Простой и мощный инвертор напряжения 12В - 220В (CD4060, 2SK2956, 2SJ471)
Очень многие приборы предназначены только для питания отэлектросети переменного тока, поэтому они привязаны к розетке. Но что делать, если нужно пользоваться паяльником или светильником «в чистом поле», где единственный источник тока - аккумулятор автомобиля. На этот случай пригодится несложный преобразователь постоянного напряжения 12V в переменное 220V.
В различной радиолюбительской литературе и других источниках описано множество преобразователей или «DC/АС инверторов» =12V/~220V. Предлагаю на суд читателей еще один вариант.
Принципиальная схема показана на рисунке 1. Достоинство преобразователя в том, что выходное переменное напряжение имеет частоту 50Hz, что может быть важно для питания некоторого электронного оборудования. Недостаток в том, что выходная форма этого напряжения далека от синусоидальной. Еще одно достоинство - это использование готового трансформатора.
Схема инвертора напряжения
Функционально схема состоит из трех частей, - задающего генератора, токового двухтактного мостового ключа и повышающего трансформатора.
Задающий генератор выполнен на микросхеме CD4060B. Такой выбор был обусловлен тем, что хотелось обеспечить наибольшую стабильность частоты и при этом хорошую симметричность выходного напряжения. Дело в том, что многократно описанные в различной литературе схемы аналогичных устройств, в которых задающий генератор построен по схеме мультивибратора на логических элементах или транзисторах, отличается большой нестабильностью частоты и несимметрич-ностю импульсов.
Первое связано с тем, что в частото-задающей цепи работают конденсаторы относительно большой емкости и резисторы относительно большого сопротивления. А чем это больше, тем схема более подвержена дестабилизирующим факторам, связанным с атмосферной влажностью и температурой. Второе связано в том, что мультивибратор по типовой схеме довольно трудно заставить генерировать симметричные импульсы.
Рис. 1. Принципиальная схема простого самодельного инвертора напряжения из 12В в 220В на микросхеме CD4060.
Здесь же, для генерации импульсов используется двоичный счетчик, что, во-первых, позволяет работать мультивибратору на значительно более высокой частоте. При этом, величины емкости и сопротивления в его частото-задающей цепи существенно ниже. Во-вторых, импульсы, генерируемые мультивибратором проходят через деление двоичным счетчиком и снимаются с одного из его выходов, поэтому обеспечивается хорошая симметричность выходных импульсов.
Мультивибратор сделан на инверторах, входящих в состав микросхемы D1.
Частота генерируемых им импульсов зависит от RC-цепи R1-C1. Она должна быть 25600 Hz. Если снимать импульсы с девятого выхода счетчика, то коэффициент деления будет равен 512, а частота на Q9 будет равна 25600 / 512 = 50Hz.
Токовый двухтактный мостовой ключ выполнен на ключевых разноструктурных полевых транзисторах VT3-VT6. Управляются ключи импульсами с выхода микросхемы D1 посредством транзисторов VT1 и VT2. Транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером, а транзистор VT2 по схеме с общим коллектором.
Когда на выводе 13 D1 логический ноль оба транзистора VT1 и VT2 закрыты. При этом на соединенные вместе затворы полевых транзисторов VТЗ и VТ4 через резистор R6 подается нулевое напряжение и транзистор VТЗ оказывается открытым, а транзистор VТ4 закрытым.
В это же время, на соединенные вместе затворы полевых транзисторов VТ5 и VТ6 через резистор R5 подается напряжение питания и транзистор VТ6 оказывается открытым, а транзистор VТ5 закрытым. Получается, что первичная обмотка трансформатора Т1 нижним по схеме концом подключена к минусу питания, а верхним, по схеме, - к плюсу.
Когда на выводе 13 D1 логическая единица оба транзистора VТ1 и VТ2 открыты. При этом на соединенные вместе затворы полевых транзисторов VТЗ и VТ4 через транзистор VТ2 подается напряжение близкое к напряжению питания, и транзистор VТ4 оказывается открытым, а транзистор VТ3 закрытым. В это же время, на соединенные вместе затворы полевых транзисторов VТ5 и VТ6 через транзистор VТ1 подается нулевое напряжение и транзистор VТ5 оказывается открытым, а транзистор VТ6 закрытым. Получается, что первичная обмотка трансформатора Т1 верхним по схеме концом подключена к минусу питания, а нижним, по схеме, - к плюсу.
Таким образом, происходит коммутация тока через первичную обмотку повышающего трансформатора Т1.
Детали и монтаж
В данном устройстве используется готовый обычный силовой трансформатор, который должен был работать для получения переменного напряжения 12V при токе до 10А от электросети напряжением 220V. Только включен он наоборот, его бывшая вторичной обмотка стала теперь первичной, а бывшая первичной теперь стала вторичной.
Рис. 2. Схема крепления мощных транзисторов инвертора на радиатор.
В принципе, здесь можно использовать и более мощный трансформатор, так как полевые транзисторы 2SJ471 допускают максимальный ток стока до 30А, а 2SK2956 допускают максимальный ток стока 50А.
То есть, можно вполне применить трансформатор с низковольтной обмоткой на 25А. Следует заметить, что радиатора существенной величины им не требуется, потому что сопротивление открытого канала у транзисторов 2SK2956 составляет всего 7 mOm, а у транзисторов 2SJ471 всего 25 mOm.
Поэтому, при токе 10А мощность на 2SJ471 падает всего 2,5W, а на 2SK2956 всего 0,7W. Так что достаточно небольшого общего пластинчатого радиатора, например, такого как показано на рис.2.
Налаживания не требуется, но если это необходимо можно точно установить частоту 50 Hz подбором R1.
Горчук Н. В. РК-2016-04.