принцип работы, схемотехника, встроенное ПО / Habr

Импульсные преобразователи и силовая электроника в целом, всегда оставались чем-то сакральным для большинства любителей и профессионалов в области разработки электроники. В статье освещается пожалуй самая интересная тема в среде DIY-щиков и фанатов альтернативной энергетики — формирование синусоидального напряжения/тока из постоянного.

Думаю многие из вас наверняка видели рекламу, либо читали статьи, где была фраза «чистый синус». Вот именно о нем и пойдет речь, но не о маркетинговой составляющей, а о исключительно технической реализации. Я постараюсь максимально понятно рассказать о самих принципах работы, о стандартных (и не очень) схемотехнических решениях и самое главное — напишем и разберем ПО для микроконтроллера STM32, которое и сформирует нам необходимые сигналы.

Почему STM32? Да потому, что сейчас это самый популярный МК в СНГ: по ним много обучающей русскоязычной информации, есть куча примеров, а главное эти МК и средства отладки для них — очень дешевые. Скажу прямо — в коммерческом проекте я бы поставил только TMS320F28035 или подобный DSP из серии Piccolo от TI, но это уже совсем другая история.

Важно одно — STM32 позволяет стабильно управлять простыми «бытовыми» силовыми преобразователями от которых не зависит судьба мира работа какой-нибудь АЭС или ЦОДа.

Вот такую картину управляющих сигналов необходимо получить, чтобы превратить ток постоянный в переменный. И да — тут именно синус! Как в том фильме: «Видишь суслика? — Нет. — А он есть…»

Интересно узнать каким образом формируется синус? Хочется узнать как все-таки качают нефть киловатты энергии? Тогда добро пожаловать под кат!

1. Топологии для формирования синусоидального сигнала

Если спросить у толпы электронщиков: «Как можно сформировать синусоидальный сигнал?», то посыпятся предложения с десятком различных методов, но какой нужен нам? Давайте оттолкнемся от изначальной задачи — нам нужно превратить, например, 380В 10А в переменное напряжение 230В. В общем это «классический» случай, его мы можете увидеть в любом хорошем on-line UPS или инверторе. Получается нам надо преобразовать мощность около 4 кВт да еще и с хорошим КПД, не слабо, да? Я думаю подобное условие поубавит количество вариантов «рисования» синуса. Так что же нам остается?

В силовых преобразователях до 6-10 кВт применяется две основные топологии: полный мост и «полумост» со сквозной нейтралью. Выглядят они следующим образом:

1) Топология со сквозной нейтралью

Данная топология очень чаще всего встречается в бюджетных ИБП с синусом на выходе, хотя и такие авторитеты как APC и GE не брезгуют применять ее даже на достаточно больших мощностях. Что же их побуждает к этому? Давайте рассмотрим достоинства и недостатки данной топологии.

Плюсы:

• Минимально возможное количество силовых транзисторов, а значит потери в 2 раза меньши и стоимость устройства тоже ниже
• Сквозной ноль. Это упрощает процесс сертификации, особенно CE и ATEX. Связано это с тем, что сквозной ноль позволяет системам защиты по входу (например, УЗО) срабатывать так же при возникновение аварии в выходных цепях после преобразователя
• Простая топология, что позволяем максимально уменьшить стоимость изделия при мелко-
  и средне серийном производстве

Минусы:

• Необходимость двухполярного источника питания. Как видите на схему инвертора надо подавать ±380В и еще ноль
• Удвоенное количество высоковольтных конденсаторов. Высоковольтные конденсаторы большой емкости и с малым ESR на мощностях от 3-4 кВт начинают составлять от 20 до 40%
  стоимости компонентов
• Применение электролитических конденсаторов в «делителе». Они сохнут, подобрать конденсаторы с одинаковыми параметрами практически нереально, а если учесть, что параметры электролитов меняются в процессе эксплуатации, то и бессмысленно. Заменить на пленку можно, но дорого

Основные плюсы и минусы определены, так когда необходима это топология? Мое субъективное мнение: на мощностях до 500-1000 Вт, когда основополагающим требованием является стоимость, а не надежность. Явный представитель такого ширпотреба — это стабилизаторы от «А-электроника»: дешево, кое-как работает да и ладно. Для 60% потребителей в нашей стране этого достаточно и доступно по цене. Делаем выводы.

2) Мостовая топология

Мостовая топология… наверное самая понятная и самая распространенная топология в силовых преобразователях, а главное доступная разработчикам даже с небольшим опытом. После 10 кВт вы не встретите ничего другого кроме моста одно- или трехфазного. За что же его так любят?

Плюсы:

• Очень высокая надежность. Она в основном обусловлена качеством системы управления силовыми транзисторами и не зависит от деградации компонентов
• Входная емкость требуется в разы, а то и на порядок меньше. Необходимо лишь обеспечить расчетное значение ESR. Это позволяет использовать пленочные конденсаторы при сохранение себестоимости. Пленочные конденсаторы — не сохнут, лучше ведут в суровых температурах, рабочий ресурс на порядок выше, чем у электролитов
• Минимальные пульсации напряжения на транзисторах, а значит можно применить транзисторы на меньшее напряжение
• Простота и понятность алгоритмов работы. Это приводит к значительному уменьшению времени на разработку изделия, а также на его пуско-наладочные работы

Минусы:

• Увеличенное количество силовых транзисторов, а значит необходимо более серьезное охлаждение. Увеличение цены на транзисторах, но за счет меньшего количества конденсаторов это скорее даже плюс
• Повышенная сложность драйвера, особенно при требованиях к наличию гальванической развязки

Как видите из реальных минусов мостовой топологии лишь повышенное требование к охлаждению транзисторов. Многие подумают: «Тепла выделяетсябольше — значит КПД ниже!». Не совсем так… За счет уменьшенных выбросов ЭДС и более «жесткой» системы управления КПД у двух приведенных топологий примерно равный.

В 70% случаев мне приходится применять мостовую схему не только в DC/AC инверторах, но и в других преобразователях. Это связано с тем, что проектирую в основном промышленные решения и все чаще для европейских заказчиков, а там принято на дорогие промышленные устройства давать гарантию 5-15 лет. Классическое требование: «Хотим железку, чтобы можно было давать гарантию 10 лет», тут уже выбирать не приходится. Конечно, когда люди хотят устройство с минимальной ценой, то тут необходимо уже отталкиваться от конкретной задачи при выборе топологии.

Небольшой итог: в данной статье будет приведено ПО для работы мостового преобразователя (Н-мост или Full Bridge), но сам принцип формирования синуса одинаковый для всех топологий. Код можно будет также адаптировать и под 1-ю топологию, но это вы уже сами.

2. Формирование переменного тока с помощью мостового преобразователя

Для начала давайте разберем как вообще работает мостовой преобразователь. Смотрим на схемку и видим транзисторы VT1-VT4. Они позволяют нам подавать на нашу абстрактную нагрузку (резистор, например) тот или иной потенциал. Если мы откроем транзисторы VT1 и VT4, то получится следующее: VT4 один конец нагрузки подключит к минусу (GND), а транзистор VT1 подключит к +380В, на нагрузке появится разность потенциалов «380В — 0В», которая не равна нулю, а значит через нагрузку начнет протекать ток. Я думаю все помнят, что ученые договорились — ток протекает «от плюса к минусу». Получаем такую картину:

Что мы получили открыв VT1 и VT4? Мы подключили нашу нагрузку к сети! Если резистор заменить на лампочку, то он она бы просто загорелась. И еще мы не просто включили нагрузку, а определили направление тока, протекающего через нее. Это очень важно! А что было в это время с VT2 и VT3? Они были закрыты… совсем… намертво… Что будет если все таки VT2 или VT3 были так же открыты? Смотрим:

Предположим, что открылись транзисторы VT1, VT4 и VT2. Вспоминаем закон Ома, смотрим сопротивление канала у высоковольтных транзисторов, например, IPP60R099P7XKSA1 и видим 0.1 Ом, у нас их 2 последовательно — значит сопротивление цепи VT1 и VT2 у нас около 0.2 Ом. Теперь посчитаем ток, которые пойдет через эту цепь: 380В / 0.2 Ом = 1900А. Думаю всем понятно, что это КЗ? Так же думаю всем понятно почему VT2 и VT3 должны быть закрыты?

Данный «феномен» называется —

сквозной ток. И именно с ним идет большая война в силовой электронике. Как его избежать? Создать систему управления, алгоритм которой будет жестко запрещать одновременной открытие лишнего транзистора.

Зачем же нужны тогда транзисторы VT2 и VT3? Помните я писал, что очень важно направление тока? Давайте вспомнит что такое переменные ток. Собственно это ток, который имеет что-то переменное, в данном случае направление тока. У нас в розетке протекает ток, который меняет свое направление 100 раз в секунду. Давайте теперь закроем VT1 и VT4, а затем откроем транзисторы VT2 и VT3 и получим такую картину:

Как видите направление тока (обозначено стрелками) изменилось на противоположное. Использование моста позволило нам менять направление тока, о чем это говорит? Да, мы получили переменный ток!

Прошу обратить внимание, что у моста есть как бы 2 диагонали: первая диагональ образована VT1+VT4, а вторая диагональ образована с помощью VT2+VT3. Данные диагонали работают по очереди, коммутирую ток сначала в одну сторону, а потом в другую.

Вот мы получили переменный ток, скажите вы, но не все так просто… У нас есть стандарт — сетевое напряжение. Оно нормируется двумя основными параметрами: напряжение и частота. Давайте пока разберемся с частотой, ибо вопрос напряжения простой и чисто схемотехнический.

И так частота… что о ней известно — она 50 Гц (бывает 60Гц в Штатах). Период сигнала равен 20 мс. Синусоида штука симметричная в данном случае, а значит наши 2 полуволны (положительная и отрицательная) имеют одинаковую длительность, то есть 10 мс + 10 мс. Надеюсь тут все понятно.

Что это значит в физическом смысле? Да то, что нам нужно менять направление тока в нагрузке каждые 10 мс. Получаем, что сначала у нас открыта 10 мс диагональ VT1+VT4, а затем она закрывается и на следующие 10 мс открывается диагональ VT2+VT3.

Что значит открыть транзистор и какой сигнал на него подаватьДавайте отвлечемся немного на принцип управления транзисторами. Я использую полевые N-канальные транзисторы с изолированным затвором (Mosfet).

«Открытый транзистор» — это транзистор, на затвор (G) которого подали положительный потенциал (+10..18В) относительно истока (S) и транзистор изменил сопротивление канала (S-D) с бесконечно большого (2-100 МОм) на малое (обычно 0.1 — 1 Ом). То есть транзистор начал проводить ток.

«Закрытый транзистор» — это транзистор, затвор (G) которого подтянули к истоку (S) и его сопротивление изменилось с маленького до бесконечно большого. То есть транзистор перестал проводить ток.

Для лучше ознакомления с принципом работы полевого транзистора или IGBT — советую вам прочитать пару глав в книге Семенова «Основы силовой электроники» или другой источник, можно и википедию для начала.

Для управления мы подаем сигнал с Широтно-Импульсной Модуляцией или более привычная аббревиатура — ШИМ. Особенность данного сигнала в том, что у него есть 2 состояния: нижнее напряжение (GND) и верхнее напряжение (VCC), то есть подавая его на затвор транзистора мы или открываем его или закрываем — иного не дано. Про ШИМ тоже советую почитать дополнительно, ибо я вам описал

для ленивых поверхностно.

И так, для того, чтобы у нас мост менял направление тока каждые 10 мс нам нужно подать на него ШИМ сигнал, период которого равен 20 мс, а скважность 50%. Это значит, что у нас из 20 мс плечо половину времени (10 мс) открыто и проводит ток, а другую половину закрыто. Подавать такой ШИМ нам надо на все ключи, но с одним условием — на диагональ VT1+VT4 мы подаем прямой ШИМ, а на диагональ VT2+VT3 уже инверсный. Если говорить более по-умному, то сигнал, подаваемый на диагонали должен иметь сдвиг 180⁰. Я думаю в этот момент у вас голова закипела в попытках понять текст, поэтому смотрим на его визуальное представление:

Теперь все понятно? Нет? Тогда подробнее… Как видите я отметил специально моменты открытия и закрытия транзисторов: открываются на «плюсе» и закрываются на «минусе». Также сигналы противоположны, то есть инверсные: когда синий сигнал «плюс», то зеленый сигнал «минус». Синий сигнал мы подаем на один на одну диагональ, а зеленый сигнал на другую — как видно на осциллограмме, наши диагонали никогда не открываются одновременно. Переменный ток готов!

Смотри на период. Специально показал осциллограмму с выходов контроллера, чтобы мои слова не были абстракцией. Период сигнала составляет 20 мс, одна диагональ открыта 10 мс и создает положительную полуволну, другая диагональ так же открывается на 10 мс и создает уже отрицательную полуволну. Теперь надеюсь всем понятно, а кто и сейчас не понял — пишите в ЛС, проведу для вас индивидуальное занятие на пальцах. В подтверждение моих слов осциллограмма показывает наши заветные 50 Гц! Только расслабляться рано…

Мы получили переменный ток с частотой 50 Гц, но в розетке у нас синусода, а тут меандр — не дело. Формально можно подавать меандр на выход и питать им большинство нагрузок, например, импульсному блоку питанию все равно: синус или меандр. То есть для включения ноутбуков, телефонов, телевизоров, телефонов и прочего вам уже хватит, но если вы подключите двигатель переменного тока, то все будет очень плохо — он начнет греться и КПД его ощутимо меньше, а в итоге скорее всего сгорит. Вы думаете у вас нет двигателей дома? А компрессор холодильника? А циркулярный насос отопления? Последние вообще горят как будто из дерева сделаны. Такая же ситуация с глубинными насосами для скважин, да и вообще много с чем. Получается, что синусоидальный сигнал на выходе инвертора, стабилизатора или ИБП все таки бывает важен. Что же — надо его создать! Сейчас начнется совсем взрыв мозга…

3. Формирование синусоидальной формы сигнала с помощью ШИМ

Если говорить откровенно, то я не знаю как данный раздел преподнести на доступном языке. Вдруг кто не поймет, то прошу вас или погуглить дополнительно, или написать в комментарии или ЛС — попытаюсь персонально вам объяснить. Глаза боятся, а руки делают…

Давайте посмотрим как выглядит обычный график синуса:

Видим 2 оси: одна ось с периодом пи, пи/2 и далее, вторая с амплитудой от -1 до +1. В нашей задаче период измеряется в секундах и составляет 20 мс или 10 мс на каждую полуволну. Тут все просто и понятно, а вот с амплитудой веселее — просто примите как аксиому, что амплитуда у нас от 0 до 1000. Это значение скважности, которую устанавливает микроконтроллер, то есть 100 — это 10%, 500 — 50%, 900 — 90%. Логика думаю понятна. В следующей главе вы поймете почему от 0 до 1000, а пока перестроим наш график под наши значения:

Вот так выглядит график синуса курильщика, который соответствует нашей задачи. Как видите отрицательный полупериод я не обозначил, т.к. у нас он реализуется не с помощью синусоидального сигнала, а с помощью изменения направления тока переключением диагоналей моста.

По оси Х у нас время, а по оси Y скважность нашего ШИМ-сигнала. Нам нужно нарисовать синус с помощью ШИМа. Вспоминаем геометрию в школе, как мы строили графики? Правильно, по точкам! А сколько точек? Давайте построим синус по нескольким точкам О1(0,0) + О2(5,1000) + О3(10,0) + О4(15, -1000) + О5(20, 0) и получаем такой синус:

Построили и видим, что в принципе данный сигнал больше похож на синус чем обычный меандр, но это все равно не синус пока что. Давайте увеличим количество точек. Это кстати называется «дискретность сигнала» или в данном случае «дискретность ШИМа». А как узнать координаты этих точек? С крайними то просто было…

Расчет значений для формирования синуса

Как выше я говорил — синус у нас вполне себе симметричный. Если мы построим 1/4 периода, то есть от 0 до 5 мс, то дублируя этот кусок дальше — мы можем строить синус бесконечно долго. И так формула:

И так по порядку:

• n — значение скважности в данной дискретной точке
• A — амплитуда сигнала, то есть максимальное значение скважности. У нас это 1000
• pi/2 — 1/4 периода синуса попадает в pi/2, если считаем 1/2 периода, то pi
• x — номер шага
• N — количество точек

Давайте для примера сделаем удобно условие, что у нас 5 точек. Получается у нас 1 шаг = 1 мс, это позволит легко график построить. Шаг дискретизации считается просто: период в котором строим график (5 мс) делим на количество точек. Давайте приведем формулу к человеческому виду:

Получаем шаг дискретизации 1 мс. Формулу для вычисления скважности оформим, например, в excel и получим следующую таблицу:

Теперь вернется к нашему графику синуса и построим его снова, но уже для большего количества точек и посмотрим как он изменится:

Как видим сигнал куда больше похож на синус, даже с учетом моего мастерства в рисовании, а точнее в уровне лени)) Я думаю результат не требует объяснений? По результатам построения выведем аксиому:

Чем больше точек, чем выше дискретизация сигнала, тем идеальнее форма синусоидального сигнала

И так, сколько же точек будем использовать… Понятно, что чем больше, тем лучше. Как посчитать:

1. Использую для статьи старенький микроконтроллер STM32F100RBT6 (отладка STM32VL-Discovery), его частота 24 МГц.
2. Считаем сколько тактов будет длиться период 20 мс: 24 000 000 Гц / 50 Гц = 480 000 тиков
3. Значит половина периода длится 240 000 тиков, что соответствует частоте 24 кГц. Хотите повысить несущую частоту — берите камень шустрее. 24 кГц наши уши все таки услышат, но для тестов или железки, стоящей в подвале пойдет. Чуть позже я планирую перенести на F103C8T6, а там уже 72 МГц.
4. 240 000 тиков… Тут логично напрашивается 240 точек на половину периода. Таймер будет обновлять значение скважности каждые 1000 тиков или каждые 41,6 мкс

С дискретностью ШИМа определились, 240 точек на пол периода с запасом хватит, чтобы получить форму сигнала как минимум не хуже, чем в сети. Теперь считаем таблицу, так же в excel как самый простой вариант. Получаем такой график:

Исходник таблицы и значений можно взять по ссылке — тут.

4. Управление мостовым преобразователем для формирования синуса

Мы получили таблицу синуса и что с ней делать? Нужно передавать эти значения с определенным шагом дискретизации, который у нас известен. Все начинается с того, что таймер инициализировался — время 0, скважность ноль. Далее мы отсчитываем шаг дискретизации 41,66 мкс и записываем в таймер значение ШИМа из таблицы 13 (0,13%), отсчитываем еще 41,66 мкс и записываем 26 (0,26%) и так далее все 240 значений. Почему 240? У нас 120 шагов на 1/4 периода, а нам надо нарисовать 1/2 периода. Значения скважности те же, только после того как они достигли 1000 мы записываем ее в обратной последовательность и получаем спад синуса. На выходе мы будем иметь вот такую осциллограмму:

Как видите мы получили кучу значений ШИМа в четко заданном периоде и его длительность составляет: 240 шагов х 41,66(!) мкс = 9998,4 мкс = 9,9984 мс ~ 10 мс. Мы получили половину периода для частоты сети 50 Гц. Сигнала как видите опять два и они в противофазе, как раз то, что нужно для управления диагоналями моста. Но позвольте, где же синус спросите вы? Настал момент истины! Давайте теперь сигнал с выхода микроконтроллера подадим на ФНЧ, я сделал простой ФНЧ на RC-цепочки с номиналами 1,5 кОм и 0,33 мкФ (под рукой просто были) и получил такой результат:

Вуаля! Вот он наш долгожданный синус! Красный луч осциллографа — это сигнал до ФНЧ, а желтый луч — сигнал уже после фильтрации. ФНЧ обрезал все частоты выше 321 Гц. У нас остался основной сигнал 50 Гц, ну и конечно его гармоники с небольшой амплитудой. Если хотите идеально очистить сигнал, то сделайте ФНЧ с частотой среза около 55-60 Гц, но пока это не важно, нам надо было лишь проверить получился ли у нас синус или нет. Кстати… у меня синхронизация осциллографа включена по желтому лучу (стрелка справа экрана) и мы видим внизу экрана его частоту — идеальные 50 Гц. Что еще можно пожелать? Пожалуй все, осталось определиться какой сигнал и куда подавать. Давайте рассмотрим такую картинку:

Если вы обратите на саааамую первую осциллограмму в статье, то увидите, что сигнал в желтом и синем лучше имеют одинаковую фазу, то есть они в одно время становятся положительными и открывают транзисторы. Эти 2 сигнала открывают диагональ VT1+VT4. Соответственно 2 других сигнала так же имеют одинаковую фазу и открывают другую диагональ. Теперь мы не просто меняем направление тока, но и задаем амплитуду с помощью ШИМ таким образом, чтобы она изменялась по синусоидальному закону. Теперь рассмотрим эту же схемку, но уже с токами:

Как видим ток через нагрузку протекает в противоположную сторону, меняя направление с частотой 50 Гц, а модулированный ШИМ, подаваемый на транзисторы VT1 и VT2 позволяет нарисовать синусоидальную форму сигнала на полуволнах.

ФНЧ (фильтр низкой частоты) выполнен на индуктивности L1 и конденсаторе C2. Частоту среза для данного фильтра советую считать менее 100 Гц, это позволит минимизировать пульсации напряжения по выходу.

На десерт покажу часть схемы реального устройства с подобной топологией и фильтром, она большая, поэтому скачиваем PDF-ку тут.

5. Борьба со сквозными токами

Я думаю не для кого не секрет, что нет ничего идеального? Тоже самое и с Mosfet-ами, у них есть ряд недостатков и мы рассмотрим один из них — большая емкость затвора. То есть, чтобы нам открыть транзистор надо не прос

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.

Инвертор (электроника) — Карта знаний

• Инве́ртор (лат. inverto — поворачивать, переворачивать) — элемент вычислительной машины, осуществляющий определённые преобразования сигнала. Различают два основных типа инверторов: аналоговые и цифровые.

Источник: Википедия

Связанные понятия

Интегра́тор, блок интегри́рования — техническое устройство, выходной сигнал (выходная величина, выходной параметр) которого пропорционален интегралу, обычно по времени, от входного сигнала. Кольцевой генератор — электронное устройство, состоящее из нечётного числа инвертирующих каскадов или цифровых инверторов и служащее для генерации последовательности прямоугольных импульсов. Генерация возникает за счёт того, что коэффициент усиления цепи элементов больше единицы, а фазовая задержка более 180 градусов. Замыкание входа и выхода одиночного каскада, как правило, не приводит к генерации, так как выполняется только первое условие. Один инвертирующий каскад с линией задержки (Фиг. 1) в… Мультивибра́тор — релаксационный генератор электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Электронная схема — это сочетание отдельных электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, индуктивности, диоды, транзисторы и интегральные микросхемы, соединённых между собой. Различные комбинации компонентов позволяют выполнять множество как простых, так и сложных операций, таких как усиление сигналов, обработка и передача информации и т. д. Компара́тор аналоговых сигналов (от лат. comparare — сравнивать) — сравнивающее устройство) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая сигнал высокого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе («+») больше, чем на инвертирующем (инверсном) входе («−»), и сигнал низкого уровня, если сигнал на неинвертирующем входе меньше, чем на инверсном входе. Значение выходного сигнала компаратора при равенстве входных напряжений, в общем случае не определено. Обычно в логических…

Упоминания в литературе

Вопрос актуализации его содержания был решен следующим образом. В образовательном процессе, в соответствии с модульным принципом, промышленную электронику делят на две составляющие – информационную и энергетическую. Информационная электроника составляет основу электронно-вычислительной и информационно-измерительной техники, а также устройств автоматики. К ней относятся устройства получения, обработки, передачи, хранения и использования информации. МК ориентированы на выполнение именно этих информационных функций. Энергетическая электроника связана с устройствами и системами преобразования электрической энергии – это выпрямители, инверторы, мощные преобразователи частоты и другие устройства. Эти устройства работают также под управлением МК [2]. В 1957 г. General Electric Company выпустила первые промышленные образцы тиристоров – четырехслойных полупроводниковых диодов, которые заменили дорогостоящие и крупногабаритные ртутные выпрямители переменного тока. Достаточно сказать, что ртутный выпрямитель на 1000 ампер имел массу 300 кг, а тиристор на тот же ток вместе с охладителем – всего 5 кг. В дальнейшем тиристоры нашли применение в блоках питания, генераторах, инверторах и зарядных устройствах. В СССР тиристоры начали выпускаться с 1961 года.[9] Насосы высокого давления снабжены гидравлическими приводами. Аппараты имеют три системы гидравлики. Первая, мощностью 15 киловатт, управляет основным насосом высокого давления и движительным комплексом аппарата. Энергия аккумуляторных батарей преобразуется с помощью специального инвертора в энергию переменного тока, которым питается электродвигатель – привод гидравлической помпы. Управление насосом высокого давления и движительным комплексом осуществляется через систему клапанов, расположенных снаружи в масляной коробке и управляемых пилотом изнутри обитаемой сферы. На то, что современные воздушные тепловые насосы, оборудованные инверторами, можно использовать для отопления в условиях холодного климата, первыми обратили внимание в странах Северной Европы. И сразу же после появления такой техники она не только стала позиционироваться на потребительском рынке в качестве отопительной, но и сделалась объектом всесторонних обширных исследований. Исключительная серьезность такого отношения подтверждается тем, что с недавнего времени различными исследовательскими группами по всей территории Скандинавии проводятся испытания отопительных возможностей всех существующих сегодня воздушных тепловых насосов. С 2003 г. результаты этих испытаний регулярно публикуются в периодической печати, ориентированной непосредственно на потребителя (рис. 2, 3).

Связанные понятия (продолжение)

Дифференциа́льный усили́тель — электронный усилитель с двумя входами, выходной сигнал которого равен разности входных напряжений, умноженной на константу. Применяется в случаях, когда необходимо выделить небольшую разность напряжений на фоне значительной синфазной составляющей. Яче́йка Ги́лберта (англ. Gilbert cell) в электронике — схема четырёхквадрантного аналогового умножителя, предложенная Барри Гилбертом в 1968 году. Она представляет собой ядро умножителя на трёх дифференциальных каскадах, дополненное диодными преобразователями входных напряжений — в токи (V1, V2 на схемах). Ячейка Гилберта, в модифицированной бета-зависимой форме, выполняет функцию смесителя или балансного модулятора в большинстве современных радиоприёмников и сотовых телефонов. Векторная широтно-импульсная модуляция (не путать с векторным управлением) — один из методов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), использующийся для управления активными трёхфазными преобразователями. При векторной модуляции вычисляются не мгновенные значения напряжений, прикладываемых к обмоткам, а моменты подключения обмоток к силовому мосту с целью формирования заданного вектора напряжения (что и отображено в названии метода). Существуют различные способы векторной ШИМ. В частности, некоторые способы… Фа́зовый дете́ктор, фазовый компара́тор (ФД) — электронное устройство, сравнивающее фазы двух входных сигналов равных или близких частот. И́мпульсный стабилиза́тор напряже́ния (ключево́й стабилизатор напряжения, используются также названия импульсный преобразователь, импульсный источник питания) — стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент (ключ) работает в импульсном режиме, то есть регулирующий элемент периодически открывается и закрывается. Усилитель — устройство для усиления входного сигнала (например, напряжения, тока или механического перемещения, колебания звуковых частот, давления жидкости или потока света), но без изменения вида самой величины и сигнала, до уровня достаточного для срабатывания исполнительного механизма (или регистрирующих элементов), за счёт энергии вспомогательного источника. Элемент системы управления (или регистрации и контроля). Усили́тель постоя́нного то́ка (УПТ) — усилитель электрических сигналов, обычно электронный усилитель, диапазон усиливаемых частот которого включает нулевую частоту («постоянный» ток). Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время. Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра). Нагрузочная способность — параметр выхода микросхемы, характеризуемый быстродействием и выходным током драйвера, определяющим количество подключаемых входов микросхем или прямой токовой нагрузки для подключения реле, светодиода или какого-либо другого элемента. Фазорасщепи́тель — это устройство, которое разделяет сигнал на множество фаз. Используется как для обработки аналоговых и цифровых сигналов, так и в силовой электронике. Инве́ртор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала. Диодно-транзисторная логика (ДТЛ), англ. Diode–transistor logic (DTL) — технология построения цифровых схем на основе биполярных транзисторов, диодов и резисторов. Своё название технология получила благодаря реализации логических функций (например, 2И) с помощью диодных цепей, а усиления и инверсии сигнала — с помощью транзистора (для сравнения см. резисторно-транзисторная логика и транзисторно-транзисторная логика). Яче́йка Блэ́кмера (англ. Blackmer cell) — схема электронного управляемого напряжением усилителя (УНУ, амплитудный модулятор) с экспоненциальной характеристикой управления, предложенная и доведённая до серийного выпуска Дэвидом Блэкмером в 1970—1973 годы. Четырёхтранзисторное ядро схемы образовано двумя встречно включёнными токовыми зеркалами на комплементарных биполярных транзисторах. Входной транзистор каждого из зеркал логарифмирует входной ток, а выходной транзистор антилогарифмирует сумму логарифма… Делитель мощности — общее название группы многополюсников СВЧ, осуществляющих разделение потока мощности электрического колебания, поступающего на вход (входной порт, входное плечо), между несколькими выходами (портами, плечами) и (или) объединяющего такие потоки мощности с нескольких входов в одном выходе. Дифференциальный сигнал — способ электрической передачи информации с помощью двух противофазных сигналов. В данном методе один электрический сигнал передаётся в виде дифференциальной пары сигналов, каждый по своему проводнику, но один представляет инвертированный сигнал другого, противоположный по знаку. Пара проводников может представлять собой витую пару, твинаксиальный кабель или разводиться по печатной плате. Приёмник дифференциального сигнала реагирует на разницу между двумя сигналами, а не… Балансное подключение (аудио) — метод соединения аудиооборудования с помощью балансной линии. Этот тип соединения часто используется как в студиях звукозаписи, так и на концертных площадках, потому что позволяет использовать длинные кабели, успешно противостоящие внешним помехам. Цифровой фильтр — в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определённых частот этого сигнала. В отличие от цифрового, аналоговый фильтр имеет дело с аналоговым сигналом, его свойства недискретны, соответственно передаточная функция зависит от внутренних свойств составляющих его элементов. Измери́тельный усили́тель, инструмента́льный усилитель, электрометри́ческий вычитатель — разновидность дифференциального усилителя с улучшенными параметрами, пригоден для использования в измерительном и тестирующем оборудовании. Аттенюа́тор (фр. attenuer — смягчить, ослабить) — устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является мерой ослабления электромагнитного сигнала, но также его можно рассматривать и как измерительный преобразователь. ГОСТ 28324-89 определяет аттенюатор как элемент для снижения уровня сигналов, обеспечивающий фиксированное или регулируемое затухание. Классы электронных усилителей и режимы работы активных усилительных приборов (ламп или транзисторов) традиционно обозначаются буквами латинского алфавита. Буквенные обозначения классов усиления могут дополнительно уточняться суффиксом, указывающим на режим согласования мощного каскада с источником сигнала (AB1, AB2 и т. п.) и с нагрузкой (F1, F2, F3). Устройства, совмещающие свойства двух «однобуквенных» классов, могут выделяться в особые классы, обозначаемые сочетанием двух букв (AB, BD, DE и устаревший… Фильтр в электронике — устройство для выделения желательных компонентов спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных. Аналоговый функциона́льный блок, блок операционный — совокупность элементов АВМ структурного типа, которые реализуют какую-либо одну математическую операцию. Эти элементы объединяются в систему для решения задач в соответствии со структурной схемой модели, образуя модель задачи. Токовое зеркало — элемент транзисторной схемотехники, представляющий собой генератор тока, управляемый входным током, в котором входной и выходной токи имеют разное направление и один общий вывод источника питания, причем соотношение токов (коэффициент отражения) сохраняется постоянным в широком диапазоне и мало зависит от напряжения и температуры. Классическая схема токового зеркала содержит два транзистора одинаковой проводимости с резисторами в коллекторных цепях. Соотношение номиналов резисторов… Фильтр Са́ллена — Ки — один из типов активных электронных фильтров 2-го порядка. Вентильный двигатель следует отличать от бесколлекторного двигателя постоянного тока (БДПТ), который имеет трапецеидальное распределение магнитного поля в зазоре и характеризуется прямоугольной формой фазных напряжений. Структура БДПТ проще, чем структура ВД (отсутствует преобразователь координат, вместо ШИМ используется 120- или 180-градусная коммутация, реализация которой проще ШИМ). При включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу относительно эмиттера, а выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, потому что усиливается и ток, и напряжение.

Подробнее: Каскад с общим эмиттером

Тиристорный коммутатор — электронное устройство, предназначенное для управления электрическими нагрузками. В качестве силовых элементов используются тиристоры или симисторы. Умножи́тель напряже́ния ба́за-эми́ттер (умножитель Vбэ) — двухвыводной электронный источник опорного напряжения, пропорционального напряжению на прямо смещённом эмиттерном переходе биполярного транзистора (Vбэ). Простейший умножитель Vбэ состоит из резистивного делителя напряжения, задающего коэффициент умножения, и управляемого им биполярного транзистора. При подключении умножителя Vбэ к источнику тока падение напряжения на умножителе, как и само Vбэ, комплементарно абсолютной температуре: с ростом… Переменный конденсатор (конденсатор переменной ёмкости, КПЕ) — конденсатор, электрическая ёмкость которого может изменяться механическим способом, либо электрически, под действием изменения приложенного к обкладкам напряжения. Переменные конденсаторы применяются в колебательных контурах и других частотозависимых цепях для изменения их резонансной частоты — например, во входных и гетеродинных цепях радиоприёмников, в цепях коррекции АЧХ усилителей, генераторах, антенных устройствах. Ёмкость переменных… Бандга́п (англ. bandgap, запрещённая зона) — стабильный транзисторный источник опорного напряжения (ИОН), величина которого определяется шириной запрещённой зоны используемого полупроводника. Для легированного монокристаллического кремния, имеющего при Т=0 К ширину запрещённой зоны Eg=1,143 эВ, напряжение VREF на выходе бандгапа обычно составляет от 1,18 до 1,25 В или кратно этой величине, а его предельное отклонение от нормы во всём диапазоне рабочих температур и токов составляет не более 3 %. Бандгапы… Мультивибратор Ройера или генератор Ройера (Встречается написание Роера), как правило транзисторный релаксационный генератор колебаний с формой импульсов близкой к прямоугольной, использующий трансформатор или индуктивность с насыщающимся сердечником. Схема изобретена в 1954 году Джоржем Роером (George H. Royer). Запатентована в 1957 году (US2783384). Измери́тельный генера́тор (генератор сигналов, от лат. generator — производитель, сигнал-генератор) — электронное устройство, мера для воспроизведения электромагнитного сигнала (синусоидального, импульсного, шумового или специальной формы). Генераторы применяются для проверки и настройки радиоэлектронных устройств, каналов связи, при поверке и калибровке средств измерений и в других целях. Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°). Преобразователь частоты — электрическая цепь, осуществляющая преобразование частоты и включающая гетеродин, смеситель и полосовой фильтр (в отдельных случаях полосовой фильтр может отсутствовать). Синтезатор частот — устройство для генерации электрических гармонических колебаний с помощью линейных повторений (умножением, суммированием, разностью) на основе одного или нескольких опорных генераторов. Синтезаторы частот служат источниками стабильных (по частоте) колебаний в радиоприёмниках, радиопередатчиках, частотомерах, испытательных генераторах сигналов и других устройствах, в которых требуется настройка на разные частоты в широком диапазоне и высокая стабильность выбранной частоты. Стабильность… Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора. Автоматическая регулировка усиления, АРУ (англ. Automatic Gain Control, AGC) — процесс, при котором выходной сигнал некоторого устройства, как правило электронного усилителя, автоматически поддерживается постоянным по некоторому параметру (например, амплитуде простого сигнала или мощности сложного сигнала), независимо от амплитуды (мощности) входного сигнала. В аппаратуре, использующейся для прослушивания радиовещательного эфира, АРУ также называют устарелым термином автоматическая регулировка громкости…

Инвертор (электроника) — Википедия. Что такое Инвертор (электроника)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Инве́ртор (лат. inverto — поворачивать, переворачивать) — элемент вычислительной машины, осуществляющий определённые преобразования сигнала. Различают два основных типа инверторов: аналоговые и цифровые.

Аналоговый инвертор

Схема аналогового инвертора, он же является аналоговым масштабным звеном при k1≠1{\displaystyle k_{1}\neq 1}

Инвертор в аналоговых вычислительных машинах — аналоговый функциональный блок, в котором выходная величина y(t){\displaystyle y\left(t\right)} и входная величина x(t){\displaystyle x\left(t\right)} связаны зависимостью: y(t)=−x(t){\displaystyle y\left(t\right)=-x\left(t\right)}. Применяется в АВМ структурного типа, когда при реализации структурной схемы модели необходимо изменить знак функции или величины на противоположный.^[1]

В качестве инвертора может применяться блок суммирования, в котором k1=1{\displaystyle k_{1}=1} и ki=0,i=2,…,n{\displaystyle k_{i}=0,i=2,\dots ,n}, а напряжение на выходе определяется зависимостью:^{[прояснить]}

Uout(t)=−R1RUin(t)=−Uin(t){\displaystyle U_{out}(t)=-{\frac {R_{1}}{R}}U_{in}(t)=-U_{in}(t)}.

Цифровой инвертор

Инвертор цифровой

Инвертор в цифровых вычислительных машинах — логический элемент, выполняющий операцию логического отрицания — инверсии. Инверторы обычно изготавливают на активных элементах с одновременным усилением и формированием выходного сигнала. Наряду с другими логическими элементами используют как составную часть устройств, выполняющих определенную логическую функцию.^[1]

Типы

Различают потенциальные и импульсные инверторы.

Потенциальные инверторы

В потенциальных инверторах высокий уровень входного напряжения преобразуется в низкий, и наоборот.

Импульсные инверторы

В импульсных инверторах в момент подачи сигнала на вход, на выходе появляется сигнал противоположной полярности. Либо в момент подачи импульсов тактирующей серии на выходе появляется сигнал только при отсутствии сигнала на входе.

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Словарь по кибернетике / Под ред. академика В. С. Михалевича. — 2-е. — Киев: Главная редакция Украинской Советской Энциклопедии имени М. П. Бажана, 1989. — 751 с. — (С48). — 50 000 экз. — ISBN 5-88500-008-5.

См. также

Инвертор 2000 ватт — ЭЛЕКТРОНИКА — Обзоры

Товар  можно купить тут

Привет всем, сегодня будет очередной обзор преобразователя с 12 на 220 вольт с мощностью в 2000 ватт. 
Итак, инвертор пришел в не родной упаковке, хотя возможно упаковка универсального типа. 

 

 

В комплекте силовые провода, инструкция и сам преобразователь. 

 

 

Оформление и корпус в целом понравились, компактный, элегантный, монолитный, черная окраска предает вид серьезного аппарата. К стати корпус целиком сделан из алюминия. 

 

 

 

Боковые стенки сделаны из миллиметровой жести. На одной из них расположены клеммы для подключения источника питания 12 Вольт и кулер, на второй стенке выход 220 Вольт в виде штепселя, usb выход на 5 Вольт, выключатель и два светодиода. 

 

Силовые провода хотя и довольно таки толстые, но мягкие, это хорошо конечно, но мягкие они за счет того, что помимо медных жил имеется инородный металл, китайцы на меди экономят и это давно не секрет. 

 

Теперь как всегда вскроем и изучим начинку.

 

Печатная плата занимает не все свободное пространство, из этого можно сделать вывод, что корпус универсальный, сюда без проблем влез бы еще один трансформатор. 

 

По плате и начинке в целом, тут все стандартно, такой метод построения преобразователей универсальны, дешевый и безотказно рабочий, никаких сложностей — две микросхемы ШИМ TL494, первый управляет силовыми ключами низковольтной цепи, второй качает мост на высоковольтных полевых ключах формируя модифицированную синусоиду. Радует наличие дополнительного драйвера для микросхемы, которая управляет низковольтными ключами.

 

 

Имеем три основных трансформатора, максимум, что может дать каждый это 300 ватт, следовательно двумя киловаттами тут никак не пахнет, оно и понятно, каждый, кто покупает китайский инвертор должен знать, что заявленная мощность в 3 -3 раза меньше реальной максимальной мощности и это факт, поэтому ни будем пинать производителя, поскольку все так делают, указывая пусковую мощность, иными словами этот инвертор может отдать 2 кВт, но только на секунду две, это нужно например для пуска мощных двигателей и т.п. 

 

 

Форма выходного сигнала модифицированная синусоида. 

 

По входу на питании 12 Вольт стоят аж 7 конденсатора с емкостью в 2200мкФ каждый, то есть имеется хороший входной фильтр.

 

 

Суммарный ток предохранителей 160 Ампер, 4 по 40 Ампер, странно, что они установлены на минусе питания, это конечно ничего не меняет, но китайцы как правило ставят преды на плюсовой шине. 

 

Входных силовых ключей 6 штук, одна пара для каждого трансформатора, ключи к моему удивлению IRF1404, если кто не в курсе это одни из самых мощный низковольтных ключей в корпусе TO220 этого класса, может коммутировать токи до 160 Ампер, естественно это предельный ток кристалла и указывается лишь в маркетинговых целях, в реале транзистор не может пропустить такие токи из-за ограничения корпуса, а также выводов, но китайцы молодцы, реально хорошие ключи поставили 

 

 

Имеем 3 диодных моста, каждый из 4-х диодов UF2004 с током в 2A, суммарный ток  всех выпрямителей 6 Ампер. 

 

 

После диодных выпрямителей идут  накопительные конденсаторы, электролиты тут на 450 Вольт, 2 штуки, каждая на 100мкФ. 

  

В высоковольтной цепи для формирования псевдо синусоиды использованы офигенные транзисторы от TOSHIBA типа TTK2698 в корпусе ТО247, что особенно порадовало, китайцы поставили мощные ключи от хорошего производителя, это уже не экономия! Ключи на 500 вольт 15 Ампер. 

 

Порадовали также теплопроводящие заглушки для каждого транзистора, в том числе и низковольтной цепи.  

Светодиодные индикаторы. 
Свечение зеленого индикатора говорит о том, что инвертор работает нормально, красный свидетельствует о нештатной ситуации, например перегруз или короткое замыкание на выходе, низкое или высокое входное питание. 

 

Режим срабатывания защиты сопровождается также и звуковой индикацией

Выход 5 вольт USB организован как всегда линейным стабилизатором, но радует то, что стабилизатор прижат к корпусу, следовательно ток на шине 5 вольт может доходить до полутора ампер, что хватит для любых смартфонов. 

 

Кулер находится в работе все время, выдувая теплый воздух из-под корпуса, должен заметить он довольно шумный, 

Теперь давайте приступим к тестам, первым делом подключим к блоку питания и проверим выходное напряжение и частоту.

 

Напряжение в пределах 220 Вольт, частота 50 Герц, заполнение 50% все очень хорошо. 

Посмотрим на наличие обещанной модифицированной синусоиды на выходе

 

Все нормально, идем дальше 

Защит от пониженного напряжения питания срабатывает на напряжении 9,5В, от повышенного — около 15-15,5В (см. видео) 

А это форма импульсов на затворе одного из полевиков низковольтной цепи, рабочая частота начального генератора около 33 кГц 

Завершающий тест на выходную мощность
 
Мультиметры как всегда — красный отображает выходной ток, зеленый выходное напряжение под нагрузкой.
 

Нагрузкой служат пассивные обогреватели.

Еще забыл сказать, что на днях я частично угробил аккумулятор, поэтому параллельно ему подключен JUMP STARTER, в качестве вспомогательного аккумулятора.

В принципе как и ожидалось мощность около 900-950 ватт, в ходе тестов снял до 1000 ватт, после уже сработает защита, собсно такая мощность  была указана   на странице продавца, это их в какой-то мере оправдывает. 

 

Но с учетом стоимости всего в 45 баксов, вы получаете инвертор на 1000 ватт, который со своими задачами справляется. 

Недостатки.

Самый основной недостаток заключается в том, что кулер работает не автоматически, он постоянно включен и довольно шумный.  
Больше недостатков не было замечено, достоинств куда больше.

Красивое оформление неплохая мощность, четкая работа защит, с его помощью можно спокойно питать скажем  дрель или болгарку напрямую от бортовой сети автомобиля. 
На силовых компонентах китайцы не жадничали, все красиво и толково организовано. 
Если дополнить этот инвертор формирователем чистого синуса на 1000 ватт, а это будет стоить около 25 долларов, то получите отличный киловаттный инвертор с чистым синусом всего за 75 долларов, если покупать готовый инвертор с чистой синусоидой на 1000 ватт, придется раскошелиться долларов на 130-150 как минимум.