Как преобразовать напряжение в ток

Измерительный преобразователь напряжение-ток ±10 В – ±100 мА

Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

Инвертирующие.
Повышающие.
Понижающие.

Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:

Ключевой коммутирующий элемент.
Источник питания.
Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
Блокировочный диод.

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Схема простого инвертора напряжения.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Читайте также: Ротор и статор электродвигателя: определение, виды, назначение

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.

Таблица – Основные характеристики преобразователя напряжения.

Материал по теме: Что называют триггером в электронике.

Схема преобразователя ток-напряжение на ОУ

Схема преобразователя тока в напряжение, совсем не нова, но проверенна и безотказна. В общем виде она выглядит следующим образом:

Ток сигнала iвх втекает в инвертирующий вход. Поскольку входной ток идеального ОУ равен нулю, то весь входящий ток поступает на резистор R цепи обратной связи. Этот ток создает на резисторе падение напряжения по закону все того же Ома.

Как результат ОУ будет стараться поддерживать на сопротивлении нагрузки RН напряжение, пропорциональное величине входного тока. Коэффициент усиления схемы в, таком случае, имеет размерность сопротивления. Что еще раз объясняет советское название усилитель-преобразователь сопротивления:

K = Uвых ÷ iвх = R

Что какое преобразователь напряжения

Преобразователь – это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут являться род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения. По степени управляемости преобразователи электрической энергии подразделяются на неуправляемые и управляемые. В управляемых преобразователях выходные переменные: напряжение, ток, частота — могут регулироваться.

По элементной базе преобразователи электроэнергии подразделяются на электромашинные (вращающиеся) и полупроводниковые (статические). Электромашинные преобразователи реализуются на основе применения электрических машин и в настоящее время находят относительно редкое применение в электроприводах. Полупроводниковые преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи подразделяются на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока.

В современных автоматизированных электроприводах применяются главным образом полупроводниковые тиристорные и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока. Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и КПД, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого электрического привода, так и технологического оборудования.

Принцип работы преобразователя напряжения.

Вместе с тем, для полупроводниковых преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Как обозначаются конденсаторы на схеме.

Читайте также: Закон Ома — калькулятор, формулы, методика расчета

Как отличается параллельное и последовательное соединение резисторов.

Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы.

Преобразование — высокое напряжение

Преобразование высокого напряжения в низкое, рабочее ( или наоборот), осуществляется трансформаторами, установленными в одном месте с электрораспределительным устройством. На рис. 86 и 87 показаны принципиальные схемы питания насосной станции с электродвигателями высокого и низкого напряжения. Пуск электродвигателей мощностью свыше 75 кет осуществляется автоматами А, менее мощных — автоматами и пусковыми аппаратами ( см. гл. [4]

Особенности применения

На данный момент подобное оборудование используется практически во всех отраслях промышленности и с каждым днем находит все большее применение в жизни каждого человека, в частности в составе оборудования легковых или грузовых автомобилей. Рабочая частота инверторов напряжения (преобразователей напряжения) не превышает ста килогерц. Плюс ко всему, преобразователь напряжения (инвертор напряжения) может использоваться как генератор. В принципе, генератор и инвертор достаточно схожи, однако не стоит считать, что данные виды оборудования одинаковы по назначению и по принципу действия.

Повышающий преобразователь.

В схемах генератора и преобразователя напряжения имеются существенные отличия. Кроме того, по сравнению с дизельным или бензиновым генератором инвертор напряжения (преобразователь напряжения) имеет целый ряд преимуществ, в частности:

инвертор напряжения (преобразователь напряжения) имеет значительно меньшие габариты и вес;
у инвертора напряжения (преобразователя напряжения) отсутствует необходимость постоянного контроля целого перечня параметров, обязательного при эксплуатации дизельных электростанций или бензиновых генераторов. Среди этих параметров уровень топлива, уровень и давление масла двигателя, температура и уровень охлаждающей жидкости. Все эти параметры, например, при работе инвертора напряжения (преобразователя напряжения) от автомобильного двигателя контролируются независимо, кроме того, при относительно маломощных потребителях (скажем, до 1000 Вт) длительное время включение автомобильного генератора вообще не требуется и, естественно, топливо не расходуется;
на холостом ходу инвертор напряжения (преобразователь напряжения) имеет просто мизерное потребление энергии (около 5 Вт), в отличие от дизельного или бензинового генератора, расходующих на холостом ходу до пятидесяти процентов от расхода при максимальной нагрузке;
отсутствие механического износа, соответственно, лучшая отказоустойчивость и больший ресурс работы;
колебание выходной частоты у инвертора напряжения (преобразователя напряжения) минимально и, как правило, не превышает сотых долей процента;
инвертор напряжения (преобразователь напряжения) экологичен (не шумит и не выделяет выхлопных газов) и позволяет подключать альтернативные источники энергии (например, и солнечные батареи или ветряные генераторы);
инвертор напряжения (преобразователь напряжения) может использоваться как пуско-зарядное устройство, как источник бесперебойного питания, как восстановитель аккумуляторов;
ну и, наконец, инвертор напряжения (преобразователь напряжения) просто существенно (до нескольких раз!) дешевле.

Таблица – Популярные модели преобразователей напряжения.

Перечень потенциальных пользователей инверторов напряжения (преобразователей напряжения) может быть очень широк. Здесь и производители разнообразных работ в удаленных условиях или при частых отключениях электричества, и любители отдыха на природе, желающие сохранить возможность пользования «благами цивилизации», и предусмотрительные собственники различных производств или охраняемых объектов и т.д. и т.п.

Материал по теме: Принципы работы мультиметра и особенности выбора.

В частности, очень большие плюсы дает использование инверторов напряжения (преобразователей напряжения) совместно с разными автономными источниками электропитания, одна экономия топлива чего стоит, а к нему еще и хранимый «запас электричества», так сказать, на всякий случай.

Будет интересно➡ Как выбрать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Читайте также: Статор генератора: возможные неисправности, методы диагностики и ремонта

Правда, при выборе инверторов напряжения (преобразователей напряжения) необходимо помнить, что многие потребители электротока (особенно, холодильники и насосы) имеют пусковую мощность в несколько раз больше номинальной (обычно, можно посмотреть в паспорте устройства) и именно ее стоит брать за основу при расчете требуемого инвертора напряжения (преобразователя напряжения).

Преобразователь 24В в 12В

Преобразователи постоянного напряжения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное является самым часто используемым видом устройства этого типа. В быту это всевозможные блоки питания, а на производстве и в промышленности это питающие устройства:

Всех полупроводниковых схем;
Обмоток возбуждения синхронных двигателей и двигателей постоянного тока;
Катушек соленоидов масляных выключателей;
Оперативных цепей и цепей отключения там, где катушки требуют постоянного тока.

Тиристорный преобразователь напряжения — это наиболее часто применяемый для этих целей аппарат. Особенностью этих устройств является полное, а не частичное, преобразование переменного напряжения в постоянное без всякого рода пульсаций. Мощный преобразователь напряжения такого типа обязательно должен включать в себя радиаторы и вентиляторы для охлаждения, так как все электронные детали могут работать долго и безаварийно, только при рабочих температурах.

Типы преобразователей

При выборе модели преобразователя надо также учитывать особенности потребления электроэнергии различными приборами с учетом особенностей потребления электроприборы можно условно разделить на 2 группы.

Первая группа – это электроприборы, при включении и в начале работы которых кратковременная мощность потребления (так называемая пиковая стартовая нагрузка) в несколько раз превышает номинальную мощность. К этой группе относятся, например насосы, компрессоры и холодильники, для их подключения, зачастую приходиться использовать развязывающие трансформаторы.

Лагутин Виталий Сергеевич

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Реальная мощность некоторых приборов, например, насосов на основе двигателей асинхронного типа и оборудования на их основе (кондиционеров, холодильников), примерно в 1,5 раза больше номинальной, это связано с тем, что обычно указывается мощность без учета потерь (полезная мощность). Для приборов этой группы необходимо выбирать преобразователь напряжения с максимально допустимой мощностью, значительно превышающую номинальную мощность прибора.

Вторая группа – это электроприборы, стартовая мощность которых не превосходит номинальную, к ним относятся, потребляющие постоянную мощность телевизоры, компьютеры, лампы, нагреватели, а так же инструмент с двигателями коллекторного типа (дрели, отрезные машинки, рубанки, бетономешалки, газонокосилки и т.д.), которые потребляют номинальную мощность только в момент прикладывания нагрузки, для приборов этой группы достаточно выбирать преобразователь напряжения с максимально допустимой мощностью, немного превышающую номинальную мощность прибора.

Электронный преобразователь напряжения.

Импульсные устройства

Импульсные преобразователи применяются в тех случаях, когда нужно преобразовать один уровень напряжения в другой. Чаще всего они собираются на базе индуктивных или емкостных накопителей энергии. От других источников электропитания их отличает высокий уровень КПД, достигающий в некоторых случаях 95%. Принципиальные электрические схемы импульсных преобразователей выполняются с использованием 4 х элементов:

коммутирующий элемент;
накопитель энергии (катушка индуктивности, дроссель, конденсаторы);
блокирующий диод;
конденсатор, соединенный параллельно с сопротивлением нагрузки.

Комбинации перечисленных компонентов могут образовывать любой тип импульсного конвертора. Величина напряжения на выходе определяется шириной импульсов, управляющих коммутирующим элементом. При этом создается запас энергии в катушке индуктивности. Стабилизация реализуется за счет обратной связи, то есть ширина импульсов меняется в зависимости от значения выходного напряжения.

Импульсный преобразователь напряжения.

Для создания токов высокой частоты используют преобразователи, собранные с использованием колебательных контуров. При этом напряжение постоянного тока, поступающее на генератор переменного напряжения (мультивибратор, триггер) является одновременно и питающим. Выходные импульсы имеют, как правило, прямоугольную форму. Полученное переменное напряжение можно усилить, понизить и т. д.

Кроме того его легко выпрямить и получить нужную полярность. Для этого используют соответствующее включение диодов, а выпрямитель собирают, например, по мостовой схеме. Напряжение на выходе импульсных преобразователей необходимо стабилизировать. Для этого используют различного рода стабилизаторы (импульсные или линейные). Правда, из-за низкого КПД последние используются редко.

Что касается импульсных стабилизаторов, то они в своей работе используют широтно или частотно импульсную модуляцию. В первом случае меняется длительность во втором — частота импульсов. Встречаются устройства с комбинированным способом стабилизации.

Автомобильные модели

С увеличением количества автомобилей возросла потребность использования в процессе их эксплуатации различных бытовых приборов, в том числе работающих от переменного напряжения 220В. Для этого и были разработаны автомобильные инверторы, с помощью которых постоянное напряжение от автомобильного аккумулятора +12 В (легковые автомобили) или +24 В (грузовой автотранспорт) преобразуется в переменное 220 В. К ним можно подключить электробритву или электродрель, зарядить ноутбук и пр.

Автомобильный инвертор является генератором напряжения, форма которого приближена к синусоиде. При этом ток на выходе прибора не зависит от величины тока на входе и его можно регулировать практически от нуля до максимума. Точно также теоретически можно регулировать частоту и напряжение. Упрощенно электрическую схему автомобильного конвертора можно представить в виде трансформатора, на первичные обмотки которого напряжение подается через тиристорные ключи. Поочередно включая обмотки тиристоры создают на выходе трансформатора переменный ток.

Автомобильные преобразователи напряжения

При этом формируется модифицированная (ступенчатая) синусоида, но это никак не влияет на работоспособность большинства бытовых приборов. Преобразователи для использования в автомобилях обладают достаточно высоким КПД, который достигает 90%, что свидетельствует о достаточно высоком качестве получаемой синусоиды. Потребитель в процессе эксплуатации прибора имеет возможность выбрать один из трех режимов его работы:

Рабочий режим, обеспечивающий длительную работу инвертора с номинальной мощностью.
Режим перегрузки, который позволяет получить от прибора значительно большую мощность, чем при работе в обычном режиме. Однако в таком режиме инвертор не должен работать более 30 мин.
Пусковой режим используется при необходимости получения моментальной мощности при высокой нагрузке (запуск электродвигателя и пр.).

Будет интересно➡ Как выбрать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Читайте также: Мощность в физике — виды, формулы и определение с примерами

Эксплуатируя инвертор, не рекомендуется постоянно включать его на максимальную мощность. Выбирать режим его работы необходимо, исходя из величины нагрузки. Выбирая конвертор для авто основное внимание необходимо обратить на его мощность. Ее величина должна быть заведомо больше мощности подключаемых устройств. Кроме того немаловажное значение имеет и тип подключаемых электроприборов. Если к автомобильному инвертору предполагается подключать приборы, потребляющие при запуске значительные токи, то приобретать нужно прибор, обладающий соответствующей мощностью (от 300 до 2000 Вт).

Бытовые приборы

В настоящее время широкое применение преобразователи напряжения нашли в быту. Их стали использовать в домашних условиях в качестве резервных или аварийных источников питания, задача которых обеспечить работу бытовой техники в случае несанкционированного отключения сети централизованного электропитания. Как правило, преобразователь напряжения для дома представляет собой комбинацию инвертора с одной или несколькими аккумуляторными батареями. В коттеджах и загородных домах (дачах) их дополняют также устройствами, способными заряжать аккумуляторы.

Схема бытового преобразователя напряжения.

В отдельных случаях для этого могут использоваться солнечные батареи или ветрогенераторы. К инверторам, предназначенным для использования в домашних условиях, чаще всего подключают маломощную бытовую технику:

телевизоры;
компьютеры и пр.

При этом необходимо помнить об электроприборах, например, холодильниках, электронасосах и др., которым для работы необходима подача электропитания с «чистой синусоидой», что требует приобретения значительно более дорогих устройств. В местах, где отсутствует централизованная электросеть можно, рассчитав необходимую электрическую мощность, организовать систему электропитания целого дома. Однако это потребует приобретения достаточно дорогого оборудования.

Бытовой инвертор напряжения.

Например, стоимость инвертора мощностью 10…60 кВт составляет не менее $20000. Использование подобного рода устройств целесообразно в случае организации систем электропитания на основе альтернативных источников энергии. Если сравнивать классический блок бесперебойного питания (UPS), работающий в режиме online, с преобразованием напряжения, то сочетание компонентов «аккумуляторная батарея+инвертор» выглядит предпочтительней по ряду причин, среди которых:

щадящий режим работы аккумуляторов;
большой выбор аккумуляторных батарей;
возможность параллельного подключения нескольких преобразователей и пр.

На отечественном рынке электрооборудования импульсные преобразователи представлены в достаточно широком ассортименте. Продукция этих производителей отличается высоким качеством и обладает большим количеством различных функций. Так преобразователи типа DC/AC обеспечивают защиту рот глубокого разряда аккумуляторных батарей, контролируя величину минимального входного напряжения. Контролируют они и параметры выходного сигнала.

Дополнительный материал по теме: Как проверить АКБ с помощью одного мультиметра.

Бестрансформаторные устройства

Особенности преобразователя напряжения с 12 В в 220 В. В последнее время они стали очень популярны, так как на их изготовление, а в частности, производство трансформаторов, нужно тратить немалые средства, ведь обмотка их выполняется из цветного металла, цена на который постоянно растёт. Основное преимущество таких преобразователей это, конечно же, цена. Среди отрицательных сторон есть одно существенно отличающее его от трансформаторных блоков питания и преобразователей. В результате пробоя одного или нескольких полупроводниковых приборов, вся выходная энергия может попасть на клеммы потребителя, а это обязательно выведет его из строя.

Вот простейший преобразователь переменного напряжения в постоянное. Роль регулирующего элемента играет тиристор. Проще обстоят дела с преобразователями, в которых отсутствуют трансформаторы, но работающие на основе и в режиме повышающего напряжение аппарата. Здесь даже при выходе одного элемента или нескольких на нагрузке не появится опасной губительной энергии.

Бестрансформаторные преобразователи напряжения.

Универсальный преобразователь напряжения или пару слов от том, что такое SEPIC

В сегодняшнем обзоре я хочу рассказать о довольно полезной вещи, универсальном преобразователе напряжения. Что это такое, как работает и что может, как всегда под катом. Некоторое время назад, в одном из моих обзоров я уже упоминал о таком типе преобразователей, и даже собрал для примера один из них, сегодня пришла очередь обзора готового преобразователя такого типа.

Для начала буквально пара слов о том, что же это за преобразователь такой хитрый. Обычно преобразователи бывают трех типов. 1. Повышающий 2. Понижающий 3. Инвертирующий

Но все они не могут выдавать напряжение выше/ниже чем напряжение источника. Например понижающий из 10 никогда не сделает 12, а повышающий из 20 не сделает 5. Но иногда бывают ситуации, когда входное напряжение в процессе работы может плавать как выше, так и ниже необходимого выходного. Например надо 12 Вольт (к примеру питание жесткого диска или монитора), а питается это все от бортовой сети автомобиля, где может быть и 10 и 14.5. Такую задачу чаще всего решают двумя способами. 1. Повышают до 15-20, а потом понижают до необходимого. 2. Ставят повышающе-понижающий преобразователь, он же Buck-Boost, он же SEPIC.

Первый тип уже обозревал коллега Ksiman. Я же расскажу о втором.

Сначала немного общей информации. Пришел преобразователь вместе с другим товаром и был упакован просто в пакетик с защелкой.

На сайте магазина заявлено

Входное напряжение — 4V-35V Выходное напряжение — 1.23V-32V Выходной ток — 3A максимум Максимальная мощность — 25 Ватт Размеры 50 x 25 x 12мм

Что означают данные характеристики. Выходной ток не может быть более 3 Ампер при условии что выходная мощность не может быть более 25 Ватт. Т.е. ограничивать надо то, во что раньше «упремся». Можно получить на выходе 10 Вольт 2.5 Ампера (25 Ватт), или 5 Вольт 15 Ватт (3 Ампера). На самом деле характеристики отличаются от заявленных, но об этом немного позже.

Выглядит платка вполне аккуратно, видно подстроечный резистор для регулировки выходного напряжения (ток не регулируется и не ограничивается).

Также на плате видно два дросселя, один из признаков SEPIC преобразователя, хотя и необязательный. иногда делают один дроссель с двумя обмотками, но он тоже на вид отличается.

Ну и печатная платка вид сверху

Снизу пусто. Видны межслойные переходы, позволяющие отводить тепло на нижнюю сторону платы, но как то расположены они нелогично, скорее всего они больше играют роль именно электрического соединения. А жаль, можно было улучшить тепловой режим, но лучше так, чем никак.

Думаю что размеры платы проще понять по такому фото

Так, с внешним видом закончили, теперь попробуем разобраться подробнее, что же это такое. Мне конечно очень хотелось бы расписать подробно что это и как оно работает. Но все дело в том, что описать совсем просто такой тип преобразователей тяжело, мало того, я даже когда подготавливал материалы к обзору, то натыкался на противоречивые описания.

Для начала блок схема собственно этого типа преобразователя. Стоит отметить, что существует два варианта топологии данного типа преобразователя, я приведу ту, к которой относится обозреваемая плата.

Дальше я попробую «дать слово» специалистам с большим опытом. В процессе поисков я наткнулся на описание, которое на мой взгляд наиболее точное. Ссылка на оригинал статьи, а ниже я процитирую краткое описание принципа работы.

На схеме силовой ключ в состоянии — замкнут. Когда ключ замкнут, входная индуктивность заряжается от источника, а вторая индуктивность заряжается от конденсатора, выходной конденсатор в это время обеспечивает ток нагрузки. В это время энергия в нагрузку не поступает, полярности токов в катушках и напряжений на конденсаторах обозначены на схеме. Тот факт, что обе индуктивности, L1 и L2, при замкнутом ключе отключены от нагрузки, усложняет регулировочные характеристики, как мы увидим далее.

После размыкания ключа схема приобретает несколько другой «вид». Когда ключ разомкнут, первая индуктивность заряжает конденсатор С1, а также поддерживает ток в нагрузке, как показано на схеме. Вторая индуктивность в это время также подключена к нагрузке.

Если простыми словами, то схема работает за счет взаимной перекачки энергии между компонентами, позволяет как повышать напряжение, так и понижать его. Для лучшего понимания я покажу где на плате все эти элементы. Кстати, один из признаков SEPIC преобразователя — один ключевой элемент (не важно, транзистор или силовой ШИМ) и один диод.

Читайте также: Реостат – это управляющий прибор, способный изменять силу тока и напряжение

Я начертил схему данной платы. номиналы пары компонентов могут немного отличаться от реальных, но в основном все соответствует. Из минусов сразу отмечу то, что подстроечный резистор подключен к выходу, а не к общему проводу. Такое подключение крайне не рекомендуется, так как в случае пропадания контакта при регулировке на выход будет подано максимальное выходное напряжение.

Основой данной платы является небольшой ШИМ контроллер, который уже управляет мощным полевым транзистором и контролирует выходное напряжение. В качестве ШИМ контроллера применен FP5139, ссылка на даташит. Данный ШИМ контроллер работает на частоте 500КГц, что весьма неплохо. Диапазон входного напряжения 1.8-15 Вольт, что также приятно, особенно нижний порог в 1.8 Вольта. Думаю прикупить себе отдельно этих микрух. Управляет контроллер полевым транзистором 088N04L, это 40 Вольт, 50 Ампер, 8.8мОм транзистор который может управляться сигналом логического уровня (обычно это 5 Вольт).

Также отличительным признаком SEPIC преобразователя является емкий керамический конденсатор. Вообще, SEPIC отличается от других преобразователей тем, что содержит больше компонентов. У классических повышающих, понижающих, инвертирующих преобразователей три основных элемента, но включенных в разной комбинации — дроссель, транзистор, диод. Здесь к этой связке добавлен еще один дроссель и конденсатор. Выходной диод на плате — SK86, весьма неплохой диод, заявлен максимальный ток до 8 Ампер.

Дальше я перешел к тестам. Когда собрал такой «стенд», то мне даже жалко стало преобразователь. Порвут ведь как Тузик грелку, подумал я, и как показала практика, не сильно был далек от истины.

Первое включение. Сразу расскажу что вообще означает куча цифр на экранах. Слева блок питания. Верхний ряд — Выходное напряжение, выходной ток. Нижний ряд — Выходная мощность, отданное количество мАч в нагрузку (но нам это неважно в данном случае)

Справа электронная нагрузка. 1. Установленный ток, Напряжение отключения (в данном случае неважно) 2. Измеренный ток нагрузки, измеренное входное напряжение (выходное напряжение преобразователя). 3. Принятая емкость (неважно в данном случае), мощность нагрузки (ток х напряжение). 4. Неважно.

Дальше я погонял преобразователь в разных режимах. Режимы выбирались отчасти спонтанно, параллельно измерял температуру основных компонентов и записывал в табличку.

Входное напряжение я не поднимал выше 14 Вольт, ниже расскажу почему так.

Судя по результатам измерений температуры я могу сказать, что плата не выдает заявленных характеристик. Но небольшой нюанс. Не выдает она их из-за перегрева, мощности силовых элементов хватает чтобы выдавать их в течении короткого времени, но при длительном перегревается. Можно конечно сделать радиатор, но охлаждать надо транзистор, два дросселя и диод, это сложно Кроме того было замечено небольшое снижение выходного напряжения по мере прогрева преобразователя, обусловлено это часто тем, что применены не прецизионные резисторы и их сопротивление«плывет» от нагрева, но изменение не очень большое и им можно пренебречь.

Так как данный тип преобразователей отличается от других решения более высоким КПД, то я решил проверить и его. В качестве демонстрации я сделал небольшой эксперимент. Для более наглядной демонстрации я выставлял такой режим работы, чтобы входная мощность была всегда равна 10 Ватт (ну или около того). в таком режиме выходная мощность будет равна КПД преобразователя. На самом деле КПД будет выше, так как в таком варианте не учтены потери на проводах. Но так как они короткие, то врядли погрешность превысит пару процентов.

Еще несколько фото в разных режимах, повышение, понижение и с разным значением напряжений. Кстати, по предыдущим фотографиям можно также посчитать КПД. Для этого надо измеренную мощность нагрузки (справа) разделить на измеренную мощность источника (слева). Например на БП 15.45, на нагрузке 12.3. 12.3 / 15.45 = 0.796 Но уже даже так можно сказать, что КПД выше чем у комбинации повышающий + понижающий преобразователь.

Выше я писал что ограничил входное напряжение на уровне в 14 Вольт. Сделано это было не просто так. Дело в том, что я сначала начал тестировать, а только потом перерисовал схему. Изначально я думал что производитель просто сделал все по схеме из даташита и транзистор на плате для управления включением/выключением (кстати, преимущество SEPIC в том, что выход можно отключить, например step-up отключить нельзя) и входное напряжение не должно превышать 15 Вольт (из даташита на контроллер). Хотел еще ругаться что указали диапазон входного 35 Вольт. Но начав разбираться со схемой я понял, что производитель поступил хитрее, он поставил на плате стабилизатор питания на примерно 9.5 В. Я допускаю что так сделано не на всех платах, будьте внимательны. Сбил меня с толку именно регулирующий транзистор стабилизатора так как в схеме из даташита тоже есть транзистор. Кстати, джампер на плате управляет включением/выключением преобразователя.

Разобравшись со схемой я решил продолжить тесты, но не успев даже начать я спалил плату. Мощный транзистор ушел в КЗ, я даже не понял как это произошло. Порывшись в загашниках нашел какую то материнскую плату, откуда выпаял полевой транзистор в таком же корпусе. Разница в том, что он только до 30 Вольт Быстро перепаял, благо ничего больше из строя не вышло. Кстати. Данный преобразователь в какой то степени является «безопасным», так как при выходе из строя силового транзистора он не подаст на выход полное напряжение питания как в случае с step-down. Как еще один нюанс, данный тип преобразователей имеет выше пульсации на выходе (в сравнении с другими типами), но гораздо меньшие по входу, что дает преимущество при работе от аккумуляторов.

А вот дальше я захотел не только продолжить тесты, но и попробовать разобраться, почему вышел из строя транзистор. В процессе тестов было замечено, что чем выше входное напряжение, тем ниже КПД. Например при выходном 15 Вольт КПД составил для входного 20 Вольт 80%, а для 26 Вольт всего 62%. Причем чем выше выходное, тем КПД еще меньше. При 20 Вольт выходного я легко получал входной ток более 2 Ампер и КПД ниже 40%. После этого я вспомнил, что около транзистора была небольшая капелька припоя, которой до пробоя не было, а выходное напряжение после последнего эксперимента составляло 25 Вольт, а я и на входе накрутил почти 30, он даже пискнуть не успел. Т.е. получается что транзистор буквально «спекся». Вызвано это скорее всего тем, что индуктивности начали входить в режим насыщения. SEPIC конечно может работать в широком диапазоне напряжений, но оптимальный диапазон все таки привязан к примененным компонентам и нельзя охватить все.

Эксперименты показали, что чем ниже выходное напряжение, тем выше я могу поднять входное. При 10 Вольт на выходе я легко накрутил 27 Вольт на входе, выше поднимать не стал так как максимальное напряжение транзистора всего 30. Вообще это нормально и просто надо учитывать при использовании. Т.е. это скорее особенность чем неисправность.

Расписывать плюсы и минусы не буду, думаю все понятно просто из обзора, но немного сведу полученную информацию вместе. 1. Преобразователь работает и обеспечивает КПД выше чем у комбинации повышающий + понижающий преобразователь. 2. Характеристики платы завышены, но при желании можно получить и 3 Ампера, и 25 Ватт, все зависит от комбинации входного и выходного напряжения. 3. Компоненты применены очень неплохие. Но дроссели должны быть рассчитаны на больший ток, а транзистор надо дополнительно охлаждать. 4. Плата содержит стабилизатор питания ШИМ контроллера, благодаря чему входное напряжение может быть увеличено выше 15 Вольт. 5. При определенной комбинации входного и выходного напряжения происходит пробой силового транзистора.

В общем плата вполне работоспособна, но с некоторыми ограничениями о которых написано выше. Подходит для питания устройств с небольшим потребляемым током в широком диапазоне входного напряжения, но для мощных устройств не пойдет из-за перегрева. В интернете видел небольшой обзор этой платы, там результат немного другой, но скорее непонятно было то, что там указано насчет защиты. У меня она сработала один раз, напряжения на выходе не было пока не отключил питание платы, но как она определяет перегрузку я не понимаю, так как датчиков тока нет, хотя в даташите защита от КЗ заявлена и она срабатывала…

Надеюсь что обзор был интересен и полезен, если интересно, могу проверить работу в других комбинациях напряжений.

Магазин дал еще купонов на скидку в 8%, может будет полезно WSKD89, WS9H7T, WSNHZR, WSYZK7, WS3X3L

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия. Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.

Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

Принципиальная схема Бестрансформаторного преобразователя напряжения.

Поключение преобразователя тока в напряжение к ESP32

Подключаю землю от конвертера к пину G(ND) ESP32 DevKit, а Vout к пину ADC1_0 (GPIO36). В общем-то можно переносить код ESP8266 на ESP32 — он будет работать с парой правок: pin для чтения не 0, а 36 и поправочный коэффициент ориентировочно 3350. Точно откалибровать сложно. 12-битный АЦП достаточно точный, поэтому будет читать и малейшие изменения входного напряжения. Кроме того сам АЦП без откалиброванного опорного напряжения (reference voltage) не сможет обеспечить точные измерения.

Можно использовать другой вариант кода для измерения напряжения на ESP32. Но в этом случае поправочный коэффициент будет 3850:

Для сглаживания шума в схемотехнику ESP32 производитель рекомендует добавить емкость 0.1 uF на вход АЦП, который задействован и использовать усреднение по нескольким отсчетам.

Ремонт прибора

Ремонт этих устройств для преобразования одного вида напряжения в другой, лучше производить в сервисных центрах, где персонал имеет высокую квалификацию и впоследствии предоставит гарантии выполненных работ. Чаще всего любые современные качественные преобразователи состоят из нескольких сотен электронных деталей и если нет явных сгоревших элементов, то найти поломку и устранить её будет очень сложно.

Будет интересно➡ Зачем нужен преобразователь частоты

Некоторые же китайские недорогие устройства данного типа, вообще, в принципе лишены возможности их ремонта, чего нельзя сказать об отечественных производителях. Да может они немного громоздкие и не компактные, но зато подлежат ремонту, так как многие из их деталей можно заменить на аналогичные.

Полезные ссылки

Работа с ADC (АЦП) в ESP32 в документации от Espressif (ENG).
Работа с ADC (АЦП) в ESP32 в документации от NodeMCU (ENG).
Рекомендации по схемотехнике ESP32 от производителя. Обратить внимание на VDDA — analog power supply — опорное напряжение для АЦП.
Пример работыс АЦП ESP32 (ENG).
Работа с ADC в ESP8266 (Eng).
ADC в ESP8266 (Eng).
Обсуждение какое максимальное напряжение у АЦП ESP8266 (ENG).
Обсуждение как использовать АЦП ESP8266 (RUS).
Обсуждение точности АЦП ESP32 (ENG).

Spread the love

Простой самодельный инвертор напряжения 12-220В на двух транзисторах

В качестве трансформатора использовал ферритовые чашки с такимим размерами: диаметр – 35 мм, высота – 20мм. Сперва мотается первичная обмотка, она содержит 14 витков провода диаметром 0,5 мм, после намотки ее нужно обернуть изолентой в один слой. Вторичная обмотка трансформатора мотается проводом диаметром 0.2мм и содержит 220 витков, поверх ее также обматываем изолентой в один слой. Все, трансформатор готов, осталось только собрать половинки и посадить на болтик.

Методом проб и ошибок подобрал для схемы транзисторы, ориентируясь на минимальный ток потребления схемы. Получилась пара КТ814 и КТ940, затем были подобраны сопротивления и емкость. В результате моих опытов получилась вот такая схема с указанными номиналами, она приведена выше. Данная конструкция простого инвертора напряжения отлично подходит для питания энергосберегающей лампы мощностью в 8,9,11 Ватт. Лампы мощностью в 20 ватт не хотят работать, скорее всего вторичка слабовата – переделывать я не стал. Лампа мощностью в 9 ватт светит так же ярко как и при питании напрямую от сети переменного тока 220В. Потребляемый ток схемы преобразователя напряжения колеблется в пределах 0.5 – 0.54 Ампера.

Интересно почитать: Как легко проверить блок питания компьютера на неисправности.

Если использовать вместо транзистора КТ940 транзистор КТ817 и аналогичные то ток, потребляемый схемой инвертора напряжения и лампой, возрастает до величины 0,86 Ампера. Данная конструкция простого инвертора напряжения доступна к изготовлению всем радиолюбителям и начинающим. Преимущества данной конструкции очевидны: простота изготовления и надежность в работе.

Нужно отметить что очень много радиолюбителей проживает в сельской местности и не имеют возможности приобрести импортные детали, к тому же хоть и недорого но стоят денег те же полевые транзисторы, которые при ошибке тут же могут сгореть или выйти из строя, не говоря уже о микросхемах. А чаще всего у радиолюбителя запасы радиодеталей ограничены. Вот так и появился простой инвертор напряжения, собранный из деталей, полученых из советского хлама. Имея в распоряжении аккумулятор емкостью в 7 Ампер-Часов нетрудно подсчитать на сколько времени его хватит – проверял лично.

Самодельный преобразователь напряжения.

Часто задаваемые вопросы

Как рекомендуемый ток заряда до 0,3C влияет на пластины батарей?

У обычной свинцово-кислотной батареи при токах заряда 0,25-0,3С будет происходить ускоренная реакция выделения водорода, что приведет к высыханию и набуханию батареи. У батарей серии Carbon в следствие емкостного эффекта и увеличения числа пластин, большие токи будут равномерно распределены по пластинам, что предотвратит негативные реакции по расщеплению воды в составе электролита.

Почему не работает преобразователь напряжения?

Неисправность преобразователя напряжения часто возникает из-за использования не подходящих проводов (например, алюминиевых вместо медных). Многие модели инверторов чувствительны к питания. Они рассчитаны на работу только от аккумуляторных батарей или стабилизированных источников электропитания. Такие устройства нельзя подключать к солнечным панелям или бензогенераторам.

Какие трудности могут возникнуть при ремонте преобразователя напряжения?

Основная сложность заключается в выборе аналогов транзисторов и трансформаторов при отсутствии оригинальных компонентов. Остальные элементы электросхемы — например, резисторы, конденсаторы или диоды — не имеют конструктивных особенностей, поэтому можно использовать любые доступные детали, подходящие по напряжению, мощности и номиналу.

Области применения

Разделитель 100 амперный
Сфера применения многозонных преобразователей напряжения очень обширна. Они традиционно используются в следующих целях:

в линейных устройствах для распределения и передачи электроэнергии;
для проведения таких ответственных технологических операций, как сварка, термическая обработка и им подобных;
при необходимости электроснабжения нагрузочных цепей в самых различных областях техники.

В первом случае вырабатываемая на электростанциях ЭДС повышается с помощью этих устройств с 6-24 кВ до 110-220 кВ – в таком виде ее легче «перегонять» по проводам на дальние расстояния. На районных подстанциях уже другие трансформаторные устройства обеспечивают ее снижение сначала до 10 (6,3) кВ, а затем – до привычных 380 Вольт.

При обслуживании технологического оборудования преобразователи напряжения применяются в качестве электротермических установок или сварочных трансформаторов.

В промышленности

Самая обширная область применения – обеспечение качественным питанием следующих промышленных образцов потребителей:

аппаратуры, работающей в линиях автоматического управления и контроля;
устройств телекоммуникации и связи;
широкого спектра электроизмерительных приборов;
специального радио- и телевизионного оборудования и тому подобное.

Особую функцию выполняют так называемые «разделительные» трансформаторы, используемые для развязки нагрузочных линий от высоковольтного входа.

Поскольку такие преобразователи «играют вспомогательную роль», чаще всего они имеют небольшую мощность и сравнительно малые размеры.

В быту, медицине и оборонной промышленности

Преобразователь напряжения 24/12V DC-20
Достаточно широко применяются преобразователи напряжения и в быту. На их основе построено большинство БП, используемых для зарядки бытовой техники, а также более сложных устройств типа:

стабилизаторы напряжения;
инверторы;
резервные блоки питания и т. п.

Наиболее востребованы эти устройства в медицине, военной сфере, а также в энергетике и науке. В этих отраслях к ним предъявляются особо «жесткие» требования, касающиеся качества преобразуемого напряжения («чистоты» синусоиды, например).

Основные неполадки и их ремонт

Основными поломками простейшего выпрямителя с понижающим трансформатором и диодным мостом являются:

Обрыв провода вторичной обмотки – при такой неисправности выпрямитель не работает. Определить обрыв обмотки можно при помощи мультиметра с функцией прозвонки. Устраняют данную неисправность полной перемоткой поврежденной обмотки с обязательным соблюдением требований к диаметру медного проводника и количеству витков.
Неисправность диодного моста – в результате выходя из строя хотя бы одного диода данный узел выпрямителя перестает выдавать на нагрузку ток с требуемыми характеристиками. Для устранения данной поломки следует при помощи мультиметра найти вышедший из строя диод, выпаять его и заменить на новый с аналогичными характеристиками.
Выгорание конденсатора-фильтра.

Неполадки оснащаемых сложными контроллерами и платами управления инверторов и выпрямителей самостоятельно устранять не следует. Ремонтом данных устройств должен заниматься имеющий соответствующую квалификацию и опыт работы специалист.

Самодельный преобразователь

Простейший выпрямитель можно собрать своими руками по приведенной ниже схеме.

Схема простейшего самодельного выпрямителя с диодным мостом

Поняв, что такое преобразователь, разобравшись в его конструкции и принципе действия, можно не только самостоятельно производить диагностику и ремонт данного устройства, но и изготавливать его самостоятельно дома. При этом самодельный аналог по надежности и функционалу мало чем будет уступать заводским приборам. Себестоимость такого прибора будет в разы ниже.

Преобразователь тока в напряжение на ОУ

В радиотехнике часто возникает необходимость в преобразователях. Многие источники сигнала имеют токовый выход. К таким источникам относятся ЦАПы, фоторезисторы, фототранзисторы и др… Для последующих манипуляций с сигналом необходимо преобразовывать его в напряжение. Рассмотрим проверенный временем преобразователь тока в напряжение на ОУ с разными источниками сигнала.

Преобразователь тока в напряжение

Преобразователь тока в напряжение (или сокращенно I-U преобразователь) — это схемное решение, позволяющее преобразовывать выходной токовый сигнал источника в напряжение.

Так же его называют усилитель — преобразователь сопротивления. Такое название в технической литературе было дано за то, что простейший преобразователь тока в напряжение — это резистор.

Вся магия преобразования происходит по закону дедушки Ома. Ток i_вх протекая через резистор R вызывает на нем падение напряжение U_вых. Величина этого напряжения прямо пропорциональна произведению сопротивления резистора и входного тока. Пожалуй формулой все звучит даже проще:

Основной недостаток использования одного резистора состоит в его ненулевом сопротивлении. Это обстоятельство становится серьезной проблемой, когда источник не в состоянии обеспечить необходимый уровень напряжения на резисторе. Результатом буду просадки напряжения на выходе.

Еще больше сопротивление сказывается на работе преобразователя, если у источника тока малый выходной рабочий диапазон. К таким источникам относится, например, фотодиод. Его выходной ток составляет единицы мкА.

В случае же ЦАПа, особенно высококачественного, использование резистора для преобразования предпочтительнее. Почему и зачем читайте в статье Резистор для ЦАП с токовым выходом. Это обусловлено некоторыми фазовыми проблемами схем, которые будут рассмотрены. К счастью для нас, источникам вроде фотодиода фазовые искажения безразличны.

Схема преобразователя ток-напряжение на ОУ

Ток сигнала i_вх втекает в инвертирующий вход. Поскольку входной ток идеального ОУ равен нулю, то весь входящий ток поступает на резистор R цепи обратной связи. Этот ток создает на резисторе падение напряжения по закону все того же Ома.

Как результат ОУ будет стараться поддерживать на сопротивлении нагрузки R_Н напряжение, пропорциональное величине входного тока. Коэффициент усиления схемы в, таком случае, имеет размерность сопротивления. Что еще раз объясняет советское название усилитель-преобразователь сопротивления:

Преобразователь для заземленного источника

Рассмотрим несколько схем преобразователя тока в напряжение на ОУ, подходящие для любого случая. Начнем со схемы преобразователя для фотодиода.

Направление протекания тока показано стрелкой, и для данного случая величина выходного напряжения составит:

Знак минус появляется из-за выбранного направления протекания тока фотодиода. (Указано стрелкой на схеме выше)

На этой схеме так же показан дополнительный резистор в 1 МОм, с неинвертирующего(+) входа ОУ на землю. Схема останется работоспособной и без этого резистора, а вход операционного усилителя в таком случае заземляется напрямую.

Однако имея резистор в 1 МОм в цепи обратной связи, на каждый 1 мкА входного тока на выходе будет создан 1 Вольт напряжения. При таком коэффициенте усиления (миллион раз) резистор желателен из-за неидеальности операционных усилителей.

Преобразователь тока в напряжение используют и с источниками сигнала, подключенными к шине питания. Такая схема часто применяется с элементами вроде фототранзисторов. Фототранзистор потребляет (пропускает) ток, под действием внешнего источника света, положительной шины питания.

Преобразователь тока в напряжение для незаземленного источника

Такой преобразователь отличается наличием второго токочувствительного резистора в цепи прохождения сигнального тока, который заземлен. Схема симметричного преобразователя ток-напряжение это подобие дифференциального усилителя.

В следствии падения напряжения так же и на заземленном резисторе, потенциал входа ОУ падает ниже потенциала земли, а на выходе устанавливается напряжение:

Симметричный преобразователь тока в напряжение — пример операционной схемы, которой необходим незаземленный (плавающий) источник сигнала. Таким источником может послужить все тот же фотодиод. При этом фотодиод может быть вынесен за пределы платы. Для еще большей минимизации помех, желательно использовать экранированный кабель, экран которого должен быть соединен с землей.

Заключение

Рассмотренные схемы используются повсеместно. Они прекрасно подходят для токовых источников с плавным изменением сигнала. Для ЦАПов же предпочтительнее использование резистора. О том, чем это лучше, и как правильно согласовать резистор со следующим каскадом читайте в статье Резистор для ЦАП с токовым выходом .

Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru

Небесный Андрей/ автор статьи

Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название — АудиоГик. Материалы этого сайта — личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали 🙂

Это будет даже больше, чем спасибо:

Владимир 03/04/2019 в 15:05

Здравствуйте, Андрей!
Спасибо за полезную информацию!
Хочу воспользоваться Вашим советом, однако меня гложет одно сомнение. Насколько правильно использовать преобразователь ток-напряжения (ТИ) для трансформатора тока (ТТ)? ТТ требуется обязательно сопротивление нагрузки. В теории ТИ обладает нулевым входным сопротивлением. Или я заблуждаюсь? Не корите строго в схемотехнике я не силен. 🙂

Небесный Андрей (автор) 05/04/2019 в 01:46

Здравствуйте Владимир!
Честно говоря с трансформаторами тока не работал, но слегка по-гуглил.
Во первых — у Вас переменный или постоянный ток?
Во вторых да, преобразователь ток-напряжение в идеале имеет нулевое входное сопротивление. Для преобразования можете воспользоваться резистором, а уже с него снимать напряжение тем же неинвертирующим усилителем на ОУ, такое было показано в статье Резистор для ЦАП с токовым выходом.
Если у вас переменный ток, то для измерений требуется его сначала выпрямить, для этого можно воспользоваться активным выпрямителем.

Владимир 08/04/2019 в 10:41

Андрей, спасибо за ответ!
Я перечитал, и взял на вооружение все Ваши подходящие мне статьи.
Кроме того просмотрел, И Хоровица с нашим дорогим Хиллом :), и Титце с Шенком тоже, и Достала, который Иржи, а также Пейна. Складывается впечатление, что противоречий нет. Но и уверенности тоже нет. Сказывается отсутствие знаний в теории цепей и практической схемотехнике. Видно надо макетировать и пробовать. Как говорят теоретики — практика критерий истины. 🙂
Ток конечно же переменный.
Изначально я так и хотел, нагрузить вторичку сопротивлением (ТТ требует обязательную нагрузку), но потом наткнулся на статью, где утверждалось, что все современные измерители с ТТ используют преобразователи ток-напряжение, ну и загорелся!
Еще раз спасибо!

Леонид 02/06/2019 в 09:18

Андрей! Доброе время суток! Хочу сказать пару слов по теме — схема с n-p-n фототранзистором (Ik=1…2.ma, Vcc= +/- 12V) вполне работоспособна. Эксперименты по её применению в ИК-датчике показали следующее:
частотный диапазон 0-3,0 кГц ( выше просто не проверял, т.к. не надо)
неравномерность АЧХ в полосе 20 Гц-3,0 кГц — менее 0,5 дБ
коэфф. нелинейных искажений — менее 3% (может и меньше, надо уточнить с генератором тестового сигнала, а я проверял на вибростенде, у которого своих искажений хватает)
амплитуда — 3,0 В и более.
ИМС ОУ проверялись разные — от LM358 до малошумящих
Тема интересная.
Удачи

Небесный Андрей (автор) 07/07/2019 в 21:25

Здравствуйте! спасибо за столь подробный комментарий!
Рад что у Вас получились интересные результаты. Вообще схемку я позаимствовал У Хоровиц и Хилла. Сам когда-то ее собирал) Правда так глубоко не копал ее характеристики, ибо не требовалось)
Извиняюсь, что так долго отвечал, готовился к защите магистерской диссертации)

Как из постоянного тока сделать переменный

Для некоторых электроприборов требуется электропитание в виде переменного напряжения, однако не всегда оно доступно. В таком случае возникает вопрос, как из постоянного тока сделать переменный. Его можно решить, используя преобразователь постоянного электрического напряжения в переменное.

История использования

О токе, который теперь называется постоянным, человечество узнало давно. О существовании переменного стало известно при изучении свойств электромагнитного поля. Первая работа на эту тему была опубликована в 1831 году.

В США первоначально рассматривалось применение и постоянного, и переменного тока для электропитания на равных. Оба варианта имели своих сторонников и веские аргументы для внедрения. Однако по причинам коммерческого характера преимущество получило использование переменного электротока. Постепенно это стало общемировым стандартом.

Необходимость преобразования напряжения

Для каждого прибора имеются требования к характеристикам питающего тока. В быту обычно используют переменный ток с частотой 50 Гц, из которого получают тот, который необходим для конкретного вида электрооборудования. Например, для этой цели может быть использован адаптер питания для смартфона.

Иногда возникает необходимость выполнить противоположное преобразование. Это актуально в тех случаях, когда электроэнергию получают в виде постоянного тока. Такая ситуация, например, возникает при использовании солнечных батарей. Этот способ является дешевым и эффективным, но требует дальнейшего преобразования постоянного тока в переменный.

Преобразовывать постоянный ток в переменный выгодно из-за преимуществ последнего. В качестве примера можно привести следующие факты:

Использование в трансформаторах сокращает потери при передаче электроэнергии на значительные расстояния.
Переменный электроток обеспечивает эффективную работу индукционных нагревателей.
Дроссельные фильтры дают возможность избавляться от высокочастотных помех. Выбор частоты осуществляется путём изменения индуктивности катушки.
Использование переменного тока позволяет получать постоянно изменяющееся магнитное поле.

Техника преобразования

Чтобы получить переменный ток из постоянного, необходимо воспользоваться прибором, который называют инвертором. Он может работать с использованием различных схем. На рисунке представлен простейший вариант устройства.

Схема простого инвертора включает два транзистора, которые попеременно открываются и закрываются. В результате устройство подключается к источнику постоянного тока с разной полярностью. Таким образом происходит преобразование из постоянного тока в переменный. При этом необходимо обеспечить наличие нужной частоты. Иногда для этого применяют электронное управление с помощью микросхем.

После инвертора электроток не всегда обладает нужными характеристиками. Чтобы получить их, переменный ток пропускают через трансформатор. Это преобразующее устройство создает на выходе ток с необходимыми параметрами, например, ток частотой 50 Гц и переменное напряжение 220 В.

Существуют различные типы инверторов. Каждый из них обладает своими особенностями, что необходимо учитывать при выборе. В интернете можно найти множество инструкций, как сделать инвертор самостоятельно. Но следует учитывать, что такая не простая работа требует определенного уровня квалификации. Поэтому проще приобрести нужную модель в магазине.

Разновидности инверторов

Инверторы могут классифицироваться по нескольким признакам. Одним из них является форма получаемого сигнала. Инверторы способны вырабатывать:

Сигналы прямоугольной формы.
Ступенчатой формы. В этом случае постоянное напряжение обрабатывается в два этапа. Сначала происходит образование однополярных импульсов нужного вида и удвоенной частоты. Затем при помощи мостового преобразователя получают разнополярный сигнал с необходимыми характеристиками.
Синусоидальной формы. В этом случае сначала получают высокочастотный сигнал одинаковой амплитуды. Затем при помощи мостового инвертора многократно выполняют специальную модуляцию.

По принципу действия инверторы делятся на автономные и ведомые сетью. Последние называются зависимыми. Они применяются, например, на электровозах в качестве силовых преобразователей.

Автономные устройства делятся на:

инверторы напряжения;
тока;
резонансные.

Инверторы строятся на основе разных схем:

Мостовой инвертор без трансформатора используется для преобразования постоянного напряжения в тех случаях, когда на выходе необходимо получить мощность выше 500 В×А при напряжении 220 или 380 В.
Схема с нулевым выходом трансформатора преобразует постоянный ток в переменный, если требуется мощность не более 250–500 В×А. Такой инвертор обеспечит питание устройствам, потребляющим 12 или 24 В.
Для промышленных целей, когда требуется мощность от нескольких киловольт-ампер до десятков или для обеспечения энергией ответственного оборудования, используют мостовой инвертор с трансформатором.

Во всех перечисленных случаях получают переменный ток, амплитуда которого по форме в той или иной степени приближается к синусоиде.

Как выбрать инвертор

Чтобы выбрать подходящий инвертор, необходимо обратить внимание на следующее:

Мощность устройства должна превышать ту, которую имеют его потребители.
Необходимо, чтобы характеристики переменного тока (частота, амплитуда, форма импульсов) подходили для использующих его электроприборов.
При преобразовании немаловажное значение имеет фаза синусоиды. Инвертор должен обеспечивать питание даже тогда, когда потребление подключённых устройств достигает максимума. Это особенно актуально в тех случаях, когда речь идёт об электродвигателях, насосах или компрессорах.

Чтобы рассчитать требуемую мощность преобразователя, необходимо предпринять такие шаги:

Нужно из технической документации подключаемых приборов определить их номинальную мощность. Для примера можно привести холодильник (200 Вт) и пылесос (1000 Вт). Суммарная мощность будет равна 200 + 1000 = 1200 Вт.
Требуется определить пиковое значение мощности. Для этого полученную величину необходимо умножить на 1.3. В рассматриваемом примере получается 1200×1.3 = 1560 Вт.
Дополнительно следует учесть коэффициент, который равен 0.6–0.99. Для вычислений используют минимальное значение: 1560/0.6 = 2600. Результирующее значение выражается в Вольт-Амперах. Оно представляет собой мощность, которую должен обеспечивать инвертор для питания в рассмотренном случае.

Инвертор, обеспечивающий преобразование тока, постоянно отслеживает фазу электросети и поддерживает значение выходного напряжения, которое несколько превышает значение сетевого.

Видео по теме

источники:

https://svet202.ru/teoriya/preobrazovatel-toka-v-napryazhenie.html

https://audiogeek.ru/i-u-preobrazovatel/

https://profazu.ru/knowledge/electronics/kak-iz-postoyannogo-toka-sdelat-peremennyj.html