Преобразователи напряжения схемы: Схемы стабилизаторов и преобразователей напряжения, самодельные инверторы

Схемы стабилизаторов и преобразователей напряжения, самодельные инверторы


Схема регулируемого стабилизатора напряжения с защитой по току (К140УД9, КТ817)

Многие устройства правильно работают только при строго постоянном напряжении питания, получают его от специальных устройств, именуемых стабилизаторами напряжения. Конструкции таких стабилизаторов очень разнообразны. Основаны они на электронных приборах, называемых стабилитронами. В простейшем …

0 143 0

DC-DC преобразователь напряжения для питания приемника на 9В от USB порта (LM3578AM)

Большинство советских портативных радиоприемников питались от источника напряжением 9V. У карманных это была батарея «Крона», а в переносных или две батареи «КБСЛ» или батарея из шести элементов «373» или «343». Сейчас же, основным напряжением питания для …

1 89 0

Преобразователь напряжения +12В в +22В, ток нагрузки до 2А (555, КТ819)

Схема преобразователя напряжения +12В в +22В на конденсаторах и микросхеме серии 555. Задающий генератор на таймере 555 через силовой транзистор VT2 коммутирует катушку. Импульсы самоиндукции выпрямляются диодом VD1. Когда напряжение на фильтре C3 превышает напряжение пробоя стабилитрона VD3 …

1 1050 0

Преобразователь напряжения +12В в двуполярное +-15В для питания микросхем, схема

Преобразователь предназначен для получения нестабилизированного напряжения питания микросхем (2×12 до 18 В). В случае необходимости его можно дополнить стабилизатором напряжения на входе или на выходе. Резистор R1 обеспечивает запуск преобразователя. Диод VD1 защищает переходы база-эмиттер …

1 1076 0

Преобразователь напряжения +6В в +12В, мощность до 100 Вт

Схема мощного DC-DC преобразователя напряжения +6В в +12В, максимальная нагрузка до 100 Ватт. В оригинале схема предназначалась для получения напряжения 220 вольт из 12. При переработке пришлось, естественно, внести некоторые коррективы в номиналы деталей и саму схему. Вместо рубильника введена …

1 633 0

Преобразователь напряжения +12В в -10В обратной полярности (ток 30мА)

Схема простого преобразователя напряжения +12В в -10В на конденсаторах и микросхеме серии 555. Рис. 1. Принципиальная схема конденсаторного преобразователя напряжения +12В в -10В. Конденсаторный инвертор без хитростей. Выходное напряжение не стабилизировано. Ток нагрузки — до 30 мА. А …

1 225 0

Преобразователь напряжения +12В в -5В обратной полярности (на таймере 555)

Схема самодельного преобразователя напряжения на таймере 555, получаем -5В из +12В. Позволяет получить отрицательное напряжение из положительного. Рис. 1. Схема преобразователя напряжения +12В в -5В, выполнена на таймере 555. Таймер 555 — задающий генератор. При закрывании транзисторов …

0 233 0

DC-DC преобразователь напряжения для питания автоусилителя (+-35В, до 150Вт)

Этот преобразователь напряжения, выпускается в Ростове-на Дону небольшими партиями как конструктор. Хорошее конструктивное исполнение, но есть недостатки. Нет гальванической развязки «земли», что может привести к неустранимому фону при неудачной компоновке системы. При таком …

1 597 1

Блок питания усилителя мощности Monacor HPB-150, схема

Принципиальная схема блока питания усилителя мощности звука Monacor HPB-150. Схема прислана по факсу из Германии. Ее любезно предоставил Dr.Morra. Рис. 1. Принципиальная схема блока питания усилителя мощности звука Monacor HPB-150. Применена полная гальваническая развязка «земли» …

0 265 0

Схема универсального двухполярного стабилизатора напряжения (+-5В, 6В, 9В, 12В, 15В)

Принципиальная схема универсального двухполярного стабилизатора напряжения (+-5В, 6В, 9В, 12В, 15В) на микросхемах серий 78xx, 79xx.

1 1828 5

1 2  3  4  5  … 25 

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

Радиосхемы. — Импульсные преобразователи напряжения

Схемы источников питания

материалы в категории

Насколько схем

простых импульсных преобразователей постоянного напряжения.

Основные достоинства импульсных преобразователей:
Во-первых, они имеют высокий КПД, и во-вторых могут работать при входном напряжении ниже выходного.

Импульсные преобразователи подразделяются на группы:

  • – понижающие, повышающие, инвертирующие;
  • – стабилизированные, нестабилизированные;
  • – гальванически изолированные, неизолированные;
  • – с узким и широким диапазоном входных напряжений.

Для изготовления самодельных импульсных преобразователей лучше всего использовать специализированные интегральные микросхемы – они проще в сборке и не капризны при настройке.

Нестабилизированный транзисторный преобразователь

Этот преобразователь работает на частоте 50 кГц, гальваническая изоляция обеспечивается трансформатором Т1, который наматывается на кольце К10х6х4,5 из феррита 2000НМ и содержит: первичная обмотка – 2х10 витков, вторичная обмотка – 2х70 витков провода ПЭВ-0,2. Транзисторы можно заменить на КТ501Б. Ток от батареи, при отсутствии нагрузки, практически не потребляется.

Стабилизированный транзисторный преобразователь напряжения 

Трансформатор Т1 наматывается на ферритовом кольце диаметром 7 мм, и содержит две обмотки по 25 витков провода ПЭВ=0,3.

Нестабилизированный преобразователь напряжения на основе мультивибратора

Двухтактный нестабилизированный преобразователь на основе мультивибратора (VТ1 и VТ2) и усилителя мощности (VТ3 и VТ4). Выходное напряжение подбирается количеством витков вторичной обмотки импульсного трансформатора Т1.

Преобразователь на специализированной микросхеме MAX631 

Преобразователь стабилизирующего типа на микросхеме MAX631 фирмы MAXIM. Частота генерации 40…50 кГц, накопительный элемент – дроссель L1.

Нестабилизированный двухступенчатый умножитель напряжения на MAX660 

Можно использовать одну из двух микросхем отдельно, например вторую, для умножения напряжения от двух аккумуляторов.

Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме MAX1674 

Типовая схема включения импульсного повышающего стабилизатора на микросхеме  MAX1674 фирмы MAXIM. Работоспособность сохраняется при входном напряжении 1,1 вольта. КПД – 94%, ток нагрузки – до 200 мА.

MCP1252-33X50: Два напряжения от одного источника питания

Позволяет получать два разных стабилизированных напряжения с КПД 50…60% и током нагрузки до 150 мА в каждом канале. Конденсаторы С2 и С3 – накопители энергии.

Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме MAX1724EZK33 фирмы MAXIM 

Типовая схема включения специализированной микросхемы фирмы MAXIM. Сохраняет работоспособность при входном напряжении 0,91 вольта, имеет малогабаритный SMD корпус и обеспечивает ток нагрузки до 150 мА при КПД – 90%.

Импульсный понижающий стабилизатор на микросхеме TL497

Типовая схема включения импульсного понижающего стабилизатора на широкодоступной микросхеме фирмы TEXAS. Резистором R3 регулируется выходное напряжение в пределах +2,8…+5 вольт. Резистором R1 задается ток короткого замыкания, который вычисляется по формуле: Iкз(А)= 0,5/R1(Ом)

Интегральный инвертор напряжения на микросхеме ICL7660 

Интегральный инвертор напряжения, КПД – 98%.

Два изолированных преобразователя на микросхемах DC-102 и DC-203

Два изолированных преобразователя напряжения DA1 и DA2, включенных по “неизолированной” схеме с общей “землей”.

Двухполярный стабилизированный преобразователь напряжения 

Индуктивность первичной обмотки трансформатора Т1 – 22 мкГн, отношение витков первичной обмотки к каждой вторичной – 1:2.5.

Стабилизированный повышающий преобразователь на микросхеме MAX734

Типовая схема стабилизированного повышающего преобразователя на микросхеме фирмы MAXIM.

Нестандартное применение микросхемы MAX232

Эта микросхема обычно служит драйвером RS-232. Умножение напряжения получается с коэффициентом 1,6…1,8. 

Схема преобразователя напряжения на транзисторе

Повышающие преобразователи напряжения позволяют питать электронные схемы от источников постоянного тока с напряжением ниже, чем того требует электронная схема. Самый широко известный пример использования такого преобразователя это «Power Bank»для телефонов.

В Power Bank установлены аккумуляторные батареи на 3,7 Вольта, а как известно телефон заряжается и питается от зарядных устройств с напряжением чуть более 5 Вольт.

Другой характерный пример, светодиодные фонарики работающие на одной или двух батарейках типа AA. Потребитель, как правило, не задумывается, а номинальное рабочее напряжение белого светодиода чуть более 3-х Вольт. Это напряжение не может обеспечить пара солевых или алкалиновых или литий-ионных батареек. Мы приведём 2 схемы повышающих преобразователей напряжения пригодных для питания светодиодов.

Первая принципиальная электрическая схема —  это схема светодиодного фонарика с напряжением питания от 1 В на 1 транзисторе см рис.1.

Рис. 1. Схема светодиодного фонарика с питанием от 1 батарейки типа AA.

Схема сохраняет работоспособность при напряжении питания от 1 Вольта до 3 Вольт. Катушка L1 содержит 40 витков провода диаметром 0,2 … 0,3 мм с отводом от середины. Катушку наматывают в 2-4 слоя на маленьком ферритовом сердечнике, например, от старого радиоприёмника.

Вторая принципиальная электрическая схема —  это схема светодиодного фонарика с напряжением питания от 2 В см. рис.2.

Рис. 2. Схема светодиодного фонарика с питанием от 2-х батареек типа AA.

Схема сохраняет работоспособность при напряжении питания от 2 Вольт до 3 Вольт. Катушка L1 содержит 40 витков провода диаметром 0,2 … 0,3 мм с отводом от середины. Катушку наматывают в 2-4 слоя на маленьком ферритовом сердечнике, например, от старого радиоприёмника.

Схемы преобразователей напряжения рис.1 и рис. 2 совершенно идентичны, но в схеме рис. 2 в 2 раза выше напряжение питания. В результате преобразователь напряжения работает более эффективно, что позволяет запитать сразу 5 светодиодов. Схема рис. 2. повышает напряжение до 6 и 9 Вольт.

Мы сняли осциллограмму в 2-х точках схемы см. рис. 3.

 

Рис. 3 Осциллограмма схемы рис. 2

Красный луч на осциллограмме рис. 3 получен на коллекторе транзистора, а жёлтый луч на крайнем правом конденсаторе см. рис. 2. Общая точка в схеме — эмиттер транзистора и  — батареи питания.

Обратите внимание, жёлтый луч — отрицательное напряжение относительно общей точки, а красный луч — положительное. Преобразователь напряжения рис. 2 может создавать двухполярное напряжение питания. Частота на которой работает преобразователь равна 576 кГц, но она не стабильна, зависит от напряжения батарей, индуктивности катушки L1 и величины сопротивления резистора.

Мы измерили напряжение питания схемы во время работы и потребляемый ток см. рис. 4.

Рис. 4. Измерение потребляемого тока и напряжения питания схемы преобразователя напряжения.

Схема стабилизированного преобразователя напряжения с ШИМ

   Журнал Радио №11, 1981 г. стр. 61 За Рубежом

   Преобразователь напряжения , схема которого приведена на рисунке, предназначен для питания носимой радиоаппаратуры, потребляющей мощность не более 10 Вт. Он отличается высоким КПД, стабильным выходным напряжением, некритичен к степени разрядки батареи питания. Выходное напряжение при изменении входного от 6 до 30 В можно установить любым пределах от ± 10 до ±20 В. При этом нестабильность выходного напряжения не превышает 1 %, а пульсаций (на нагрузке 2 кОм) — 10 мВ. Выходное сопротивление устройства — около 0,05 Ом.

   По принципу действия — это ключевой преобразователь со стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией. Задающий генератор выполнен на инверторах D1.1, D1.2 по схеме симметричного мультивибратора. Частота генерируемых колебаний — около 50 кГц. Через — диод V1 они поступают на ждущий мультивибратор, собранный на инверторах 01.3, DI.4. Как видно из схемы, в его частотозадающую цепь, кроме резистора R5 и конденсатора С3, входит сопротивление участка эмиттер-коллектор транзистора V3, цепь смещения которого (резисторы R3, R4) питается положительным напряжением, снимаемым с выхода устройства. Благодаря этому длительность генерируемых мультивибратором импульсов оказывается обратно пропорциональной выходному напряжению (при его уменьшении длительность импульсов увеличивается и наоборот). Триггер D1.5, D1.6 улучшает форму импульсов.

   Импульсное напряжение, снимаемое с выхода триrrepa, усиливается по мощности транзисторами V6, V7 и повышается трансформатором ТJ до требуемого значения. Выпрямленное диодами V8 — V /1 напряжение поступает в нагрузку через фильтр, состоящий из электролитических конденсаторов С6 , С7 и шунтирующих их керамических конденсаторов С8, С9 (они улучшают фильтрацию высокочастотных составляющих выпрямленного напряжения).

   Выходное напряжение преобразователя устанавливают подстроечным резистором R4. Напряжение питания транзистора V6 и микросхемы D1поддерживается неизменным с помощью стабилизатора, выполненного на транзисторе V5 и стабилитроне V4.

   Трансформатор Т1 выполнен в ферритовом броневом магнитопроводе внешним диаметром 30 и высотой 18 мм. Обмотка 1 содержит 17 витков провода ПЭЛ 1,0, обмотка II — 2 х 40 витков провода ПЭЛ 0,23.

   При необходимости (если потребляемая от преобразователя мощность близка к предельной) транзистор V7 устанавливают на теплоотводе с охлаждающей поверхностью 50 … 60 см2.

   » Радио, телевизия, електроника» (НРБ), 1981, № 2

   Примечание редакции. В преобразователе напряжения можно использовать транзисторы КТ373А (V3), KT801A, КТ801Б (V5, V6), диоды КД503А ( V1, V2), Д226Д (V8-V11) и микросхему K155Лh2. Для изготовления импульсного трансформатора подойдет ферритовый броневой магнитопровод типоразмера М700НМ-11-Б30-АL-6З0.

виды устройств, простые схемы своими руками, электронный инвертор с 12 в на 220 в

Порой приходится сталкиваться с необходимостью подключения прибора, рассчитанного на работу от переменного сигнала 220 вольт в местах, где нет доступа к розеткам с таким напряжением. Например, если при поездке в автомобиле необходимо зарядить телефон или ноутбук. Выходом из такой ситуации может стать использование преобразователя напряжения. Устройство можно приобрести в радиомагазинах, а можно попробовать изготовить самостоятельно.

Назначение устройства

Устройство, которое преобразует напряжение, также называют инвертором.

Инвертор — это электронный прибор служащий для трансформации подаваемого на его вход постоянного напряжения в электрический сигнал, изменяющийся по времени с другой величиной амплитуды. То есть если на вход прибора подать постоянный сигнал равный 12 вольт, то на его выходе можно будет получить переменное напряжение 220 вольт.

Принцип работы устройства основан на преобразовании электрической энергии. Существуют приборы как заводского изготовления, так и самодельные, но принцип их работы одинаков. Разница лишь в качестве — надёжности и правильности формы выходного сигнала.

Схемотехника устройств построена на использовании высокочастотных трансформаторов, специализированных микросхем и транзисторов. По виду исполнения схемы инверторы бывают:

  1. Мостовые — в принципиальной схеме такого типа преобразователей не используются трансформаторы. Обычно так изготавливаются устройства с мощностью до 100 ВА.
  2. Трансформаторные — ключевую роль в схеме играет трансформатор, имеющий нулевой вывод. Такая схема несложна, но обычно предназначена для питания устройств, мощность которых не превышает 500 ВА.
  3. Комбинированные — в их схемотехнике используются транзисторы и трансформаторы. Такой подход позволяет создавать преобразователи с широким диапазоном мощностей.

Преобразователи отличаются главным образом формой сигнала на их выходе. В идеале выходной ток изменяется по синусоидальному закону — такую форму называют «чистый синус». Но из-за потерь и качества преобразования сигнал на выходе может быть как ступенчатой, так и прямоугольной формы, что не всегда допустимо.

Характеристики преобразователей

Преобразователи DC/AC относятся к электрическим приборам, позволяющим изменять уровень и форму постоянного сигнала. Современные приспособления отличаются небольшими габаритами и весом. К основным их параметрам относят:

  1. Мощность. Различают две её разновидности — наибольшую постоянную и пиковую. Первая обозначает количество энергии, которое может пропускать через себя устройство продолжительное время без потери работоспособности. Вторая характеризуется значением, которое может выдержать прибор в течение одной секунды и при этом остаться в работоспособном состоянии. В качестве единицы измерения используется ВА или Вт. Зависимость между этими единицами измерения можно описать соотношением: 1 Вт = 1,6 ВА. Например, если нагрузка, подключаемая к инвертору, потребляет 500 Вт и постоянная мощность преобразователя заявлена как 500 Вт, то вместе их использовать нельзя, так как DC/AC конвертор просто сгорит.
  2. Форму выходного сигнала. Синусоидальный сигнал характеризуется плавностью изменения амплитуды напряжения и частоты. Большинство приборов, например, простая бытовая техника и нагреватели, не требуют правильной формы сигнала. А вот устройства с трансформаторными источниками питания, электродвигателями, с узлами APFC очень требовательны к форме сигнала.
  3. Коэффициент полезного действия (КПД) — показывает зависимость между мощностью, затрачиваемой на выполнение полезной работы, и потребляемой. В среднем КПД преобразователей составляет 85−90%.
  4. Диапазон входного напряжения. Обозначает допустимую величину амплитуды входного сигнала, при котором возможно преобразование.
  5. Разброс выходного напряжения. Это диапазон, в котором может изменяться амплитуда сигнала на выходе. Обычно он лежит в пределах 210−230 вольт.
  6. Тип охлаждения. Для охлаждения радиодеталей, использующихся при изготовлении инверторов, применяются пассивные (радиаторы) и активные (вентиляторы) системы.

Кроме того, электронные преобразователи напряжения, сделанные на заводе, часто снабжаются различного рода защитами, позволяющими сохранить работоспособность инвертора и нагрузки, подключённой к нему при возникновении аварийных ситуаций — появлении короткого замыкания, перегрузки, перенапряжения.

Обзор производителей

Различные торговые точки могут предложить довольно широкий ассортимент инверторов-преобразователей напряжения 12-220 В. Инверторы выпускаются в различных странах — большинство из них производится в Китае, но это совсем не значит что они плохого качества. Ведь многие известные бренды из-за высокой конкуренции стремятся снизить себестоимость своей продукции, поэтому и переносят свои производственные мощности на территорию Китая.

Изучая предлагаемые рынком модели можно обратить внимание, что некоторые изделия имеют одинаковые характеристики, но при этом значительно различаются в цене. Связанно это с использованием той или иной радиоэлементной базы. Устройства, соответствующие заявленным характеристикам, собранные на качественной элементной базе и оборудованные необходимой защитой, надёжны в эксплуатации, поэтому стоят дороже.

Наиболее популярными брендами являются:

  1. Wenchi. Тайваньский производитель радиоэлектронного оборудования. Присутствует на рынке уже более 23 лет. Его продукция сертифицирована во многих странах мира, включая Россию. Компания имеет свою лабораторию, в которой проводится испытание приборов и внедрение в их работу новых технологий. Спросом пользуются модели INS-1000W-12 и INS-200W-12.
  2. Mean Well. Ведущий разработчик импульсных блоков питания. Фирма постоянно модернизирует и расширяет ассортимент своей продукции. Хорошие технические характеристики и демократичная цена позволяют каждому покупателю выбрать оптимальное оборудование этой марки. Популярными моделями являются: A301−2K5-F3 PBF, A301−150-F3, TN-1500−212B.
  3. Gembird. Основанная в Голландии в 1997 году компания стала лидером в производстве компьютерной периферии источников питания. Хотя цех по производству инверторов находится в Китае, продукция проходит тщательный контроль и соответствует международным стандартам. Сервисные центры фирмы расположены во многих странах, что позволяет довольно быстро получить качественную помощь. Потребители часто выбирают инверторы серии Gembird I.
  4. Robiton. Российская компания, специализирующая на производстве элементов питания. Её продукция соответствует требованиям безопасности Европейского союза. На все свои изделия фирма предоставляет три года гарантии. Повышенным спросом пользуются модели R300 и R500.

Самостоятельное изготовление

Если по каким-либо причинам приобрести преобразователь заводского исполнения не получается, то инвертор можно изготовить своими руками. Но перед этим следует понимать, из каких частей он состоит.

Обязательными узлами преобразователя напряжения с 12 на 220В будут:

  • входной и выходной фильтр, собираемый на ёмкости и индуктивности;
  • сам преобразователь DC/AC, повышающий амплитуду напряжения и изменяющий его форму;
  • узел управления, предназначенный для настройки режима работы схемы;
  • блок питания, преобразующий входной ток в ток, необходимый для питания элементов устройства;
  • узел контроля, отслеживающий изменения на входе и выходе инвертора;
  • блок логики, анализирующий полученные данные от узла контроля и передающий команды в блок управления.

Как видно, схемотехника инвертора очень похожа на схему источника бесперебойного питания (ИБП). В принципе, так оно и есть. Ведь если пропадает напряжение, ИБП преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный. Поэтому часто самодельные инверторы собирают на базе ИБП.

Маломощный конвертер

Если необходимости в подключении мощных устройств нет, но нужна надёжная схема, позволяющая заряжать смартфоны или фонарики, то можно собрать ее из отечественных комплектующих. Эта схема довольно надёжна и рекомендуется многими радиолюбителями.

Состоит схема из трёх основных узлов:

  1. Мультивибратора, вырабатывающего импульсы с частотой 50 Гц.
  2. Усилителя, двухтактного транзисторного преобразователя, работающего в режиме ключа.
  3. Трансформатора, повышающего входное напряжение.

В качестве мультивибратора можно использовать микросхемы К561ЛН2, К561ЛА7 или К561ЛЕ5 без изменения схемы. Резистором R1 и конденсатором C1 задаётся нужная частота. Выходной сигнал снимается с 14 ноги микросхемы и поступает на усилительный каскад VT3, VT4, к выходу которого подключается первичная обмотка трансформатора. Вторичная обмотка с конденсатором C4 образует контур. В качестве трансформатора можно взять любое сетевое устройство с мощностью 100−150 Вт, с первичной обмоткой, рассчитанной на 220 вольт, а вторичной — на 12 В. При этом следует помнить о его обратном подключении.

Простой прибор

Самый простой преобразователь напряжения 220 вольт можно изготовить, используя всего шесть элементов. Такая конструкцию позволяет подключить слаботочную нагрузку с током потребления не более 0,5 — например, энергосберегающую лампу с мощностью до 10 Вт. В качестве ключей используются транзисторы КТ814 и КТ940 с малым потреблением тока. Ключи можно использовать с любой буквой.

Трансформатор проще изготовить из ферритовых чашек диаметром 30 мм и высотой 25 мм. Первичная обмотка делается из провода 0,5 мм 14 витками. После прокладывается изоляционный слой и производится вторичная обмотка проводом 0,2 мм — необходимо сделать 220 витков.

Схема после сборки не нуждается в наладке и сразу готова к использованию.

Качественный инвертор

Схема предназначена для радиолюбителя с опытом. На выходе она обеспечивает «чистую синусоиду». Обычно такие устройства собираются на базе микропроцессоров с использованием программных алгоритмов. Схема позволяет сконструировать качественный прибор с использованием недорогих цифровых микросхем.

Инвертор собирается на полевых транзисторах, включённых по схеме полного моста. Синусоида на выходе формируется с помощью широтно-импульсной модуляции. Драйверы собираются на полевиках IR2110, способных пропускать через себя ток до двух ампер.

Частота работы задающего генератора устанавливается резистором R1, а скважность импульсов — R2. Выходной сигнал с генератора поступает на интегрирующий блок, собранный на двух цепочках R5C3 и R6C2, а также D-триггере. Этот сигнал приближен по форме к синусоиде с периодом 10 мс.

ШИМ-контроллер состоит из двух инверторов и полевых транзисторов. Его работа реализуется изменением периода сигнала, поступающего с генератора, в зависимости от входного напряжения, подающегося с интегратора. Частота работы генератора составляет 2 кГц.

Мощность устройства зависит от параметров трансформатора и силовых ключей. Для её увеличения полевые транзисторы подключаются параллельно друг другу. Изменение частоты преобразования происходит с помощью резистора R1, уменьшение величины которого приводит к её возрастанию. Частота же ШИМ-модуляции увеличивается уменьшением ёмкости С4.

Если на вход SD-драйверов попадается высокий уровень напряжения, то они запираются, а инвертор отключается, что можно использовать для защиты преобразователя от перегрузки. Размер печатной платы не превышает 105×51 мм.

Преобразователь напряжения бывает просто незаменим, особенно при длительных путешествиях. Стоит инвертор сравнительно недорого, но при этом его можно собрать и самостоятельно, даже обладая незначительными навыками в радиоэлектронике.

Импульсные преобразователи напряжения переменного тока

Введение

Изменение величины напряжения переменного тока требуется в электромеханических системах автоматики, в электропитании и во многих других областях. Для этого традиционно применяют магнитные усилители, многообмоточные силовые трансформаторы с тиристорной коммутацией обмоток, различные тиристорные схемы, изменяющие величину напряжения за счет искажения формы синусоиды [1]. Указанные устройства отличаются неудовлетворительными массогабаритными показателями или не обеспечивают требуемые пределы и плавность регулирования, синусоидальную форму напряжения. Устройство, использующее автотрансформатор, управляемый двигателем, обладает плавностью регулирования напряжения и не искажает его форму, но громоздко, дорого и имеет низкое быстродействие.

Прогресс в силовой полупроводниковой технике привел к широкому распространению систем регулирования переменного напряжения по схеме «выпрямитель — широтно регулируемый инвертор». Возможность плавного регулирования амплитуды и частоты напряжения вызвала бурное развитие высококачественных регулируемых приводов переменного тока. Если же необходимо регулировать только величину переменного напряжения, эта схема становится экономически невыгодной. При питании от однофазной сети габариты указанной схемы существенно увеличивает фильтр выпрямленного напряжения. Другим существенным недостатком схемы «выпрямитель — широтно регулируемый инвертор» оказывается невозможность рекуперации энергии в сеть переменного тока в силу односторонней проводимости выпрямителя.

Известны импульсные преобразователи постоянного напряжения [2], принцип действия которых поясняют рис. 1-3. Ключ К переключается с высокой частотой/из положения 1 в положение 2. Регулирование выходного напряжения осуществляется изменением относительной длительности пребывания ключа К в положении 1:γ

γ= τ/T = τf, T=1/f, 0< γ <1,      (1)

где τ — время нахождения ключа в положении 1 в течение периода переключений Т.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3

При известных допущениях средние значения выходных напряжений определяются соответственно выражениями [2]:

Современные силовые полевые транзисторы (MOSFET) и биполярный транзисторы типа IGBT допускают частоту переключений fв десятки и сотни килогерц при напряжениях в сотни вольт и токах в десятки и сотни ампер. Вследствие высокой частоты коммутации и малых потерь в транзисторных ключах массогабаритные и энергетические показатели преобразователей напряжения постоянного тока весьма высоки.

Очевидно, что при достаточно высокой частоте коммутации эти устройства могут преобразовывать и переменное напряжение, например, промышленной частоты. Разумеется, ключи К при этом должны проводить ток в обе стороны. Пример такого ключа на силовых полевых транзисторах представлен на рис. 4.

Рис. 4

Принцип работы импульсного преобразователя напряжения переменного тока проще пояснить на примере схемы рис. 1. Напряжение на выходе ключа К (точка «0») относительно общей точки схемы представляет собой последовательность импульсов с регулируемым параметром γ = τ/T, амплитуды которых модулированы синусоидой входного напряжения (рис. 5). Основная гармоника последовательности импульсов согласно (2) имеет амплитуду U2m= γU1m. Высшие же гармоники легко отфильтровываются фильтром из дросселя Др и конденсатора С, поскольку их частоты на два и более порядков выше частоты основной гармоники.

Рис. 5

Очевидно, что возможности современных полевых транзисторов MOSFET и биполярных транзисторов IGBT позволяют создавать импульсные преобразователи напряжения переменного тока промышленной частоты, имеющие широкую область применения в регуляторах и стабилизаторах переменного напряжения.

Первые попытки создания импульсных регуляторов и стабилизаторов напряжения переменного тока предпринимались еще в 60-х и 70-х годах прошлого века [3, 4]. Однако недостаточное быстродействие полупроводниковых приборов не позволяло достичь высоких показателей. Другим препятствием было почти полное отсутствие теоретического исследования подобных устройств. Если первое препятствие к настоящему времени практически снято, то второе во многом остается в силе.

Поэтому актуальна задача данной работы — познакомить читателей с результатами теоретического исследования установившихся режимов при синусоидальном входном напряжении в устройствах (рис. 1-3), называемых в дальнейшем импульсными преобразователями напряжения переменного тока, и принципами их использования в регуляторах и стабилизаторах переменного напряжения.

1. Основные результаты анализа установившегося режима импульсных преобразователей напряжения переменного  тока

В общем случае в n-м периоде переключений импульсный преобразователь напряжения описывается двумя различными векторно-матричными уравнениями:

где Хт= [x1, x2, …., xm]— вектор фазовых координат, в качестве которых выбраны токи в ин-дуктивностях и напряжения на конденсаторах, непрерывные в моменты коммутации ключа К, полагаемого идеальным, А1и A2-mxm— квадратные матрицы, элементами которых являются параметры анализируемых цепей, полагаемые постоянными, Um и Ω— амплитуда и частота преобразуемого гармонического напряжения, T0 = 2π/Ω-го период, h1T=k1cT, h2T = k2cT, cT = [1, 0,…, 0]– m — мерные векторы, T-знак транспонирования, k1 и k2 — постоянные, T = T0/N — период коммутации ключа К, NL1 — целое число.

Для удобства анализа введем в рассмотрение комплексный вектор X*=ReX*+jImX*, мнимая часть которого удовлетворяет уравнениям (5) и (6), то есть ImX*=X, а вещественная часть удовлетворяет тем же уравнениям, в правой части которых синусоидальное напряжение заменено косинусоидальным напряжением той же фазы, амплитуды и частоты. Очевидно, для комплексного вектора X* можно записать следующие уравнения, являющиеся исходными для анализа установившегося режима.

В результате анализа установившегося режима импульсных преобразователей напряжения переменного тока математическими методами установлено, что при исчезающе малом периоде коммутации ключа К комплексный вектор фазовых координат X* изменяется по закону:

X*(t)=X*(jΩγ)UmejΩt     (9)

где

  (10)

где E — единичная матрица, «-1» означает обратную матрицу.

Заметим, что согласно принятой в теоретической электротехнике терминологии вектор X*(jΩγ)Um можно назвать вектором комплексных амплитуд фазовых координат импульсного преобразователя напряжения. Можно показать, что отклонения от предельных законов изменения фазовых координат имеют относительно Т порядок малости не ниже первого. Это позволяет при достаточно сильном неравенстве

T= T0/NKT0, (NL 1)             (11)

анализ свойств импульсных преобразователей напряжения проводить по их непрерывным моделям, описываемым в общем виде выражениями (9), (10).

2. Непрерывные модели основных схем преобразователей напряжения

А. Рассмотрим вначале повышающий преобразователь напряжения (рис. 2), представленный расчетной схемой на рис. 6. Для положений переключателя 1 и 2 повышающий преобразователь напряжения описывается следующими двумя системами дифференциальных уравнений соответственно:

где u1 = Umsin(Ωt)— преобразуемое напряжение, u2 — выходное напряжение, Rн, Lн — активное сопротивление и индуктивность нагрузки, С— емкость конденсатора фильтра, L и r — индуктивность и активное сопротивление дросселя Др, в которые можно включить активную и индуктивную составляющие выходного сопротивления источника преобразуемого напряжения щ, Т— период коммутации.

Рис. 6

Обозначив фазовые координаты преобразователя напряжения

х1 = iL,, x2 = и2, х3 = iн,             (14)

можно системы уравнений (12) и (13) представить соответственно в виде двух векторно-матричных уравнений (5) и (6), где

Подстановка выражений (15) в (10) позволяет из (9) получить для установившегося режима

где zn=Rn+jΩLn,  zдр=r+jΩL, zc=(jΩC)-1

Б. Рассмотрим инвертирующий преобразователь напряжения (рис. 3), полагая источник входного напряжения идеальным. Согласно расчетной схеме, представленной на рис. 7, при первом и втором положениях ключа преобразователь напряжения описывается двумя системами дифференциальных уравнений, аналогичными системам уравнений повышающего преобразователя напряжения (12), (13):

Рис. 7

Использовав те же обозначения фазовых координат (14), получаем матрицы, векторы и коэффициенты уравнений (5) и (6):

Подстановка выражений (19) в (10), согласно (9), дает для установившегося режима:

при тех же обозначениях, что и в формулах (16). В. Понижающий преобразователь напряжения, представленный на рис. 3, рассмотрим, также полагая источник входного напряжения идеальным. Согласно расчетной схеме, представленной на рис. 8, ниже записаны системы дифференциальных уравнений преобразователя напряжения для положения переключателя 1 и 2 соответственно:

Рис. 8.

Рис. 8

Матрицы, векторы и коэффициенты систем (5) и (6) при тех же, что и выше, обозначениях фазовых координат (14) имеют вид:

Согласно (9) при подстановке (23) в (10) получаем для установившегося режима:

Для практических приложений большое значение имеет выходное сопротивление реального источника входного напряжения, имеющего, как правило, активно-индуктивный характер. Для защиты транзисторного ключа от перенапряжений, вызванных ЭДС самоиндукции внутреннего сопротивления источника входного напряжения, включают конденсатор на входные зажимы инвертирующей и понижающей схем. В повышающей же схеме ток источника входного напряжения не прерывается, и защиту ключа от перенапряжений в моменты коммутации обеспечивают снабберные цепи, которые при анализе установившегося режима не учитываются. В двух же других схемах емкость на входе преобразователя напряжения имеет существенную величину и должна быть во многих случаях учтена, поскольку влияет на входное напряжение преобразователя.

Г. Расчетная схема инвертирующего преобразователя напряжения, учитывающая выходное сопротивление источника входного напряжения и конденсатор на входе, представлена на рис. 9. Схему преобразователя напряжения описывают следующие две системы дифференциальных уравнений для двух положений ключа 1 и 2:

Рис. 9

Рис. 10

Обозначив фазовые координаты

х1 = i1, х2 = u1, х3= iL, х4 = и25 = iн, (27)

получаем матрицы, векторы и коэффициенты систем уравнений (5), (6):

Подставив (29) в (10), согласно (9) находим для установившегося режима:

где

Д. Расчетная схема понижающего преобразователя напряжения, учитывающая выходное сопротивление источника входного напряжения и конденсатор на входе, представлена расчетной схемой на рис. 10. Соответствующие системы дифференциальных уравнений схемы для положений ключа 1 и 2 приведены ниже:

Рис. 9

При тех же обозначениях, что и в (27), получаем из (31), (32):

Подстановка (33) в (10) согласно (9) дает для установившегося режима:

где

3. Анализ свойств основных схем преобразователей напряжения

Запишем согласно x*2 формул (16), (20) и (24) выражения для комплексной амплитуды выходного напряжения в виде

где z нс = zнzс( z н+zс )1— комплексное сопротивление нагрузки и параллельно включенного конденсатора фильтра C.

Согласно (35) непрерывную модель преобразователя напряжения можно рассматривать как источник регулируемого напряжения переменного тока, ЭДС Em и выходное сопротивление z вых которого определяются выражениями:

Очевидно, что выражения для ЭДС повторяют формулы выходного напряжения соответствующих импульсных преобразователей напряжения постоянного тока (2, 3, 4). Выходное сопротивление повышающего и инвертирующего преобразователей оказывается переменным, увеличивающимся вместе с ростом ЭДС, причем значительно быстрее последней. Это обстоятельство — следствие различия структуры преобразователей напряжения в первой и второй части периода коммутации. У понижающего же преобразователя напряжения структура не изменяется, и поэтому выходное сопротивление его постоянно. Во всех схемах zвых имеет активно-индуктивный характер со значительно преобладающей индуктивной составляющей, что характерно для дросселей.

Нетрудно показать, используя исходные формулы (16, 20, 24), что несмотря на стремление ЭДС повышающего и инвертирующего преобразователей к бесконечности при у, стремящейся к 1, выходное напряжение их при этом стремится к нулю, что объясняется более быстрым стремлением к бесконечности выходного сопротивления. Физическая же причина этого заключена в ограничении тока дросселя:

iL<Um/(r22L2)

тогда как при стремлении γ к 1 ток дросселя должен неограниченно расти, чтобы за исчезающе малое время (1- γ )/T компенсировать разряд конденсатора С током нагрузки iн за время γ T

Сказанное означает, что для повышающего и инвертирующего преобразователей напряжения существует критическое значение γ-γкр, при котором выходное напряжение (его амплитуда или действующее значение) при фиксированных значениях z др, z н, zс , достигает максимальной величины. Для определения γкр необходимо исследовать на экстремум по γ выражения амплитуды выходного напряжения

где x=1- γ, α =Re{zдр/zнс}, β=Im{zдр/zнс}

Исследование на экстремум первого выражения дает γкр для повышающего преобразователя напряжения

Этому значению у соответствует максимальная амплитуда выходного напряжения

Для инвертирующего же преобразователя напряжения

γкр=1-xкр ,                (39)

где x кр — положительный корень уравнения

      (40)

Несложно показать, что в силу условия α<0 уравнение (40) имеет единственный положительный корень 0 < x кр <0,5 и, следовательно, для инвертирующего преобразователя напряжения

0,5< γкр <1 .

При построении регуляторов и стабилизаторов переменного напряжения на основе повышающего или инвертирующего преобразователя необходимо ограничивать величину γ сверху неравенством

γ< γкр ,                (41)

поскольку превышениевместо увеличения выходного напряжения вызовет его уменьшение под действием обратной связи вплоть до 0 при γ=1

У повышающих преобразователей напряжения при одинаковых γкр, то есть при одинаковых | z др/zнс| отношение (U2m)max/Um имеет разные значения, лежащие в пределах

        (42)

Нижний предел соответствует zдр/zнс= α, α =0, верхний — α =0, zдр/zнс=jβ

В инвертирующем преобразователе γкр зависит не только от модуля z/z нс, но и от его вещественной части, причем при одинаковом модуле большему значению вещественной части (α) соответствуют меньшие x к и (U2m)max/Um и большее γкр. При вещественном z /zнс (z/zнс= α) положительный корень уравнения (40) x к и соответствующие ему γкр и (U2m)max/Um имеют аналитические выражения:

Полученные выражения могут служить при известном значении | z /zнс| оценкой снизу для xкр и (U2m)max/Um и оценкой сверху для γкр

Для выбора силовых транзисторов, образующих ключевой элемент преобразователей напряжения, изображенных на рис. 1-3, например представленный на рис. 4, необходимо знать наибольший коммутируемый ими ток. Во всех схемах силовые транзисторы коммутируют ток дросселя iL, амплитуда которого и должна учитываться при выборе транзисторов ключевого элемента.

При исчезающе малом периоде коммутации Т из выражений (14), (16), (20) и (24) несложно выразить отношение комплексных амплитуд токов дросселя и тока нагрузки:

При выполнении условия (11) |zн/zс| K1 можно амплитуду тока дросселя считать в  (1- γ )-1 раз превосходящей амплитуду тока нагрузки в повышающей и инвертирующей схемах, а в понижающей схеме можно амплитуды токов считать равными.

В реальных схемах при конечном Т необходимо учесть еще и пульсации тока дросселя, накладывающиеся на полезную (гладкую) составляющую тока.

Точное определение пульсаций тока дросселя требует построения установившегося процесса при реальном конечном периоде коммутации Т. Поскольку при расчете преобразователя напряжения значения его параметров zдр, zс, Т не известны и подлежат определению, необходимо оценить величину пульсации более простым способом, позволяющим выбрать индуктивность дросселя и частоту коммутации, а затем уточнить величину пульсаций.

Максимальный размах пульсаций тока дросселя (удвоенную амплитуду пульсаций) в повышающей и инвертирующей схемах (рис. 2 и 3) можно оценить, полагая ее совпадающей по фазе с амплитудой входного напряжения. Очевидно, она равна приращению тока дросселя за время его прямого подключения к входному напряжению в течение времени τ = γ T, что дает

ΔLLm=UmγT/L   (45)

Для повышающей схемы следует принять γ =1-Um/U2m, а для инвертирующей — γ =U2m/(Um+U2m

Максимальный размах пульсаций тока дросселя в понижающей схеме (рис. 1) можно оценить, полагая ее совпадающей по фазе с амплитудой выходного напряжения и равной уменьшению тока дросселя под его действием за время  (1- γ)T, что дает

ILm= U2m(1–γ)T/L = Umγ(1–γ)T/L,   (46)

где γ =U2m/Um

При известной частоте коммутации f= 1/ T и допустимом размахе пульсаций ΔILm можно найти индуктивность дросселя из выражений (45), (46). Очевидно, что при большей частоте коммутации необходимая индуктивность дросселя оказывается меньше и соответственно меньше выходное сопротивление преобразователя напряжения.

Максимальный размах пульсаций выходного напряжения (удвоенную амплитуду пульсаций) в повышающей и инвертирующей схемах (рис. 2 и 3) можно оценить по величине уменьшения напряжения на конденсаторе под действием максимального тока нагрузки. Этот ток разряжает конденсатор в течение времени γT, что с учетом I нm = U2m/| zн| дает

ΔU2max = Iнm(1–γ)T/C = U2m(1–γ)T/[|zн|C].    (47)

Очевидно, что в повышающей и инвертирующей схемах пульсации имеют пилообразную форму — это вызвано скачками тока конденсатора в моменты коммутации.

Ток конденсатора в понижающей схеме рис. 1 непрерывен, поскольку представляет собой разность непрерывных токов:

iC = iLiн.

Поэтому пульсации выходного напряжения понижающего преобразователя напряжения оказываются более гладкими, чем пилообразные: непрерывна в этом случае и производная выходного напряжения. Оценить наибольший размах пульсаций можно, положив, что пилообразная пульсирующая составляющая тока дросселя целиком замыкается через конденсатор [5]:

ΔU2max=Um γ(1-γ)T2/(8LC)  (48)

Из полученных выражений следует, что в понижающем преобразователе напряжения уменьшение пульсаций пропорционально квадрату частоты коммутации. В повышающем же и инвертирующем преобразователях пульсации уменьшаются пропорционально только первой степени частоты.

Выбрав значения индуктивности дросселя и емкости конденсатора, можно уточнить оценку размаха пульсаций, используя формулы, полученные на основе принципа разделения установившегося процесса на быструю составляющую (пульсации, происходящие с частотой коммутации f) и медленную (колебания токов и напряжений с частотой входного напряжения f 0).

Учитывая выполнение в практически важных случаях сильного неравенства fLf0, медленную составляющую можно определять по формулам, полученным для бесконечно малого периода коммутации Т, и считать при определении пульсационной составляющей напряжений и токов, что она в каждом периоде не имеет постоянной составляющей. Ее роль выполняет медленная, практически постоянная в течение периода коммутации, составляющая.

Максимальный размах пульсаций тока дросселя и выходного напряжения в повышающей схеме определяют следующие уточненные формулы:

Заметим, что максимальные пульсации тока дросселя совпадают по фазе с максимумом медленной составляющей выходного напряжения u2 и сдвинуты относительно максимума медленной составляющей тока дросселя на угол, определяемый аргументом комплексного сопротивления zнс. Наибольший размах пульсаций выходного напряжения сдвинут по фазе относительно амплитуды его медленной составляющей на угол, равный аргументу комплексного сопротивления z нс, взятому с противоположным знаком.

В случае инвертирующего преобразователя аналогичные (49) и (50) выражения имеют соответственно вид

Сдвиг по фазе между амплитудным значением тока дросселя и максимумом пульсаций равен аргументу комплексного сопротивления z=zдр+(1–γ)zнс. Максимум пульсаций выходного напряжения сдвинут по фазе относительно амплитуды его медленной составляющей на угол, равный аргументу комплексного сопротивления zнс, взятому с противоположным знаком, как и в повышающей схеме.

Для понижающейся схемы аналогично получены формулы

ΔILm = Umγ(1–γ)T/L.      (53)

ΔU2max = Umγ(1–γ)T/[|(zдр+(1–γ)2zнс)|C] = U2m T/[|zнс|C].      (54)

Максимум пульсаций тока дросселя сдвинут по фазе относительно максимума его амплитуды на угол, равный аргументу комплексного сопротивления z=zдр+zнс. Максимальный размах пульсаций выходного напряжения совпадает по фазе с максимальным размахом пульсаций тока дросселя и, следовательно, сдвинут по фазе относительно амплитуды выходного напряжения на угол, равный аргументу комплексного сопротивления z нс, взятому с противоположным знаком.

В выражения (49-54) следует подставлять значения γ, определенные из одного из уравнений (36) для соответствующей схемы преобразователя напряжения. Заметим, что решение уравнений для повышающего и инвертирующего преобразователей дает два значения γ, меньшее из которых лежит слева, а большее — справа от γкр, соответствующего максимуму статической характеристики преобразователя напряжения. Очевидно, следует выбрать меньшее значение γ, соответствующее возрастающей ветви статической характеристики.

При выборе емкости конденсатора С можно в случае постоянной или достаточно мало изменяющейся нагрузки исходить не из получения допустимых пульсаций, а из компенсации индуктивной составляющей тока нагрузки. Очевидно, в этом случае потребуется конденсатор большей емкости

C = Lн/[(ΩLн)2 + Rн2] = Lн/|zн|2.

Благодаря этому ток дросселя, а следовательно, и транзисторного ключа, станет меньше тока нагрузки без учета изменения γ в | zн| /Rн раз.

В заключение оценим влияние выходного сопротивления zвых источника входного напряжения и шунтирующего его защитного конденсатора С 1 (рис. 9 и 10) на свойства импульсного преобразователя напряжения переменного тока. Из полученных выше формул (40) и (44) с учетом принятых обозначений (38) можно записать выражение для комплексной амплитуды выходного напряжения инвертирующего и понижающего преобразователей напряжения

где zис 1= zиzс1(zи+ zс 1 )–1 — выходное сопротивление источника входного напряжения, нагруженного на конденсатор С1. С учетом zи и zс 1 непрерывная модель преобразова-теля также представляет собой управляемый источник переменного напряжения, ЭДС которого E1mи выходное сопротивление zвых имеют значения (56).

Вследствие изменения структуры преобразователя напряжения в течение периода коммутации (рис. 10) становится переменным и выходное сопротивление понижающего преобразователя напряжения.

4. Принципы построения устройств регулирования и стабилизации напряжения переменного тока

Возможны два варианта использования рассмотренных схем для регулирования и стабилизации напряжения переменного тока, отличающиеся способом его измерения.

В первом из них контролируется действующее, среднее или амплитудное значение напряжения. Для его определения необходим интервал наблюдения, равный или кратный половине периода этого напряжения. Недостаток первого варианта — невысокое быстродействие, определяемое периодом измерения регулируемого параметра, и отличие неконтролируемых параметров от соответствующих контролируемому параметру значений, вызванное отклонением формы входного напряжения от синусоидальной.

Второй вариант требует контроля мгновенных значений выходного напряжения и возможности изменения γ в каждом периоде срабатывания ключа. Его достоинство в возможности исправлять отклонения формы входного напряжения от синусоидальной [3] и обеспечивать соответствие между параметрами напряжения (действующим, средним и амплитудным), а также значительно большее быстродействие, определяемое периодом срабатывания ключа. Недостаток второго варианта — необходимость в синусоидальном задающем сигнале, непрерывном или дискретном, синхронном с входным напряжением.

В качестве стабилизатора выходного напряжения наиболее подходит инвертирующая схема, не требующая использования силового трансформатора сетевой частоты. Соответствующее изменение γ относительно γ=0,5 при отклонении выходного напряжения от номинального значения в любую сторону позволяет поддерживать величину выходного напряжения постоянной. Недостаток инвертирующей схемы — необходимость в высоком допустимом напряжении ключа (порядка удвоенной амплитуды входного напряжения) и передача через преобразователь напряжения полной мощности нагрузки.

Менее жесткие требования к ключу предъявляет известная схема стабилизатора с вольтдобавкой, в которой напряжение вольтдобавки регулируется одной из рассмотренных схем. В качестве одного из возможных примеров практического применения импульсного способа регулирования переменного напряжения рассмотрим стабилизатор с выходными параметрами Uвых = 220 В, 50 Гц, Iвых≤5А, построенный по функциональной схеме рис. 11 [6].

Рис. 11

Нестабильное сетевое напряжение Uс (220 В, 50 Гц) поступает на обмотки W, W1 автотрансформатора АТ. Стабильное выходное напряжение представляет собой сумму напряжения на основной обмотке W, равного UcW /(W+W1), и выходного напряжения импульсного преобразователя рис. 1, подключенного к «вольтдобавочной» обмотке W2, равного γUcW 2/(W+W1). В зависимости от величины сетевого напряжения стабилизатор автоматически подбирает величину γ таким образом, что остается постоянным выходное напряжение:

Uвых = Uc(WW2)/(W+W1).

В состав стабилизатора входят двухполупериодный выпрямитель В и устройство выборки и хранения УВХ, синхронизированное с напряжением сети, которые обеспечивают измерение амплитуды выходного напряжения Um в каждом его полупериоде. Интегральный регулятор Р интегрирует отклонение амплитуды выходного напряжения от заданной величины Umз и управляет относительной длительностью выходных импульсов широтно-импульсного модулятора (ШИМ), которые через драйвер Д поступают на силовые полевые транзисторы типа IRF640, реализующие ключ К.

С точки зрения теории автоматического управления стабилизатор можно достаточно точно представить хрестоматийной амплитудно-импульсной системой с «прямоугольным» импульсным элементом, работающим с периодом 0,01 с, и непрерывной частью в виде идеального интегрирующего звена.

Интегральный регулятор обеспечивает отсутствие статической ошибки при изменении как Uc , так и Iвых. Динамические свойства стабилизатора могут быть достаточно высокими, если выбрать параметр регулятора таким образом, чтобы корень характеристического уравнения системы стал равным нулю. Этим будет обеспечена длительность переходных процессов, равная периоду дискретности (0,01 с).

Описанный стабилизатор был реализован в ООО «Мегатех» (Санкт-Петербург). Его испытания подтвердили высокие точность и динамические свойства. Габаритные показатели и КПД вследствие импульсного способа регулирования также оказались достаточно высокими, в то время как пульсации выходного напряжения практически полностью сглаживались фильтром Ф, имеющим незначительные габариты.

Можно значительно улучшить весогабаритные показатели рассмотренного стабилизатора, отказавшись от сетевого автотрансформатора и заменив его и импульсный понижающий преобразователь на преобразователь, построенный по описанному в [7] способу.

 

Выводы

  • Предложенная методика позволяет получить в конечном виде математическое описание установившегося режима импульсного преобразователя напряжения с учетом нагрузки и выходного сопротивления источника входного напряжения и фильтров на входе и выходе преобразователя напряжения.
  • Импульсный преобразователь переменного напряжения при достаточно высокой частоте коммутации можно рассматривать как регулируемый источник переменного напряжения, ЭДС и выходное сопротивление которого растут при увеличении относительной длительности импульсов γ.
  • Зависимость выходного напряжения повышающего и инвертирующего преобразователей от γ имеет максимум вследствие более быстрого роста выходного сопротивления, чем ЭДС, и стремится к 0 при стремлении γ к 1 даже в случае нулевого активного сопротивления дросселя.
  • Пульсация тока дросселя и выходного напряжения повышающего и инвертирующего преобразователей напряжения имеют пилообразный характер, причем размах «пилы» периодически изменяется. С уменьшением периода коммутации пропорционально уменьшаются и пульсации.
  • В понижающем преобразователе напряжения пульсации тока дросселя также пилообразные, а пульсации выходного напряжения имеют на единицу более высокий порядок гладкости и малости относительно Т.

Пример

Рассчитаем «электронный повышающий трансформатор» U1/U2 = 110/220, выполненный по схеме повышающего преобразователя напряжения, представленной на рис. 2. Рассмотрим два варианта нагрузки мощностью 1100 ВА (220 В, 5 А): zн1 = 40+18,33j, zн2=18,33+40j (|z|=U2/Iн=220/5=44Ом). Частоту коммутации f примем равной 50 кГц, то есть в 103 раз выше частоты сети f0 = 50 Гц. Допустимый размах пульсаций (удвоенную амплитуду) положим для тока дросселя равным ΔILmax= 0,225 А, а для выходного напряжения ΔI2max = 5 В.

Рассчитаем индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра, приняв согласно (3) γ=1-U1/U2=0,5. По формулам (45) и (47) получаем:

Для уточнения значения γ необходимо решить относительно γ уравнение

|zнс[zдр/(1–γ)2+zнс]–1(1–γ)–1| = U2/U1,

 полученное из первой из формул (35). Последнее уравнение, обозначив x=1- γ, легко преобразовать к виду

|x+a/x| = U1/U2,

 где  a = zдр/zнс= jΩL(1+jΩCzн)/zн.

 Вычисление модуля комплексного числа x+a/x позволяет свести полученное уравнение к биквадратному:

x 4+ [Re(a)–(U1/U2)2]x2+| a|2 = 0.

Комплексный коэффициент a принимает значение a 1= 0,010917+0,044878j при zн1 и a2 = 0,035229+0,020565j при zн2. Решение биквадратного уравнения дает пары положительных корней: x1= 0,4673, x 2 = 0,0988 (= 0,5327,  = 0,9012) при a 1 и x1 = 0,4120, x2 = 0,0990 (γ1 =0,5880, γ2 = 0,9010) при a2. Из пары полученных значений следует выбрать меньшее, соответствующее возрастающей ветви статической характеристики преобразователя напряжения U2=f(γ). Статические характеристики преобразователя напряжения в относительных единицах для указанных значений нагрузки z н1 и z н2 представлены на рис. 12 (кривые 1 и 2 соответственно).

Рис. 12

По формулам (49) и (50) уточнен размах пульсаций

где zнс = zн1/(1+jΩCzн1) = 45,6959+11,1151j = 47,0284xe, φ = 13,67°.

При этом максимум пульсаций тока дросселя сдвинут по фазе относительно максимума тока дросселя на угол φ = 13,67° в сторону опережения, а максимум пульсаций напряжения отстает от максимума напряжения на такой же угол.

Аналогично вычислено и для нагрузки z н2

где zнс = zн2 /(1+ jΩCzn2)= 26,8443+45,9852j = 53,2471xe, φ= 59,73°.

При этом максимум пульсаций тока дросселя сдвинут по фазе относительно максимума тока дросселя на угол φ = 59,73° в сторону опережения, а максимум пульсаций напряжения отстает от максимума напряжения на такой же угол.

Согласно формуле (44) максимальный коммутируемый ключом К (рис. 2) ток, равный амплитуде тока дросселя, превышает амплитуду тока нагрузки в (1–γ)–1|1+zн/zс| раз, что составляет 2,0021 при z н1 и 2,0057 при z н2.

Существенный выигрыш в коммутируемом токе можно получить при zн2, выбрав емкость конденсатора фильтра из условия компенсации реактивной составляющей тока нагрузки согласно формуле

Такой выбор емкости делает сопротивление z нс чисто активным и равным 105,62 Ом, то есть почти в 2 раза большим, чем |zнс| при предыдущем ее выборе. Аналогично вышеизложенному получаем значения γ1 = 0,5017 и γ2=0,9587. Максимальный коммутируемый ключом К ток в этом случае превышает амплитуду тока нагрузки в 0,836 раза, то есть меньше ее в 1,196 раза. Существенно снижаются и пульсации выходного напряжения, составляющие

Статическая характеристика имеет в этом случае больший максимум и большее значение γкр (кривая 3 на рис. 12). Значения γкр, рассчитанные по формуле (37) для рассмотренных случаев, составляют: 0,7851, 0,7980 и 0,8566.

Значительный интерес представляет моделирование импульсных преобразователей напряжения переменного тока с учетом импульсного характера процессов. Это моделирование позволяет проверить результаты расчетов, основанных на использовании непрерывных моделей. В качестве базы моделирования удобно использовать систему MATLAB 6.5 с версиями пакетов Simulink 5.0 и SimPowerSystem 2.3 [8].

Моделирование ключа с двухсторонней проводимостью на реальных элементах (рис. 4) вызывает определенные трудности. Поэтому проще использовать идеальный ключ (Ideal Switch) из библиотеки силовых элементов полупроводниковых преобразователей (Power Electronics), позволяющий учесть внутреннее сопротивление реального ключа и снабберные цепи. Схема моделирования представлена на рис. 13. Обе половинки ключа управляются импульсами генератора (Discrete Pulse Generator) из библиотеки (Sources), поступающими на ключи в противофазе и имеющими заданную частоту f и скважность γ.

Рис. 13

Результаты моделирования и расчетов хорошо совпадают, что можно видеть из осциллограмм тока дросселя и напряжения нагрузки, представленных на рис. 14 для случая zн2,С= 14,14 мкФ.

Рис. 14

Литература
  1. Миловзоров В. П., Мусолин А. К. Дискретные стабилизаторы и формирователи напряжения. М.: Энергоатомиздат. 1986.
  2. Источники вторичного электропитания / С. С. Букреев, В. А. Головацкий, Г. Н. Гулякович и др.; под ред. Ю. И. Конева. М.: Радио и связь. 1983.
  3. Крапивников В. В. Способ управления двигателем переменного тока. Авт. свид. СССР № 248834.
  4. Тимченко Н. М., Жуков В. И. Импульсный стабилизатор переменного напряжения. Авт. свид. СССР № 472339.
  5. Коршунов А. Динамический расчет стабилизированного понижающего преобразователя напряжения постоянного тока // Силовая электроника. 2005. № 3.
  6. Коршунов А. И. Импульсный стабилизатор переменного напряжения. Авт. свид. РФ № 2246127.
  7. Коршунов А. И. Способ регулирования величины и изменения фазы напряжения переменного тока. Авт. свид. РФ № 2266608.

СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ


   В походе, на даче или в машине может потребоваться маломощная розетка со стандартным напряжением 220 в – иногда нужно подключить лампочку в стандартном цоколе либо устройство с сетевой вилкой. И желательно с сетевой частотой и напряжением, близким к положенным 220 В +-20%. Для этого понадобится спаять специальный преобразователь. Как оказалось, такую схему легко собрать своими руками на обычной дешёвой цифровой микросхеме 74HC04.

Схема преобразователя напряжения 12-220 вольт

   На микросхеме собран генератор импульсов и их же преобразователь. Микросхема получает питание через линейный стабилизатор 5 вольт, которого вполне хватает для таких нужд – ток ее потребления порядка 10 мА.

   Резистор управления частотой подобрал, так как с указанным на схеме – частота была порядка 10 Гц и транзисторы от такого режима просто кипели. При первом включении поставил 42 килоом, в конечном варианте частота порядка 60 Гц получилась. Подобрал, впаяв на проводах временно переменник на 100 кОм – одновременно следил за током потребления и частотой по частотометру.

   При сборке устройства решил немного переделать печатную плату под планарные SMD детали, чуть уменьшив плату таким образом.

   Полевые транзисторы не обязательно строго те, что по схеме. Подойдёт кроме указанных IRF530 любой мощный аналог, просто подберите предельные параметры по даташиту. Радиатор ставим алюминиевый, — он и лёгкий, и хорошо отводит тепло от транзисторов.

   Трансформаторы в преобразователь пробовал разные, но остановился на сетевом от небольшого отечественного телевизора мощностью 50 Вт.

   Сделал отвод от вторичной обмотки и подпаял куда нужно — получилось то что надо.

   Преобразователь напряжения работает замечательно и с лампой накаливания 40 Вт выдает 210-230 вольт переменного напряжения, причём мощные транзисторы на радиаторе нагреваются после часа работы не более чем до 50 градусов.

   Защитные стабилитроны взял мощные советские, закрепив гайками на плате. В схеме в идеале требуются импортные на 33 вольта, но такие найти не легко. На холостом режиме работы (без нагрузки) преобразователь потребляет приблизительно 0,5 А. Испытания проводились от аккумулятора для UPS. Так что делаем однозначный вывод, что по простоте сборки и надежности работы данная схема неплоха. Если вы не смогли достать такую микросхемы — делайте на отечественной. Устройство собрал и испытал redmoon.


Поделитесь полезными схемами

СХЕМА СВЕТОТЕЛЕФОНА

    Простейшая конструкция приемопередающих узлов светотелефона, не требующих каких-либо дефицитных материалов и обеспечивающих достаточную для практических целей дальность связи.



ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ВОДЫ
    Датчиками являются электроды разной длины, установленные в водяном баке. Если бак изготовлен из изоляционного материала, то необходим общий электрод, опущенный на дно. 


ПАЯЛЬНИК ИЗ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСФОРМАТОРА

    По сути, жало паяльника закаляется из-за короткого замыкания. Вторичная обмотка содержит пол витка, напряжение прядка 1 вольта, но сила тока доходит до 15 Ампер! Именно из-за пониженного напряжения, нагрузка не столь велика, в ходе работы детали почти холодные.


Что такое преобразователь мощности?

Что такое преобразователь мощности?

Преобразователь представляет собой электрическую цепь, которая принимает на вход постоянный ток и генерирует на выходе постоянный ток с другим напряжением, обычно достигаемым за счет высокочастотного коммутационного действия с использованием индуктивных и емкостных фильтрующих элементов.

Преобразователь мощности представляет собой электрическую цепь, которая преобразует электрическую энергию из одной формы в желаемую форму, оптимизированную для конкретной нагрузки. Преобразователь может выполнять одну или несколько функций и давать выходные данные, которые отличаются от входных.Он используется для увеличения или уменьшения величины входного напряжения, инвертирования полярности или создания нескольких выходных напряжений одинаковой полярности с входным, разной полярности или смешанной полярности, например, в блоке питания компьютера.

Преобразователи постоянного тока в постоянный используются в широком спектре приложений, включая источники питания компьютеров, преобразование и регулирование мощности на уровне платы, схемы управления двигателями постоянного тока и многое другое.

Преобразователь действует как связующее звено или этап преобразования между источником питания и выходом источника питания.Существует несколько основных преобразователей в зависимости от входного напряжения источника и выходного напряжения, и они делятся на четыре категории, а именно преобразователь переменного тока в постоянный, известный как выпрямитель, циклопреобразователь переменного тока в переменный или преобразователь частоты, преобразователь постоянного напряжения или тока в постоянный. , и преобразователь постоянного тока в переменный.

Рис. 1 Технические характеристики силового преобразователя

Преобразователь использует нелинейные компоненты, такие как полупроводниковые переключатели, и линейные реактивные компоненты, такие как катушки индуктивности, трансформаторы и конденсаторы для промежуточного накопления энергии, а также для фильтрации тока и напряжения.Размер, вес и стоимость преобразователя во многом определяются этими составляющими.

В преобразователях постоянного тока широко используются три основные схемы преобразователя: понижающий, повышающий и понижающий и повышающий. Эти конфигурации являются наиболее часто используемыми топологиями из-за их простоты и использования меньшего количества компонентов. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют пригодность для любого конкретного применения.

Рис. 2. Схема неизолированного преобразователя

Понижающий преобразователь является понижающим, повышающий — повышающим, а повышающий — повышающим и понижающим.Все они неизолированы и используют индуктор в качестве элемента передачи энергии и в основном используются для преобразования и регулирования мощности на уровне платы.

В изолированных преобразователях постоянного тока используется трансформатор для обеспечения изоляции, нескольких выходов, различного уровня напряжения или полярности в зависимости от соотношения витков и направления обмоток.

Они основаны на неизолированных топологиях, но с включением трансформатора. Обычно используемые типы: полный мост, полумост, прямой и двухтактный преобразователи, которые представляют собой изолированные версии понижающего преобразователя; и обратноходовой, который является изолированной версией повышающе-понижающего преобразователя.

Рис. 3. Полномостовой изолированный понижающий преобразователь

Для повышения производительности используются высокие частоты и быстрое переключение силовых полупроводниковых приборов. Высокие частоты повышают эффективность при одновременном уменьшении физических размеров источников питания, поскольку они позволяют использовать более мелкие компоненты. Частоты обычно выше слышимого диапазона и находятся в диапазоне от 20 кГц до 200 кГц. Схема обратной связи и управления рабочим циклом обычно используется для регулировки условий включения и выключения для поддержания постоянного напряжения на выходе независимо от тока нагрузки или изменений напряжения питания.

Преобразователи широко используются в электронном оборудовании, в источниках питания и других цепях, требующих определенных уровней напряжения и тока, отличных от доступной необработанной энергии питания. Преобразователи любого типа обеспечивают требуемое напряжение нужной величины. При правильном проектировании и использовании почти идеальных компонентов доступные методы преобразования предлагают множество надежных и эффективных источников энергии для питания большинства электронных устройств и компонентов.

Лучшие международные преобразователи напряжения для путешествий на 2022 год

Путешествовать — это здорово.Прибытие в пункт назначения и обнаружение того, что ваша электроника не работает, — это не так уж и здорово. Хорошая новость заключается в том, что выбрать правильный адаптер для путешествий не так уж и сложно. Но если вы пытаетесь сделать правильный выбор, вам нужно знать некоторые основные сведения об электрических токах. И вы захотите подумать о типах устройств, которые вы возьмете с собой в поездку.

Выбор преобразователя напряжения для международных поездок

С помощью некоторых простых мер предосторожности и подготовки выбор преобразователя напряжения для международных поездок может быть довольно простым.Но если вы ничего не знаете об электрическом токе, выбрать правильный преобразователь напряжения для путешествий может быть практически невозможно. Даже если вы просто взглянете на коробку с конвертером для путешествий, вы увидите около дюжины различных спецификаций и стандартов. Какие из этих чисел имеют значение, а какие нет?

В большинстве стран Северной Америки электрические цепи сконструированы так, чтобы поддерживать напряжение 110/120 В с переменным током (AC) частотой 60 Гц. Напротив, в большей части Европы электрический стандарт составляет 220/240 В.Это гораздо более высокий электрический потенциал, но он снижается из-за колебаний между проводниками с немного меньшей скоростью 50 Гц. И это только один из многих международных стандартов.

Тип штекера

В мире существует 14 вилок, которые широко используются, но только шесть из них очень распространены. Эти типы вилок имеют множество названий, чаще всего обозначаемых одной буквой.

Например, американцы используют вилки типа A и B.В большинстве стран Европы и России используется тип F, но тип C также довольно распространен в Европе. Вилка типа I особенно распространена в Новой Зеландии, Китае и Австралии. И, наконец, Сингапур, Ирландия, Малайзия и большая часть Великобритании используют собственную вилку Type-G.

Существуют и другие типы, но они исключительно редки и часто используются только в одной стране. Если вы путешествуете вне сети, вы должны быть уверены, что в регионе, который вы посещаете, используется тип, соответствующий выбранному вами преобразователю дорожного напряжения. И имейте в виду, тип вилки, которую предлагает преобразователь, не означает, что он электрически совместим в других отношениях.

Требования к мощности

Взгляните на максимальную поддерживаемую мощность любого данного преобразователя напряжения движения. Многие преобразователи рассчитаны только на мощность 100 Вт или меньше, что, как правило, говорит о том, что они дешевы и плохо сделаны.

Наиболее эффективные преобразователи напряжения для путешествий имеют мощность около 200 Вт. Этого недостаточно для питания некоторых типов устройств, таких как фены. Для зарядки или адаптации обычной электроники для работы от другой электросети, такой как камеры, смартфоны и планшеты, этого более чем достаточно.Только не рассчитывайте запустить промышленный морозильник, по крайней мере, сейчас, не отказываясь от портативности в обмен на размеры, которые не подходят для путешествий.

Требования к напряжению

Некоторые дорожные адаптеры имеют подходящие вилки для путешествий, но не могут фактически изменить напряжение или частоту тока. Эти адаптеры предназначены для людей, у которых изначально есть электроника с соответствующим выходным напряжением, но просто не хватает подходящей физической вилки.

Но когда вы подключите свою электронику без преобразования напряжения, они сгорят, и вы разозлитесь. Вот почему вам нужно помнить, что некоторым устройствам нужен только адаптер розетки, а не преобразователь напряжения. Например, во многие ноутбуки встроены преобразователи напряжения.

Некоторым из ваших устройств подойдет розетка на 240 В или 110 В, но не думайте только о совместимости. Ваши вещи буквально поджарятся и сломаются, если вы запустите их с недостаточной мощностью, даже если изначально кажется, что они работают.К счастью, выяснить электрические стандарты ваших устройств обычно так же просто, как посмотреть зарядные кабели, прочитать этикетки или проверить веб-сайты производителей.

Универсальный дорожный адаптер BESTEK

Универсальный дорожный адаптер BESTEK обеспечивает широкую поддержку более чем в 150 странах. Пока вы не путешествуете по проторенной дорожке, этот адаптер может соответствовать его требованиям универсальности. Он включает в себя 1 кабель питания ЕС, а также три международных адаптера.

А его конструкция «все в одном» помогает преобразовать стандартное напряжение США 110 В в 220 В, помогая вам безопасно заряжать свои вещи во время путешествий. Через каждый из своих портов универсальный адаптер BESTEK поддерживает достаточно высокую мощность 200 Вт, чего должно быть достаточно для тех, кто не берет с собой в поездку стиральную машину.

Сборка и дизайн

Дизайн этого адаптера, ориентированный на путешествия, очевиден, так как он имеет скромные размеры 6 x 3 x 1,6 дюйма. Прилагаемый 5-футовый кабель питания является съемным, что еще больше упрощает упаковку и разборку.А расположение этого адаптера с несколькими разъемами позволяет одновременно заряжать до семи устройств.

Имеется четыре USB-порта для зарядки и три стандартных разъема переменного тока, каждый на 6 А. USB-выходы электрически изолированы от сети переменного тока, поэтому ваши вещи не поджарятся. А адаптер BESTEK идет еще дальше, обеспечивая защиту от перегрузки, перегрева, короткого замыкания и защиту от перегрузки по току. Защита от перегрева обеспечивается добавлением небольшого вентилятора.

Другие соображения

Этот адаптер весит около одного фунта, включая кабель. Во время путешествия не используйте приборы, рассчитанные на 220 В переменного тока и выше. Выход переменного тока 100-120В. Кроме того, не подключайте фен или щипцы для завивки, даже если их выходная мощность не превышает 200 Вт, обеспечиваемой этим устройством.

Проблема заключается в том, как работают эти устройства, и их общее энергопотребление является верным путем для всех преобразователей, кроме самых громоздких и дорогих.Другими словами, преобразователи не предназначены для путешествий. Но если вы сможете следовать этим рекомендациям, то этот адаптер для путешествий вам подойдет.

Наконец, на универсальный дорожный адаптер BESTEK распространяется 2-летняя гарантия. Дорожные адаптеры, как правило, имеют несколько деталей, которые могут сломаться, но всегда стоит подумать о дополнительной гарантии.

Преобразователь напряжения Foval

Как и преобразователь напряжения BESKEK, этот преобразователь напряжения Foval имеет почти универсальную конструкцию и поддерживает более 150 стран по всему миру.Он имеет идентичную максимальную мощность, обеспечивая мощность 200 Вт, необходимую для зарядки ноутбуков, смартфонов, камер и подобных устройств. Но что действительно отличает это устройство, так это очень компактный дизайн, который немного лучше подходит для путешествий в одиночку, чем с другими.

Сборка и дизайн

Преобразователь напряжения Foval имеет размеры 4,8 x 3,1 x 1,5 дюйма. Преобразователь напряжения Foval относительно легко помещается в чемодан. Он весит чуть меньше одного фунта, что не должно подтолкнуть вас к превышению ограничений по весу багажа.

Среди других преобразователей напряжения для путешествий это один из самых компактных многофункциональных вариантов на рынке. Компактный дизайн напоминает удлинитель, разрезанный пополам, хотя и немного толще. На его лицевой стороне вы заметите поддержку двух стандартных американских вилок, а также четыре порта USB 5V/2.4A USB.

Другие соображения

Преобразователь Foval включает вилки F, G, A и I. Эти вилки предназначены для большей части Европы, Великобритании, Океании и большей части Азии.Наряду с охлаждающим вентилятором этот преобразователь обеспечивает защиту от короткого замыкания, защиту от перенапряжения и все другие современные стандарты безопасности. Но преобразователь напряжения Foval предназначен для преобразования 100–120 В/переменного тока, не используйте его для продуктов 220–240 В/переменного тока.

Преобразователи напряжения могут нагреваться. Если вы на самом деле превысите предел мощности устройства в 200 Вт, вы будете рады, что они использовали встроенный вентилятор в интересах безопасности. А вентилятор использует шарикоподшипник для стабильной и тихой работы.Но вы должны знать, что вентиляторы на подшипниках имеют ограниченный срок службы, и после полувека постоянного использования есть большая вероятность, что вентилятор начнет издавать больше шума.

И через пару лет использования шумного вентилятора ваша защита от перегрева исчезнет, ​​и в этот момент вы захотите заменить преобразователь напряжения для путешествий. Или подумайте о том, чтобы переехать в страну, где вы провели последнее десятилетие, используя преобразователь напряжения, прежде чем его нужно было заменить.

Ключевой силовой преобразователь напряжения

Key Power Voltage Converter — это еще один преобразователь напряжения для путешествий, который готов доставить вашу электронику в более чем 150 стран.Он поддерживает полный диапазон мощности 200 Вт, который нужен большинству путешественников, кабель можно отсоединить для более удобного хранения, и он остается удобным для путешествий в каждом маленьком дизайнерском решении, принятом Key Power. И, естественно, он обеспечивает преобразование 220 В в 110 В, что дает вам уверенность в том, что вы можете заряжать свою электронику, не беспокоясь об их пожаре.

Сборка и дизайн

Преобразователь напряжения Key Power довольно компактен, с длинным, но тонким корпусом 6.Сборка 2 x 3,2 x 1,6 дюйма. Он весит около одного фунта, что делает его самым тяжелым преобразователем в этом списке, оставаясь при этом достаточно легким для путешествий. И что не менее важно, его так же просто использовать, как подключить свои вещи.

На лицевой стороне устройства вы найдете три стандартные розетки переменного тока. В верхней части преобразователя вы найдете четыре порта USB, каждый из которых обеспечивает 5 В / 2,1 А. А встроенный охлаждающий вентилятор, как правило, слишком тихий, чтобы его можно было услышать во время его работы, но вы можете услышать его, если находитесь в паре футов от преобразователя.

Другие соображения

Преобразователь напряжения Odogo Travel обеспечивает такую ​​же защиту от короткого замыкания, защиту от перегрева, бесшумную технологию вентилятора и другие функции безопасности. Но он делает еще один шаг вперед, предоставляя синий светодиод, который используется для обозначения того, что защита преобразователя находится в режиме онлайн, и что можно безопасно подключать вашу электронику. Если ваш преобразователь сломался во время путешествия или износился из-за интенсивного использования, дополнительная гарантия от светодиода может в конечном итоге сэкономить вам немало денег и разочарований.

В этот комплект входит преобразователь мощности 200 Вт, защитный дорожный футляр, один шнур питания европейского стандарта, три универсальные вилки. Он также включает годовую гарантию и поддержку клиентов. Однако обратите внимание, что он не оборудован для розеток с 3 контактами в Италии, Бразилии, Чили, Южной Африке и Швейцарии.

Выбор между 3 преобразователями напряжения Great International Travel

Преобразователь мощности Foval Power Step Down является самым компактным из представителей этой группы. Он имеет только два порта питания, что делает его более подходящим для двух человек, путешествующих налегке, или для одного человека, путешествующего в одиночку.5-футовый съемный кабель только повышает удобство, а двухлетнюю гарантию сложно не заметить. Это отличный преобразователь для тех, кто пытается путешествовать налегке, и для тех, кто в любом случае не планирует путешествовать с шестью ноутбуками.

Ключевой преобразователь напряжения питания имеет те же широкие стандарты, безопасность и функции поддержки, что и другие преобразователи в этом списке. Он оснащен тремя розетками и большим количеством USB-портов. Порты USB заряжаются с ужасно средней скоростью из-за их 2.1А емкость. Но функция интеллектуального освещения синего светодиода обеспечивает дополнительный уровень уверенности в том, что вы не собираетесь поджарить свою электронику, подключив ее. Это делает преобразователь Key Power хорошим выбором для людей, которые хотят сделать все возможное для обеспечения безопасности. .

Наконец, универсальный дорожный адаптер BESTEK — лучший выбор для путешественников, которым важна быстрая зарядка. Розетки USB на 6 А, доступные с этим адаптером, значительно превзойдут свои аналоги на 2,1 А. Тем не менее, адаптер BESTEK имеет ту же конструкцию съемного кабеля и те же основные функции безопасности.Это делает его отличным выбором для тех, кто не знает, сколько времени у них есть на завершение следующего заряда, и хочет максимально использовать его всякий раз, когда они могут найти энергию.

Было ли это полезно? Пожалуйста, поделитесь:

Различные преобразователи напряжения для путешественников

Информация и предложения по преобразователям напряжения

Преобразователи напряжения используются для преобразования напряжения источника электроэнергии в другое напряжение. Это необходимые устройства, которые необходимо иметь при использовании электроприборов и оборудования, предназначенных для использования на одном континенте, на другом, обычно за границей с первого континента.

Пожалуйста, нажмите на ссылку выше, чтобы купить, или прочитайте подробное описание ниже, о нашем выборе преобразователей напряжения.

Мощность 100 Вт — повышающий/понижающий преобразователь напряжения

Преобразователь/трансформатор напряжения максимальной мощности 100 Вт для тяжелых условий эксплуатации
Двойной повышающий или понижающий преобразователь
Переключение трансформатора на 110 В для использования в США на выходе 220 В
Переключение трансформатора
Вход: 110 В -> Выход: 220 В
Вход: 220 В -> Выход: 110 В
Противоударная розетка очень большой емкости
Светодиодный индикатор источника питания
Разъемы:
Европейская вилка шнур
Адаптер для вилки США в комплекте
2 розетки на передней панели — подходит для трехштырьковой североамериканской вилки и европейской вилки с двумя штырьками
Тяжелые условия для непрерывного использования.Прочный шнур промышленного типа
Вентилируемая конструкция для непрерывного использования
Защита предохранителем — предохранитель отключает ток в случае перегрузки трансформатора для защиты трансформатора и вашего прибора
Включает:
Преобразователь напряжения 100 Вт
2 запасных предохранителя США

Инвертор AKOOS DC-AC — МОЩНОСТЬ 100 ВАТТ — ПИКОВАЯ 190 ВАТТ

Преобразует автомобильную розетку постоянного тока 12 В в бытовую розетку переменного тока 110/120 В !!
Обеспечивает электропитание 110/120 В переменного тока бытового типа.Просто подключите инвертор непосредственно к любой автомобильной розетке постоянного тока на 12 В для питания или подзарядки небольшого электронного оборудования, такого как: портативные компьютеры, портативные радиоприемники, проигрыватели компакт-дисков/MP3-плееры, цветные телевизоры, лампы, видеоигры и многое другое…
Зарядка ноутбука компьютеры, сотовые телефоны, видеокамеры, цифровые фотоаппараты, аккумуляторные батареи для электроинструментов и многое другое…
Дополнительные функции безопасности включают в себя: отключение при низком заряде батареи и защиту электронных цепей для защиты батареи, инвертора и электроники от случайного повреждения.
Предохранитель: 15 А
Входное напряжение: 12 В постоянного тока
Выходное напряжение: 110 В переменного тока
Выходная мощность: 100 Вт
Короткое замыкание: Защита
Перегрузка: Защита
Перенапряжение: Защита требуется


Преобразователь двойного напряжения International 110–220 В

Преобразователь двойного напряжения International предназначен для путешественников. Двойной вход напряжения 110/220 В переменного тока с переходной вилкой с двумя плоскими контактами. Чистый выход переменного тока используется для зарядных устройств, электрических бритв, радиоприемников, стерилизаторов контактных линз, камер, радиоприемников, калькуляторов, адаптеров переменного тока, дисковых устройств…
Сумка для путешествий в комплекте. Позволяет путешественникам использовать конвертер в Европе, Азии, на Ближнем Востоке, в Северной и Южной Америке.
Специально разработан для электроприборов с входным напряжением переменного тока 220/240 В, используемых в зоне электросети 110/120 В или наоборот.

Преобразователь напряжения International Dual Voltage 220–110 В

Преобразователь напряжения International TC-50C предназначен для людей, путешествующих из Европы в Северную Америку. Он преобразует вашу электронику 220 В, чтобы вы могли использовать ее в среде 110 В.
Отлично подходит для использования с электробритвами, фенами, радиоприемниками, калькуляторами…
Небольшой и компактный размер делает его идеальным для путешествий налегке.

Преобразователь напряжения International Dual Voltage 110V-220V

Преобразователь напряжения International TC-50A предназначен для людей, путешествующих из Северной Америки в Европу. Он преобразует вашу электронику на 110 В, чтобы вы могли использовать ее в среде с напряжением 220 В.
Отлично подходит для использования с электробритвами, фенами, радиоприемниками, калькуляторами…
Небольшой и компактный размер делает его идеальным для путешествий налегке.

Адаптерные вилки 110–220 В

Адаптерные вилки 110–220 В.
Для использования с нашими зарядными устройствами 110–220 В или любым другим устройством, работающим при напряжении 220 В.
Превратит североамериканскую вилку в европейскую.
Работает в любой стране, где используется 2-контактная вилка.

Если у вас есть какие-либо вопросы о преобразователях напряжения, которые мы продаем, мы приглашаем вас связаться с нами с вашим запросом. Мы всегда рады помочь вам.

Позвоните по бесплатному телефону: 1-800-660-7705

Электронная почта: [email protected]

Запросы оптовых покупателей: [email protected]

Что такое преобразователь тока в напряжение? (с картинками)

Преобразователь тока в напряжение представляет собой схему, которая, как следует из названия, получает ток в амперах и преобразует его в соответствующую величину напряжения. В этих преобразователях используется резистор, чтобы поддерживать постоянное количество вырабатываемой энергии, что предпочтительнее использования токов, поскольку их поток меняется.При работе устройства от напряжения обычно потребляется меньше энергии, чем при такой же работе с использованием тока. Очень немногие электрические устройства работают от тока, поэтому, если источником питания является ток, например, питание от автомобильного аккумулятора, часто требуется преобразование.

Существует два основных типа преобразователей тока в напряжение — пассивные и активные.Пассивный преобразователь тока в напряжение является более простым типом и, как правило, не используется в реальных условиях. В идеальных условиях можно было бы поддерживать постоянный ток и в процессе преобразования не было бы потерь энергии, но поскольку это невозможно, активный преобразователь будет работать лучше. Активный преобразователь тока в напряжение добавляет в схему операционные усилители (операционные усилители), обеспечивая достаточную дополнительную мощность, чтобы преобразователь работал в реальных условиях.

После того, как ток был преобразован в напряжение и увеличен с помощью операционного усилителя, напряжение можно использовать для питания любого электронного устройства, которое необходимо.Резистор обычно добавляется для уменьшения количества электричества, проходящего через цепь, до точного количества, необходимого для устройства. Это предотвращает перегрузку цепи.

Недавнее изобретение, называемое преобразователем напряжения с переключаемым конденсатором, позволяет преобразовывать токи в напряжение без использования резисторов для поддержания количества электричества, проходящего через цепь.В них используются конденсаторы, чтобы еще более точно контролировать величину сопротивления, приложенного к напряжению. Они также меньше по размеру и могут быть размещены на печатных платах меньшего размера.

Поскольку во многих научных приборах в качестве единицы измерения входного сигнала используется ток, в лабораториях также широко используется преобразователь тока в напряжение.В частности, эти инструменты используются в лабораторных условиях, связанных с тестированием и проектированием многих типов инструментов. Большинство этих преобразователей только тестируют и обслуживают машины, используемые в лабораторных или промышленных условиях, но есть некоторые распространенные версии для повседневного использования. Они используются при тестировании и обслуживании органов управления и средств безопасности транспортных средств, таких как автомобили и самолеты. Электронные части автомобиля также используют преобразователи.

Потребность в хорошем преобразователе тока в напряжение, вероятно, возрастет в будущем.Требования к механике проверки безопасности и потребность в электронных функциях на современных транспортных средствах обеспечивают постоянный спрос и использование преобразователей тока в напряжение. Их использование в академических и промышленных областях, вероятно, останется высоким и, вероятно, возрастет благодаря новым технологическим достижениям.

Основы преобразователя напряжения

Преобразователь напряжения

— это тип трансформатора, который обычно используется для обеспечения стабильного выходного тока.Эффективность преобразования преобразователя напряжения обычно составляет от 70% до 90%. Трансформаторы используются почти во всех электронных продуктах, его принцип прост, но зависит от случаев использования (разные цели), в которых процесс намотки трансформатора будет иметь разные требования.

Основные функции трансформатора:
Преобразование напряжения, преобразование импеданса, изоляция, регулятор напряжения (трансформатор магнитного насыщения) и другое преобразование обмена. Трансформаторы обычно используют E-core и C-core.Трансформатор представляет собой статическое электрическое устройство, преобразующее переменный ток. Роль трансформатора заключается в изменении напряжения. Он может поднять напряжение от электростанции, чтобы уменьшить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния. Это также может привести к постепенному снижению высокого напряжения для пользователя.

Трансформатор можно разделить по назначению:

  • Силовой трансформатор для передачи и распределения, в том числе повышающий и понижающий трансформатор и так далее.
  • Специальный трансформатор для специального источника питания, включая сварочный трансформатор, выпрямительный трансформатор, печной трансформатор, ПЧ трансформатор и так далее.
  • Трансформатор для измерительных приборов, в том числе трансформатор тока, трансформаторы напряжения, автотрансформатор (регулятор напряжения) и так далее.
  • Трансформатор малой мощности для системы автоматического управления.
  • Трансформатор импеданса для системы связи и так далее.
Из-за различных условий электроснабжения в разных странах и регионах существуют различия в гражданском напряжении, и диапазоны напряжения национальных электроприборов также различаются. Обычными значениями напряжения являются напряжение 220 В и напряжение 110 В. Благодаря быстрому развитию науки и техники в мире преобразователь напряжения станет незаменимым помощником при выезде за границу. Устройство принесет большое удобство для работы и жизни людей, а также сэкономит деньги и уменьшит потери энергии.

Преобразователь напряжения можно разделить на три основных назначения:
1. Вход 220 В, выход 110 В.
2. Вход 110 В, выход 220 В.
3. Двойное преобразование, включающее первые две функции, но общая мощность меньше, чем у первого.

Сила фактически представляет собой трансформатор и преобразователь напряжения и соответствующую схему регулятора, состоящую из «интегрированного трансформатора». «Интегрированный трансформатор» содержит два основных компонента — «трансформатор» и «преобразователь напряжения».Два компонента сами потребляют электроэнергию, а также вспомогательная схема регулятора. Следовательно, сама мощность также является «устройством потребления энергии». Энергия входной мощности не может быть на 100% преобразована в эффективную энергию для различных компонентов хоста, поэтому возникает проблема эффективности преобразования.

Обратите внимание на два момента:
1. Для различных продуктов питания эффективность преобразования различна.
2. Для изделий одинаковой мощности в разных условиях работы КПД преобразования также может быть разным.

КПД преобразования обычного преобразователя напряжения составляет 70%-90%, поэтому при покупке преобразователя напряжения следует обращать внимание не только на поддержку мощности электроприборов, но и на эффективность преобразования самого преобразователя напряжения.

Преобразователь напряжения в ток (преобразователь напряжения в ток)

Что такое преобразователь напряжения в ток (преобразователь напряжения в ток)?

Преобразователь напряжения в ток (также известный как преобразователь напряжения в ток) представляет собой электронную схему, которая принимает ток в качестве входа и выдает напряжение в качестве выхода.

Но зачем нам это?

Ну для измерительных цепей при создании аналогового представления некоторых физических величин (вес, давление, движение и т.д.) предпочтителен постоянный ток.

Это связано с тем, что сигналы постоянного тока будут постоянными по всей цепи последовательно от источника к нагрузке. Преимущество современных измерительных приборов также заключается в меньшем уровне шума.

Поэтому иногда необходимо создать ток, соответствующий или пропорциональный определенному напряжению.

Для этой цели используются преобразователи напряжения в ток (также известные как преобразователи напряжения в ток). Он может просто изменить носитель электрических данных с напряжения на ток.

Простой преобразователь напряжения в ток

Когда мы обсуждаем связь между напряжением и током, естественно упомянуть закон Ома.

Все мы знаем, что когда мы подаем напряжение на вход цепи, состоящей из резистора, через нее начинает течь пропорциональный ток.

Итак, ясно, что резистор определяет протекание тока в цепи источника напряжения или работает как простой преобразователь напряжения в ток (т. е. преобразователь напряжения в ток) для линейной цепи.

Принципиальная схема резистора, который работает как простой преобразователь напряжения в ток , представлена ​​ниже. На этой диаграмме электрические величины, такие как напряжение и ток, представлены полосами и петлей соответственно.

Но практически выходной ток этого преобразователя напрямую зависит от падения напряжения на подключенной нагрузке в дополнение к входному напряжению.Так как V R становится . Вот почему эту схему называют несовершенной, плохой или пассивной версией.

Преобразователь напряжения в ток с использованием операционного усилителя

Операционный усилитель предназначен для простого преобразования сигнала напряжения в соответствующий сигнал тока. Для этой цели используется операционный усилитель IC LM741.

Этот операционный усилитель предназначен для удержания точного количества тока путем подачи напряжения, необходимого для поддержания этого тока в цепи.Они бывают двух типов, которые подробно описаны ниже.

Плавающий преобразователь напряжения нагрузки в ток

Как видно из названия, резистор нагрузки в этой цепи преобразователя является плавающим. То есть резистор R L не соединен с землей.

Напряжение, В IN , которое является входным напряжением, подается на неинвертирующую входную клемму. Инвертирующий входной терминал управляется напряжением обратной связи, которое проходит через резистор R L .

Это напряжение обратной связи определяется током нагрузки и последовательно с V D , которое является входным разностным напряжением.Таким образом, эта схема также известна как усилитель с отрицательной обратной связью последовательного тока.

Для входного контура уравнение напряжения имеет вид входное напряжение и входное сопротивление.

То есть ток нагрузки, который является входным напряжением. Ток нагрузки регулируется резистором R. Здесь константа пропорциональности равна 1/R.

Итак, эта схема преобразователя также известна как Trans-Conductance Amplifier. Другое название этой схемы — источник тока, управляемый напряжением.

Тип нагрузки может быть резистивным, емкостным или нелинейным. Тип нагрузки не имеет значения в приведенном выше уравнении.

Когда подключенной нагрузкой является конденсатор, он будет заряжаться или разряжаться с постоянной скоростью. По этой причине схема преобразователя используется для получения сигналов пилообразной и треугольной формы.

Преобразователь напряжения заземления в ток

Этот преобразователь напряжения в ток также известен как преобразователь тока Howland.Здесь один конец нагрузки всегда заземлен.

Для анализа цепи мы должны сначала определить напряжение, В IN , а затем можно установить соотношение или связь между входным напряжением и током нагрузки.

Для этого применим закон Кирхгофа для тока в узле V 1

Для неинвертирующего усилителя коэффициент усиления равен
Здесь резистор, .
Итак, . Следовательно, напряжение на выходе будет

. Таким образом, из приведенного выше уравнения можно сделать вывод, что ток I L связан с напряжением V IN и сопротивлением R.

Применение преобразователя напряжения в ток

Трансформаторы напряжения для всего дома — преобразование электроэнергии для всего дома или офиса

Трансформаторы напряжения могут сделать гораздо больше, чем просто позволить использовать маломощные устройства, такие как зарядные устройства для телефонов и iPod, во всем мире. Специальные модели трансформаторов также могут преобразовать весь дом, предприятие или производственное помещение со 110–120 вольт на 220–240 вольт и наоборот — очень полезная вещь для тех, кто переезжает в регион с другим стандартом напряжения.Нет необходимости избавляться от вашей любимой и самой надежной бытовой техники!

Конечно, обычный 300-ваттный преобразователь не сможет обеспечить энергопотребление всего дома. Для этого вам потребуется трансформатор особого типа, известный как трансформатор напряжения для всего дома. Как следует из названия, трансформатор напряжения для всего дома преобразует энергию для всего дома, начиная с автоматического выключателя.

Как это работает

Модели для всего дома обычно используются в выбивной коробке — металлической коробке, которую можно выбить, с отверстиями, позволяющими входить и выходить из нее проводам или шнурам — и они обычно подключаются вручную непосредственно к автоматическому выключателю. .Как только преобразователь мощности будет запущен и запущен, все настенные розетки в вашем доме или здании будут подавать электроэнергию с требуемым напряжением.

Зачем инвестировать в преобразователь для всего дома

Преобразователи питания для всего дома

удобны для одних и жизненно необходимы для других. Для тех, кто переезжает за границу или за границу, будь то временное или постоянное перемещение, эти международные преобразователи мощности позволяют использовать те приборы, которые вы знаете, любите и которым доверяете, в своем новом доме за границей.

Для любого, кто создает медицинское учреждение или приют в регионе, подверженном влиянию погодных условий или текущих событий, эти трансформаторы являются неотъемлемой частью их миссии. Медицинское оборудование, конечно, очень дорогое и часто труднодоступное. В экстренных и срочных ситуациях, когда агентства по оказанию помощи или правительства определенной страны (и стандарта напряжения) жертвуют медицинское оборудование, возможность установить и запустить оборудование в течение нескольких часов имеет важное значение.

Тщательно выбирайте устройство

Если в будущем вы планируете приобрести трансформатор напряжения для всего дома, необходимо учитывать несколько важных моментов.Прежде всего, если вы хотите приобрести качественную модель, вам нужно найти преобразователь питания, который не производится в Китае. Есть причина, по которой китайские преобразователи дешевле других, и это связано с использованием некачественных компонентов, которые, в свою очередь, приводят к ненадежности и угрозе безопасности.

Почти все дешевые китайские силовые преобразователи используют алюминиевую проводку вместо медной, и они почти всегда загораются при перегрузке. Более того, многие китайские бренды рекламируют на своих веб-сайтах, что вам понадобится модель, способная выдерживать нагрузку в 10 000 или 15 000 Вт, в то время как большинство линий электропередач не могут выдержать мощность, близкую к 10 000 или 15 000 Вт.Проще говоря, вы вряд ли израсходуете даже половину этой суммы.

Что вам нужно

Важным достоинством трансформатора напряжения для всего дома является его способность выдерживать очень высокие требования к энергопотреблению. Модели ACUPWR, например, имеют мощность от 3000 до 6000 Вт, что необходимо, если учесть, что в домах в любой момент времени используется множество приборов. Пылесос обычно потребляет около 500 Вт во время работы. Светильники, в зависимости от мощности лампочки, могут одновременно потреблять сотни ватт.Холодильник? Это еще 1200 Вт. Одновременно могут легко потребляться тысячи ватт, что требует трансформаторов, способных выдерживать большие нагрузки.

Выберите ACUPWR

Теперь мы затрубим в нашу трубу! Преобразователи мощности ACUPWR для всего дома не имеют себе равных, когда речь идет о качестве, надежности, долговечности и безопасности.

0 comments on “Преобразователи напряжения схемы: Схемы стабилизаторов и преобразователей напряжения, самодельные инверторы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.