Простой инвертор напряжения 13В-220В для автомобиля (CD4093, IRF530)

Схема простого самодельного преобразователя (инвертора) напряжения от бортовой сети автомобиля для питания устройств от 220В. Преобразователь предназначен для питания электроприборов, рассчитанныхна 220V от автомобильного аккумулятора или бортовой сети во время движения. Преобразователь выдает напряжение 220V при частоте 50 Гц.

Но, реально, частота и особенно напряжение может существенно отличаться от указанных номинальных величин. Да и форма его далека от синусоиды. Тем не менее, можно питать паяльник, лампы накаливания, электронагреватель небольшой мощности, электробритву.

Как насчет электронной техники, - только если источник питания может работать в широком диапазоне питающего переменного напряжения и не критичен к его форме и частоте.

Схема устройства

Схема преобразователя состоит из генератора противофазных импульсов, инвертора, выходного двухтактного ключевого каскада на мощных полевых транзистрах и трансформатора.

Принципиальная схема автомобильного инвертора 13В - 220В

Рис. 1. Принципиальная схема автомобильного инвертора 13В - 220В.

Генератор импульсов выполнен на ИМС типа CD4093 (наш аналог К561ТЛ1), - это четыре элемента И-НЕ с эффектом триггера Шмитта. Собственно генератор сделан на самом первом элементе (D1.1). Чтобы получить противофазные импульсы вслед за ним включен инвертор на элементе D1.2. Таким образом, выхода у генератора два, - выход D1.1 и выход D1.2.

В принципе, можно так на выходные ключи и подать. И если порыться в интернете то можно нарыть весьма много именно таких вариантов, когда на выходные ключи подают противофазные импульсы с разных выходов элементов мультивибратора или через инвертор на одном логическом элементе.

Но в этом случае в моменты переключения один ключ открывается, а второй не успевает сразу закрыться. Возникает так называемый сквозной ток. Это плохо как для трансформатора, так и для выходных транзисторов. Это сильно снижает КПД, приводит к перегреву и выходу из строя транзисторов.

Нужно чтобы в промежутках между прямым и противофазным импульсов была пауза, пусть маленькая, но пауза. Здесь эти паузы создаются линиями задержки на элементах D1.3 и D1.4. Линии задержки задерживают переключение выхода элемента с единицы на нуль, то есть задерживают выключение ключа.

А нам нужно задерживать включение, так как в противном случае ситуация усугубляется, так сказать, возникает эффект противоположный ожидаемому. Поэтому в схеме есть дополнительные инверторы на ИМС D2 типа CD4011 (наш аналог К561ЛА7, но можно и ЛЕ5 или вообще любой другой инвертор).

Таким образом, один ключ закрывается, а другой открывается не одновременно с его закрытием, а спустя время заданное цепью R2-C2 или R3-C3. Кстати, как в дальнейшем выяснилось, изменяя сопротивления R2 и R3 (одинаково) можно регулировать выходное напряжение, так как при их сильном увеличении увеличивается и пауза между импульсами, а следовательно уменьшается широта самих импульсов, поступающих на ключевые транзисторы. Но эта регулировка хорошо заметна только под нагрузкой. На холостом ходу преобразователя выходное напряжение таким способом мало меняется.

Детали и монтаж

Трансформатор Т1 - обычный силовой трансформатор мощностью до 100W. Нужно чтобы у него была вторичная (низковольтная) обмотка на 18-20V с отводом от середины (или две равноценные обмотки по 9-10V). Используемые низковольтные обмотки должны быть основными, то есть, намотанные самым толстым проводом и предназначенные для отдачи основной мощности.

Дело в том что на силовом трансформаторе могут быть и второстепенные низковольтные обмотки, для питания каких-то дополнительных устройств (вроде маленькой сигнальной лампочки). Такие обмотки использовать в этой схеме нельзя.

Выходной каскад выполнен на мощных ключевых полевых транзисторах VТ1 и VТ2 с малым сопротивлением открытого канала. Эти транзисторы с изолированным затвором, поэтому активное сопротивление между их затвором и каналом близко к бесконечности, статический ток так же почти равен нулю.

Но затворы имеют относительно большую емкость, поэтому при подаче на них переменного тока или импульсов здесь возникает уже реактивное сопротивление, достаточно низкое чтобы привести к возникновению тока, способного перегрузить выход логического элемента. Перегрузка микросхемы D1 может привести к сбоям в работе схемы.

Чтобы этого не происходило выхода триггера нужно разгрузить. Здесь из двух элементов микросхемы D2 (D2.1 и D2.2) сделаны буферные каскады, через которые импульсы поступают на затворы транзисторов. Дополнительно в затворные цепи включены токоограничивающие резисторы R4 и R5. Теперь динамический ток затвора будет влиять только на работу элементов ИМС CD4001.

Микросхемы питаются напряжением 5,1V от параметрического стабилизатора VD1-R6. Транзисторы IRF530 с очень низким сопротивлением открытого канала, поэтому даже при значительном токе протекающим через них напряжение падения оказывается очень малым, соответственно и мощность на них рассеивается небольшая.

В принципе, им даже не нужно теплоотвода, но на всякий случай желательно сделать небольшой пластинчатый теплоотвод. Этот же теплоотвод может являться кронштейном крепления транзистора к корпусу. Так как корпус металлический необходимо предусмотреть изоляцию.

Стабилитрон VD1 - любой стабилитрон на напряжение от 5 до 7V. Например, КС156, КС168, Д814А. Стабилитроны VD2 и VD3 повышенной мощности, это могут быть отечественные стабилитроны КС533 или какие-то импортные, например, BZX85-33V.

Все конденсаторы кроме С4 должны быть рассчитаны на напряжение не ниже 13V, а С4 на напряжение на ниже 66V.

Горчук Н. В. РК-2015-10.

3 209 Стабилизаторы и преобразователи
инвертор напряжения преобразователь напряжения 220В
кэшбек