Все виды преобразователей напряжения

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия. Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.

• Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
• Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
• В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
• Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
• Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
• В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

Принципиальная схема Бестрансформаторного преобразователя напряжения.

Однофазные преобразователи

Отличаются они характеристиками синусоидального выходного напряжения. Более серьезные модели способны выдавать синусоиду, близкую к стандартному напряжению основной сети. Другая группа инверторов выдает график в упрощенной форме, который больше напоминает трапецеидальную форму.

Строение синусоиды напряжения большую роль играет для многих бытовых приборов. Некоторые из них не работают от напряжения, поступающего по упрощенной синусоиде. Она важна для устройств, обладающих:

• электродвигателями;
• трансформаторами;
• телекоммуникационными приборами.

Кроме того, некоторое медицинское оборудование, аудио и видеоаппаратура просто не будут работать при неправильном выходном напряжении. Обычно инверторы работают в трех режимах. При длительном функционировании используется номинальная мощность агрегата.

Полезные свойства аппаратов

Часто инверторы из 12 В в 220 В обеспечивают предохранение или ослабление функционирования информационных систем от качества сетей переменного тока. Если внезапно произойдет отключение электроэнергии, то с помощью запасной батареи и выпрямителя восстановится резервное питание и можно прекратить работу компьютера без потери необходимых данных.

В сложных и ответственных конструкциях эти устройства функционируют в более длительном и контролируемом режиме. Работа эта осуществляется как отдельно, так и параллельно с основной электрической сетью. Кроме того, инвертор может работать в качестве промежуточного звена в комплексе преобразователей.

Отличительной чертой в этом случае считается наличие высокой частоты напряжения — до 100 кГц. Для эффективной работы дополнительно используются полупроводниковые ключи, магнитные материалы и специальные контроллеры. Чтобы быть удобным для применения, инвертор должен обладать высоким коэффициентом полезного действия, надежностью и иметь компактные габаритные характеристики.

Как из 220 вольт сделать 12 вольт самостоятельно

Проще всего сделать аналоговое устройство на базе трансформатора вида тор. Такое устройство несложно выполнить самостоятельно. Для этого понадобится любой трансформатор с первичной обмоткой, рассчитанной на 220 вольт. Вторичная обмотка рассчитывается согласно несложным формулам или подбирается практическим путём.

Для подбора может понадобиться:

• прибор для измерения напряжения;
• изолирующая лента;
• киперная лента;
• медная проволока;
• паяльник;
• инструмент для разборки (кусачки, отвёртки, плоскогубцы, нож и т. п. ).

В первую очередь необходимо определить, с какой стороны переделываемого трансформатора расположена вторичная обмотка. Аккуратно снять защитный слой для получения к ней доступа. Используя тестер, измерить напряжение на выводах.

В случае меньшего напряжения к любому из концов обмотки допаять проволоку, тщательно заизолировав место соединения. Используя эту проволоку сделать десять витков и опять измерить напряжение. В зависимости от того насколько увеличилось напряжение и рассчитать дополнительное количество витков.

В случае если напряжение превышает требуемое, делаются обратные действия. Отматываются десять витков, измеряется напряжение и рассчитывается, сколько их необходимо их убрать. После этого лишний провод обрезается и запаивается на клемму.

По окончании работ трансформатор собирается в обратной последовательности. Если все правильно рассчитано, то получится преобразователь из 220 в 12 вольт переменного напряжения. Для получения постоянного напряжения необходимо добавить выпрямитель. Это простейшее электронное устройство, состоящее из диодного моста и конденсатора. Используя свойства диодов, напряжение выпрямляется, а с помощью конденсатора убираются паразитные влияния.

Следует отметить, что при использовании диодного моста выходная разность потенциалов поднимется на величину, равную произведению переменного напряжения и величины 1.41.

Главным преимущество трансформаторного преобразования является простота и высокая надёжность. А недостатком — габариты и вес.

Самостоятельная сборка импульсных инверторов возможна только при хорошем уровне подготовке и знаний электроники. Хотя можно купить готовые наборы КИТ. Такой набор содержит печатную плату и электронные компоненты. В набор также входит электрическая схема и чертёж с подробным расположением элементов. Останется только всё аккуратно распаять.

Используя импульсную технологию, можно сделать и преобразователь с 12 на 220 вольт. Что очень полезно при использовании в автомобилях. Ярким примером может служить источник бесперебойного питания, сделанный из стационарного оборудования.

Устройство и принцип работы

Функционируют преобразователи на полупроводниках. Материал корпуса
устройства в основном со сплавом алюминия, имеет повышенную теплопроводность,
что обеспечивает отвод тепла и защиту от перегрева. В более дорогих
выпрямителях дополнительно встраиваются вентиляторы, принудительно охлаждающие
прибор. По сути, инвертор — это импульсный преобразователь 12/220, поэтому он априори защищён от коротких
замыканий, перегрузок и нестабильности входного напряжения.

Ещё больше усовершенствовались автомобильные инверторы благодаря ШИМ-контролерам. Увеличился КПД, появилась возможность повышать мощность, а форма тока стала подобна чистому синусу. Правда, это только в дорогих преобразователях премиального сегмента.

В автомобильных инверторах предусмотрено 3 режима работы:

• номинальная мощность
  обеспечивается в самой длительной фазе работы устройства;
• нестандартная, высокая мощность
  в фазе перегрузок;
• повышенная моментальная
  мощность, когда необходимо запустить электрический мотор или применить
  различные ёмкостные нагрузки.

Популярные модели

Очень много моделей инверторов выпускается в нашей стране. Применяться они могут как в промышленном производстве, так и в бытовых условиях. Популярными считаются:

1. AIRLINE API-150−01 — допустимый порог мощности прибора составляет 150 Вт. Корпус изготовлен из прочного пластика, который способен выдерживать высокие температуры. Автомобильный инвертор подключается от прикуривателя, который находится в салоне. К этому аппарату можно подключить несколько электрических приборов, общая мощность которых составляет не более 150 Вт. Аппарат имеет защиту от короткого замыкания и скачков входящего напряжения.
2. Jet A JA-P11 — если поблизости нет сети электрической энергии, то этот аппарат выручит в любой ситуации. Максимальная мощность устройства составляет около 300 Вт. Существует защита от низкого питающего напряжения, перегрева и перегрузок.
3. Titan HW-150E1 150 Вт — осуществляет возможность пользоваться электроприборами до 150 Вт. Подключается от автомобильного прикуривателя и выходное напряжение составляет 220—240 В. Вес аппарата не превышает 0,5 кг, что делает его очень удобным в дальних поездках.

Можно отметить и другие неплохие инверторы: Kensington Ultra Portable Inverter 150—33362EU, Inverter 150W AVS, Robiton 150W.

Импульсный преобразователь 12-220В на 300 Вт

Эта схема проста, детали доступны, большинство из них можно извлечь из блока питания для компьютера или купить в любом радиотехническом магазине. Достоинство схемы — простота реализации, недостаток — неидеальная синусоида на выходе и частота выше стандартных 50 Гц. То есть, к данному преобразователю нельзя подключать устройства, требовательные к электропитанию. К выходу напрямую можно подключать не особ чувствительные приборы — лампы накаливания, утюг, паяльник, зарядку от телефона и т.п.

Представленная схема в нормальном режиме выдает 1,5 А или тянет нагрузку 300 Вт, по максимуму — 2,5 А, но в таком режиме будут ощутимо греться транзисторы.

Преобразователь напряжения 12 220 В: схема преобразователя на основе ШИМ-контролллера

Построена схема на популярном ШИМ-контроллере TLT494. Полевые транзисторы  Q1 Q2 надо размещать на радиаторах, желательно — раздельных. При установке на одном радиаторе, под транзисторы уложить изолирующую прокладку. Вместо указанных на схеме IRFZ244 можно использовать близкие по характеристикам IRFZ46 или RFZ48.

Частота в данном преобразователе 12 В в 220 В задается резистором R1 и конденсатором C2. Номиналы могут немного отличаться от указанных на схеме. Если у вас есть старый нерабочий беспербойник для компьютера, а в нем — рабочий выходной трансформатор, в схему можно поставить его. Если трансформатор нерабочий, из него извлечь ферритовое кольцо и намотать обмотки медным проводом диаметром 0,6 мм. Сначала мотается первичная обмотка — 10 витков с выводом от середины, затем, поверх — 80 витков вторичной.

Как уже говорили, такой преобразователь напряжения 12-220 В может работать только с нагрузкой, нечувствительной к качеству питания. Чтобы была возможность подключать более требовательные устройства, на выходе устанавливают выпрямитель, на выходе которого напряжение близко к нормальному (схема ниже).

Для улучшения выходных характеристик добавляют выпрямитель

В схеме указаны высокочастотные диоды типа HER307, но их можно заменить на серии FR207 или FR107. Емкости желательно подобрать указанной величины.

ТОП 3 — лучшие модели преобразователей и их технические характеристики

Рейтинг составлен на основании популярности и представляет собой подборку лучших,
по мнению экспертов, автомобильных инверторов 2020 года.

AVS IN-2000W

 Автомобильный инвертор
12 в 220 высокой мощности до 2 киловатт. Выпускается в алюминиевом
корпусе, чтобы содействовать отводу тепла. Есть встроенный кулер охлаждения. На
корпусе имеются удобные монтажные отверстия, крепится через них на стенку
грузовика или микроавтобуса. Способен выдавать ток силой до 10 Ампер.

Преимущества AVS IN:

• разъём USB, что позволяет
  интегрировать зарядку для сотового или навигатора без дополнительного адаптера;
• мощная встроенная защита от
  замыкания;
• длительная и надёжная работа —
  до 5 лет непрерывной эксплуатации;
• удобная клавиша включения.

Минусы:

• дороговизна — 7 тысяч рублей и
  более;
• чересчур короткие провода для
  подключения через клеммы АКБ;
• невозможность интеграции с
  прикуривателем;
• большой вес — более 2
  килограммов;
• всего 1 розетка для
  подключения, поэтому нужен отдельный тройник для питания нескольких
  устройств.

ROBITON R200

Инвертор на 150 Ватт, предназначенный для преобразования постоянного тока в
переменный. Есть возможность подключения ноутбука, зарядников, различных
электрических инструментов. Имеется удобный разъём USB, обеспечивающий
дополнительные возможности. Выполнен с использованием передовых технологий,
имеет систему многоуровневой защиты:

• короткое замыкание;
• перегрев;
• перегрузка;
• переполюсовка;
• недостаточное входное
  напряжение.

Преобразователь 12 в 220 имеет силовую
розетку типа F — контакты заземлены. Во время перегревов автоматически
отключается. Наличие встроенного вентилятора.

WESTER MSW250
12-​220В+​USB

По соотношению выходной мощности и удобства эксплуатации инвертор от
производителя Wester называют лучшим среди аналогов. Он выдаёт стабильное
напряжение в 250 Ватт, пиковая нагрузка способна доходить до 500 Ватт. Легко интегрируется
с прикуривателем — не нужно останавливаться в пути, чтобы подключить адаптер к
клеммам АКБ.

Вот какие плюсы данного преобразователя отмечены экспертами:

• наличие светодиодной индикации,
  позволяющей наблюдать за работой устройства, перегревом, спящим режимом;
• относительно низкая стоимость —
  от 1700 рублей;
• наличие отдельного USB-разъёма,
  интегрируемого с фотоаппаратом и телефонами;
• качественная, плотная
  евророзетка, в которой вилки от различной бытовой техники не выпадают даже
  от сильных вибраций на бездорожье;
• возможность подключения к
  прикуривателю, что исключает случайную переполюсовку и защищает
  выпрямитель от перегорания;
• система автоматического
  распознавания низкого и чересчур высокого напряжения, самоотключение;
• наличие отдельного
  предохранителя;
• защита от короткого замыкания;
• небольшой вес.

Есть и минусы:

• не интегрируется с ноутбуками 2
  А;
• кулер громко шумит во время
  охлаждения.

Простейший преобразователь своими руками

Самостоятельное изготовление аналоговых и цифровых преобразователей выгодно по следующим причинам:

1. Низкая себестоимость. Детали для самодельных устройств находят в старой радиотехнике.
2. Разнообразие. Существует много вариантов, которые можно изготовить своими руками.

Самодельные инверторы строят по стандартной схеме. В основе аппарата лежит задающий генератор. К нему напрямую или через согласующий трансформатор подключена одна или несколько пар транзисторов. Под действием импульсов они начинают поочередно переключаться. Сигналы попадают на повышающий трансформатор и достигают потенциала 220 вольт.

Необходимые материалы

В схемах простых преобразователей чаще всего применяют:

• биполярные транзисторы – КТ 805/819/817/815;
• составные – КТ 825/827;
• полевые – IRF3808/3205, IRL2505, IRFZ40.

Их можно заменить на подобные по характеристикам. Большинство домашних мастеров выпаивает детали для них из старых усилителей, магнитофонов, принтеров и другой аппаратуры.

Некоторые используют для построения инвертора микросхему КР1211ЕУ1. В ней уже встроено два канала для управления мощными транзисторными ключами.

В соответствии с выбранной схемой и дизайном понадобятся:

• конденсаторы и резисторы;
• трансформаторы и контура (готовые или самодельные);
• листы металла, пластика;
• толстые провода (не менее 3 мм²);
• крепежные детали.

Этапы работы

Перед началом построения преобразователя составляют план. Представляют или записывают ступени изготовления:

1. Поиск. Найти схему и детали.
2. Подготовить инструмент.
3. Монтаж. Навесной или на плате (придется делать самостоятельно или заказывать).
4. Намотка трансформатора, если нет готового.
5. Сборка из листов винтов или болтов коробки для корпуса прибора.
6. Подсоединение проводников для подключения к аккумуляторам и аппаратуре.

Области применения

Разделитель 100 амперный

Сфера применения многозонных преобразователей напряжения очень обширна. Они традиционно используются в следующих целях:

• в линейных устройствах для распределения и передачи электроэнергии;
• для проведения таких ответственных технологических операций, как сварка, термическая обработка и им подобных;
• при необходимости электроснабжения нагрузочных цепей в самых различных областях техники.

В первом случае вырабатываемая на электростанциях ЭДС повышается с помощью этих устройств с 6-24 кВ до 110-220 кВ – в таком виде ее легче «перегонять» по проводам на дальние расстояния. На районных подстанциях уже другие трансформаторные устройства обеспечивают ее снижение сначала до 10 (6,3) кВ, а затем – до привычных 380 Вольт.

В промышленности

Самая обширная область применения – обеспечение качественным питанием следующих промышленных образцов потребителей:

• аппаратуры, работающей в линиях автоматического управления и контроля;
• устройств телекоммуникации и связи;
• широкого спектра электроизмерительных приборов;
• специального радио- и телевизионного оборудования и тому подобное.

Особую функцию выполняют так называемые «разделительные» трансформаторы, используемые для развязки нагрузочных линий от высоковольтного входа.

Поскольку такие преобразователи «играют вспомогательную роль», чаще всего они имеют небольшую мощность и сравнительно малые размеры.

В быту, медицине и оборонной промышленности

Преобразователь напряжения 24/12V DC-20

Достаточно широко применяются преобразователи напряжения и в быту. На их основе построено большинство БП, используемых для зарядки бытовой техники, а также более сложных устройств типа:

• стабилизаторы напряжения;
• инверторы;
• резервные блоки питания и т. п.

Преобразователь 12 в 220 Вольт в машину: какой лучше выбрать из представленных на рынке — обзор вариантов

Сейчас на рынке дополнительного оборудования для автомобилей широко представлены разнообразные инверторы 12/220 Вольт. Перед их приобретением следует, прежде всего, определиться для каких целей вы будете его использовать, какие конкретные электроприборы будете подключать.

Далее необходимо подсчитать или определить мощность потребления таких устройств. Если вы планируете одновременно снабжать электроэнергией несколько устройств, мощности надо суммировать.

Как  заявляет производитель, преобразователь напряжения  ALCA 313100  12/220В имеет номинальную мощность 150 Вт, а пиковую — 300 Вт.

Учитывая невысокую стоимость устройства (порядка 2000 рублей), не следует рассчитывать на его европейское происхождение. Питание производится от разъема прикуривателя. В характеристиках устройства указаны максимальные входные параметры – 12В/15 Ампер. Нетрудно посчитать максимальную мощность, перемножив 12 на 15: чуть более 180 Ватт. То есть при пиковой нагрузке 300 Вт входные цепи могут не выдержать. Кроме этого, обычно прикуриватель имеет по цепи питания предохранитель номиналом 15 – 20 Ампер. Поэтому при подключении более мощных преобразователей он часто выходит из строя.

Вообще, не стоит выбирать модели мощных преобразователей с питанием от разъема прикуривателя: это ненадежно и опасно — может воспламениться электропроводка, не рассчитанная на мощную нагрузку!

Герметичный автомобильный инвертор  Сибконтакт ИС2-12-300Г имеет номинальную мощность 300 Ватт.

Он подключается к электрооборудованию автомобиля отдельной проводкой. Лучше это сделать непосредственно от аккумуляторной батареи через предохранитель номиналом 30 – 40 Ампер.

Герметичность устройства является плюсом с точки зрения минимизации рисков попадания внутрь его влаги и посторонних предметов. Однако при этом значительно уменьшается вентиляция элементов преобразователя, при постоянной мощной нагрузке он перегревается.

Видео — обзор автомобильного инвертора Сибконтакт ИС2-12-300Г:

Такой преобразователь может обеспечить питание ноутбука, бытовых электроприборов, электродвигателей небольшой мощности. Форма выходного напряжения приближается к синусоидальной, это большой плюс.

Кроме этого, Сибконтакт ИС2-12-300Г имеет защиту от перегрузок, переполюсовки, тепловую защиту, защиту от полного разряда АКБ, режим энергосбережения. Стоимость преобразователя порядка 4000 рублей.

Более мощный автомобильный инвертор AcmePower AP-DS600 (600 Ватт) может запитывать электроинструмент небольшой мощности (лобзик, дрель и др.) Он удобен для работы в полевых условиях, проведении выездных мероприятий.

Форма сигнала выходного напряжения – модифицированная (ступенчаиая) синусоида. Имеет необходимые защиты по питанию и перегреву. КПД – более 90%, стоимость – более 4000 рублей.

AVS Energy IN-1500W мощностью 1500 Ватт предназначен для питания чуть более мощных электроустановок и оборудования.

Однако продавцы инвертора AVS Energy IN-1500W не рекомендуют долговременно нагружать устройство потребителями мощностью более 800 Ватт.

Пользователи, которые испытали работу этого инвертора также отмечают, что заявленные 1500 Вт данный автомобильный инвертор «не держит».

Видео — об автомобильном преобразователе напряжения AVS Energy IN-1500W:

Супермощный инвертор Сибвольт 3012 (3000 Ватт) предназначен для питания практически любого оборудования. Он имеет синусоидальный сигнал, соответственно, высокую стоимость – более 33000 рублей. Масса преобразователя около 7 килограммов.

В продаже есть преобразователи мощностью 5000 Ватт и более.

При работе таких устройств на максимальной мощности в цепях питания протекают токи порядка 200 – 400 Ампер. Такой ток потребляет во время запуска двигателя стартер. Поэтому провода электропитания и клеммы преобразователя должны быть не менее мощными, чем стартерные.

При токе нагрузки 250 Ампер (мощность преобразователя около 3000 ватт) аккумуляторная батарея емкостью 100 Ампер-часов разрядится минут за 20. Это следует учитывать, планируя использовать преобразователь для решения задач энергообеспечения.

Классификация преобразователей напряжения

Проведём первичную классификацию преобразователей напряжения:

• В первую очередь, блоки питания аппаратуры. Уверены, читателям близкими покажутся системные блоки персональных компьютеров. Заглянем внутрь. Импульсный блок питания персонального компьютера содержит трансформатор с множеством обмоток, каждая работает на один номинал. Из переменного напряжения 230 (или 110) вольт получается ряд постоянных: +5, -5, +12, -12. Но! Последующим выпрямлением переменного тока диодами Шоттки.

• Во вторую очередь, адаптеры для локализации оборудования. В большей части бытовой техники опция считается встроенной в блок питания (см. фото). Достаточно переключить тумблер на задней стенке системного блока, изменяя условия работы. Будьте бдительны, избегайте неправильных настроек напряжения, дабы не вывести оборудование из строя.
• Адаптеры сотовых телефонов, гаджетов нельзя в полной мере назвать преобразователями напряжениями. Скорее модули, включающие предмет сегодняшней темы в свой состав.

Используя обычные трансформаторы или автотрансформаторы для преобразования амплитуды напряжения, помним о частоте. Многие двигатели, сконструированные для работы на 60 Гц, будут перегреваться сетями 50 Гц, пусть амплитуда напряжения соответствует заданной. Что касается встроенных опций блоков питания, далеко не всегда присутствует возможность переключить настройки. Изделие способно маркироваться наклейкой (помимо заводского шильдика), доступно поясняющей условия работы прибора, согласно предназначению. Что касается расхождений между Европой и Россией (230 – 220 = 10 вольт), указанное несоответствие не сильно влияет на работу (есть негативные моменты). Отмечали в предыдущих топиках влияние параметра на срок службы лампочек накала, электронных ламп.

Маркировка наклейкой

В соответствии с конструкцией в электронике преобразователи напряжения делят так:

1. Бестрансформаторные конденсаторные.
2. С коммутируемыми конденсаторами.
3. Мультиплексорные.
4. Импульсные преобразователи.
5. Импульсные источники питания.
6. Трансформаторные с импульсным возбуждением.
7. Автогенераторные.
8. На пьезоэлектрических трансформаторах.

Основные характеристики преобразователей

Все устройства подобного типа имеют следующие характеристики:

1. Номинальную мощность (ватт).
2. Выходная форма сигнала.
3. Рабочий КПД (%).
4. Вид охлаждения – активный (воздушное или водяное), пассивный (радиатор).
5. Потребление тока (ампер).
6. Тип защиты от КЗ (механический, электронный).
7. Минимальный и номинальный допустимые уровни переменного напряжения на выходе преобразователя и постоянного на его входе.

При покупке стоит обратить внимание лишь на две основные величины:

• мощность инвертора;
• форму выходного сигнала.

Выбор преобразующего устройства должен выполняться с учетом подключаемой нагрузки. Ряд приборов в момент запуска потребляют мощность, многократно превышающую номинальную величину. К ним относятся некоторые модели насосов, кондиционеры, холодильники. Эта особенность должна учитываться при приобретении устройства.

Для определения этого параметра надо сложить мощности всех электроприборов, которые будут задействованы. Затем купить ПН на 20% мощнее полученной суммы.

Лучше выбирать дорогие аппараты. В них все параметры строго выдержаны. У бюджетных моделей форма сигнала далека от синусоиды, а численное значение мощности, указанной на корпусе или в паспорте, может оказаться завышенным.

При покупке необходимо обратить внимание на мощность.