Схемы самодельных преобразователей напряжения на ферритовых трансформаторах. Преобразователь напряжения повышающий без трансформатора
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 трансформаторные преобразователи с внешним возбуждением.
Пример двухтактного трансформаторного автогенератора, преобразующего постоянное напряжение 12 6 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.
Рис. 10.1. Схема преобразователя напряжения средней мощности.
Рис. 10.2. Схема мощного преобразователя напряжения.
Обмотка III 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 5 А.
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 двухкаскадные усилители мощности, позволяющие получить усиление по мощности до 1000 раз.
На выходе усилителя включен повышающий низкочастотный трансформатор Т1. Диоды VD1 и VD2 защищают выходные транзисторы преобразователя при их работе на индуктивную нагрузку.
В качестве трансформатора Т1 можно использовать унифицированные трансформаторы типа ТАН или ТПП. Транзисторы VT1 и VT4 допустимо заменить на КТ819ГМ (с радиаторами); VT2 и ѴТЗ КТ814, КТ816, КТ837; диоды VD1 и VD2 Д226.
Преобразователь постоянного напряжения 12 6 в переменное 220 В (рис. 10.3) может обеспечить выходную мощность 100 Вт.
Рис. 10.3. Схема преобразователя напряжения мощностью 100 Вт.
На преобразователь подается постоянное напряжение 12 В от аккумулятора. Его задающий генератор формирует два пара-фазных напряжения с частотой 50 Гц (частота промышленной сети). Напряжения с задающего генератора подаются на два однотипных импульсных усилителя, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке трансформатора Т1. Со вторичной обмотки трансформатора Т1 переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц поступает в нагрузку.
Задающий генератор (см. типовую схему узла на рис. 1.1) на основе симметричного мультивибратора отличается использованием диодов, включенных в базовые цепи транзисторов. За счет нелинейности ВАХ диодов выходные импульсы мультивибратора имеют незначительные выбросы.
К выходам задающего генератора подключены два однотипных трехкаскадных усилителя. На вторичной обмотке Т1 получается переменное напряжение 220 В.
Силовой трансформатор Т1 намотан на Ш-образном магнитопроводе сечением 12 см2. Первичная обмотка содержит две половины по 240 витков провода ПЭЛ 0,65 мм. Вторичная обмотка имеет 4400 витков провода ПЭЛ 0,25 мм.
Выходные транзисторы ѴТ1 и ѴТ6 установлены на радиаторы площадью по 100 см2.
Для защиты выходных транзисторов следует использовать высокочастотные диоды VD1 и VD2 типа КД213, КД2997. Транзисторы ѴТ1 и ѴТ6 можно заменить на КТ819ГМ (с радиаторами); ѴТ2 и ѴТ5 КТ805\ ѴТЗ и ѴТ4 КТ208.
Схема простого преобразователя напряжения, позволяющего при питании от автомобильного аккумулятора 12 В получить на выходе напряжение 220 В 50 Гц, показана на рис. 10.4. . 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 ѴТ2 и ѴТЗ (КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах ѴТ1 и ѴТ4 (КТ825). Эти транзисторы установлены без изолирующих прокладок на общий радиатор.
Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 А. В качестве силового использован готовый сетевой трансформатор на 100 Вт (сечение центральной части железного сердечника около 10 см2). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8В/10 А 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 см2. Сильноточные токовводы должны иметь сечение не менее 4 мм2. 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 А.
В преобразователе задающий генератор на триггере DD1.1 вырабатывает частоту 100 Гц. Потом делитель частоты на триггере DD1.2 уменьшает ее в 2 раза, а предварительный усилитель на транзисторах VT1, VT2 раскачивает усилитель мощности на транзисторах ѴТЗ, ѴТ4, нагруженный на трансформатор Т1. Задающий генератор обладает стабильностью частоты не хуже 5% при изменении питающего напряжения от 6 до 15 Б. Делитель частоты одновременно играет роль симметрирующей ступени, позволяя улучшить форму выходного напряжения преобразователя. Микросхема DD1 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 вторичные 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 высоковольтной 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. Каравкиным. Усовершенствования коснулись только задающего генератора, схема которого показана на рис. 10.7. Этот генератор работает на частоте 50 Гц.
Преобразователь постоянного напряжения 12 6 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.
Рис. 10.7. Вариант схемы задающего генератора для преобразователя напряжения.
Рис. 10.8. Схема преобразователя напряжения на 100 Вт.
Задающий генератор на симметричном мультивибраторе (VT1 и VT2) нагружен на мощные парафазные ключи (ѴТЗ ѴТ8), коммутирующие ток в первичной обмотке повышающего трансформатора Т1. Мощные транзисторы ѴТ5 и ѴТ8 защищены от перенапряжений при работе без нагрузки диодами VD3 и VD4.
Трансформатор выполнен на магнитопроводе ШЗбхЗб, низковольтные обмотки I’ 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 DD1 К561ТМ2 делит на 2. При этом на выходах триггера формируются парафазные импульсы, следующие с частотой 50 Гц. Они через буферные элементы инверторы КМОП-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 3x2 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 Б, а их частоту следования, равную 50 Гц, устанавливают резистором R1.
Каждый из выходных транзисторов установлен на теплоотводе с площадью около 200 см2 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 п/іеча 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 ѴТ4 и ѴТ5 по классической схеме Ройера. Его питание осуществляется от регулируемого стабилизатора напряжения на транзисторах ѴТ1 ѴТЗ. Следует иметь в виду, что транзисторы ѴТЗ ѴТ5 обязательно 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.
Готовый инвертор такой мощности стоил бы порядка трех-четырех тысяч рублей .Эта схема выполнена на отечественных комплектующих и достаточно стара, но это не делает ее менее эффективной. Главное ее достоинство – это получение на выходе полноценного переменного тока с напряжением 220 вольт и частотой 50 Гц.
Здесь генератор колебаний выполнен на микросхеме К561ТМ2, представляющей собой сдвоенный D-триггер. Она является полным аналогом зарубежной микросхемы CD4013 и может быть заменена ей без изменений в схеме.
Преобразователь также имеет два силовых плеча на биполярных транзисторах КТ827А. Их главный недостаток по сравнению с современными полевыми – это большее сопротивление в открытом состоянии, из-за чего нагрев при той же коммутируемой мощности у них сильнее.
Так как преобразователь работает на низкой частоте, трансформатор должен иметь мощный стальной сердечник . Автор схемы предлагает использовать распространенный советский сетевой трансформатор ТС-180.
Как и другие инверторы на основе простых ШИМ-схем, этот преобразователь имеет на выходе достаточно отличающуюся от синусоидальной форму напряжения, но это несколько сглаживается большой индуктивностью обмоток трансформатора и выходным конденсатором С7. Также из-за этого трансформатор во время работы может издавать ощутимый гул – это не является признаком неисправности схемы.
Простой инвертор на транзисторах
Этот преобразователь работает по тому же принципу, что и перечисленные выше схемы, но генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) в нем построен на биполярных транзисторах.
Особенность этой схемы в том, что она сохраняет работоспособность даже на сильно разряженном аккумуляторе: диапазон входных напряжений составляет 3,5…18 вольт. Но, так как в ней отсутствует какая-либо стабилизация выходного напряжения, при разрядке аккумулятора будет одновременно пропорционально падать и напряжение на нагрузке.
Так как эта схема также является низкочастотной, трансформатор потребуется аналогичный используемому в инверторе на основе К561ТМ2.
Усовершенствования схем инверторов
Приведенные в статье устройства крайне просты и по ряду функций не могут сравниться с заводскими аналогами . Для улучшения их характеристик можно прибегнуть к несложным переделкам, которые к тому же позволят лучше понять принципы работы импульсных преобразователей.
Читайте так же: Делаем сварочный полуавтомат своими руками
Увеличение выходной мощности
Все описанные устройства работают по одному принципу: через ключевой элемент (выходной транзистор плеча) первичная обмотка трансформатора соединяется с входом питания на время, заданное частотой и скважностью задающего генератора. При этом генерируются импульсы магнитного поля, возбуждающие во вторичной обмотке трансформатора синфазные импульсы с напряжением, равным напряжению в первичной обмотке, умноженному на отношение числа витков в обмотках.
Следовательно, ток, протекающий через выходной транзистор, равен току нагрузки, помноженному на обратное соотношение витков (коэффициент трансформации). Именно максимальный ток, который может пропускать через себя транзистор, и определяет максимальную мощность преобразователя.
Существуют два способа увеличения мощности инвертора: либо применить более мощный транзистор, либо применить параллельное включение нескольких менее мощных транзисторов в одном плече. Для самодельного преобразователя второй способ предпочтительнее, так как позволяет не только применить более дешевые детали, но и сохраняет работоспособность преобразователя при отказе одного из транзисторов. В отсутствие встроенной защиты от перегрузок такое решение значительно повысит надежность самодельного прибора. Уменьшится и нагрев транзисторов при их работе на прежней нагрузке.
На примере последней схемы это будет выглядеть так:
Автоматическое отключение при разряде аккумулятора
Отсутствие в схеме преобразователя устройства, автоматически отключающего его при критическом падении напряжения питания, может серьезно подвести Вас , если оставить такой инвертор подключенным к аккумулятору автомобиля. Дополнить самодельный инвертор автоматическим контролем будет крайне полезно.
Простейший автоматический выключатель нагрузки можно сделать из автомобильного реле:
Как известно, каждое реле имеет определенное напряжение, при котором замыкаются его контакты. Подбором сопротивления резистора R1 (оно будет составлять около 10% от сопротивления обмотки реле) настраивается момент, когда реле разорвет контакты и прекратит подачу тока на инвертор.
ПРИМЕР : Возьмем реле с напряжением срабатывания (U р) 9 вольт и сопротивлением обмотки (R о) 330 ом. Чтобы оно срабатывало при напряжении выше 11 вольт (U min) , последовательно с обмоткой нужно включить резистор с сопротивлением R н, рассчитываемым из условия равенства U р / R о =(U min — U р)/ R н. В нашем случае потребуется резистор на 73 ома, ближайший стандартный номинал – 68 ом.Конечно, это устройство крайне примитивно и является скорее разминкой для ума. Для более стабильной работы его нужно дополнить несложной схемой управления, которая поддерживает порог отключения гораздо точнее:
В этой статье хочу рассказать о намотке трансформатора для мощного автомобильного инвертора 12-220.
Данный трансформатор был намотан для работы совместно с платой китайского автомобильного преобразователя напряжения.
Такие инверторы в последнее время находят широкую популярность из-за легкого веса, компактных размеров и небольшой цены, незаменимая вещь если нужно в автомобиле подключить сетевые нагрузки, которые нуждаются в источнике питания 220 Вольт, да еще и переменный ток с частотой 50 Гц, инвертор полностью может обеспечивать такие условия. Несколько слов о самом преобразователе, его примерная схема показана ниже.
Схема приведена только для того, чтобы показать принцип работы, а работает это дело довольно простым образом.
Два генератора, оба TL494, первый из них работает на частоте около 60кГц и предназначен для раскачки силовых транзисторов первичной цепи, которые в свою очередь раскачивают силовой импульсный трансформатор. Второй генератор настроен на частоту порядка 100 Гц и управляет высоковольтными силовыми транзисторами.
Выпрямленное напряжение после вторичной обмотки трансформатора поступает к высоковольтным полевикам, которые срабатывая с заданной частотой превращают постоянный ток в переменный – с частотой 50 Гц. Форма выходного сигнала – прямоугольная или правильнее говоря – модифицированная синусоида.
Наш трансформатор является основным силовым компонентом инвертора и его намотка самый ответственный момент.
Первичная обмотка в виде шины (к сожалению точную длину указать не могу), ширина этой шины порядка 24мм, толщина 0.5мм.
Рабочую частоту и тип задающего генератора.
Входное напряжение инвертора
Габаритные размеры и тип (марку) сердечника трансформатора
Вначале была намотана первичная обмотка. Две плечи были намотаны одной цельной лентой, кол-во витков 2х2 витка. После намотки первых двух витков был сделан отвод, затем намотаны остальные два витка.
Поверх первичной обмотки обязательно нужно ставить изоляцию, в моем случае обычная изолента. Количество слоев изоляции – 5.
Вторичная обмотка мотается в том же направлении, что и первичная, например – по часовой стрелке.
Для получения 220 Вольт выходного напряжения в моем случае обмотка содержит 42 витка, притом намотка обмотки делалась слоями – первый слой 14 витков, поверх еще два слоя, которые содержат точно такое же количество витков.
Обмотка моталась двумя параллельными жилами провода 0,8мм, пример расчета показан ниже.
После всего этого собираем трансформатор – скрепляем половинки сердечника используя любую изоленту или скотч, клей не советую, поскольку он может проникнуть между половинками феррита и образовать искусственный зазор, который приведет к повышению тока покоя схему и к сгоранию входных транзисторов инвертора, так, что нужно на этот фактор обратить большое внимание.
В работе трансформатор ведет себя очень спокойно, ток потребления без нагрузки в районе 300 мА, но это с учетом потребления высоковольтной части.
Максимальная габаритная мощность сердечника, который я использовал, составляет в районе 1000 ватт, разумеется намоточные данные будут разными в зависимости от типа используемого сердечника. К стати намотку можно делать как на Ш-образных сердечниках, так и на ферритовых кольцах.
По такой основе мотаются исключительно все трансформаторы и в промышленных и в самодельных импульсных преобразователей напряжения, к стати – конструкции самодельных инверторов очень часто повторяются радиолюбителями в проектах сабвуферных усилителей и не только, так, что думаю статья была интересной для многих.
Принципиальные схемы простых преобразователей напряжения на основе автогенераторов, построены с использованием транзисторов.
В генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.
Однокаскадные преобразователи напряжения
Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.
Рис. 1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.
Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным.
Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.
Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 2.
Рис. 2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.
Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).
Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка — 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12...0,23 мм).
Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700...800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.
Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).
Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).
Рис. 3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью.
Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.
Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора СЗ. Аналог транзистора 2N3700 — КТ630А.
Двухтактные преобразователи напряжения
Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 4. Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора.
При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков высоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15...0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5...0,8 мм.
Рис. 4. Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью.
Рис. 5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью.
Обмотки обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фазировку. Выходное напряжение преобразователя — до 8 кВ.
В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.
Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 5. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.
Число витков первичной (коллекторной) обмотки — 2x5 витков диаметром 1,29 мм, вторичной — 2x2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10...30 кВ.
Преобразователь напряжения А. Чаплыгина не содержит резисторов (рис. 6). Он питается от батареи напряжением 5 6 и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 В.
Рис. 6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В.
Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов автогенератора. Устройство способно работать и при пониженном до 1 В напряжении питания.
Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать максимального тока базы транзисторов.
Диоды VD1 и VD2 — не обязательны, однако позволяют получить на выходе дополнительное напряжение 4,2 В отрицательной полярности. КПД устройства около 85%. Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18x8x5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV — по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.
Преобразователь по схеме индуктивной трехточки
Преобразователь напряжения (рис. 7) выполнен по схеме индуктивной трехточки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120... 150 В.
Потребляемый преобразователем ток около 3...5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70.
Рис. 7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехтонки.
Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя — 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19...0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 — величиной 12...51 кОм.
Преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В
Рис. 8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В.
Преобразователь (рис. 8) представляет собой однотактный релаксационный генератор с емкостной положительной обратной связью (С2, СЗ). В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1.
В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Un, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.
В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке.
При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.
Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистора VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и СЗ, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи.
Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и СЗ в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, перемагничивая сердечник Т1 током разряда.
Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2.
При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается.
Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.
Транзисторы ѴТ1 и ѴТ2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток. Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.
Преобразователь напряжения с ШИМ управлением
На рис. 9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9.... 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.
КПД стабилизатора — не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.
Рис. 9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с ШИМ управлением.
При включении преобразователя ток через резистор R1 открывает транзистор ѴТ1, коллекторный ток которого, протекая через обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор ѴТ2. Транзистор ѴТ2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается.
В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор ѴТ2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается).
Транзистор ѴТ2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор СЗ. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.
Через некоторое время напряжение на конденсаторе СЗ увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора ѴТ1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора ѴТ2.
Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора ѴТ2, дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе СЗ прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение. Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20... 140 кГц.
Преобразователь напряжения 3-12В/+15В, -15В
Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.
Рис. 10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом 15+15В.
Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения.
Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе С3 зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора.
Таким образом, подстроечным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор ѴТ2 — стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70... 90%.
Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4... 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С — не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки — 2 Вт.
При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок RH. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.
Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II — 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).
Малогабаритный сетевой преобразователь напряжения
Схема простого малогабаритного преобразователя сетевого напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 11. В основе устройства обычный блокинг-генератор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).
Рис. 11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора.
Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Іа и Іб содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем — II, после — обмотка lb, и, наконец, обмотка III.
Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 6. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.
Слаботочный преобразователь напряжения на 440В
Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор СЗ через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В.
Конденсатор СЗ должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, С2.
Рис. 12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.
Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 3000НМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта.
В начале наматывают внавал обмотку III — 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.
Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения. При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4... 1,0 мА.
Преобразователь напряжения для питания фотовспышки
Преобразователь напряжения (рис. 13) предназначен для питания фотовспышки. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи — 12 витков такого же провода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.
Рис. 13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки.
Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света. Выходное напряжение преобразователя плавно повышается на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устройство при этом потребляет ток до 0,6 А.
Преобразователь напряжения ПН-70
Для питания ламп-вспышек предназначен преобразователь напряжения ПН-70, являющийся основой описываемого ниже устройства (рис. 14). Обычно энергия батарей преобразователя расходуется с минимальной эффективностью.
Вне зависимости от частоты следования вспышек света генератор работает непрерывно, расходуя большое количество энергии и разряжая батареи.
Рис. 14. Схема модифицированного преобразователя напряжения ПН-70.
Перевести работу преобразователя в ждущий режим удалось О. Панчику, который включил на выходе преобразователя резистивный делитель R5, R6 и подал сигнал с него через стабилитрон VD1 на электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 — ѴТЗ по схеме Дарлингтона.
Как только напряжение на конденсаторе фотовспышки (на схеме не показан) достигнет номинального значения, определяемого значением резистора R6, стабилитрон VD1 пробьется, а транзисторный ключ отключит батарею питания (9 В) от преобразователя.
Когда напряжение на выходе преобразователя понизится в результате саморазряда или разряда конденсатора на лампу-вспышку, стабилитрон VD1 перестанет проводить ток, произойдет включение ключа и, соответственно, преобразователя. Транзистор ѴТ1 должен быть установлен на медном радиаторе размерами 50x22x0,5 мм.
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.
