Бюджетный автомобильный инвертор Doxin с заявленной выходной мощностью 1500W. Детектор понижающий инвертор

Детектор — понижающий инвертер

Большинство начинают свою радиолюбительскую практику с постройки простейшего детекторного приемника. Но вот незадача: везде пишут, что нужны высокоомные телефоны (наушники) с сопротивлением постоянному току 3,6…4,4 кОм. А где их взять, если нет отца или деда радиолюбителей? Как будто, такие телефоны еще выпускают, но на прилавке каждого магазина они не лежат, это уж точно. Зато полно всяких и разных, в том числе и совсем миниатюрных наушничков для плееров, проигрывателей компакт-дисков и тому подобных устройств. Все они низкоомные, имеют сопротивление 30…70 Ом, и его легко можно измерить тестером.       Один, и довольно неплохой выход из ситуации — применить понижающий трансформатор на выходе приемника. Так, кстати, сделано в любом трансляционном громкоговорителе. Нужен коэффициент трансформации не менее 10:1, тогда напряжение понизим в 10 раз, но ток увеличим тоже в 10 раз, следовательно, сопротивление трансформируется в 100 раз (вы еще не забыли закон Ома?), ведь R = U/I. Найти подходящий трансформатор тоже не так уж и просто, от больших и тяжелых «трансов» отказываются даже в блоках питания современной радиоэлектронной аппаратуры, заменяя их полупроводниковыми импульсными инвертерами.       Может быть, и нам поступить так же? Посмотрим, как работает понижающий импульсный инвертер постоянного тока (рис. 1). Основа его — транзисторный ключ S1, замыкаемый часто, но на очень короткие промежутки времени (рис. 2, верхний график). Управление ключом — электронное, от встроенного генератора.      Ключ посылает импульсы через индуктивность L1 в нагрузку Rн, но ток через индуктивность быстро изменяться не может (нижний график на рис. 2), поэтому он плавно нарастает в течение импульса, и затем еще более плавно спадает в промежутке между импульсами. Накопленная в катушке энергия магнитного поля при этом расходуется в нагрузке. Для прохождения тока при разомкнутом ключе служит диод VD1. Пульсации тока в нагрузке тем меньше, чем больше индуктивность катушки L1. Их можно и еще уменьшить, подключив параллельно Rн сглаживающий конденсатор большой емкости, подобно тому, как это сделано на входе инвертера (С1) для уменьшения влияния работы ключа на источник тока.       Итак, мы ясно видим, что выходное напряжение Uвых инвертера может быть во много раз меньше, чем входное Uвх. Не совсем очевидно, что ток в нагрузке будет во столько же раз больше. Но это легко понять, учтя, что во время импульса инвертер потребляет очень большой ток от источника. После импульса этот ток сохраняется индуктивностью и продолжает поступать в нагрузку, а от источника не потребляется ничего. В среднем потребляемый ток получается малым, а в нагрузке — большим. КПД (отношение выходной мощности ко входной) современных инвертеров превосходит 90%, что практически не хуже, чем у трансформаторов! Но трансформаторы не могут преобразовывать постоянный ток, а инвертеры — могут.      Хорошо, попробуем применить инвертер в детекторном приемнике. Но где взять генератор импульсов для управления ключом? Ведь частота следования импульсов должна быть очень высокой, обязательно выше звукового диапазона (выше 20…30 кГц), иначе мы ничего не услышим, кроме писка самого инвертера. Вы не поверите, но оказывается, что такой импульсный генератор в приемнике уже есть! И частота следования импульсов равна несущей частоте принимаемой радиостанции. Чтобы в этом убедиться, давайте рассмотрим подробнее работу самого детектора, и обратимся к схеме простейшего детекторного приемника (рис. 3).       Когда на детекторный диод VD1 поступает положительная полуволна напряжения с контура, образованного емкостью антенны и индуктивностью катушки L1, диод открывается, и заряжает блокировочный конденсатор С1. Синусоидальная форма ВЧ сигнала в контуре Uант и форма напряжения на конденсаторе Uс1 показаны на верхнем графике рис. 4. Затем конденсатор С1 относительно медленно разряжается через резистор нагрузки Rн (высокоомный, заметьте). Следующая положительная полуволна ВЧ напряжения снова открывает диод, но лишь на своей вершине. Таким образом, диод открыт лишь короткую часть периода ВЧ колебаний, и ток через него носит характер коротких импульсов.       Надо полагать, что читатель немного знаком с процессом детектирования амплитудно модулированных (АМ) колебаний, и понимает, что если амплитуда ВЧ сигнала растет, в такт со звуковым напряжением, то увеличивается и среднее напряжение на конденсаторе С1, а если уменьшается, то и напряжение падает. Тогда вместе с постоянной составляющей напряжения в нагрузке выделятся и колебания звуковых частот. Итак, у нас есть импульсы тока через диод, вполне подходящие для понижающего инвертера. Но как их отделить, и использовать для управления транзисторным ключом? Оказалось, ничего нет проще!      Мы используем в качестве диода переход эмиттер–база самого ключевого транзистора. В этом и состоит главная «изюминка» предлагаемого здесь приемника. Полная его практическая схема показана на рис. 5       АМ сигнал с контура СантL1 подан на эмиттер транзистора VT1, а в цепи базы включена нагрузка — высокоомный резистор R1, шунтированный блокировочным конденсатором малой емкости С1. Расход энергии сигнала в этой цепи невелик, но зато ток через переход эмиттер-база носит характер коротких импульсов. Во время импульса тока транзистор открывается, и основной ток (более 90%) поступает в накопительную индуктивность (дроссель) L2, а через него — в телефоны, точно так же, как в инвертере.      Катушка L1 взята от магнитной антенны (МА) любого транзисторного приемника. Если емкость нашей внешней антенна невелика, можно обе катушки, ДВ и СВ диапазонов, имеющиеся в МА, соединить последовательно. Настройка на радиостанции ведется вдвиганием-выдвиганием ферритового стержня той же МА. Дроссель L2 — фабричный, индуктивностью от 300 мкГн и более.       Телефоны подберите по максимальной громкости приема (если есть выбор), некоторые имеют совсем малую отдачу (чувствительность). Два стереотелефона лучше соединить последовательно, для этого используйте только «горячие» выводы разъема XS1, а «земляной» вывод оставьте свободным. Телефоны при этом будут работать в противофазе, «размывая» звуковую картину, но сам я особых неудобств от этого не почувствовал, напротив, звучание показалось объемнее. Если есть желание, попробуйте разные варианты включения.      Транзистор лучше выбрать германиевый, высокочастотный. У него ниже порог открывания, следовательно, и чувствительность к слабым сигналам. Подойдут ГТ313, или устаревшие П403, П423, ГТ308. Кремниевые транзисторы хорошо работают при приеме местных станций. Годятся КТ363, КТ3109. Испытайте транзисторы, какие найдете, и выберите лучший из них. Вместо Д18 подойдет любой высокочастотный германиевый диод. Если вместо p-n-p, указанного на схеме, будет использован n-p-n транзистор, полярность включения диода также надо изменить на обратную.      С наружной антенной длиной всего около 10м (луч) и низкоомными наушниками сначала был испытан приемник по схеме рис. 3. Детектор сильно шунтировал контур, поэтому селективности не оказалось никакой, несколько станций принимались одновременно, а звук был очень тихим. При переходе к схеме рис. 5 громкость значительно возросла, а настройка на станции стала острой, т.е. радикально улучшилась селективность приемника. Количественных измерений не было проведено, и я надеюсь, что найдутся радиолюбители-энтузиасты, или студенты радиотехнических специальностей, кто их выполнит. Детектор совершенно новый, и его анализ вполне может явиться темой курсовой, или даже дипломной работы. Непременно сообщайте о результатах!      Кстати, сфера применения данного детектора вовсе не ограничивается ностальгическим хобби — детекторными приемниками. Его можно использовать и в тракте ПЧ супергетеродина, и в индикаторах поля, и в КСВ-метрах, одним словом везде, где необходимо согласование высокоомного источника ВЧ сигнала с низкоомной нагрузкой, например, стрелочным прибором.       12.12.08.  В.Т.Поляков

qrp.ru

Типовая схема Супервизора питания (детектор пониженного напряжения). Методика расчёта [2015.03.24] / Блог им. Celeron / Сообщество EasyElectronics.ru

Полезна ли эта статья? Однако, меня заворожила красота математических выкладок и пришедших идей. Поэтому захотел её опредметить… (Примечание: картинки в статье кликабельны и ведут на увеличенное изображение.)

Вступление

Определение: Супервизор — это микросхема детектор пониженного напряжения, для защиты схемы/устройства от некачественного питания (по англ. «Undervoltage Protection», «Undervoltage Sensing Circuit», «Supply Voltage Supervisor» и т.п.)

Читая даташиты на Супервизоры, и рассматривая функциональные схемы — заметил, что реализация встроенных компараторов напряжений различается:

1. Некоторые схемы основаны на классической конфигурации, когда эталонный Источник Опорного Напряжения (ИОН) подключается Анодом к Земле и подпирает один из входов Компаратора — это, ИМХО, более естественно и привычно. Обычно, в такой схеме, ИОН подпирает инверсный вход (-), тогда при снижении напряжения питания ниже Порога — выход компаратора переключается в состояние «лог.0», что значит: «ошибка» или «нет питания»… (см. схему «Рис.2»)
2. Но как ни странно, большинство Супервизоров общего назначения реализованы на перевёрнутой конфигурации: когда ИОН подключается как-то хитро… Катодом к шине Питания… Запутанная схема — вызвала желание разобраться… (см. схему «Рис.1»)

А впоследствии, ещё возник вопрос: какой из двух подходов эффективнее? Я тогда искал схемотехническое решение для собственной реализации Супервизора, на дискретных компонентах…

Таким образом, в этой статье представлен разбор принципа работы двух схем. Методика расчёта обвязки компаратора, для обоих схем. И мои рекомендации, какая из двух схем лучше.

1. Типовая схема Супервизора «Рис.1»

По этой схеме выполнены микросхемы Супервизоров: KIA70xx Series; PST529 Series; отечественные серии К1171СП2хх, К1274хх... То есть, здесь, большинство простейших универсальных трехвыводных супервизоров питания общего назначения.

Рис.1 — Типовая схема Супервизора:

Пояснение работы схемы На компаратор поступает два напряжения, формируемые: (1) каскадом со стабилитроном = Vcc — dUстаб. (фиксированная аддитивная добавка) (2) резистивным делителем = Vcc * R2/(R1+R2) (пропорциональная часть)

Изначально: (1)>(2), компаратор выдаёт «лог.0» на выходе.

При уменьшении Vcc, пропорциональная часть (2) от Vcc — уменьшается медленнее, чем целое Vcc (1)… В конце концов, потенциал (1) нагонит и сравняется с (2).

Смещение dUстаб. не влияет на скорость схождения — это лишь небольшая фора для (1), чтобы успеть нагнать напряжение (2), которое стартует при изначально более «выгодных» условиях {Упрощённо: если напряжение (1) бежит аж от Vcc до 0V, то напряжение (2) бежит от Vcc*R2/(R1+R2) до 0V...} Хотя, скорость снижения напряжения (1) быстрее. Однако, если бы не было смещения dUстаб., то (1) никогда бы не догнал (2), но они бы лишь сравнялись только в точке =0V.

Практически, процессы можно проиллюстрировать графиком «Рис.3», который облегчает настройку параметров системы и делает вещи более очевидными. Точка равенства напряжений (1)=(2): Uпорог-dUстаб. = Uпорог*R2/(R1+R2)

Рис.3 — Точка переключения компаратора:

Примечание: Для универсальности, далее в расчётах и по тексту, будем обозначать смещение и Стабилитрона, и ИОНа одинаково: dUстаб. (номинал стабилитрона) = Uref (номинал ИОН). По сути, это одно и тоже, тождественно...

Расчёт схемы Пусть, требуется Uпорог=3.2V

Номинал стабилитрона: Uref=3/4*Uпорог=2.4V (меньше не бывает, и в рекомендуемый диапазон попадает) Стабилитрон BZV55-B/C2V4 имеет ток утечки Irmax=50uA. Следовательно, в него надо загонять ток на порядок больше >500uA. Следовательно, номинал токоограничивающего резистора должен быть менее R3 < (Uпорог-Uref)/500uA=1600R, т.е. R3=1.5k

Компаратор должен иметь «Выход с открытым коллектором»… В модели использован Идеальный компаратор (для безглючности симуляции и чётких графиков), но входные каскады рассчитаем, для примера, на реальные компараторы общего назначения:

LMx39 (4шт. Компаратора, Питание single +2..36V, или dual +-1..18V) у него, средний входной ток: «Input Bias Current Max.» = 250nA плюс, для верности, дифференциал между входами: «Input Offset Current Max.» = 50nA

LMx93 (2шт. Компаратора, Питание single +2..36V, или dual +-1..18V) у него, средний входной ток: «Input Bias Current Max.» = 500nA плюс, для верности, дифференциал между входами: «Input Offset Current Max.» = 200nA (хм, этот — вообще, так себе...)

Предположим, реальная схема будет построена на компараторе «LMx39». Максимальный ток по входу, при самых неблагоприятных условиях, будет = «Input Bias Current Max.» + «Input Offset Current Max.» = 300nA Следовательно, через резистивный делитель должен протекать ток, как минимум, на порядок больше >3uA. Тогда, сумма номиналов резисторов должна быть, как минимум, меньше: (R1+R2) Хотя, для точности — желательно, конечно, чтобы через резистивный делитель протекал ток на два порядка больше >30uA. Тогда, сумма номиналов резисторов должна быть меньше: (R1+R2) Но при таком грубоватом компараторе (со значительными утечками) — мы не будем гнаться за идеальной схемотехникой. Тем более, что «типичные» токи утечки ожидаются на порядок меньше, чем «максимальные»… Поэтому, здесь, рекомендую рассчитывать на границу: (R1+R2)

Второе уравнение системы, для расчёта резисторов:(Uпорог-Uref)=Uпорог*R2/(R1+R2) или R2/R1=(Uпорог/Uref-1) а учитывая, что у нас Uref=3/4*Uпорог: R1=3*R2. Решив систему уравнений, получаем номиналы: R1=150k, R2=51k… Окончательную подстройку границы срабатывания производим экспериментально…

2. Классическая схема Супервизора «Рис.2»

По этой схеме выполнены микросхемы Супервизоров: ADM705, ADM706, ADM707, ADM708; TLC7701, TLC7725, TLC7703, TLC7733, TLC7705; и возможно, MN1280x, MN1281x... Это всё сложные специализированные супервизоры питания для микропроцессоров, с кучей дополнительных функций. Диапазон питания у данных супервизоров ограничен максимумом 6-7V. А компаратор напряжений, выполненный по «классической схеме», присутствует в них отдельным функциональным узлом. Но сюда же попадают и простейшие супервизоры общего назначения: MC34064, MC33064...

Рис.2 — Классическая схема Супервизора:

Расчёт схемыПервая часть расчётов — абсолютно такая же, как и для схемы «Рис.1» — можно не смотреть… Различия проявляются только во второй части расчётов. Причём, заметьте: полученные номиналы для R1 и R2 — абсолютно те же, что и для схемы «Рис.1», но взаимообратные, т.к. схема симметрична!

Второе уравнение системы, для расчёта резисторов: Uref=Uпорог*R2/(R1+R2) или R1/R2=(Uпорог/Uref-1) а учитывая, что у нас Uref=3/4*Uпорог: R2=3*R1. Решив систему уравнений, получаем номиналы: R1=51k, R2=150k… Окончательную подстройку границы срабатывания производим экспериментально…

3. Сравнение схем

Предыдущая схема «Рис.1», поначалу, меня очень удивляла: странно, почему Диод Зеннера в верхнем плече (это же источник опорного напряжения — обычно, его ставят от Земли до некоторого порога Uref)? Да ещё и выходы компаратора пришлось менять местами, для требуемой логики переключения (схема «Рис.1» выглядит перевёрнутой)? Классическая схема «Рис.2» — прямая и ясная: здесь, чётко виден уровень Vref; делитель входного (тестового) напряжения Vtest… Диод Зеннера (или ИОН) задаёт эталонное опорное напряжение, равное части Uпорогового…

Так зачем же путать себя (и природу), выдумывая хитрости конфигурации «Рис.1»? Догадываюсь: возможно, схема «Рис.2» хоть и проще/понятнее, но менее технологична для настройки и изготовления? У производителей свои причины…

По схемотехнике и принципиальной возможности для реализации — разницы нет, куда ставить Стабилитрон/ИОН, в верхнее плечо или в нижнее. Реализовать ИОН «от верхнего уровня» плавающего Питания (VCC) — столь же просто, в схемотехническом плане, как и «от нижнего уровня» фиксированной Земли (GND). Если задействуется простой Стабилитрон — там напряжение смещения формируется чисто физическими процессами PN-перехода, а не хитрой схемой ИОН — нет схемотехнических изысков, которые нужно упорядочивать… Однако, микросхемы ИОН имеют столь же простое подключение к схеме: имеют выводы условно именуемые «Анод» и «Катод». А «универсальные микросхемы» имеют ещё вывод обратной связи «ADJ» или «FB», для подстройки порогового номинала внешним резистивным делителем (вместо встроенного и фиксированного), но от своих же выводов «Анод» и «Катод»...

Что лучше: Типовая схема «Рис.1» или Классическая «Рис.2»? В чём эффективная разница между схемами «Рис.1» и «Рис.2»? При медленно изменяющихся входных сигналах — эти схемы одинаково эффективны, поскольку наклон графиков нивелируется… Но на больших частотах — это имеет значение!

1. Ведь, что такое наклон прямой графика? Это изменяющееся входное напряжение.
2. А что означает «изменение входного напряжения» — это перетекание зарядов, переходные процессы.
3. А переходные процессы — конечны во времени! Следовательно, имеют место «гонки сигналов».
4. А гонки сигналов — нарушают стабильность характеристик переключения Компаратора...

Т.е. Классическая схема «Рис.2», где уровень Uref (один из входных напряжений на Компаратор) фиксирован во времени — теоретически, более стабильная. Кроме того, схема «Рис.2» чуток проще рассчитывается… Поэтому, для дальнейшего продвижения и воспроизводства я бы рекомендовал идею «Рис.2»…

Однако, Vga обратил внимание на важный параметр Компараторов и ОУ: «Input Common Mode Voltage Range» (в datasheet обозначается как: Vicm или Vcmr), учёт которого разительно меняет всю картину:

Vga : при использовании LM358 или LM393 лучше поставить стабилитрон сверху, т.к. допустимый уровень сигнала на входах этих микросхем — 0V..Vcc-1.5V, т.е. при опоре в 2.4В снизу питание требуется не менее 4В. При стабилитроне сверху будет работать от 3В (ограничение самого LM358). Действительно, «допустимые уровни входных сигналов» — для большинства Компараторов и ОУ (исключая «Rail-to-Rail»), специфицируется как:

• Vicm = [0… Vcc-1.5V], при температуре +25°C
• Vicm = [0… Vcc-2.0V], во всём температурном диапазоне

А те микросхемы, что не поддерживают входные сигналы до самого нуля — как правило, ассиметрично ближе к нулю, например: [Vss+0.5V… Vdd-1.5V]. Такова тенденция…

Отдельного слова заслуживают элементы «Rail-to-Rail». Современная элементная база развивается по направлению к низковольтной и малотоковой электронике — микросхем «Rail-to-Rail» выпускается всё больше… Я не сильно искал. Потому, мне встретились только два экземпляра, поддерживающих полный диапазон входных напряжений (но их, конечно же, больше):

• Компаратор серии «MCP6541,1R,1U,2,3,4» имеет: «Input Voltage Range» Vcmr = [Vss-0.3V… Vdd+0.3V]
• Линейный ОУ серии «MCP6001/2/4» — также, специфицирует: «Common Mode Input Range» Vcmr = [Vss-0.3V… Vdd+0.3V] (и обещает полный «Rail-to-Rail Input/Output»)

Компоненты из категории «Rail-to-Rail» («от шины до шины») — имеется в виду способность принимать на вход или выдавать на выход напряжения «от уровня Земля до уровня Питания»… Кстати, замечу: спецификации на вход и на выход ОУ различаются — и далеко не все ОУ, способные выдавать «Rail-to-Rail» напряжения на выход, поддерживают также и полный диапазон входного напряжения!

• Вот, например, ОУ серии «MCP601/1R/2/3/4» специфицирует: «Common Mode Input Range» Vcmr = [Vss–0.3V… Vdd–1.2V] (т.е. обещают лишь «Input Range Includes Ground»)...

В принципе, при использовании «Rail-to-Rail Input» компараторов — уже не играет роли какую схему использовать для Супервизора: Типовую «Рис.1» или Классическую «Рис.2». Но следует учитывать, что элементы «Rail-to-Rail» — как правило, низковольтные и дороже обычных (что тоже немаловажно), их ассортимент и доступность более ограничены. Поэтому, в общем случае, не следует на них особо рассчитывать…

Таким образом, абсолютное большинство существующих Компараторов/ОУ (и все традиционные, схемотехника которых рассчитана на широкий диапазон напряжений питания +2..36V) — очень плохо переносят высокие входные напряжения (приближённые к питанию). Хотя, при этом, зачастую хорошо принимают низкие напряжения, вплоть до уровня Земли. Это очень важный аргумент в пользу схемы «Рис.1»! Наверное, это всё и объясняет: Производители выбирают Типовую схему «Рис.1» для всех простейших Супервизоров — поскольку они предназначены для работы в широком диапазоне напряжений питания, и в особенности для пониженных напряжений (смотри пример на «Рис.5»).

Что лучше: Стабилитрон или ИОН? Стабилитрон гораздо дешевле и доступнее (везде можно купить)… Модельный ряд Стабилитронов гораздо шире: существуют Диоды Зеннера на довольно большие номиналы напряжений (до 100-200V)! В то время как, ИОНы: выпускаются только на малые напряжения (до ~10V), и только для характерных пороговых напряжений (что диктуется технологически).

Однако, для Супервизора большие номиналы напряжений не нужны — чаще требуются малые… И вот тут, ограничение: стабилитроны не бывают на очень малые напряжения! До <2.4V — используются только ИОНы (по технологии Бандгап?) А ещё, по сравнению с ИОН, Стабилитроны гораздо менее точны (разброс параметров в серии, и температурный дрейф)…

Поэтому, для построения Супервизора — предпочтительнее использовать ИОНы. Хотя, если не требуется большая точность срабатывания (если у вас не супер мощный микропроцессор с узким диапазоном напряжений питания), и если порог срабатывания схемы не очень мал (выше >4V) — то можно использовать и Стабилитрон, как дешёвую альтернативу.

Зачем нужен выходной транзистор Q1? Этот вопрос лучше задать иначе: Почему на функциональной схеме Супервизора, в datasheet, после ОУ изображён дополнительный выходной каскад на биполярном транзисторе? Ответ: Нет там никакого ключа! Это условное графическое изображение (УГО) того факта, что выход Супервизора — с открытым коллектором (англ. «Open collector» or «Open-Drain» Output).

Есть одно важное Функциональное Требование: от Супервизора требуется ВЫХОД С ОТКРЫТЫМ КОЛЛЕКТОРОМ. Ведь, одно из самых традиционных применений Супервизоров — это давить шину RESET к Земле (при некачественном питании)…

Как правило, и для большинства выпускаемых Компараторов это так: выход Компаратора напряжений представляет собой «выход с открытым коллектором»! Почему именно выход с открытым коллектором? Это лёгкий и доступный, и наверное самый простой, способ обеспечить необходимую универсальность применения Компараторов: совместимость выходов логическим уровням TTL и CMOS. А также, для специфических схем, где требуется открытый коллектор: например, соединять выходы нескольких компараторов по «логике ИЛИ»… или вот, подобно Супервизору, для непосредственного подключения к «Шине с открытым коллектором»…

Но не смотря на то, что Компаратор — это разновидность ОУ… Однако, выходные каскады Операционных усилителей (ОУ) — построены по Двухтактной схеме (как в комплементарной логике), и не являются «выходами с открытым коллектором»! Поэтому, Операционные усилители (такие как LM324, LM358 и LM741), обычно, не используются в радиоэлектронных схемах в качестве компаратора напряжений, из-за их биполярных выходов (и низкой скорости). Тем не менее, эти операционные усилители могут быть использованы в качестве компаратора напряжений, если к выходу ОУ подключить диод или транзистор — для того чтобы воссоздать выход с открытым коллектором… (Приятный бонус: использование внешнего транзистора позволит обеспечить бОльший ток нагрузки, чем у обычного компаратора.)

Поскольку условное графическое изображение (УГО) компараторов и ОУ практически не различаются, то на схемах в datasheet, чтобы подчеркнуть факт «открытого коллектора» — специально дорисовывают дополнительный выходной каскад на биполярном транзисторе (с открытым коллектором)…

Какой номинал «эталонного смещения» выбрать? Теоретически, можно построить всю серию Супервизоров (весь номинальный ряд от и до [Uпорог_min..Uпорог_max]) на одном единственном ИОН, с фиксированным опорным Uref. Единственное условие, здесь: чтобы опорное напряжение было меньше всех, Uref

Сразу забрезжили «розовые перспективы»: Для всей серии, внутри микросхемы, использовать один и тот же Стабилитрон/ИОН — отлаженной схемы, исследованных и фиксированных характеристик. А вся подстройка на требуемый порог (Uпорог) осуществляется только подбором резисторов в делителе R1:R2… Преимущества: Технологичность производства (повторяемость характеристик изделий с конвейера), Простота проектирования и перенастройки оборудования для разных номиналов серии… Температурная нестабильность параметров одинаковая во всей серии (т.к. схема одна и та же).

Но это теоретически… А так ли это здорово практически?

Disclamer: На самом деле, я конечно не знаю наверняка, как в промышленных интегральных супервизорах — используется ли один и тот же стабилитрон во всей серии? всеми ли производителями? В зависимости от технологии производства, в микросхеме могут использоваться как простые «стабилитроны в интегральном исполнении», так и некие «схемы ИОН»… И их может быть несколько номиналов на всю серию, для повышения точности и надёжности конечного Супервизора… Разбор графиков, ниже, показывает: для повышения точности и надёжности конечного Супервизора — на разные поддиапазоны Uпорогового, следует подбирать своё оптимальное эталонное смещение (Uref)…

4. Методические рекомендации по расчёту Компаратора напряжений в схеме Супервизора

Для настройки схемы Супервизора (точнее, его центрального узла: Компаратора) на конкретный порог срабатывания — первым делом, нужно выбрать оптимальный номинал эталонного смещения: Стабилитрон (dUстаб.) или ИОН (Uref)…

Сперва, разберём Типовую схему «Рис.1» — как самую непонятную, и потому, интересную.

Если есть возможность выбирать номинал Стабилитрона/ИОН (а в схеме на дискретных компонентах такая возможность имеется) то, для повышения надежности работы схемы и чёткости настройки: лучше брать Стабилитрон/ИОН номиналом = [1/2*Uпорог… 3/4*Uпорог], чтобы прямые (1) и (2) на графиках «Рис.4»,«Рис.5»,«Рис.6» сходились под как можно более тупым углом!

Вот здесь-то и становится очевидным, почему нельзя построить всю серию Супервизоров на одном ИОН:

• Если взять большое опорное напряжение — это очень сильно ограничит диапазон пороговых напряжений, на которые можно построить Супервизор — потому что требуется: Uref<Uпорог_min.
• Но при слишком маленьком опорном, графики (1) и (2) сходятся уже под таким острым углом, что начинает играть очень большую роль чувствительность входов реального Компаратора/ОУ (см. влияние параметров «Input offset voltage» и «Input offset Drift») — пропорционально, набегает очень большая погрешность измерений входного/тестируемого напряжения питания. Например, пусть Vcc упало на -1V, но при делителе R1:R2 в 1000 раз, Vtest упадёт всего на -1mV!..

Рис.4 — Рекомендуемый диапазон выбора dUстаб. для Типовой схемы «Рис.1»:

А теперь, чтобы проверить методику (и себя), рассмотрим самый трудный случай для этой «Типовой схемы» (стабилитрон в верхнем плече): при малом Uпороговом=2V и размахе питания до Vcc_max=16V — замечу, что этот режим достигается и промышленными микросхемами Супервизоров, самыми малыми в серии.

График, ниже, показывает, что углы схождения прямых сохраняются — методика работает… Номинал эталонного смещения, при этом, выбирается из диапазона dUстаб.=[1-1.5V] — конечно, это будет не Стабилитрон (столь малых не существует), но ИОН стандартного номинала 1.25V.

Рис.5 — Пример режима работы при малом Uпор. (самый трудный случай) для Типовой схемы «Рис.1»:

Далее, разберём Классическую схему «Рис.2» — традиционную и понятную, хороший пример для сравнения.

Аналогичный анализ углов схождения графиков для схемы «Рис.2» (классической) показывает, что для повышения надёжности работы схемы и чёткости настройки, рекомендуется использовать Стабилитрон/ИОН с номинальным Uref, также, из диапазона [1/2*Uпорог… 3/4*Uпорог]. И в целом, такая схема выгоднее (стабильнее) — при равных граничных условиях, углы на графике «Рис.6» больше (тупее), чем на графике «Рис.4»… Поэтому, с некоторой натяжкой, допустимо ещё использовать Стабилитрон/ИОН с Uref из диапазона [1/4*Uпорог… 1/2*Uпорог].

Рис.6 — Рекомендуемый диапазон выбора Uref для Классической схемы «Рис.2»:

Здесь, в точках пересечения графиков (1) и (2), соблюдается условие: Vref=Uпорог*R2/(R1+R2)

Таким образом, итоговая методика расчёта входного каскада Компаратора напряжений:

1. Сперва, выбирается «эталонное смещение» (dUстаб. или Uref) как часть от требуемого Uпорогового, ближайшим номиналом из диапазона [1/2*Uпорог… 3/4*Uпорог], из доступных в наличии Стабилитронов или ИОНов.
2. Затем, окончательная подстройка точки схождения производится номиналами резисторов R1 и R2.

Примечание к выбору dUстаб. и Uref: Почему рекомендованы такие ограничения? Все ОУ плохо работают при входных напряжениях в окрестностях 0V или приближённых к VCC. Поэтому, настоятельно не рекомендуется выбирать точку переключения (напряжение компарации) в верхней или нижней четверти Uпорогового. Т.е. не следует (нельзя) выбирать значение dUстаб./Uref из диапазонов [0… 1/4*Uпорог] && [3/4*Uпорог… Uпорог].

Кроме того, есть и чисто схемотехническое ограничение: Не забывайте о необходимости наличия токоограничивающего резистора R3 (необходимого как Стабилитрону, так и ИОНу). На этом резисторе упадёт ещё очень приличное напряжение! Так что, точка компарации естественно опустится из верхней четверти (для схемы «Рис.2») или поднимется над нижней четвертью (для схемы «Рис.1»)… Слишком уменьшать номинал R3 тоже нельзя — увеличится лишний ток через стабилитрон. (Рекомендации по оптимизации токопотребления схемы — см. в следующем блоке.)

Как следствие, принципиально нельзя отказываться от наличия резистивного делителя R1:R2 по входу компаратора. Не смотря на то, что резисторы вносят дополнительную погрешность измерений, усложняют схему — но точку компарации приходится смещать. Рассмотренные схемы содержат необходимый минимум деталей...

Рекомендации к выбору номиналов токоограничивающих резисторов: Резисторы каскадов (1) и (2) на входе ОУ следует выбирать максимальных номиналов, чтобы минимизировать нецелевой ток, но так чтобы…

1. В цепи делителя R1:R2 должен протекать ток, как минимум, на порядок больше (в x10 раз), чем входной ток ОУ (который мал, но ненулевой).
2. Аналогично, и для тока через каскад со Стабилитроном/ИОНом… Но тут есть ещё и дополнительное условие: ток должен быть на порядок больше, чем «минимальный требуемый схеме стабилизации ток для выхода на режим» — см. в datasheet:
   • для Стабилитрона — это параметр «Max reverse Leakage Current, Ir»;
   • а для ИОН — это параметр «Minimum Operating current, Irmin».
3. Наконец, если в схеме, после Компаратора, присутствует ещё выходной усиливающе-инвертирующий транзисторный ключ Q1… То базовый резистор этого выходного ключа (ранее обозначавшийся как R4, на первых версиях схем «Рис.1»/«Рис.2») рассчитывается по правилам «Инвертора на биполярном транзисторе» (методика)… Основной тезис здесь: базовый ток должен быть достаточным для уверенного поддержания открытого биполярного транзистора в насыщении, даже при минимальном напряжении питания Vcc_min — это определяет верхнюю границу для номинала R4 (реальный номинал выбирается чуть меньше, но приближённым к границе, чтобы минимизировать нецелевой ток).

Приложение: Улучшение работы Супервизора с помощью ПОС

Рис.7 — ПОС на Компараторе добавляет гистерезис переключения:Пояснение работы схемы:Положительная Обратная Связь (ПОС) на Компараторе добавляет гистерезис переключения. (Это как «взрывающийся вертолёт» улучшает любой «экшн» — так и ПОС улучшит любой Супервизор!)

Возьмём за основу Классическую схему, где Стабилитрон подключается от Земли — здесь, к «прямому» входу компаратора подключён каскад резистивного делителя (повезло: гистерезис получится).

Особо замечу, что если бы в схеме к «прямому» входу компаратора подключалась цепочка со Стабилитроном D1, то последний бы нивелировал весь ток через резистор R4, и поддерживал бы уровень Vref неизменным — и никакого гистерезиса не наблюдалось бы, как ни крути! Силу ПОС — а значит и ширину петли гистерезиса — можно регулировать величиной резистора R4. Номинал R4 рекомендую выбирать на порядок больше, чем (R1+R2)… Можно рассчитать и точно, но предупреждаю, что формулы будут скучные (громоздкие, а толку мало):Когда выход ОУ в «High» состоянии, то R4 запараллелен с R1 в резистивном делителе (R1||R4):R2. пусть a=1/(1/R1+1/R4), тогда Vtest1 = Vcc * R2/(a+R2)

Когда выход ОУ в «Low» состоянии, то R4 запараллелен с R2 в резистивном делителе R1:(R2||R4). пусть b=1/(1/R2+1/R4), тогда Vtest2 = Vcc * b/(R1+b)

Итоговая Ширина Гистерезиса: dVtest=|Vtest1-Vtest2| или dVtest = Vcc * |1/(a/R2+1) — 1/(R1/b+1)|

Таким образом, последняя формула показывает, что величину гистерезиса лучше считать не в абсолютных единицах, а в процентах от Vcc. Кроме того, величина гистерезиса меняется от изменения уровня Vcc (что логично)… Поэтому, нас интересует гистерезис именно в окрестностях порогового значения: Uпорог=3.2V Например, если подставить текущие схемные номиналы в вышеприведенные формулы, то получим: dVtest=3.7% от VCC, или в абсолютной величине (при VCC=Uпорог) dVtest=0.117V

Только учтите, что данное значение дельты dV — действительно применимо к показателю Vtest (который является малополезным)! Чтобы получить оценку гистерезиса применительно к уровню Vcc, нужно ещё домножить эту дельту пропорционально резистивному делителю: dVcc = dVtest * (R1/R2+1) Например, если подставить текущие схемные номиналы в вышеприведенные формулы, то получим: dVcc=5% от VCC, или в абсолютной величине для dUпорог=0.16V

Недостатки схемы: Обратите внимание, что у Компаратора выход «с открытым коллектором» — не обеспечивает стабильность «высокого уровня» напряжения. Уровень «лог.1» обеспечивается схеме внешней подтяжкой выхода к шине Питания (в данном случае: цепью условной нагрузки R5). Однако, если таковая подтяжка слаба, если подтягивающее сопротивление сравнимо с величиной R4 — то будут сильны побочные эффекты:

• ПОС R4 будет значительно засаживать выходное напряжение!
• И как следствие, на внешнюю схему (на всю шину к которой подключён выход Супервизора) пойдут очень большие глюки.
• А также, из-за просадки выходного напряжения — эффективность ПОС тоже будет неконтролируемо уменьшаться (ширина гистерезиса входных сигналов будет сужаться).

Поэтому, предупреждение: внешняя подтяжка выходной шины к Питанию должна быть значительно (пусть на 2 порядка) сильнее, чем ПОС. То есть, при R4=1M, подтяжки R5=100k недостаточно для поддержания выходного уровня. И на графике (кликни на картинку «Рис.7») видна эта просадка уровня «OUT» относительно «VCC»! Требуется уменьшить R5, хотя бы до величины R4/100: R5=10k…

Дополнительная литература

СупервизорИОНКомпаратор (ОУ)Расчёт «Инвертора на биполярном транзисторе» (методика)...

p.s. В приложениях к статье — см. модели предложенных схем в Proteus, и даташиты на микросхемы Супервизоров, ИОН и Компараторов…

we.easyelectronics.ru

Понижающий инвертор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»)944029

Союз Советскнк

Соцнапнстнческнк

Республик (6I ) Дополнительное н авт. свид-ву (22) Заявлено 18. 12. 80 (21) 3220966/24-07 (51) М. Кл. с присоединением заявки №

H 02 И 7/537

H 02 M 3/335 фщдарстьеиныа KoNNNT

СССР ав делам кзобретеикй н открытий (23) Приоритет (53) УДK 621.

° 314.58 (088.8) Опубликовано 15. 07. 82. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 18.07.82 (72) Авторы изобретения

И.А, Мкртчян, Л.Г. Карташян и Г.Г. С (7 l ) Заявитель (54) ПОНИЖАЮЩИЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике, точнее к устройствам для преобразования постоянного напряжения в переменное, которые используются для питания радиоаппаратуры.

Известен инвертор, обеспечивающии преобразование выпрямленного напряжения сети в более низкое напряжениепеременного тока без низкочастотного трансформатора, содержащий ключевой усилитель мощности (КУИ) с выходным трансформатором, задающий генератор (ЗГ), подключенный через коммутирующий транзистор к источнику питания и через выпрямитель — к выходному трансформатору КУИ (1).

Недостатком этого инвертора является сложность, а также необходимость использования высоковольтного транзистора, рассчитанного на напря- ро жение сети.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является понижающий инвертор, содержащий КУИ

2 с емкостным входным фильтром и выходным трансформатором, ЗГ, выход которого связан с управляющим входом КУИ, пусковой резистор (2 ).

Недостатком этого устройства является относительно низкий КПД, определяемый потерями мощности на пусковом резисторе. Попытки повышения

КПД посредством увеличения сопро- . тивления пускового резистора приводят к увеличению длительности процесса запуска. Кроме того, устройство характеризуется относительно низкой надежностью, обусловленной большими бросками тока через выпрямитель при подключении инвертора к сети.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в известном понижающем инверторе, содержащем ключевой усилитель мощности с емкостным фильтром и выходным трансформатором, через выпрями944029 4

Устройство работает следующим образом.

При включении инвертора в сеть через пусковой резистор 13 происходит заряд конденсаторов 11, 12 и 2. Пока идет заряд конденсатора 2,транзистор 6 заперт напряжением конденсатора 11 и на вход ЗГ 5 напряжение не поступает. По истечении времени, при котором конденсатор 2 практически заряжен до уровня

U = О вх- И, - и„ где Ug, О.и, 0„1 - напряжения на конденсаторах 2, 11 и 12 соответственно;

0 — напряжение на входе понижающего инвертора.

Конденсаторы 11 и 12 разряжаются через резистор 14, и напряжение на них уменьшается экспоненциально. Напряжение стабилизации стабилитрона 8

$5 тель соединенным с выходными выводами, один из которых связан с входным выводом усилителя мощности, а другой - через выходную цепь ключевого элемента - c выводом питания задающего генератора, соединенного с упомянутым усилителем мощности, пусковой резистор, входные выводы инвертора подсоединены к усилителю мощности через последовательную цепь состоящую из пускового резистора и двух введенных конденсаторов, зашунтированных резистором, параллельно первому из которых включены диод и управляющий переход ключевого элемента, а параллельно второму — стабилитрон, при этом один из силовых электродов ключевого элемента через последовательную цепь, состоящую из диода и резистора, соединен с одним из выходных выводов, подключенным через третий резистор к управляющему электроду введенного тиристора, включенного между входным выводом инвертора и другим выходным выводом.

На чертеже приведена принципиальная схема понижающего инвертора.

В его состав входит КУМ 1 с конденсатором 2 входного фильтра и выходным трансформатором 3, выпрямитель 4, ЗГ 5, транзистор 6, тиристор 7, стабилитрон 8, диоды 9 и 1О, конденсаторы 11 и 12, пусковой резистор 1-3, резисторы 14-16.

5, о

20

25 зо выбирается намного больше прямого напряжения на диоде 9, а емкость конденсатора 12 - достаточной для обеспечения необходимой энергией при запуске преобразователя. Как только конденсатор 11 разрядится, к переходу эмиттер-база транзистора 6 будет приложено отпирающее напряжение от конденсатора 12. Транзистор 6 отпирается, и напряжение конденсатора

12 поступает на ЗГ 5. ЗГ запускается и запускает КУМ 1, напряжение КУМ 1, поступающее от обмотки 17 трансформатора 3, выпрямляется выпрямителем 4 и через резистор 16 поступает на управляющий электрод тиристора 7, отпирая его, а через резистор 15 и диод 10 — на конденсатор 12, обеспечивая "самопитание" ЗГ-5. Диод 10 служит для предотвращения разряда конденсатора 12 и ложного отпирания транзистора 6 до запуска КУМ 1.

Резистор 15 с конденсатором 1 2 обеспечивают сглаживание пульсации переменной составляющей выпрямленного напряжения на входе ЗГ 5, создавая тем самым резистивно-емкостной фильтр.

Взамен резистора .15 можно использовать сглаживающий дроссель.

Таким образом, практически происходит полный заряд конденсатора входного фильтра преобразователя, после чего только запускается преобразователь. Этим обеспечивается надежный запуск, высокое быстродействие, исключаются броски во входной цепи преобразователя и повышается КПД.

Формула изобретения

Понижающий инвертор, содержащий ключевой усилитель мощности с емкостным фильтром и выходным трансформатором, через выпрямитель соединенным с выходными выводами, один из которых связан с входным выводом усилителя мощности, а другой через выходную цепь ключевого элемента - с выводом питания задающего генератора, соединенного с упомянутым усилителем мощности, пусковой резистор, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем устранения бросков тока при включении, входные выводы инвертора подсоединены к усилителю мощности через последовательную цепь, состоящую

Составитель Т. Ершова редактор К. 8олощук Техред И. Надь Корректор А. Дзятко

Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делая изобретений и открытий

113035, Москва, Р-35, Раушская наб., д 4/5

Заказ 5146/71

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 из пускового резистора и двух введенных конденсаторов, параллельно первому из которых включены диод и управляющий переход ключевого элемента, а параллельно второму - стабилитрон, точка соединения которого с вторым конденсатором подключена к питающему выводу задающего генератора, при этбм один из силовых электродов ключевого элемента через последовательную цепь, состоящую из диода и резистора, соединен с одним

944029 6 из выходных выводов, подключенным через третий резистор к управляющему электроду введенного тиристора, включенного между входным выводом и .дру5 Гим ВыхОдным выВОдом °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

io У 473267, кл. Н 02 М 3/22, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР 483744, кл. Н 02 И 3/335, 1973.

   

www.findpatent.ru

Бюджетный автомобильный инвертор Doxin с заявленной выходной мощностью 1500W

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, об автомобильном инверторе (преобразователе) 12V в 220V Doxin с заявленной выходной мощностью 1500W. В обзоре будет разборка и подробное тестирование. Кому интересно, как инвертор показал себя в работе, милости прошу под кат. Общий вид инвертора:Краткие ТТХ по заявлению производителя: — Производитель – Doxin — Материал корпуса – металл (сплав алюминия) — Заявленная выходная мощность – 1500W — Входное напряжение – DC 10V-16V (номин. 12V) — Выходное напряжение – AC 220-230V / 50Hz — КПД – более 90% — Форма сигнала на выходе – модифицированная синусоида — Габариты – 170мм*95мм*55мм — Вес – 740гр

Комплектация: — автомобильный инвертор Doxin 1500W — провода питания с крокодилами, длиной 55см — провода питания со штекером для прикуривателя — инструкция Автомобильный инвертор Doxin 1500W поставляется в простенькой блистерной упаковке: Внутри блистера имеется небольшой вкладыш, глянув на который, сразу же становится понятно для чего нужен сей девайс: Инструкция кратенькая, на английском и китайском языках: Итого, упаковка на твердую четверку, т.к. хранить инвертор не очень удобно, ибо блистер маленький, хлипкий и запихнуть туда провода с крокодилами целая проблема. За сохранность при транспортировке можно не переживать — инвертор не боится механических воздействий, т.к. корпус металлический. Обычная плотная коробка или пластиковый бокс были бы предпочтительнее.

Габариты:

Размеры инвертора небольшие, всего 170мм*95мм*55мм. Вот сравнение инвертора с тысячной банкнотой и коробком спичек: Вес всего 546гр:Внешний вид:

Инвертор выполнен в прямоугольном алюминиевом корпусе с небольшими ребрами охлаждения: Поскольку высота ребер совсем небольшая, то все же основное их назначение – повышение механической прочности корпуса, т.е. они выступают, в основном, в качестве ребер жесткости. На верхней панели присутствует фирменная наклейка с наименованием модели и краткими характеристиками: Основные элементы управления расположены по бокам устройства. С правого торца расположены универсальная розетка под большинство типов вилок (EU, ES, AU), выключатель и два индикатора (питание, неполадки): Остальное свободное место усеяно вентиляционными отверстиями для забора воздуха. С противоположного торца расположены питающие клеммы (плюс и минус) и вытяжной вентилятор, работающий на «выдув»: Комплектные провода с крокодилами удовлетворительного качества и годятся только для нагрузки не более 500-600W: На удивление, провода к крокодилам припаяны, а не обжаты, это небольшой плюс, хотя следовало бы дополнительно обжать, дабы от перегрева крокодил не отпал. А вот материал крокодила далеко не медь, а скорее всего омедненная жестянка или что-то вроде этого (правое фото), ибо отлично магнитится: Крокодилы очень легкие и хиленькие, хотя прижим все же хороший. Сечение провода всего 10AWG по американскому стандарту (около 5мм2), по которому следует, что максимальный ток для них не более 60-65А: Как бы то ни было, оценка комплектных проводов с крокодилами не выше тройки (два плюса за пайку и хороший прижим). Для тех, кто планирует пользоваться, рекомендую доработать! В комплекте также присутствуют провода питания со штекером для прикуривателя, которые предназначены для подключения только небольшой нагрузки, ибо в противном случае придется менять предохранитель прикуривателя (там обычно ставят на 15-20А): Их качество не лучше проводов с крокодилами. Среднекачественная пайка, тонкие провода, хлипкий штекер как бы намекают о том, что лучше воздержатся от их использования.

Разборка:

Разобрать инвертор достаточно просто. Для этого необходимо открутить 4 винта с любого торца и сдвинуть верхнюю панель. Чтобы полностью вынуть плату, необходимо выкрутить еще 4 винта с боковых граней, которые прижимают силовые мосфеты. Я открутил оба торца: Если присмотреться, то можно заметить, что термопаста между корпусом и высоковольтными транзисторами нанесена «для галочки» и присутствует не везде. Как говорится, мазнули для вида, а толку ноль, хотя высоковольтные транзисторы греются не так сильно, как низковольтные, но все же это явный косяк сборки: С низковольтными мосфетами обратная ситуация – для изолирования их от корпуса применена термопрокладка, а термопаста здесь не особо нужна, но вот как раз здесь она присутствует в достаточном количестве, :-). Но это все мелочи, кроме главного – одна из термопрокладок положена криво, отчего при эксплуатации мосфеты могут коротнуть на корпус: На этом фото это хорошо видно, ведь затяжка силовых ключей здесь хорошая и при нагреве термоинтерфейс может немного «поплыть», тем самым закоротив на корпус: Там же, слева, можно заметить термодатчик, защищающий мосфеты от перегрева. Он зафиксирован с помощью белого герметика. Как уже упоминал ранее, если выкрутить 4 винта затяжек, прижимающих мосфеты к корпусу устройства, можно вынуть всю плату. Голый корпус напоминает своеобразный швеллер с пазами на боковых гранях: На фото хорошо видно, что под высоковольтными ключами практически нет термопасты: Если взглянуть на плату, то сразу станет ясно, что 1,5кW тут и не пахнет, ибо плата урезанная, часть компонентов отсутствует, импульсные трансформаторы небольших размеров, емкости небольшие: Качество пайки хорошее, непропаев я не обнаружил, флюс смыт, силовые дорожки «усилены» слоем припоя: Для гальванической развязки от корпуса, дорожки по краям платы заизолированы диэлектриком (белая полоса), поэтому во избежание недоразумений не рекомендую часто вставлять/вынимать плату, иначе можно содрать этот слой. В качестве высоковольтных транзисторов применены n-канальные мосфеты K3568, рассчитанные на 500V/12A, а в качестве низковольтных – n-канальные мосфеты MT3205 на 55V/110A: В схеме силовые мосфеты включены попарно, т.е. по идее легко выдержат 220А, хотя толщина их ножек не позволит пропустить такой ток. Несмотря на это, рабочие токи 50-70А они выдерживают без проблем, греются не очень сильно. Далее на очереди трансформаторы. Судя по их габаритам и намотке, на большие мощности рассчитывать не стоит. Размеры трансов 30мм*30мм, намоточные провода тонковаты: На «входе» установлены два конденсатора Vent на 2200mF*16V каждый, что несколько маловато как по емкости, так и по вольтажу: В автомобилях напряжение после регулятора может варьироваться до 14,7V, поэтому небольшой запас не помешал бы. В высоковольтной части установлен всего один конденсатор Vent 47mF*400V, что также довольно мало. В качестве высоковольтных выпрямительных диодов применены HER305S, рассчитанные на 400V/3A (запараллелены). В качестве ШИМ контроллеров применены KA7500BS (аналог TL494) и микросхема со стертой маркировкой: Теперь отметим «базовые» косяки сего творения. Начнем с входных предохранителей. Установлено всего два предохранителя по 40А каждый (в сумме на 80А), а это значит не более 1,1kW «входной» мощности — 14V*80A=1120W (идеальные условия с питанием от авто), а с учетом КПД 70-80% как раз около 800-850W выходной мощности: Ни о каких 1500W не может быть и речи. Даже если схемотехника и сможет обеспечить такую выходную мощность – сразу же сгорят предохранители, ибо при 1,5kW входной ток с аккумулятора будет около 120-130А. Да и провода поплавятся от такого тока. Между электролитами и предохранителями можно также заметить диод 1N5404 (400V/3A), главная цель которого – защита электроники инвертора от переполюсовки. Теперь следующий косяк – клеммы и провода. Первое, что бросается в глаза – силовые клеммы внутри инвертора прижаты только одной гайкой. При постоянной вибрации в работе (при заведенном двигателе) – это соединение разболтается довольно быстро. К тому же, в отличие от крокодилов, здесь провода просто обжаты. Учитывая их нагрев даже при небольшой нагрузке, такое соединение окислится довольно быстро: Для постоянной эксплуатации все это нужно доработать, о чем я, возможно, расскажу во второй части обзора. Также нельзя не отметить хиленькие провода в выходной высоковольтной цепи. При 3А они достаточно греются, поэтому опять же нужно доработать. Ну и пару слов о вентиляторе. Здесь установлен довольно шумный 40мм*40мм вентилятор на «выдув», т.е. через небольшие решетки воздух забирается и выбрасывается со стороны входных клемм. Схема управления оборотами отсутствует, т.е. вентилятор включается сразу же после включения инвертора.

Тестирование:

Для тестирования я буду использовать следующие приборы и приспособления: — мультиметр UNI-T UT61E, обзор здесь — токовые клещи UNI-T UT204A, обзор здесь — регулируемый блок питания Gophert CPS-3010, обзор здесь — самодельный ваттметр PZEM-021, обзор здесь — нагрузка в виде паяльников 40W, 80W и фена, которые мелькали в обзоре ваттметра — автомобильный аккумулятор

Для начала небольшой тест на следующем стенде из регулируемого БП Gophert CPS-3010: В холостом режиме без нагрузки электроника инвертора потребляет небольшое количество энергии, в основном это вентилятор (около 300ma): Как можно заметить, при повышении напряжения, потребление тока сокращается. Здесь работает все тот же принцип – количество энергии на входе равно количеству энергии на выходе, за исключением потерь в преобразователе, на нагрев и т.д. Замер КПД будет чуть ниже. Добавим в стенд ранее обозреваемый ваттметр PZEM-021: Сам ваттметр потребляет некоторое количество энергии. Я специально убрал подсветку, чтобы сохранилась контрастность индикаторов, поэтому прошу прощения за качество фото: Теперь непосредственно протестируем на маломощном потребителе в виде 40W паяльника и измерим приблизительный КПД инвертора: Поскольку паяльник – активная нагрузка, то показаниям потребляемой мощности на ваттметре можно смело доверять. Что мы имеем: — мощность на входе (Р1) = U1 * I1 = 12V *4,43A = 53,16W — мощность на выходе (Р2) = U2 * I2 = 222V *0,17A = 37,3W или просто см. мощность на ваттметре КПД = Р2 / Р1 = 37,3W / 53,16W = 0,7 или 70% Мда, не густо, а ведь производитель обещал более 90%.

Подключим более мощный 80W паяльник: Что мы имеем: — мощность на входе (Р1) = U1 * I1 = 12V *8,34A = 100,1W — мощность на выходе (Р2) = U2 * I2 = 222V *0,37A = 82,7W КПД = Р2 / Р1 = 82,7W / 100,1W = 0,82 или 82%

Для тех, кому интересно, вот небольшие замеры при различных входных параметрах: При более мощной нагрузке КПД также остается в районе 80%. Следом идет более серьезная нагрузка в виде фена и соответственно более мощный источник питания в виде полудохлого автомобильного аккумулятора. Напряжение аккумулятора без нагрузки около 13,2V: Поскольку просадка напряжения под нагрузкой достаточно высокая (как-никак с аккумулятора снимается 65-70А), то инвертор в силу своих конструктивных особенностей вытянуть ее не может, напряжение на выходе варьируется в районе 180-190V: При свежезаряженном аккумуляторе удается выжать около 200V при 650W нагрузке, но недолго. Напряжение на аккумуляторе быстро проседает, поэтому дальнейший стенд перенесем «под капот» автомобиля. Признаюсь честно, после зимы еще ни разу не заряжал аккумулятор и в ходе пробных тестов немного посадил его. Итак, на фото ниже аккумулятор при заведенном двигателе, с генератора через регулятор подается 14,4V: В первом режиме работы фена потребление тока при 14,1V около 30А, на выходе при этом 215V и 1,9А: Поскольку ваттметр не слишком корректно учитывает реактивную нагрузку, то к показаниям мощности нужно относиться скептически. При втором режиме работы фена напряжение на входе и выходе просело еще сильнее. С аккумулятора/генератора снимается около 75-80А, напряжение при этом 13,1V: На выходе около 214V и 3,8А, что в принципе неплохо. По мере разряда аккумулятора (генератор отдает аккумулятору не более 5А вроде), напряжение на выходе снижается: Теперь пару слов о работе инвертора на моем автомобиле. При холостых оборотах двигателя (750-800об/мин), электронный блок управления (ЭБУ) добавляет недостаточное количество оборотов, отчего наблюдается хорошая просадка напряжения на бортовом аккумуляторе. Вот небольшое видео:

Таким макаром можно высадить аккумулятор, хотя возможно, через некоторое время ЭБУ и поднимет обороты. Но как говорится, по факту на максимальной выходной мощности в 800-850W и холостых оборотах, инвертор использовать опасно. Вполне возможно, что на других автомобилях ЭБУ более «быстрее» реагирует на такие просадки и там работа будет более стабильной. По крайней мере, на классиках есть «подсос», поэтому чуток повысив обороты, можно использовать данный инвертор на максималке. Я же решил искусственно повысить обороты, жав на педаль газа (около 2000-2500об/мин). Выходные параметры стали стабильнее, но электроника инвертора просто «не вытягивает» такую мощность:

Чуть позже я немного доработаю инвертор и уверен, что киловатт нагрузки должен вытянуть. Теперь самое главное – на выходе инвертора не чистый синус, а модифицированная синусоида. Немного почитать об отличиях можно здесь. К сожалению, я не имею осциллографа, чтобы наглядно показать форму сигнала на выходе. В большинстве случаев, в китайских дешевых инверторах либо второй, либо третий вариант: По крайней мере, напольный вентилятор и пылесос (на средней мощности) у меня заработали без проблем.

Итого, по факту максимальная выходная мощность данного инвертора около 800-850W. Учитывая стоимость инвертора в $25, я считаю, что это неплохой вариант. А уж если дружите с паяльником, то при небольших телодвижениях можно повысить выходную мощность до 1kW.

Плюсы: + прочный компактный корпус + неплохие выходные параметры (для данной цены) + наличие защит + цена

Минусы: — выходная мощность завышена в два раза (по факту не более 800-850W на выходе) — модифицированная синусоида — сборка (отсутствие термопасты, кривое расположение термопрокладки) — нет запаса компонентов по прочности (провода с крокодилами тонковаты, конденсаторы) — нуждается в небольшой доработке

Вывод: как по мне, за $25 данный инвертор достоен внимания. При небольшой доработке можно легко получить 1kW на выходе. Если не дорабатывать, то до 600W можно смело использовать. По поводу покупки, рекомендаций, наверно, давать не буду, каждый решит сам, нужен ли он ему в таком виде или нет…

Киска:

Менеджер магазина предоставил купон «K1241», снижающий стоимость до $25. Купон действует до 18 июня 2017г

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

mysku.ru

варочный аппарат с индуктивным нагревом и способ его работы - патент РФ 2321189

Изобретение относится к варочным аппаратам для использования в кухонных аппаратах. Способ управления варочным аппаратом с индукционным нагревом включает следующие шаги: получив низковольтный сигнал при работе в режиме повышенной мощности, аппарат регулирует выходную мощность таким образом, чтобы инвертор работал только в области с переключением при нулевом напряжении. Если подаваемое на схему входное напряжение является низким, то аппарат компенсирует входное напряжение, используя меньшее их двух напряжений: блокирующего напряжения и генерируемого микропроцессором управляющего выходного сигнала. Варочный аппарат с индукционным нагревом содержит средство для получения напряжения питания, блок инвертора с переключателем и катушку, на которую ставится варочная емкость и через которую проходит ток. Варочный аппарат содержит также соединенные в цепь детектор входного напряжения, детектор низкого напряжения, ограничитель уровня мощности, компенсатор входного напряжения, выходной контроллер, импульсный генератор и микропроцессор, подключенный к компенсатору входного напряжения. Техническим результатом является предотвращение возникновения потерь мощности, связанных с излишними операциями переключения, а также приводит к увеличению долговечности варочных электроприборов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к инвертору для использования в кухонных аппаратах с индуктивным (индукционным) нагревом и способу их работы, который блокирует работу инвертора на резонансной частоте в зависимости от материала нагреваемой емкости после получения низковольтного сигнала, когда варочный аппарат работает с большой выходной мощностью, предотвращая повреждение сравнительно слаботочного выключателя, что приводит к продлению срока службы аппарата.

Известный уровень техники

Как правило, кухонная электроплита (называемая также варочным аппаратом) содержит: основной корпус, имеющий плату управления, способную после получения команды от пользователя определить наличие напряжения питания; варочную емкость, вставляемую в основной корпус, в которую помещается пища; и варочный нагреватель, смонтированный в нижней части варочной емкости или на внутренней стороне основного корпуса и предназначенный для приготовления пищи, помещенной в варочную емкость.

Устройство индуктивного нагрева содержит катушки в основном корпусе, в котором с определенным зазором размещается варочная емкость, изготовленная из магнитного материала, и делает возможным генерировать в материале варочной емкости вихревые токи при воздействии магнитного поля, генерируемого катушками при протекании по ним тока, вызывая нагревание варочной емкости. С использованием вышеописанной схемы индуктивного нагрева было разработано множество кухонных электроприборов, например кастрюли для варки риса, верхние варочные панели и электрические варочные котлы и т.д.

Инвертор для применения в вышеупомянутых варочных аппаратах с индуктивным нагревом, включаемый или выключаемый переключателем в виде биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ), подает на катушку высокочастотный ток большой мощности, и установленная на катушку емкость нагревается.

Далее будет описана со ссылками на фиг.1 обычная схема варочного аппарата с индуктивным нагревом. Согласно фиг.1 инвертор содержит блок питания переменного тока 1 для генерирования обычного напряжения питания переменного тока; выпрямитель 2 для выпрямления напряжения питания переменного тока; блок фильтра 3 для сглаживания напряжения питания, после выпрямителя 12; и блок инвертора 4 для получения из блока фильтра 3 сглаженного напряжения питания, включения переключателя и подачи на катушку напряжения питания с большой выходной мощностью.

К блоку питания переменного тока 1 подсоединен детектор 5 входного напряжения, контролирующий напряжение, подаваемое на инвертор. Компенсатор 6 входного напряжения с помощью микропроцессора варочного аппарата корректирует выходное напряжение в соответствии с колебаниями контролируемого входного напряжения.

Иными словами, если детектор 5 входного напряжения обнаруживает, что входное напряжение больше опорного входного напряжения, то компенсатор 6 входного напряжения понижает напряжение генерируемого микропроцессором управляющего выходного сигнала инвертора. И наоборот, если детектор 5 входного напряжения обнаруживает, что входное напряжение меньше опорного входного напряжения, то компенсатор 6 входного напряжения повышает напряжение генерируемого микропроцессором управляющего выходного сигнала инвертора таким образом, что он корректирует управляющий выходной сигнал инвертора в соответствии с колебаниями входного напряжения.

Выходной контроллер 7 формирует сигнал управления частотой, способный регулировать рабочую частоту блока инвертора 4 в соответствии с уровнем выходного напряжения, генерируемого компенсатором 6 входного напряжения, и генерирует сигнал постоянной выходной мощности, не зависящий от колебаний входного напряжения.

Говоря более подробно, выходной контроллер 7 формирует такой сигнал управления частотой, который увеличивает рабочую частоту, когда входное напряжение больше опорного входного напряжения, и уменьшает рабочую частоту, когда принимаемый сигнал напряжения питания меньше опорного входного напряжения.

После получения сигнала управления частотой импульсный генератор 8 генерирует управляющий импульс, который производит включение или отключение блока инвертора 4 с рабочей частотой. Средство 9 приведения в действие переключателя передает управляющий импульс на затвор переключателя и включает переключатель, так что он генерирует сигнал с постоянной выходной мощностью.

В этом случае рабочая частота инвертора 4 регулируется выходным контроллером 7. Степень намагничивания изменяется в соответствии с материалом варочной емкости, помещенной на катушку, и резонансная частота также изменяется при изменении намагничивания.

Таким образом, выходной контроллер 7 задает рабочую частоту, предотвращая работу блока инвертора 4 на резонансной частоте, связанной с материалом варочной емкости, благодаря чему повышается КПД, и управляет преобразователем в соответствии со схемой переключения при нулевом напряжении (ZVS).

Однако когда в обычный варочный аппарат с индуктивным нагревом ставится варочная емкость или когда на варочный аппарат с индуктивным нагревом подается низкое входное напряжение, резонансная частота отличается от частоты, определенной микропроцессором, так что трудно гарантировать работу инвертора в режиме переключения при нулевом напряжении, как это показано на фиг.2.

Согласно фиг.2, если для частоты ограничения работы инвертора задана резонансная частота f2 варочной емкости, изготовленной из материала В, то инвертор может выйти из режима переключения при нулевом напряжении при установке другой варочной емкости, изготовленной из материала А, имеющей резонансную частоту f1, так что эта варочная емкость не сможет генерировать максимальную выходную мощность.

Если входное напряжение меньше номинального входного напряжения, то при использовании варочной емкости, изготовленной из материала В, работающей на резонансной частоте f2, способной генерировать максимальную выходную мощность Р2, компенсатор 6 входного напряжения увеличивает управляющий выходной сигнал для инвертора, а выходной контроллер 7 генерирует сигнал управления частотой, понижающий рабочую частоту переключения, так что инвертор не работает в заданной области переключения при нулевом напряжении «ZVS2».

Таким образом, если инвертор выходит из рабочей области переключения при нулевом напряжении «ZVS2», то переключатель «S1-S2» испытывает излишние переключения, а при переключении через него протекает большой мгновенный ток, вследствие чего биполярный транзистор с изолированным затвором в переключателе «S1-S2» может выйти из строя. В результате происходит нарушение работы варочного аппарата с индукционным нагревом, ведущее к чрезмерным затратам на ремонт и сокращению срока службы прибора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, настоящее изобретение направлено на устранение вышеуказанных проблем, а целью изобретения является создание варочного аппарата с индуктивным (индукционным) нагревом и способа его работы, включающего детектор низкого напряжения и ограничитель уровня выходной мощности для того, чтобы схема инвертора могла работать в режиме переключения при нулевом напряжении, даже если на аппарат, работающий на большой выходной мощности, подается низкое напряжение питания.

Другая цель настоящего изобретения заключается в создании варочного аппарата с индуктивным нагревом и способа его работы, который определяет рабочую частоту инвертора, не соответствующую реальному материалу варочной емкости, обнаруживает состояние низкого входного напряжения в режиме большой выходной мощности, используя рабочую частоту инвертора, и ограничивает уровень выходной мощности, так что инвертор не выходит из области работы при нулевом напряжении переключения (области ZVS), благодаря чему снижается вероятность повреждения соответствующего элемента и увеличивается долговечность кухонного аппарата.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения эти цели реализуются путем создания варочного аппарата с индуктивным нагревом, содержащего: средство для получения напряжения питания; блок инвертора, имеющий переключатель для выполнения операции переключении после получения управляющего импульса, подключенный к указанному средству для получения напряжения питания, и снабжающий питанием катушку, на которую ставится варочная емкость и через которую проходит ток; соединенные в цепь: детектор входного напряжения для определения входного напряжения, подаваемого в контур, подключенный к входу средства для получения напряжения питания; детектор низкого напряжения для изменения разрешающего низковольтного сигнала на сигнал низкого уровня, когда входное напряжение, подаваемое на схему, меньше опорного низкого напряжения; ограничитель уровня мощности для генерирования блокирующего напряжения, способный ограничивать уровень выходной мощности до заданного уровня только тогда, когда разрешающий низковольтный сигнал является сигналом низкого уровня; компенсатор входного напряжения для определения меньшего из двух напряжений: управляющего выходного сигнала и блокирующего напряжения, и для корректировки определенного меньшего значения в соответствии с изменением входного напряжения; выходной контроллер для генерирования сигнала управления частотой, способный регулировать рабочую частоту переключений блока инвертора для корректировки уровня выходной мощности в соответствии с компенсационной составляющей компенсатора входного напряжения; и импульсный генератор для генерирования управляющих импульсов, подаваемых на блок инвертора, частота которых изменяется в соответствии с сигналом управления частотой; и подключенный к компенсатору входного напряжения микропроцессор для генерирования управляющего выходного сигнала, обеспечивающего генерирование блоком инвертора сигнала выходной мощности, соответствующего конкретному уровню мощности.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предусматривается способ работы кухонного аппарата с индуктивным нагревом, содержащий следующие этапы: определение входного напряжения, подаваемого в схему; определение является ли входное напряжение меньше, чем заданное опорное низкое напряжение; и если входное напряжение не является низковольтным сигналом, то корректируют входное напряжение посредством дифференциальной составляющей, находящейся в соответствии с генерируемым микропроцессором управляющим выходным сигналом, таким образом, что выполняется операция управления выходной мощностью; если входное напряжение меньше, чем опорное низкое напряжение, то определяют поступление низковольтного сигнала; после поступления низковольтного сигнала определяют является ли управляющий выходной сигнал, генерируемый микропроцессором, больше, равен или меньше чем блокирующее напряжение; корректируют блокирующее напряжение в соответствии с изменением входного напряжения, когда управляющий выходной сигнал больше, чем блокирующее напряжение, или корректируют управляющий выходной сигнал в соответствии с изменением входного напряжения, когда управляющий выходной сигнал равен или меньше, чем блокирующее напряжение, таким образом, что выполняется операция по управлению выходной мощностью; и регулирование рабочей частоты управляющих импульсов в соответствии с компенсационной составляющей входного напряжения и возбуждение инвертора.

Другими словами, при поступлении низковольтного сигнала в режиме большой выходной мощности аппарат ограничивает выходной управляющий сигнал до заданного блокирующего напряжения, компенсирует входное напряжение и предотвращает выход инвертора из области переключения при нулевом напряжении, благодаря чему снижается вероятность повреждения элемента и увеличивается долговечность кухонного электроприбора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеприведенные цели и другие особенности и преимущества настоящего изобретения станут более ясны после прочтения последующего подробного описания в сочетании с чертежами, где:

Фиг.1 представляет электросхему, иллюстрирующую обычный варочный аппарат с индуктивным нагревом.

Фиг.2 представляет график, иллюстрирующий зависимость выходной мощности от материала варочной емкости.

Фиг.3 представляет электросхему, иллюстрирующую варочный аппарат с индуктивным нагревом в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 представляет подробную электросхему, иллюстрирующую детектор низкого напряжения и ограничитель уровня мощности в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет блок-схему, иллюстрирующую способ работы варочного аппарата с индуктивным нагревом в соответствии с настоящим изобретением; и

Фиг.6А и 6В представляют графики, иллюстрирующие изменения формы сигнала отдельных компонентов, входящих в схему варочного аппарата с индуктивным нагревом в соответствии с настоящим изобретением.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Далее будут подробно описаны предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах одни и те же или аналогичные элементы обозначаются одинаковыми числовыми ссылками, даже если они располагаются на разных чертежах. Подробное описание известных функций и конфигураций, включенных в настоящее изобретение, в последующем описании опускается, когда оно может затруднить понимание предмета настоящего изобретения.

Варочный аппарат с индуктивным нагревом и способ его работы в соответствии с настоящим изобретением будут ниже описываться со ссылками на прилагаемые чертежи. Перед описанием настоящего изобретения следует отметить, что оно применимо ко всем типам варочных устройств, в которых используется принцип индуктивного (индукционного) нагрева.

Фиг.3 представляет электросхему, иллюстрирующую варочный аппарат с индуктивным нагревом в соответствии с настоящим изобретением.

Согласно фиг.3 схема инвертора содержит переключатель «S1-S2», переключаемый с использованием микропроцессора для генерирования сигнала управления в соответствии с уровнем выходной мощности, отрегулированным пользователем, и передающий высокую частоту и рабочий ток на катушку, которая нагревает емкость, установленную на катушку. Схема инвертора, способная генерировать максимальную выходную мощность, имеет различные резонансные частоты, соответствующие материалу варочной емкости.

Вышеупомянутая схема инвертора содержит блок питания переменного тока 10, генерирующий обычное переменное напряжение питания; выпрямитель 20, выпрямляющий переменный ток; и блок фильтра 30, сглаживающий напряжение переменного тока, выпрямленного выпрямителем 20.

Генерируемый блоком питания 10 силовой переменный ток может изменяться от страны к стране и от района к району, однако настоящее изобретение использует, например, переменный ток 230 В, 50 Гц. Выпрямитель 20, используя выпрямляющие диоды, превращает переменный ток в заданное напряжение 230 В с частотой 100 Гц и генерирует пульсирующее напряжение питания. Блок фильтра 30 сглаживает пульсирующее напряжение питания, выпрямленное выпрямителем 20, и вырабатывает сглаженное напряжение питания для блока инвертора 40.

После получения выпрямленного напряжения питания из блока фильтра 30 блок инвертора включает переключатель «S1-S2», подает ток на катушку и нагревает варочную емкость.

Для обеспечения стабильной работы блока инвертора 40 последовательно соединены в цепь детектор 50 входного напряжения, компенсатор 60 входного напряжения, выходной контроллер 70, импульсный генератор 80 и средство 90 приведения в действие переключателя «S1-S2»,.

Варочный аппарат с индуктивным нагревом в соответствии с настоящим изобретением имеет детектор 100 низкого напряжения для определения того, является ли входное напряжение (Vin), определенное детектором 50 входного напряжения, низковольтным; и ограничитель 110 уровня мощности для подачи на компенсатор 60 входного напряжения сигнала блокирующего напряжения (V_block), способного ограничивать уровень выходной мощности после получения низковольтного сигнала.

В этом случае компенсатор 60 входного напряжения определяет, какой из сигналов - управляющий выходной сигнал (Vc), генерируемый микропроцессором М, или сигнал блокирующего напряжения (V_block), генерируемый ограничителем 110 уровня мощности, - является низковольтным сигналом, и корректирует определенный низковольтный сигнал в соответствии с изменениями входного напряжения (Vin), в то время как обычный компенсатор 6 входного напряжения был разработан для корректировки только управляющего выходного сигнала (V_c) в соответствии с изменениями входного напряжения (Vin).

Далее будут описаны отдельные компоненты, предназначенные для использования в кухонном аппарате с индуктивным нагревом, со ссылками на фиг 3 и 4. Фиг.4 представляет подробную электросхему, иллюстрирующую детектор 100 низкого напряжения 100 и ограничитель 110 уровня мощности в соответствии с настоящим изобретением.

Детектор 50 входного напряжения напрямую подсоединяется к положительной (+) и отрицательной (-) клеммам блока 10 питания переменного тока 10 и определяет поданное на схему входное напряжение (V_in).

Детектор 100 низкого напряжения содержит компаратор, на положительную (+) клемму которого поступает входное напряжение (Vin), определенное детектором 50 входного напряжения, а на отрицательную (-) клемму подается опорное низкое напряжение, задаваемое разработчиком схемы. Опорное низкое напряжение вырабатывается путем деления рабочего напряжения Vcc на резисторном делителе.

Детектор 100 низкого напряжения генерирует сигнал высокого уровня, когда входное напряжение (Vin) равно или больше опорного низкого напряжения, и сигнал низкого уровня, когда входное напряжение (Vin) меньше опорного низкого напряжения. Выходной сигнал детектора 100 низкого напряжения называется разрешающим низковольтным сигналом (V_low). Если разрешающий низковольтный сигнал (V_low) является сигналом низкого уровня, он определяет, в соответствии с настоящим изобретением, что на варочный аппарат с индуктивным нагревом подается низкое напряжение.

Ограничитель 110 уровня мощности, получив разрешающий низковольтный сигнал (V_low), включает диод D1, подсоединенный в обратном направлении, и стабилитрон D2, подсоединенный в прямом направлении.

Если разрешающий низковольтный сигнал (V_low) является сигналом высокого уровня, то диод D1 не включается, так что выходной сигнал ограничителя 110 уровня мощности не подается на компенсатор 60 входного напряжения. В результате на компенсатор 60 входного напряжения передается управляющий выходной сигнал (V_c) из микропроцессора М.

Однако если разрешающий низковольтный сигнал (V_low) является сигналом низкого уровня, т.е. если было определено, что на детектор 100 низкого напряжения поступает низкое напряжение, то диод D1 включается, так что на компенсатор 60 входного напряжения передается напряжение (V_d2=V_block), приложенное к обоим концам стабилитрона D2.

Напряжение, приложенное к обоим концам стабилитрона D2, является блокирующим напряжением для ограничения управляющего выходного сигнала (V_c) с микропроцессора М. Если изменяется материал варочной емкости или понижается входное напряжение (Vin) в режиме, когда блок инвертора вырабатывает максимальную выходную мощность, блокирующее напряжение предотвращает работу блока инвертора в заданной области [т.е. в области переключения при нулевом напряжении (ZVS)] на частоте ниже резонансной частоты.

Таким образом, компенсатор 60 входного напряжения имеет первую клемму для принятия входного напряжения (Vin) и вторую клемму для принятия управляющего выходного сигнала (V_c), поступающего от микропроцессора, или блокирующего напряжения (V_block), при этом компаратор выдает перепад напряжений (разницу напряжений) между входным напряжением (Vin) и управляющим выходным сигналом (V_c) или блокирующим напряжением (V_block), компенсируя таким образом входное напряжение (Vin).

В том случае, если входное напряжение (Vin) меньше опорного низкого напряжения, на вторую клемму компенсатора 60 входного напряжения подается меньшее из двух напряжений: блокирующее напряжение (V_block) или управляющий выходной сигнал (V_c) с микропроцессора.

Получив низковольтный сигнал, компенсатор 60 входного напряжения ограничивает полученное низкое напряжение до значения, меньшего из двух напряжений: блокирующего напряжения (V_block) и управляющего выходного сигнала (V_c), и таким образом корректируется входное напряжение. Поэтому компенсатор 60 входного напряжения предотвращает смещение рабочей области блока инвертора относительно области переключения при нулевом напряжении (ZVS), хотя при получении низковольтного сигнала выполняется излишняя операция регулирования постоянной выходной мощности.

Выходной контроллер 70 генерирует сигнал управления частотой для регулирования рабочей частоты блока инвертора 40 таким образом, чтобы выходную мощность можно было скорректировать уровнем выходного напряжения компенсатора 60 входного напряжения.

Например, после получения сигнала о низком напряжении компенсатор 60 входного напряжения понижает рабочую частоту согласно уровню выходного напряжения компенсатора 60 входного напряжения, тем самым увеличивая выходную мощность. После получения сигнала о высоком напряжении компенсатор 60 входного напряжения повышает рабочую частоту, уменьшает выходную мощность и регулирует блок инвертора 40 так, чтобы тот выдавал постоянную выходную мощность.

Импульсный генератор 80 отпирает транзистор в соответствии с си 1 над ом управления частотой (V_freq), вырабатываемым выходным контроллером 70, регулирует сопротивление задающего генератора (OSC), изменяет частоту в соответствии с сопротивлением задающего генератора и выдает управляющие импульсы.

Управляющие импульсы, частота которых регулируется импульсным генератором 80, подаются на затвор переключателя «S1-S2», находящегося в блоке инвертора 40, через средство 90 приведения в действие переключателя «S1-S2», и благодаря операции переключения в катушку поступает ток.

Далее со ссылками на фиг.5, 6а и 6b будет описан способ ограничения уровня мощности до заданного уровня, предотвращающий подачу на переключатель большого мгновенного тока и излишние переключения переключателя «S1-S2» в случае, когда вышеописанный варочный аппарат с индукционным нагревом обнаруживает низковольтный сигнал.

На шаге S1 определяют подаваемое на схему входное напряжение (Vin).

На шаге S2 входное напряжение (Vin) сравнивают с опорным низким напряжением и генерируют сигнал об обнаружении низкого напряжения (V-low).

Если на шаге S3 сигнал об обнаружении низкого напряжения является сигналом высокого уровня, то операцию регулирования выходной мощности выполняют только с использованием управляющего выходного сигнала (V_c), генерируемого микропроцессором на шаге S6. Если сигнал об обнаружении низкого напряжения является сигналом низкого уровня, так что определяют, что на шаге S3 был получен низковольтный сигнал, то тогда на шаге S4 определяют, имеет ли управляющий выходной сигнал (V_c), генерируемый микропроцессором, большее значение, чем блокирующее напряжение (V_bloc), генерируемое ограничителем уровня мощности.

Если на шаге S4 управляющий выходной сигнал (V_c) больше, чем блокирующее напряжение (V_bloc), то на шаге S5 компенсатор 110 входного напряжения корректирует блокирующее напряжение (V_bloc), генерируемое ограничителем уровня мощности в соответствии с входным напряжением (Vin), таким образом, что уровень выходной мощности ограничивают, как показано на фиг.6а.

Согласно фиг.6а, в точке Т1, в которой входное напряжение (Vin) понижается, сигнал обнаружения низкого напряжения (V_low) изменяют на сигнал низкого уровня, и поступает низковольтный сигнал, а в точке Т2 появляется блокирующее напряжение (V_bloc), меньшее, чем управляющий выходной сигнал (V_c), генерируемый микропроцессором, так что входное напряжение может быть скорректировано.

И наоборот, если управляющий выходной сигнал (V_c) меньше блокирующего напряжения (V_bloc), то на шаге S6 компенсатор 60 входного напряжения корректируют входное напряжение (Vin) в соответствии с управляющим выходным сигналом (V_c), генерируемым микропроцессором, как показано на фиг.6b.

Более подробно: хотя в точке Т1, в которой входное напряжение (Vin) падает, сигнал обнаружения низкого напряжения (V_low) изменяется на сигнал низкого уровня и поступает низковольтный сигнал, управляющий выходной сигнал (V_c) меньше блокирующего напряжения (V_bloc), так что входное напряжение корректируется в соответствии с управляющим выходным сигналом (V_c), а не с блокирующим напряжением (V_bloc).

Таким образом, после получения низковольтного сигнала определяется компенсационная составляющая входного напряжения (Vin) путем выбора меньшего из двух напряжений: управляющего выходного сигнала (V_c) или блокирующего напряжения (V_bloc), так что компенсационная составляющая будет ограничена больше, чем при использовании традиционных схем. Рабочая частота регулируется соответственно компенсационной составляющей входного напряжения (Vin), вследствие чего степень понижения рабочей частоты ограничивается, так что на шаге S7 генерируют управляющие импульсы, соответствующие рабочей частоте.

Поскольку на этапе S8 на инвертор подают управляющие импульсы, частота которых регулируется, то частота и выходная мощность не выходят за пределы области переключения при нулевом напряжении (ZVS), несмотря на наличие сигналов большой выходной мощности и низкого напряжения, так что инвертор защищает переключатель «S1-S2» от появления большого мгновенного тока.

Как очевидно из приведенного выше описания, вышеуказанный варочный аппарат с индуктивным нагревом и способ его работы в соответствии с настоящим изобретением делают возможным регулировать выходную мощность инвертора только в области переключения при нулевом напряжении, несмотря на изменение резонансной частоты в зависимости от материала варочной емкости или от подачи низкого напряжения на аппарат, находящийся в режиме большой выходной мощности.

Таким образом, аппарат предотвращает возникновение чрезмерных потерь мощности во время операции переключения, а также предотвращает подачу на переключатель «S1-S2» большого мгновенного тока, благодаря чему повышается долговечность варочных электроприборов.

Хотя для иллюстративных целей были описаны предпочтительные примеры реализации настоящего изобретения, специалистам в данной области должно быть понятно, что возможны различные модификации, дополнения и изъятия без нарушения духа и буквы изобретения, изложенных в прилагаемой формуле изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Варочный аппарат с индукционным нагревом, содержащий:

средство для получения напряжения питания,

блок инвертора, имеющий переключатель для выполнения операции переключений после получения управляющего импульса, подключенный к указанному средству для получения напряжения питания и снабжающий питанием катушку, на которую ставится варочная емкость и через которую проходит ток;

соединенные в цепь детектор входного напряжения для определения входного напряжения, подаваемого в контур, подключенный к входу средства для получения напряжения питания;

детектор низкого напряжения для изменения разрешающего низковольтного сигнала на сигнал низкого уровня, когда входное напряжение, подаваемое на схему, меньше опорного низкого напряжения;

ограничитель уровня мощности для генерирования блокирующего напряжения, способный ограничивать уровень выходной мощности до заданного уровня только тогда, когда разрешающий низковольтный сигнал является сигналом низкого уровня;

компенсатор входного напряжения для определения меньшего из двух напряжений: управляющего выходного сигнала и блокирующего напряжения, и для корректировки определенного меньшего значения в соответствии с изменением входного напряжения;

выходной контроллер для генерирования сигнала управления частотой, способный регулировать рабочую частоту переключений блока инвертора для корректировки уровня выходной мощности в соответствии с компенсационной составляющей компенсатора входного напряжения; и

импульсный генератор для генерирования управляющих импульсов, подаваемых на блок инвертора, частота которых изменяется в соответствии с сигналом управления частотой; и

подключенный к компенсатору входного напряжения микропроцессор для генерирования управляющего выходного сигнала, обеспечивающего генерирование блоком инвертора сигнала выходной мощности, соответствующего конкретному уровню мощности.

2. Аппарат по п.1, дополнительно содержащий:

средство приведения в действие находящегося в блоке инвертора переключателя для передачи управляющих импульсов, генерируемых импульсным генератором, на затвор переключателя.

3. Аппарат по п.2, в котором импульсный генератор регулирует ширину импульсов обратно пропорционально сигналу управления частотой и генерирует/выдает управляющие импульсы.

4. Аппарат по п.1, в котором средство для получения напряжения питания включает в себя:

блок питания переменного тока для подачи в контур переменного тока;

выпрямитель для выпрямления переменного тока, поступающего из блока питания переменным током, и генерирования пульсирующего напряжения питания и

блок фильтра для сглаживания пульсирующего напряжения питания, выпрямленного выпрямителем, и передачи сглаженного напряжения питания на схему инвертора.

5. Аппарат по п.1, в котором детектор низкого напряжения содержит компаратор, в котором на положительную (+) клемму поступает входное напряжение, а на отрицательную (-) клемму поступает заданное опорное низкое напряжение, так что компаратор генерирует разрешающий низковольтный сигнал низкого уровня, когда входное напряжение меньше опорного низкого напряжения.

6. Аппарат по п.1, в котором ограничитель уровня мощности содержит:

обращенный диод для подключения катода к выходной клемме детектора

низкого напряжения, причем диод включается только тогда, когда разрешающий

низковольтный сигнал является сигналом низкого уровня; и

стабилитрон для подключения анода к обращенному диоду таким образом,

что блокирующее напряжение подается на оба конца стабилитрона благодаря

сигналу тока, генерируемому, когда обращенный диод включен.

7. Аппарат по п.1, в котором выходной контроллер регулирует рабочую частоту блока инвертора обратно пропорционально компенсационной составляющей, генерируемой компенсатором входного напряжения.

8. Способ управления варочным аппаратом с индукционным нагревом, содержащий следующие шаги:

определение входного напряжения, подаваемого в схему;

определение, является ли входное напряжение меньше, чем заданное опорное низкое напряжение; и

если входное напряжение не является низковольтным сигналом, то корректируют входное напряжение посредством дифференциальной составляющей, находящейся в соответствии с генерируемым микропроцессором, управляющим выходным сигналом, таким образом, что выполняется операция управления выходной мощностью;

если входное напряжение меньше, чем опорное низкое напряжение, то определяют поступление низковольтного сигнала;

после поступления низковольтного сигнала определяют, является ли управляющий выходной сигнал, генерируемый микропроцессором, больше, равен или меньше, чем блокирующее напряжение;

корректируют блокирующее напряжение в соответствии с изменением входного напряжения, когда управляющий выходной сигнал больше, чем блокирующее напряжение, или корректируют управляющий выходной сигнал в соответствии с изменением входного напряжения, когда управляющий выходной сигнал равен или меньше, чем блокирующее напряжение, таким образом, что выполняется операция по управлению выходной мощностью; и

регулирование рабочей частоты управляющих импульсов в соответствии с компенсационной составляющей входного напряжения и возбуждение инвертора.

9. Способ по п.8, в котором регулирование рабочей частоты управляющих импульсов включает в себя следующие шаги:

регулирование сигнала управления рабочей частотой переключений обратно пропорционально компенсационной составляющей входного напряжения;

генерирование управляющего импульса, ширину которого регулируют обратно пропорционально сигналу управления частотой; и

начало работы инвертора в соответствии с управляющим импульсом.

www.freepatent.ru

Устройство защиты для инверторного преобразователя

Электропитание

Главная  Радиолюбителю  Электропитание

В последнее время широкое распространение получили инверторные преобразователи постоянного напряжения 12 В в переменное 230 В с трёхуровневой ступенчатой аппроксимацией полуволн синусоидального напряжения. Их используют в основном для резервного питания бытовой аппаратуры, в том числе критичной к форме питающего напряжения. К сожалению, довольно часто производитель в целях удешевления конструкции использует схемные решения, приносящие ущерб если не подключаемому оборудованию, то самому инвертору.

Одна из часто встречающихся и, главное, недокументированных особенностей инверторов - невозможность их длительного использования в режиме совмещённой работы на нагрузку и зарядки аккумуляторной батареи. То есть подразумевается, что при наличии напряжения сети нагрузка должна быть отключена от инвертора, и он может работать как зарядное устройство, а в отсутствие напряжения сети следует вручную подключить нагрузку и отключить шнур питания от сети, чтобы исключить переход в совмещённый режим при восстановлении сетевого напряжения.

В принципе, такая реализация нормальна для устройств, используемых в полевых условиях, где возможность совмещённого режима практически исключена. Но если предполагается использовать инвертор в качестве автоматического источника резервного питания, это становится рискованным. Автору на практике пришлось столкнуться с повторяющейся типовой неисправностью инверторов различной мощности, возникшей по этой причине. Для предотвращения подобных выходов из строя предлагается использовать простое внешнее устройство. Оно предназначено для работы со свинцово-кислотными автомобильными аккумуляторными батареями и обеспечивает защиту инвертора от перехода в совмещённый режим и необходимую коммутацию силовых цепей, контроль напряжения на аккумуляторной батарее и управление включением зарядного устройства инвертора, а также защиту батареи от глубокой разрядки.

Функционально устройство состоит из двух узлов: один из них (его схема показана на рис. 1) служит для контроля напряжения аккумуляторной батареи, второй (рис. 2) - для контроля напряжения сети и коммутации (нумерация элементов сквозная). Рассмотрим принцип действия первого узла. Его основа - компаратор на ОУ К140УД1А, собранный по классической схеме. Источником образцового напряжения служит стабилитрон VD1. При понижении напряжения питания до порогового значения, установленного подстроечным резистором R2, компаратор переключается в состояние высокого выходного уровня. Через некоторое время, определяемое постоянной времени цепи R10C3 и напряжением пробоя стабилитрона VD3, открывается транзистор VT1 и срабатывает реле K1. Задержка его включения рекомендуется для безопасной коммутации режимов и завершения всех переходных процессов. Светодиод HL1 (красного цвета свечения) индицирует состояние компаратора (включается, когда на выходе последнего появляется высокий уровень). Величину гистерезиса переключения устанавливают изменением сопротивления подстро-ечного резистора R8.

Рис. 1. Схема первого узла устройства

Рис. 2. Схема второго узла устройства

При наличии напряжения сети узел контролирует напряжение аккумуляторной батареи и управляет зарядным устройством инвертора. Нижний порог включения зарядного устройства - 12,2 В при отключённой нагрузке батареи, верхний порог отключения - 13,8 В [1-5].

В отсутствие напряжения сети узел защищает батарею от глубокой разрядки и переводит инвертор в выключенное состояние при напряжении 11,3 В и работе под нагрузкой [1, 3, 6, 7]. Необходимая коррекция нижнего порога обеспечивается изменением сопротивления нижнего плеча делителя R1- R3 с помощью элементов VT2, R18 узла контроля напряжения сети и коммутации.

Этот узел (рис. 2) содержит понижающий трансформатор Т1, четыре электронных ключа на транзисторах VT2-VT5 и три реле K2-K4. В отсутствие напряжения сети реле K2, K3 обесточены, их контакты находятся в положении, показанном на схеме, нагрузка подключена к выходу преобразователя U1. При этом транзистор VT3 закрыт, а VT5, наоборот, открыт (напряжение смещения на его базу поступает с аккумуляторной батареи), поэтому реле K4 включено, и его контакты K4.1 совместно с нормально замкнутыми K1.2 обеспечивают включение преобразователя. Транзистор VT2 также закрыт и влияния на порог переключения компаратора не оказывает. Если напряжение аккумуляторной батареи понизится до 11,3 В, то во избежание глубокой разрядки произойдёт переключение компаратора, транзистор VT1 откроется, в результате чего сработает реле K1 и его контакты К1.2 разомкнутся, выключив инвертор U1. Контакты К1.1 при этом замкнутся, но ввиду отсутствия напряжения сети это не вызовет никаких последствий.

При восстановлении входного напряжения и нормальном напряжении аккумуляторной батареи срабатывают реле K2, K3 и нагрузка переключается на питание от сети. Транзисторы VT3, VT5 изменяют своё состояние на обратное, реле K4 обесточивается и выключает инвертор. Одновременно открывается транзистор VT2, резистор R18 подключается параллельно R3 (см. рис. 1), что обеспечивает коррекцию нижнего порога до 12,2 В. Если напряжение батареи выше этого значения, ничего больше не произойдёт, а если ниже, то переключение компаратора вызовет срабатывание реле K1 и включение режима зарядки батареи замкнувшимися контактами K1.1.

Закрывание транзистора VT3 в момент пропадания сетевого напряжения сопровождается кратковременным открыванием транзистора VT4 (на время зарядки конденсатора C5 через его эмиттерный переход и резисторы R16, R19). Открытый транзистор шунтирует стабилитрон VD1, компаратор переходит в состояние с низким уровнем выходного напряжения независимо от напряжения батареи, и происходит принудительное включение преобразователя. Это является необходимым, поскольку в момент пропадания напряжения сети устройство может находиться в режиме зарядки, напряжение батареи будет явно выше порога переключения компаратора и понадобится его сброс в исходное состояние. Дальнейшая работа устройства зависит от уровня зарядки батареи в соответствии с описанным принципом работы. Диод VD8 служит для быстрой разрядки конденсатора C5 при восстановлении сетевого напряжения. Светодиод HL2 (зелёного цвета свечения) - индикатор наличия напряжения сети.

По свечению светодиодов HL1 и HL2 можно судить о режиме работы устройства и инвертора. Так, если светится HL1, то это означает, что напряжение в сети отсутствует, инвертор отключён, а напряжение батареи ниже 11,3 В. Свечение светодиода HL2 свидетельствует о наличии напряжения сети и полной зарядке батареи. Наконец, одновременное свечение обоих индикаторов говорит о том, что напряжение в сети есть и идёт зарядка аккумуляторной батареи.

В устройстве применимы малогабаритные постоянные резисторы любого типа указанной на схемах мощности рассеяния. Подстроечные резисторы - желательно многооборотные (с червячным приводом движка). Полярные конденсаторы - оксидные К50-83, К50-16 близкой ёмкости или аналогичные импортные, C2 - любой керамический малогабаритный, например, К10-73-1б, К10-17в. Вместо К140УД1А в качестве компаратора могут быть применены другие ОУ серии К(Р)140УД1 или любой ОУ с аналогичными параметрами, допустимым напряжением питания 12 В ± 5 % и соответствующими цепями коррекции. Транзисторы VT2-VT4 заменимы любыми аналогами с параметрами не хуже, чем у применённых автором (например, отечественными серии КТ3102 или импортными BC547 с любым буквенным индексом). Вместо КТ972А можно установить другие транзисторы этой серии или применить составные транзисторы из соединённых соответствующим образом обычных маломощного и мощного транзисторов (например, серий КТ315 и КТ817).Стабилитрон VD1 - с напряжением стабилизации 5...6 В при токе стабилизации 5 мА, VD2 - 11 В, с возможно меньшим минимальным током и максимальным током стабилизации не менее 12 мА, VD3 - 3...3,6 В. Вместо КС211Ж (VD2) можно применить КС211Е или любой из КС211Г, КС211Д (во втором случае R9 следует заменить резистором сопротивлением 160 Ом и мощностью рассения 0,25 Вт). Реле K1 - K4 - OMRON G2RL112DC или аналогичные для печатного монтажа с номинальным напряжением обмотки 12 В, рассчитанные на коммутацию напряжения 240 В при токе не менее 5 А (от допустимого тока зависит максимальная мощность нагрузки).

Трансформатор Т1 - понижающий с вторичной обмоткой 2x9 В при токе от 100 мА. Светодиоды HL1 и HL2 - соответственно АЛ307БМ и АЛ307ВМ, АЛ307ГМ или сверхъяркие, например, CREE C503-GC (HL1) и C503-RC (HL2).

Устройство собрано в пластмассовом корпусе исполнения IP65 или IP67 с внутренними размерами 110x110x82 мм. Расположение плат и выносных элементов внутри корпуса показано на рис. 3. Контакты реле К1.2, К4.1 включают в разрыв провода выключателя питания инвертора. При монтаже силовых цепей необходимо соблюдать правила электробезопасности.

Рис. 3. Расположение плат и выносных элементов

Налаживание состоит в установке порогов переключения компаратора с помощью подстроечных резисторов R2 и R8, а также при возможном подборе резистора R18. Во время налаживания узел компаратора рекомендуется питать от внешнего регулируемого источника. Соединив перемычкой выводы коллектора и эмиттера транзистора VT2, сначала с помощью резистора R2 устанавливают нижний порог 12,2 В, затем с помощью R8 - верхний 13,8 В. Путём последовательных приближений добиваются чёткого срабатывания компаратора при указанных значениях напряжения. После этого, убрав перемычку с выводов VT2, проверяют смещение нижнего порога до уровня 11,3 В. При необходимости подбирают резистор R18, временно заменив его подстроечным резистором сопротивлением 6,8...10 кОм. На этом налаживание можно считать законченным.

Литература

1. Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы. - URL: http://www.powerinfo. ru/accumulator-pb. php (26.09.16).

2. Автомобильные кислотные аккумуляторы. - URL: http:// www.qrz. ru/schemes/ contribute/digest/avto20.shtml (26.09.16).

3. Как зарядить аккумулятор автомобиля. Рекомендации по эксплуатации и выбору. - URL: http://ydoma.info/avtomobil-kak-zaryadit-akkumulyator.html (26.09.16).

4. Особенности зарядки автомобильных аккумуляторов. - URL: http:// sevbat.com/consulting/1 / (26.09.16).

5. Как проверить аккумулятор. - URL: http://al-vo.ru/o-zhizni/kak-proverit-akkumulyator.html (26.09.16).

6. Свинцово-кислотный аккумулятор. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Свинцово-кислотный_аккумулятор (26.09.16).

7. Напряжение заряженного автомобильного аккумулятора. - URL: http://autogrep. ru/review/212.html (26.09.16).

Автор: Д. Панкратьев, г. Ташкент, Узбекистан

Дата публикации: 22.03.2017

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net

ИНВЕРТОР С 12В НА 220В

   Инверторы - это устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающих на автономное (не связанную с сетью переменного тока) нагрузки. Как нагрузка автономного инвертора может выступать как единичный потребитель, так и разветвленная сеть потребителей. Инвертор значительно дешевле мини-электростанцию, миниатюрный и легкий. Совместно с одним, или несколькими аккумуляторами он может работать как автономный источник бесперебойного питания для дома, котельной, пожарных и охранных систем. Время автономной работы зависит от мощности нагрузки и емкости аккумуляторов. Так, например, четырех аккумуляторов по 200 А/ч хватит на 17 часов автономной работы при постоянной нагрузке 500 Вт.

Отличия в работе различных типов инверторов с разными видами нагрузок

   Электрические приборы с активным характером сопротивления распространены повсеместно. К ним относятся различные виды нагревательных приборов, а также осветительные приборы на основе ламп накаливания. Также распространены комбинированные нагрузки, в которых кроме основного потребителя с активным характером сопротивления присутствуют другие потребители с разным характером сопротивления, однако мощность этих потребителей значительно ниже. Например, нагревательный элемент с схеме контроля температуры. Такие нагрузки также можно считать приближенными к активными, мера приближения определяется отношением мощностей основного активного нагрузки и не дополнительной активной. 

   Вообще активная нагрузка является наиболее простым видом нагрузки для инвертора, потому что выходной ток инвертора в любой момент времени, то есть при любом мгновенном значении выходного напряжения, ограничен и определяется законом Ома. Поэтому допустима любая форма выходного напряжения инвертора, например модифицированная синусоида. Также весь выходной ток инвертора идет на создание исходной активной мощности, поэтому эффективность работы инверторов любого типа будет максимальная при данном типичные нагрузки. Различие между типами инверторов с различной формой выходного напряжения можно оценить с помощью частотного анализа по гармоническому составу выходного напряжения. 

   Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения содержат в спектре выходного напряжения лишь основную гармонику 50Гц. Инверторы же с выходным напряжением в виде модифицированной синусоиды содержат в спектре выходного напряжения также высшие нечетные гармоники значительной амплитуды. Поскольку форма выходного тока при активной нагрузке повторяет форму напряжения.

   Как и для емкостного нагрузки, для нагрузки с выпрямителем на входе, высокий уровень токов при источнике напряжения в виде модифицированной синусоиды создает повышенный акустический эффект при работе инвертора. Спектральный состав выходного тока инвертора с формой выходного напряжения в виде модифицированной синусоиды при работе на нагрузку с выпрямителем на входе весьма широкополосный, а амплитуда тока весьма велика, поэтому звуковой эффект производимый этим током весьма громкий и неприятный на слух. При этом производить звуковое впечатление может любой элемент схемы, через который протекает выходной ток инвертора, этот элемент может находиться в инверторе или в электроприборе, что подключается, или в соединительных проводах.

   Напряжение попадает на устройство коммутации, который осуществляет обработку полученных импульсов от мультивибратора. С помощью устройства управления регулятором осуществляется регулирование на выходе мультивибратора частоты импульсов, что обеспечивает получение нужной частоты. Необходима переменное напряжение поступает на вход выходного повышающего трансформатора, на выходе которого образуется переменное напряжение. Для защиты устройства от перенапряжения используют предохранители, он срабатывает в случае возникновения аварийной ситуации. Питание устройства осуществляется с помощью аккумуляторной батареи. Применение современных мощных полевых транзисторов позволяет упростить схему инвертора.

Электросхема инвертора 12-220В

   На элементах DD1.1, DD1.2 собран задающий генератор с частотой 500 Гц. Делитель на DD2 формирует две импульсные последовательности частотой 50 Гц со сдвинутыми на 180 градусов фазами для управления силовыми ключами VT1 и VT2 двухтактного преобразователя. Чтобы избежать сквозных токов переключения, между выключением одного ключа и включением второго существует "мертвая зона" - 10% длительности периода.

   При подаче высокого уровня на вход "Блокировка" оба выходных ключа запираются. Выходная мощность преобразователя ограничена мощностью силового трансформатора Т1 и максимальным допустимым током выходных транзисторов. Коэффициент трансформации силового трансформатора Кт=20. В качестве выходных транзисторов подойдут IRFZ034 (15 A), IRFZ044 и RG723A (30A), IRFZ046 (50 A) и IRFP064 (100 А). Для надежности нужно иметь двойной запас по току и тройной - по напряжению. Силовые цепи должны быть по возможности короче и выполнены проводами соответствующего сечения.

   С помощью R2 частота генератора устанавливается 50 Гц. Осциллографом желательно проконтролировать и форму прямоугольных импульсов. Настроенный инвертор монтируется в соответствующем корпусе, на переднюю панель которого выводятся амперметр, держатель предохранителя, выключатель задающего генератора, клеммы подключения нагрузки и аккумуляторной батареи питания, а также индикаторы включения аккумулятора и задающего генератора.

   Инвертор может осуществлять питание потребителя мощностью 100 Вт не менее 2 часов при использовании аккумуляторной батареи емкостью 45 А/ч. Подстройка переменного резистора позволяет добиться частоты колебаний строго 50 Гц.

Поделитесь полезными схемами

САМОДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АВТОАККУМУЛЯТОРОВ    Добрый вечер всем автолюбителям. Наступила зима со всеми своими проблемами и появляется множество проблем связанных с автомобилем, чаще всего с аккумулятором. Как правило старые аккумуляторы быстро разряжаются или теряют часть заряда и не у каждого есть зарядное устройство под рукой.

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ИК ДУ      Включить электроустройства с помощью пульта дистанционного управления не является ноу-хау, и вы можете найти много различных устройств делающих это хорошо. Для изготовления этого типа устройств, вы должны сделать приемник, передатчик. Здесь же можно сделать это устройство, но вам нужно будет сделать только приемник, потому что в качестве передатчика будет использоваться пульт дистанционного управления от телевизора или DVD.

ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ ДЕШИФРАТОР      Двоично-десятичный дешифратор. Данное устройство иллюстрирует перевод чисел из двоичной системы в десятичную, что необходимо при получении конечного результата вычислений. В дешифраторе применены 4 тумблера, символизирующие разряды двоичных чисел, индикаторная лампа высвечивает числа от 1 до 10 десятичной системы счисления.

СТРОБОСКОП ДЛЯ ДИСКОТЕКИ     Отражатель стробоскопа позволит направить максимум света. Изготовить его можно из алюминиевой полоски либо картона.

НЕОБЫЧНЫЕ НАСТЕННЫЕ ЧАСЫ     Необычные настенные часы своими руками. Привет всем. Чего только можно сделать из сд дисков! Если кто помнит мы из дисков с вами сделали юсб вентилятор. Сегодня мы попытаемся сделать стильные и очень красивые настенные часы своими руками.

samodelnie.ru

---

• 
  Трансформатор инвертора
• 
  Автомобильный инвертор мап энергия
• 
  Инверторные стабилизаторы напряжения для дома отзывы какой лучше
• 
  Обесточить питание инвертора
• 
  Ремонт инверторных генераторов
• 
  Инверторная батарея
• 
  Сварочный инвертор 220 prestige отзывы
• 
  Устройство инверторного компрессора
• 
  Устройство инверторного компрессора
• 
  Инверторный стабилизатор принцип работы
• 
  Инвертор переменного тока сварочный