Часто возникает необходимость включения каких-либо электроприборов рассчитанных на питание от сети 220В 50Гц в местах, где отсутствует осветительная сеть. Например, на природе или в неэлектрифицированном строении.
В таких случаях на помощь придет блок бесперебойного питания фабричного изготовления либо самодельный преобразователь напряжения.
Схему одного из таких преобразователей мы и рассмотрим в этой статье.
Устройство предназначено для получения переменного напряжения с действующим значением 220В и частой 50Гц. Форма сигнала на выходе приближенно можно считать синусоидальной, что позволяет снизить уровень высокочастотных гармоник и идеально подходит для запитывания даже самых требовательных к форме питающего напряжения устройств.
Схема имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания в нагрузке - при превышении значения выходного тока определенного значения, устройство переходит в режим стабилизации тока, снижая выходное напряжение.
Преобразователь собран на специализированной микросхеме для импульсных источников питания TL494CN (TL494LN или отечественный аналог - 1114ЕУ4). Это дает возможность сделать схему очень простой и обойтись минимальным количеством элементов.
В состав микросхемы входит ШИМ-генератор, а также ряд вспомогательных узлов. Широтно-импульсная модуляция используется для стабилизации выходного напряжения преобразователя в целом. Подробно останавливаться на работе микросхемы мы не будем, об этом можно почитать в любой справочной литературе.
Т.к. выходные ключи микросхемы рассчитаны на ток до 200 мА, для получения большей мощности задействованы два ключевых транзистора VT1, VT2. Защита схемы от переполюсовки осуществлена с помощью диода VD1 (в случае ошибочного подключения сгорит входной предохранитель FU1).
После сборки схемы необходимо произвести ее настройку. Для этого отключаем трансформатор и подбором времязадающей цепи (резистор R1 и конденсатор C4) добиваемся на выходах DA1/8 и DA1/11 сигнала с частотой 50Гц. С помощью R7 добиваемся такой же формы выходных импульсов, как показано на диаграмме:
После этого подключаем трансформатор обратно и подключаем нагрузку (в качестве которой можно использовать лампу накаливания 220В 25...60 Вт). Параллельно нагрузке подключаем стрелочный вольтметр и подстройкой резистора R7 добиваемся выходного напряжения 220В. Порог срабатывания защиты по току выставляется резистором R10 на уровне 10 А. Также возможно потребуется подобрать значения конденсатора С9 и резистора R12 для уменьшения выбросов на передних фронтах импульсов в момент коммутации тока.
В данной схеме отсутствует обратная связь по выходному напряжению, так как практическая эксплуатация показала, что при изменении величины нагрузки выходное напряжение меняется незначительно и лежит в пределах допустимых 185...240 В.
Транзисторы VT1,VT2 необходимо охлаждать дополнительно и для этих целей подойдут любые радиаторы с площадью не менее 280 кв. см. Трансформатор Т1 изготавливается самостоятельно. Обмотки I и II симметричны и содержат по 14 витков провода диаметром 2 мм ПЭЛ-2. Симметрия легко достигается при их одновременной намотке (намотка производится сразу двумя проводами). Обмотка III - 700 витков проводом 0,5 мм.
Предохранитель FU1 можно взять готовый или сделать его из медного провода 0,25мм.
Остальные детали: Все постоянные резисторы типа МЛТ, резистор R9 - типа С5-16МВ, R12 - С5-5. Подстроечный резистор R7 - С5-2. Конденсаторы С1, С2 типа К52-1, С3-С8 - К10-17, С9 - К73-17В.
Максимальная выходная мощность составляет 100Вт.
Если требуется большая мощность, этого легко добиться, применив более мощный трансформатор.
В режиме холостого хода преобразователь потребляет ток около 1А, при подключении нагрузки потребляемый ток растет пропорционально мощности нагрузки.
Как уже было сказано выше, при возникновении перегрузки выходное напряжение будет снижаться (режим ограничения тока), а пониженное напряжение питания допустимо не для каждого устройства.
Во избежания выхода чувствительных к пониженному напряжению питания приборов, схему преобразователя можно дополнить устройством автоматического отключения при возникновении перегрузки. Возможный вариант автоматического отключения показан на рисунке:
Здесь мы применили токовое реле, срабатывающее при определенном значении тока и включающее тиристор VS1. Реле можно изготовить самостоятельно из геркона, обмотав его одним слоем медного провода. Ток срабатывания можно подобрать изменяя количество витков. В момент срабатывания защиты загорается индикатор HL1.
Чтобы снова вернуть схему в рабочее состояние, ее необходимо полностью обесточить и снова включить.
