Преобразователь напряжения 12В/220В

В связи с частыми отключениями электроэнергии необходимо иметь резервный источник электропитания. Удобно использовать в качестве резервного источника химический, например, автомобильный аккумулятор. Но лампы накаливания и другие маломощные потребители электроэнергии имеют напряжение питания 220 В переменного тока, а номинальное напряжение аккумулятора 12,6 В постоянного тока. В этом случае выручит преобразователь постоянного напряжения в переменное. Необходимо отметить, что он предназначен для нагрузки, некритичной к частоте питающего напряжения. Для более длительного использования резервного источника питания мощность преобразователя выбрана небольшой (30 Вт). Это позволяет от автомобильного аккумулятора емкостью 55 А•ч питать лампочку накаливания мощностью 25 Вт в течение 18...20 ч. Особенно необходим преобразователь при питании мини-инкубатора "Квочка", выпускаемого фирмой "Остинвест" (г. Черкассы). Дело в том, что нагрев в этом инкубаторе осуществляется четырьмя лампами накаливания, и при длительных перебоях в электроснабжении (особенно в сельской местности) инкубационный материал приходит в негодность. От преобразователя инкубатор можно питать до 24 ч, используя автомобильный аккумулятор, подключенный к устройству автоматического переключения инкубатора с электропитания от сети к преобразователю, что позволяет оставлять его на длительное время без надзора.

На рис.1 показана схема преобразователя. Задающий генератор выполнен на таймере КР1006ВИ1. Эта микросхема обладает широкими функциональными возможностями. Особенности создания на базе этой микросхемы различных схем и методы их расчета приведены в [1]. С выхода генератора через разделительный конденсатор СЗ колебания поступают на ключевой усилитель мощности, выполненный на VT1-VT4. Этот усилитель подробно рассмотрен в [2]. Для уменьшения массогабаритных характеристик трансформатора частота генерации выбрана 5 кГц. Можно повысить частоту до 10 кГц, но в этом случае возрастают сквозные токи выходных транзисторов, и снижается КПД преобразователя. При такой относительно высокой частоте преобразования стало возможным применить полумостовую схему преобразователя (транзисторы VT3, VT4, конденсаторы С5, С6). С помощью кнопки SB1 можно выключать преобразователь (срывать генерацию), при этом ток потребления не превышает 20 мА. Диод VD5 необходим для защиты схемы при случайном подключении преобразователя к аккумулятору неправильной полярностью. В этом случае перегорит предохранитель FU1.
Преобразователь выполнен на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, размеры платы 95x85 мм. Расположение радиоэлементов на плате показано на рис.2. Плата рассчитана на установку резисторов типа МЛТ-2-51 Ом. Конденсаторы постоянной емкости типа К73-17 и КМ-6, электролитические конденсаторы типа К50-16 и К50-35. В схеме nприменены широко используемые в усилителях звуковой частоты кремниевые низкочастотные транзисторы. При использовании современных, обладающих лучшими ключевыми свойствами транзисторов характеристики преобразователя можно улучшить.

Выходные транзисторы VT3 и VT4 установлены на радиаторы из алюминиевого сплава размерами 65x30x5 мм. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом магнитопроводе М2000НМ типоразмера К40х25х11. Вторичная обмотка намотана первой и изолирована от магнитопровода фторопластовой лентой. Между первичной и вторичной обмотками проложен слой изоляции из фторопластовой ленты. Вторичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 00,31 мм, количество витков 980. Первичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 01 мм, количество витков 24. Первична и вторичная обмотки должны быть равномерно распределены по кольцу. Трансформатор Т1, диод VD5, предохранитель FU1, кнопка SB1 установлены вне печатной платы. Схема соединения радиоэлементов на печатной плате показана на рис.3. Преобразователь, собранный из исправных элементов, в налаживании не нуждается. Осциллографом можно проконтролировать напряжение на выводе 1 трансформатора Т1. В данной точке должны быть прямоугольные импульсы амплитудой около 12 В. Ток, потребляемый преобразователем в отсутствии нагрузки, не должен превышать 550 мА.

Схема автоматического устройства, переключающего нагрузку (лампу накаливания, мини-инкубатор и т.д.) с сетевого питания на преобразованное от аккумулятора, изображена на рис.4. Конденсатор С1 гасящий. Выпрямленное и сглаженное напряжение подается на обмотку реле К1. Реле срабатывает и своими контактами подключает нагрузку к сети. При пропадании или понижении сетевого напряжения реле К1 обеспечивается и подключает нагрузку к преобразователю напряжения. Конденсатор С1 типа К73-11 - 1 мкФ х 400 В, электролитический конденсатор типа К50-6, реле типа РЭС-22 паспорт РС4.523.023-01. При использовании данного реле можно свободную контактную группу, например, 1-2, использовать вместо кнопки SB1 (см. рис.1), тогда генератор на DA1 автоматически будет запускаться и включаться.
В заключение необходимо отметить, что рассмотренный преобразователь можно выполнить более мощным. Габаритная мощность трансформатора на частоте 5 кГц равна приблизительно 100 Вт. Для увеличения мощности необходимо уменьшить сопротивление резисторов R9 и R10, транзисторы VT3, VT4 составить из двух параллельно соединенных, желательно в металлическом корпусе и с меньшим временем переключения. Можно понизить частоту преобразования до 50-60 Гц соответствующим выбором номиналов резисторов R1, R2 и конденсатора С1. В этом случае вместо полумостовой схемы необходимо применить мостовую, исключив конденсаторы С5, С6 и включив вместо них усилитель, аналогичный приведенному на схеме. Сигнал на него подать с выхода микросхемы через инвертор. Вместо конденсатора СЗ установить перемычку, трансформатор Т1 заменить на готовый промышленный с обмоткой на 12 В и необходимым током этой обмотки.
О.В. Белоусов, г. Ватутино, Черкасская обл
Литература
1.Партала О.Н. Схемотехника на интегральных таймерах // PadioaMamop.-1998.-Ns8.-С.28-30.
2. Межлумян А. Ключевые элементы с повышенной нагрузочной способностью // Радио.-1982.-Ns8.-C.45, 46.

Обсудить на форуме