.

Заключение

И, хотя такие устройства и не смогут сравниться по набору дополнительных функций или привлекательности внешнего вида с заводскими, они обойдутся хозяину значительно дешевле. При соблюдении правил эксплуатации самодельный преобразователь будет работать очень долго, ведь в таком простом устройстве практически нечему ломаться.

Источник