» » » Автомобильный бестрансформаторный DC/AC конвертор: получаем 50Гц в автомобиле

 
 
 
16

Автомобильный бестрансформаторный DC/AC конвертор: получаем 50Гц в автомобиле

Разместил riswel 2 января 2011. Просмотров: 43 367

Несмотря на огромный арсенал всевозможных аналогов бытовых устройств, предназначенных для работы от бортовой автомобильной сети (далее по тексту БАС), все же большим спросом пользуются автомобильные инверторы, предназначенные для питания устройств, способных работать лишь от электросети с напряжением 220В/50Гц.

Наряду с промышленными образцами инверторов, существует и огромное количество радиолюбительских устройств, преобразующих напряжение БАС в формат ЭСОП. Чаще всего, в стремлении изготовить максимально простое и надежное устройство, конструирование подобных преобразователей напряжения (ПН) сводится к следующему схемотехническому решению: двухтактный задающий генератор, формирующий последовательность импульсов с частотой 100Гц и управляющий мощными транзисторными ключами в пушпульной схеме, нагруженными, в свою очередь, на симметричные первичные полуобмотки силового повышающего трансформатора, со вторичной обмотки которого снимается напряжение формата ЭСОП.
Известная сложность, с которой сталкиваются радиолюбители при построении подобных ПН, - изготовление выходного трансформатора или поиск/приобретение экземпляра с необходимыми параметрами. Фазы изготовления/приобретения необходимого трансформатора однако можно избежать, если выход такого ПН сделать… бестрансформаторным. Правда сам ПН при этом будет уже с двойным преобразованием частоты и получится схемотехнически более сложным, но каждый вправе сделать выбор между: муторностью и правильностью намотки трансформатора или изготовлением несколько более сложной печатной платы; громоздкостью традиционной трансформаторной конструкции или малым объемом и весом бестрансформаторного устройства.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.


DC-AC конвертор, принципиальную схему которого вы видите, является частью ПН и предназначен для преобразования постоянного напряжения +220В, получаемого от ЛЮБОГО высокочастотного преобразователя, - в переменное ~220В/50Гц. На выходе этого конвертора, так же, как и на выходах простейших трансформаторных ПН, вы так же не увидите синусоиды, разве что, - скругленные простыми фильтрами, имеющимися на выходе конвертора, прямоугольные импульсы с затянутым фронтом и спадом, что придает отдаленное сходство с синусоидой.
Для большинства приборов, пригодных для использования в дороге (небольшие телевизоры, музыкальные центры, осветительные приборы) и имеющих в своем составе импульсные БП, либо содержащие лишь активную нагрузку, такая форма напряжения вполне приемлема.

Задающий генератор конвертора выполнен на распространенной микросхеме TL494CN (DA1), формирующей двухфазную последовательность прямоугольных импульсов частотой 100Гц. Эти импульсы с выводов (8,11) DA1 подаются через резисторы (R17, 19) на затворы транзисторов (T4, 6), образующих нижние плечи мостового коммутатора. Т.к. частота переключения не высока, и емкости затворов транзисторных ключей коммутатора при такой частоте не сильно влияют на время нарастания напряжения на затворах, сопротивления затворных резисторов выбраны относительно большими, но шунтированы переходами диодов (VD3,4), активными при спаде управляющего напряжения, нейтрализуя действие затворной емкости при ее разряде.

Верхние плечи коммутирующего моста управляются с помощью бустрепных каскадов, действие которых основано на перезаряде емкостей конденсаторов (С7,8) при переключении транзисторов (T1,2) из одного состояния – в другое. Таким образом, заряд положительной полярности, накопленный конденсаторами через диоды (VD1,2) при запертых транзисторах (Т1,2), отдает его мгновенно затворной емкости при открывании Т1,2, эффективно запирая верхние ключи коммутирующего моста. Действие бустрепных каскадов, которые, кстати, широко используются в современных драйверах, предназначенных для управления силовыми IGBT- и MOSFET-ключами, подробно (для тех, кого не устроит слишком краткое пояснение в данной статье) описано в книге Семенова Б.Ю. «Силовая электроника: от простого к сложному» (Солон-пресс, 2005г), стр332.

Фактически мощным ключом на полевом транзисторе управляет конденсатор (С7,8), транзисторы (Т1,2) лишь обеспечивают коммутацию обкладок конденсатора и необходимую инверсию управляющего импульса, относительно «нижнего» управляющего импульса. Такое построение драйвера дает возможность управления верхними плечами мостового коммутатора без гальванической развязки между цепями управления верхними и нижними плечами коммутатора. В данном случае это не только приемлемо, но и – необходимо, т.к., для получения управляющих импульсов достаточно большой длительности, потребовался бы широкополосный переходной трансформатор, обеспечивающий их безукоризненное прохождение, а, значит, имеющий большую индуктивность и значительные габариты (нам это надо?). Низкая частота коммутации позволила обойтись без специализированных и относительно дорогостоящих интегральных драйверов, которые для управления мостовым коммутатором пришлось бы использовать числом не менее 2-х корпусов (как одно-, так и двухуровневых).

Схема автоматического поддержания симметрии импульсов выполнена на резисторах R21-24, конденсаторах С3,12 и диоде VD7, с подачей сигнала рассогласования на вывод 4 DA1. Резисторы R2,3 обеспечивают начальную симметрию выходных импульсов. Из усилителей ошибки в DA1 задействован лишь один (выводы 15,16 DA1), отслеживающий перенапряжение по входу питания, запирающий выходные ключи при возникновении аварийной ситуации. Кроме того, перекос по постоянному напряжению, возникающий при пробое или обрыве одного из 4-х ключей коммутатора, так же приведет к появлению высокого уровня на выводе 15 (DA1), инициируя появления сигнала ошибки на выводе 3 (DA1), что так же приведет к запиранию силовых ключей коммутатора.

Светодиод HL1 будет работать лишь при наличии «переменки» на выходе конвертора.


Сам конвертор запитывался в оригинальном устройстве напряжением +220В от диодного моста ШИ-стабилизированного DC/DC инвертора в «классическом» исполнении: ШИМ на TL494 с рабочей частотой 72кГц, драйверы на эмиттерных повторителях, управляющие ключами на мощных полевых транзисторах, нагруженных на трансформатор с габаритами, сходными с габаритами трансформатора компьютерного БП. Это значит, что расчет трансформатора уже практически произведен (для тех, кто когда-либо уже производил подобные расчеты). Микросхема DA1 запитана от отдельной обмотки этого трансформатора через однополупериодный выпрямитель с выходным напряжением 15В.

Принципиальная схема описываемого конвертора была восстановлена по печатной плате принесенного в ремонт промышленного ПН (12В/220В/50Гц/150Вт), предназначенного для работы с БАС через автомобильный прикуриватель. Производитель неизвестен, т.к. ПН был без корпуса. Поскольку монтаж ПН СМД-шный, номиналы конденсаторов распознать не удалось. Поэтому при повторении конвертора для расчета Rt и Ct (времязадающие компоненты тактового генератора TL494, соответственно, резистор R7 и конденсатор С2) воспользуйтесь следующей формулой для расчета частоты генератора при двухтактном включении (вывод 13 соединен с опорным напряжением на выводе 14): F=1/(2Rt*Ct). При подборе конденсаторов С4,5,11 отслеживайте симметричное затягивание фронта/спада, импульсов - осциллографом.

Отремонтированный ПН легко зажигал лампу накаливания мощностью 150Вт с временно установленными радиаторами, имеющими небольшую площадь охлаждения. При работе в течении 5 минут, нагрев был незначительным. При использовании инвертора DC/DC большей мощности, описанный конвертор безусловно сможет работать на бОльшую нагрузку (параметры силовых ключей позволяют, но нужны эксперименты). Возможно, придется увеличить площадь охлаждения радиатора ключей конвертора и изменить номиналы резисторов в схеме драйверов.
Константин (riswel)
Россия, г. Калининград
Профиль riswel
C детства - музыка и электро/радио-техника. Перепаял множество схем самых различных по разным поводам и просто, - для интереса, - и своих, и чужих.

За 18 лет работы в Северо-Западном Телекоме изготовил много различных стендов для проверки различного ремонтируемого оборудования.
Сконструировал несколько, различных по функционалу и элементной базе, цифровых измерителей длительности импульсов.

Более 30-ти рацпредложений по модернизации узлов различного профильного оборудования, в т.ч. - электропитающего. С давних пор все больше занимаюсь силовой автоматикой и электроникой.

Почему я здесь? Да потому, что здесь все - такие же, как я. Здесь много для меня интересного, поскольку я не силен в аудио-технике, а хотелось бы иметь больший опыт именно в этом направлении.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 15

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Проверенные практические схемы конверторов питания 230V/50Hz в 120V/60Hz... Привет всем Датагорцам! Не так давно один из моих знакомых попросил изготовить конвертор...
Схема на Датагоре. Новая статья Гальваническая развязка от сети 220 V из старого бесперебойника... В этой статье я расскажу о том, как из старого ИБП (точнее из двух) буквально на коленке сделать...
Схема на Датагоре. Новая статья Двухтактный ламповый усилитель 10 Вт на двойных триодах (6Н1П + 6Н6П)... Хочу поделиться своим опытом в создании лампового усилителя для домашнего использования. Этот...
Схема на Датагоре. Новая статья Сделай сам лабораторный импульсный блок питания. Часть 5. Миниатюрный лабораторный ИБП... Несмотря на простоту схем импульсных блоков питания, описанных в предыдущих частях серии,...
Схема на Датагоре. Новая статья Реинкарнация компьютерных БП. Часть 4... Завершая статью четвертой ее частью, представляю схему еще одного преобразователя, являющегося по...
Схема на Датагоре. Новая статья Реинкарнация компьютерных БП. Часть 3.... Из все тех же деталей компьютерного БП, используя абсолютный их минимум и не меняя практически...
Схема на Датагоре. Новая статья Реинкарнация компьютерных БП. Часть 1... Если нет надежды на восстановление БП, либо предстоящие затраты на его восстановление слишком...
Схема на Датагоре. Новая статья Применение электронных трансформаторов Taschibra (Ташибра, Tashibra) в радиолюбительской практике... При сборке собственных конструкций проблема радиолюбителя номер два (после изготовления хорошего...
Схема на Датагоре. Новая статья Измерение индуктивности трансформатора или дросселя... Часто самодельщики-ламповики озадачены определением индуктивности обмотки(ок)...
Схема на Датагоре. Новая статья Сделай сам RMS-вольтметр на микроконтроллере ATMEGA8... Срочно понадобился RMS вольтметр. Облепил контроллер схемой: Решил сделать блок питания...
Схема на Датагоре. Новая статья PowerTrans - программа для расчета параметров трансформатора линейного БП... Еще одна программа для расчета параметров трансформатора. Существует множество программ для...
Схема на Датагоре. Новая статья Автомобильный преобразователь DC/DC TL594 для усилителя, 12V -> ± 32V... Решил собрать ради «спортивного» интереса преобразователь 12V -> ± 32V который предназначен для...
<
  • Прохожий
3 января 2011 12:29

/ ADEMI

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
спасибо вам за проделанную работу.
может найду время и победю свой такой же.
у меня он пищит и работать совсем не хочет.

<
  • Кандидат
4 января 2011 15:45

Иван Карнаух / INKAR

Цитата
  • С нами с 19.10.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 3 комментария
  • 0 публикаций
 
  • 0
Для получения 220 В амплитуду необходимо поднять до 300 В , транзисторы управления верхними ключами моста (Т1 , Т2 ) заменить на более высоковольтные , например MPSA44 (KSP44) .
Стабилитроны VD5 , VD6 лучше поставить непосредственно возле транзисторов на выводы затвор - исток .Напряжение стабилизации этих стабилитронов может быть 15 - 18 В .

<
  • Кандидат
5 января 2011 02:32

Дима / litdn

Цитата
  • С нами с 19.02.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 6 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Скажите, пожалуйста, а какие стабилитроны VD5,6 . Может КС213 ?

<
  • Кандидат
5 января 2011 21:20

Александр / alx25v

Цитата
  • С нами с 10.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 4 публикации
 
  • 0
А если честно, эта схема работать никогда не будет и светодиод никогда гореть не будет.

<
  • Гражданин
6 января 2011 00:16

Антон / basilevscom

Цитата
  • С нами с 8.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 113 комментариев
  • 16 публикаций
 
  • 0
Странная схема... пока не осилил 8)))

Меня всегда мучил один вопрос - а можно ли устройства с импульсным блоком питания (на входе с диодным мостом и конденсатором на 400V) питать не переменкой 220V, а постоянкой около 300V? Например "энергосберегающую"лампу? Ведь преобразователь DC/DC 12V в 300V как я понимаю не так сложно сделать...

Тогда и сей преобразователь не нужен будет...

<
  • Главный редактор
6 января 2011 02:52

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 665 комментариев
  • 267 публикаций
 
  • 0
Цитата: alx25v
А если честно, эта схема работать никогда не будет и светодиод никогда гореть не будет.

Александр, чего Вы такой загадочный? Уж поделитесь с нами своими соображениями.
Как грится, приведите аргументы и факты.

<
  • Кандидат
6 января 2011 03:42

Александр / alx25v

Цитата
  • С нами с 10.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 4 публикации
 
  • 0
Игорь, начну с простого - светодиод помрет сразу если оно запустится (нет обратного диода).
Смотрим подключение стабилитронов vd5, vd6 - затворы Т3 и Т5 никогда не поднимутся выше земли на напряжение стабилизации оных. Назначение диода vd7? чтобы он открылся надо (230в поделить на делителе R21- R24 = около 35 в - для 4 ноги имхо многовато) Ну и ещё пара моментов, анализировать некогда.
ИМХО схема стыбренна не верно.

<
  • Гражданин
6 января 2011 06:00

Константин / riswel

Цитата
  • С нами с 28.08.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 119 комментариев
  • 28 публикаций
 
  • 0
По порядку - с последнего поста. Светодиод горит и не вижу причин для того, чтобы он не горел. Каждый полупериод любой переменки, если только номиналы элементов токоограничения подобраны (расчитаны) правильно, будет для светодиода открывающим. Зачем ему обратный диод, если он и сам в общем-то и есть - диод. Ну, светится, но - диод.
Что касается стабилитронов, разумеется, - пардон и спасибо, они действительно должны шунтировать именно исток-затвор верхних (в плечах) полевичков.
Что касается VD7, то здесь он включен именно таким образом. Кстати, думаю, что схема была бы работоспособна без многих, указанных на схеме компонентов, включая VD7. Но, за что купил, как говориться, за то и продаю. Возможно, когда попробую собрать эту схемку, многое исправлю сам. Но пока мне лично понравилось, как разработчики просто и дешево и компактно сварганили сей девайс. Устройство проверялось лишь при работе с обычной лампой накаливания и мне не известно, как оно будет вести себя при работе с прочей нагрузкой, равно, как, не могу знать, как всевозможные бытовые устройства будут себя вести при питании от этого преобразователя. Однако, устройство продается, покупается и - эксплуатируется. Значит, полагаю, кого-то устраивает работа этого преобразователя.
Да, в принципе любой импульсный блок питания, не требующий каких-либо отдельно оговоренных условий, подразумевающих наличие 50Гц, будет работать от постоянного напряжения (для basilevscom).
Для litdn. Стабилитроны, как уже писал выше уважаемый INKAR, 15-18В, но для большинства полевых транзисторов это граничное значение напряжения затвор-исток.
Для INKAR. Напряжения измерялись на выходе моста DC/DC инвертора, где на холостом ходу было 245В, на выходе конвертора переменное напряжение, измеренное обычным стрелочным прибором составило 232В. Под нагрузкой 100Вт постоянка - 232В, переменка - 217В.

<
  • Кандидат
6 января 2011 11:49

Александр / alx25v

Цитата
  • С нами с 10.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 4 публикации
 
  • 0
Ну давай по порядку:
1. Светодиод - это диод который светится при прохождении прямого тока, максимальное обратное напряжение не больше 10в. Замени светик обычным диодом и поймёшь что с9 зарядится до максимального напряжения ток прекратится и на диоде будет в обратку давить двойное напряжение. Единственный вариант когда это может работать - если в светодиоде встроен обратный диод как в светиках для подсветки выключателей.
2. R23,R24 должны быть включены последовательно и на точку соединения VD7.

<
  • Главный редактор
6 января 2011 12:37

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 665 комментариев
  • 267 публикаций
 
  • 0
Оч. интересная дискуссия! Гланое - не ругайтесь и не обижайте друг друга.
В крайнем случае ругайте схему и все ея элементы туды в качель.
wink

<
  • Кандидат
6 января 2011 13:41

Александр / alx25v

Цитата
  • С нами с 10.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 4 публикации
 
  • 0
У меня где то в гараже лежат останки от АРС в виде пилота, залитые водой, могу попробовать восстановить схему.
По поводу выходного напряжения - если будет меандр то стрелочник и покажет около напряжения питания ВВ выпрямителя.
Насяльника, вроде не ругаемся, просто беседуем.... wink

<
  • Гражданин
6 января 2011 23:12

Антон / basilevscom

Цитата
  • С нами с 8.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 113 комментариев
  • 16 публикаций
 
  • 0
Получается, с одной стороны:
Цитата: riswel
Для большинства приборов, пригодных для использования в дороге (небольшие телевизоры, музыкальные центры, осветительные приборы) и имеющих в своем составе импульсные БП, либо содержащие лишь активную нагрузку, такая форма напряжения вполне приемлема.

С другой стороны:
Цитата: riswel
Да, в принципе любой импульсный блок питания, не требующий каких-либо отдельно оговоренных условий, подразумевающих наличие 50Гц, будет работать от постоянного напряжения


Вывод - если ТОЧНО в устройстве импульсный источник питания и 50Гц трансформаторов нет, то МОЖНО обойтись и без данного устройства.

Хотелось бы услышать мнения других участников обсуждения...

А светодиод действительно обычно шунтируют диодом(или светодиодом), включенном в обратном направлении, чтобы светодиод не сгорел от большого обратного напряжения.

<
  • Гражданин
7 января 2011 04:29

Константин / riswel

Цитата
  • С нами с 28.08.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 119 комментариев
  • 28 публикаций
 
  • 0
Цитата: alx25v
Светодиод - это диод который светится при прохождении прямого тока, максимальное обратное напряжение не больше 10в.

Верю. И знаю. Но, если разработчик этого устройства решил включить светодиод таким, вот, образом и при этом светодиод горит, разработчик с задачей справился. Сомневающиеся в данном включении светодиода, сходу могут доказать ее непригодность, собрав эту простенькую схемку.То же касается и всех прочих узлов представленной схемы. Что же касается ПЕРЕРИСОВКИ схемы с печатной платы, то для рассеивания сомнений, схема проверялась неоднократно с выпайкой компонентов, закрывающих спорные соединения. Номиналы резисторов так же - перепроверены.
Схемка мною лишь перерисована, как есть, а не разработана, прошу обратить внимание. Вы уже самостоятельно можете внести в нее любые, устраивающие вас, изменения. А за разработчика я отдуваться не собираюсь. Кто найдет ошибки и аргументировано их изобличит, буду признателен, схемка для того и выложена.

<
  • Кандидат
13 января 2011 16:19

Иван Карнаух / INKAR

Цитата
  • С нами с 19.10.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 3 комментария
  • 0 публикаций
 
  • 0
Светодиоды действительно "не любят" обратного напряжения .Я диод ставлю всегда (или второй светодиод встречно-параллельно , если не жалко) .
Предельное напряжение затвор-исток полевых транзисторов (не логический уровень управления) по данным IR не должно превышать 18 В (выше этого значения уменьшается "время жизни подзатворного окисла" - увеличивается интенсивность отказов). Предельным напряжением для серии BUK456 от Philips приводилось 30 В .
В принципе это значение определяет производитель , поэтому стоит более внимательно относиться к DS , благо это не является секретными данными .
Меньше 8 В сопротивление сток -исток в открытом состоянии увеличивается (специализированные драйвера имеют защиту от понижения напряжения управления).
По поводу работоспособности - лучше тему кинуть на форум .В прошлом году в ремонте был инвертор на 1000 Вт , пришлось напрячься (непрогнозируемый отказ , как оказалось для управления верхними транзисторами применялись MBTA42 в корпусе SOT-23 , они имеют предел 300 В , эксплуатировались при 340-360В , временами увеличивалась "утечка" и подсаживалось напряжение управления верхним транзистором до входа в активный режим - перегрев и выход из строя ).
Предлагаю Админу по этому поводу создать тему на Форуме .

<
  • Прохожий
13 февраля 2011 19:02

/ L0ki

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Устройства без 50гц трансформатора на входе (т.е. с импульсным БП)
будут прекрасно работать и от постоянного напряжения.

Устройствам с 50гц трансформаторами или электродвигателями
от прямоугольника поплохеет гарантированно.

Так что imho лично я,
честно говоря в этом китайском поделии смысла никакого не вижу
(о мягко говоря спорной схемотехнике уже было сказано до меня).

Если уж делать преобразователь из постоянки
(и из 311v, а не из 220v - корень из 2 аднака)
в переменку 50гц,
то его надо делать с ШИМ (PWM).
И не по это схеме.

ШИМ на раз легко реализуется програмно с помощю почти любого МК.
Хотя конечно можно и поизвращатся (но imho не нужно) промодулировав TL494 cинусоидой с частотой 50гц.

Опять же имхо существуют прекрасные драйвера IR2110,
берем их 2шт и получаем простое упавление мостом из 4 мосфетов.
На выходе моста ставим простенький фильтр,
после которого получаем идеальную синусоиду
ничуть не теряя в КПД (а это важно при питании от акумов).

<
  • Главный редактор
13 февраля 2011 19:35

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 665 комментариев
  • 267 публикаций
 
  • 0
Евгений Алексеевич (L0ki),
ждем трех Ваших публикаций.

Отлично будет, если Вы пару из них посвятите раскрытию тем "преобразователь с ШИМ с помощю почти любого МК" и "прекрасные драйвера IR2110", и статьи будут основаны на Вашем опыте сборки/наладки конкретных устройств.

Спасибо!

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.