Современной промышленностью производится широкий спектр разнообразных приборов и устройств, ориентированных на работу от бортовой автомобильной сети (БАС), однако наиболее востребованными являются конвертеры, позволяющие запитывать стереосистему, портативный телевизор, ноутбук, зарядное устройство для мобильного гаджета, электроинструменты.
Схема автомобильного инвертора
Подобные преобразователи просто незаменимы для тех, кто в силу работы или иных причин значительную часть жизни проводит в поездках, а также для тех, кто привык окружать себя комфортом и привычными электроприборами даже во время непродолжительного отсутствия дома, особенно восхищает флешка bmw, ведь скучно ехать без музыки, а она всегда выручит, воткнул в магнитолу и наслаждайся.
Конверторы существуют промышленного и радиолюбительского, то есть кустарного изготовления, но и тот, и другой вид направлены на преобразование БАС в электросеть общего пользования. Как правило, со схемотехнической точки зрения данные преобразователи напряжения (ПН) выглядят так: двухтактным задающим генератором формируется определенная очередность импульсов, имеющая частоту 100 Гц, и при этом осуществляется управление мощными ключами транзисторов в пушпульной схеме.
Этими ключами нагружены симметрично расположенные первичные полуобмотки на силовом трансформаторе повышающего типа, и именно с его вторичной обмотки происходит снятие требуемого 220-вольтного напряжения с 50-герцевой частотой.
Наибольшей проблемой для радиолюбителей, как правило, становится изготовление либо покупка трансформатора выходного типа с требуемыми параметрами. Простым решением из данной ситуации выглядит обустройство бестрансформаторного выхода подобного ПН. Хотя в таком случае его техническая сложность возрастет, так как его придется оборудовать двойным преобразование частоты.
На рисунке изображена принципиальная схема, характерная для DC-AC конвертера и являющаяся важнейшей частью ПН, осуществляющего преобразование постоянного напряжения, которое выдает любой высокочастотный преобразователь, в переменное. Осциллограмма Uвых подобного рода конвертера, равно как и выход простого ПН трансформаторного типа, лишены синусоиды. Есть лишь импульсы прямоугольного типа, имеющие затянутый фронт и спад, которые округляются за счет расположенных на выходе конвертера фильтров. Данная форма напряжения является вполне пригодной для эксплуатируемых в пути электроприборов.
Центральной микросхемой TL494CN, изображенной на рисунке, формируется очередность прямоугольных импульсов, имеющих частоту 100 Герц и подаваемых на транзисторные затворы Т4 и Т6 посредством выходов 8 и 11, а также резисторов R17 и R19. Транзисторами формируются так называемые нижние плечи коммутатора моста. Принимая во внимание довольно невысокую частоту переключения и слабое воздействие на время емкостей затворов ключей транзисторов, сопротивление резисторов затворного типа выбрано большим.
На рисунке видно, что данные резисторы шунтированы диодными переходами VD3 и VD4, активация которых происходит в случае спада управляющего напряжения, за счет чего действие затворной емкости нейтрализуется при ее разряде.
Управление верхними плечами коммутирующего моста происходит за счет перезаряда емкостей С7 и С8 в то время, когда транзисторы Т1 и Т2 переключаются между двумя различными состояниями. Практика показывает, что положительный заряд, который накапливают конденсаторы посредством диодов VD1 и VD2 при условии, что транзисторы Т1 и Т2 пребывают в запертом состоянии, передается затворной емкости в момент открывания Т1/Т2, осуществляя эффективное запирание верхних ключей коммутирующего моста.
Фактически управление транзисторными ключами осуществляется конденсаторами С7 и С8, а функция транзисторов Т1/Т2 состоит лишь в коммутации обкладки конденсаторов и инверсировании управляющего импульса.
Тут можно говорить о сочетании приемлемости с необходимостью, поскольку для того, чтобы получить управляющие импульсы, имеющие достаточно большую длительность, пришлось бы задействовать переходной трансформатор широкополосного типа, способный обеспечить их прохождение. Вследствие этого конвертер обладал бы большей индуктивностью, а, значит, и большими габаритами, что часто является нежелательным.
В нашем случае за счет низкой коммутационной частоты удалось избежать специализированных и достаточно дорогостоящих интегральных драйверов.
Резисторы R21/R24, конденсаторы C3/C12 и диод VD7 характеризуются автоматическим поддержанием импульсной симметрии, а на вывод 4 DAI происходит подача сигнал рассогласования. Резисторами R2/R3 обеспечивается симметрия выходных импульсов на первоначальном этапе. Задействуется всего один усилитель ошибки в DAI (на выводах 15 и 16 DAI), отслеживающий перенапряжение на входе питания и запирающий выходные ключи в случае, если возникает аварийная ситуация.
Помимо этого, возникновение при пробое либо обрыве одного из четырех коммутаторных ключей девиации постоянного напряжение может стать причиной появления высокоуровневой напряженности на выводе 15 DAI, в результате чего будет спровоцирован сигнал ошибки на выводе DAI3, что в итоге закончится запиранием силовых коммутаторных ключей.
Функционирование индуцирующего предъаварийную нестабильность конвертера светодиода HL1 возможно лишь при условии наличия на выходе конвертера переменного тока U.
Стоит также отметить высокую чувствительность TL494CN к тому, насколько качественна разводка печатной платы.
Запитывание опытного образца конвертера происходило напряжением +220V, которое было выпрямлено за счет диодного моста ШИ-стабилизированного DC/AC инвертора, имеющего широтно-импульсную модуляцию на микросхеме TL494 при рабочей частоте 72кHz, драйверов на эмиттерных повторителях, осуществляющих управление ключами на полевых транзисторах, в свою очередь, нагруженных на трансформатор, обладающий значительным сходством с трансформатором системного БП ПК.
Таким образом, расчет трансформатора уже фактически выполнен.
Запитка микросхемы DA1 произведена от отдельной обмотки данного трансформатора посредством однополупериодного выпрямителя, выходное напряжение которого равно 15В.
При конструировании конвертера с целью выполнения расчетов Rt и Ct (компонентов, которые задают время тактового генератора TL494, и в роли которых выступают соответственно резистор R7 и конденсатор C2), расчетов частоты генератора, при условии его двухтактного включения, целесообразно применять следующую формулу: F=1/(2Rt*Ct) (осуществлено соединение вывода 13 с опорным напряжением на выводе 14).
Когда производится подбор конденсаторов С4, С5 и С11, немаловажной является реализация симметричного затягивания фронта/спада импульсов осциллографом.
Собранный по такой схеме ПН может без проблем зажечь 150-ваттную лампу накаливания. В качестве превентивной меры для предотвращения перегрева рекомендовано выполнить установку радиатора охлаждения, пусть даже имеющего небольшую рабочую площадь.