Преобразователь напряжения на трех трансформаторах. Мощные повышающие инверторы напряжения

Тема: как сделать, спаять схему для получения высокого напряжения самому.

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.

P.S. В моем случае при напряжении питания в 5 вольт схема высоковольтного преобразователя, что сделан был своими руками, потребляла ток 0,5 и более ампер. Полевой транзистор начинал греться. Следовательно, чтобы избежать его чрезмерного перегрева к нему нужно прикрепить небольшой охлаждающий радиатор. Так что после сборки данной схемы обратите внимания на нагрев транзистора, при необходимости установите радиатор подходящих размеров.

Повышающие трансформаторные преобразователи напря­жения на транзисторах широко используются в нестационарных и полевых условиях для замены сети 220 В 50 Гц для питания сете­вой аппаратуры и приборов.

Такие преобразователи должны обеспечивать выходную мощность от единиц до сотен ватт при питании от аккумуляторов или генераторов постоянного тока напряжением от 6 до 24 В.

Обычно в качестве преобразователей напряжения повы­шенного напряжения используют автогенераторные преобразо­ватели или трансформаторнью преобразователи с внешним возбуждением.

Пример двухтактного трансформаторного автогенератора , преобразующего постоянное напряжение 12 Б в перемен­ное 220 В, показан на рис. 10.1. Преобразователь работает на по­вышенной частоте преобразования - 500 Гц (под нагрузкой) и 700 Гц на холостом ходу. КПД преобразователя около 75%. Такой преобразователь можно использовать, преимущественно, для пи­тания активной нагрузки, например, паяльника, осветительной лампы. Его выходная мощность - до 40 Вт.

Резистор R1 является ограничителем базового тока. Цепь R2, С1 создает запускающий импульс тока в момент включения питания генератора. Дроссель L1 ДПМ-0,4 снижает вероятность самовозбуждения преобразователя на повышенной частоте (бо­лее 10 кГц).

Для трансформатора Т1 использован магнитопровод транс­форматора кадровой развертки (ТВК). Все его обмотки перемо­таны. Обмотки I и II содержат по 30 витков провода ПЭВ 0,6…0,8. Обмотка III содержит 20 витков провода ПЭВ 0,16…0,2; обмотка IV - 1000 витков такого же провода. Намотка обмоток I и II ве­дется одновременно в два провода виток к витку. Обмотка III

Рис. 10.1. Схема преобразователя напряжения средней мощности

Рис. 10.2. Схема мощного преобразователя напряжения

наматывается также виток к витку. Обмотка IV - внавал равно­мерно по каркасу.

Повышающий трансформаторный преобразователь напря­жения аккумулятора (рис. 10.2) позволяет получить на выходе на­пряжение 220 В 50 Гц, потребляя при напряжении 12 В ток 5A[^ 0.2].

В основе устройства - задающий генератор прямоуголь­ных импульсов, выполненный по схеме мультивибратора, типовая схема которого была приведена ранее на рис. 1.1. Рабочая часто­та этого генератора должна быть 50 Гц. Поскольку выходная мощность задающего генератора невелика, к выходам мульти­вибратора подключены двухкаскаднью усилители мощности, по­зволяющие получить усиление по мощности до 1000 раз.

На выходе усилителя включен повышающий низкочастотный трансформатор Т1. Диоды VD1 и VD2 защищают выходнью транзи­сторы преобразователя при их работе на индуктивную нагрузку.

В качестве трансформатора Т1 можно использовать унифи-цированнью трансформаторы типа ТАН или Г/7/7. Транзисторы VT1 и VT4 допустимо заменить на КТ819ГМ (с радиаторами); VT2 и VT3 - КТ814, КТ816, КТ837; диоды VD1 и VD2 - Д226.

Преобразователь постоянного напряжения 12 Б в перемен­ное 220 В (рис. 10.3) может обеспечить выходную мощность 100 Бт . Максимальная выходная мощность преобразователя - 100 Вт, КПД -до 50%.

Рис. 10.4. Схема простого преобразователя напряжения

Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах VT2 и VT3 {КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах VT1 и VT4 {КТ825). Эти транзисторы установлены без изолирующих прокладок на общий радиатор.

Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 Л.

В качестве силового использован готовый сетевой транс­форматор на 100 Вт (сечение центральной части железного сер­дечника - около 10 cм^). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8 Б/10 Л каждая.

Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R3 и R4.

Преобразователь напряжения повышенной мощности рабо­тает от аккумуляторной батареи (рис. 10.5) и позволяет получить на выходе переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц . Мощность нагрузки может достигать 200 Вт.

Трансформатор Т1 намотан на ленточном магнитопроводе ШЛ12х20. Первичная обмотка содержит 500 витков ПЭВ-2 0,21, отвод от середины. Обмотки управления имеют по 30 витков того же провода диаметром 0,4 мм.

Трансформатор Т2 - также на ленточном магнитопроводе ШЛ32х38. Первичная обмотка содержит 96 витков провода ПЭВ-2 2,5, отвод от середины. Вторичная обмотка имеет 920 витков про­вода ПЭВ-2 диаметром 0,56 мм.

Выходные транзисторы устанавливаются на радиаторах площадью по 200 cм^. Сильноточные токовводы должны иметь сечение не менее 4 мм^.

Работа преобразователя проверялась от аккумулятора 6СТ60.

Для питания электробритвы от автомобильной бортовой сети с постоянным напряжением 12 В предназначено следующее устройство (рис. 10.6) . Оно потребляет под нагрузкой ток около 2,5 у4.

В преобразователе задающий генератор на триггере DD1.1 вырабатывает частоту 100 Гц. Потом делитель частоты на триг­гере DDI.2 уменьшает ее в 2 раза, а предварительный усилитель на транзисторах VT1, VT2 раскачивает усилитель мощности на транзисторах VT3, VT4, нагруженный на трансформатор Т1. За­дающий генератор обладает стабильностью частоты не хуже 5% при изменении питающего напряжения от 6 до 15 S. Делитель частоты одновременно играет роль симметрирующей ступени, позволяя улучшить форму выходного напряжения преобразова­теля. Микросхема DDI К561ТМ2 {564ТМ2) и транзисторы предва­рительного усилителя питаются через фильтр R9, СЗ и С4. Вторичная обмотка трансформатора Т1 с конденсатором С5 и нагрузкой образуют колебательный контур с резонансной часто­той около 50 Гц.

Рис. 10.5. Схема преобразователя напряжения повышенной мощности

Рис. 10.6. Схема преобразователя напряжения для питания электробритвы

Трансформатор Т1 можно изготовить на основе любого сетевого трансформатора мощностью 30…50 Вт. Все ранее су­ществовавшие вторичнью обмотки с трансформатора удаляют (сетевая будет служить новой вторичной обмоткой), а вместо них наматывают проводом ПЭЛ или ПЭВ-2 диаметром 1,25 мм две полуобмотки, каждая с числом витков, соответствующим ко­эффициенту трансформации около 20 по отношению к остав­ленной обмотке на 220 В. Если число витков вьюоковольтной обмотки неизвестно, количество витков низковольтной обмотки определяют экспериментально, подбором числа витков до полу­чения на выходе преобразователя напряжения 220 В.

Емкость конденсатора С5 подбирают из условия получения максимального выходного напряжения при подключенной нагрузке.

Схема преобразователя (рис. 10.6) была упрощена В. Ка-равкиным . Усовершенствования коснулись только задаю­щего генератора, схема которого показана на рис. 10.7. Этот генератор работает на частоте 50 Гц.

Преобразователь постоянного напряжения 12 Б в перемен­ное 220 В (рис. 10.8) при подключении к автомобильному аккуму­лятору емкостью 44 А-ч может питать 100-ваттную нагрузку в течение 2…3 часов . Задающий генератор на симметричном мультивибраторе (VT1 и VT2) нагружен на мощные парафазные ключи (VT3 - VT8), коммутирующие ток в первичной обмотке

Рис. 10.7. Вариант схемы задающего генератора для преобразо­вателя напряжения

Рис. 10.8. Схема преобразователя напряжения на 100 Вт

повышающего трансформатора Т1. Мощные транзисторы VT5 и VT8 защищены от перенапряжений при работе без нагрузки дио­дами VD3 и VD4.

Трансформатор выполнен на магнитопроводе ШЗбхЗб, низ­ковольтные обмотки Г и I" имеют по 28 витков провода ПЭЛ диа­метром 2,1 мм, а повышающая обмотка II - 600 витков ПЭЛ диаметром 0,6 мм, причем сначала наматывают W2, а поверх нее двойным проводом (с целью достижения симметрии полуобмоток) W1. При налаживании с помощью резистора R5 добиваются ми­нимальных искажений формы выходного напряжения.

Схема преобразователя напряжения на 300 Вт показана на рис. 10.9 . Задающий генератор преобразователя собран на однопереходном транзисторе VT1, резисторах R1 - R3 и кон­денсаторе С2. Частоту генерируемых им импульсов, равную 100 Гц, D-триггер на микросхеме DDI К561ТМ2 делит на 2. При этом на выходах триггера формируются парафазные импульсы, следующие с частотой 50 Гц. Они через буферные элементы - инверторы /СМО/7-микросхемы К561ЛН2 управляют ключевыми транзисторами (блок 1), включенными по схеме двухтактного усилителя мощности. Нагрузкой этого каскада служит трансфор­матор Т1, повышающий импульсное напряжение до 220 В.

Рис. 10.9. Схема преобразователя напряжения на 300 Вт

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ПЛ25х100х20. Обмотки I и II содержат по 11 витков из алюми­ниевой шины сечением 3×2 мм, обмотка III выполнена проводом ПБД диаметром 1,2 мм и имеет 704 витка.

Приступая к налаживанию устройства плюсовой проводник источника питания отключают от точки соединения обмоток I и II трансформатора Т1 и, пользуясь осциллографом, проверяют час­тоту и амплитуду импульсов на базах транзисторов. Амплитуда импульсов должна быть около 2 S, а их частоту следования, рав­ную 50 Гц, устанавливают резистором R1.

Каждый из выходных транзисторов установлен на теплоот­воде с площадью около 200 см^. Резисторы в коллекторных цепях транзисторов изготовлены из нихромового провода диаметром 1,2 мм (10 витков на оправке диаметром 4 мм). Если их включить в эмиттерные цепи транзисторов, то транзисторы каждого плеча можно будет установить на общий теплоотвод.

Нагрузку к преобразователю допускается подключать толь­ко после того, как на схему будет подано питание.

Все рассмотренные ранее повышающие преобразовате­ли имели нерегулируемое и нестабилизированное выходное напряжение.

На рис. 10.10 показан простой повышающий преобразова­тель , к достоинствам которого можно отнести:

Стабилизированное выходное напряжение;

Возможность регулировки величины выходного напряжения в значительных пределах;

Применение широко распространенных элементов;

Использование в качестве Т1 типового трансформатора ТН-46-127/220-50 без каких-либо переделок.

Рис. 10.10. Схема повышающего преобразователя 9…12,6 В/220 В, 18 Вт с регулируемым стабилизированным выходным напряжением переменного тока

Преобразователь выполнен на транзисторах VT4 и VT5 по классической схеме Ройера. Его питание осуществляется от регу­лируемого стабилизатора напряжения на транзисторах VT1 - VT3. Следует иметь в виду, что транзисторы VT3 - VT5 обяз^-тельнб должны быть установлены на теплоотводящих пластинах. Составной стабилитрон VD1 - VD2 {КС147А и КС133А) можно за­менить на КС182. Максимальный ток нагрузки - до 100 мА.

Купить готовое устройство не составит проблем – в автомагазинах можно найти (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.

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.

Читайте так же: Рассказываем про устройство сварочного трансформатора

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.