Инвертор обеспечивает резервное питание для работающих от сети приборов в случае отключения электроэнергии. Большинство доступных на рынке инверторов имеют сложную схему и не очень экономичны. Некоторые из них выдают на выходе прямоугольные импульсы, что нежелательно для индуктивных нагрузок.
Здесь мы разработали простую схему синусоидального инвертора, которая выдает квазисинусоидальное напряжение частотой 50 Гц, используя одну микросхему CD4047 и несколько дискретных компонентов, что делает ее очень недорогим решением.
Используемые компоненты
Перечень элементов схемы приведен в Таблице 1.
| Таблица 1. | Перечень элементов схемы | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Схема синусоидального инвертора
Схема самодельного синусоидального инвертора с использованием микросхемы 4047 представлена на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема синусоидального инвертора. |
Она состоит из мультивибратора CD4047 (IC1), MOSFET IRF250 (T1–T8), биполярных транзисторов и нескольких дискретных компонентов.
Микросхема CD4047 может работать в режимах ждущего и автоколебательного мультивибратора. Для инвертора требуется два выходных сигнала, сдвинутых по фазе на 180 градусов. Поэтому микросхема IC1 включена так, чтобы на двух ее выходных выводах 10 и 11 получить противофазные сигналы прямоугольной формы с частотой 50 Гц и коэффициентом заполнения 50%. Частота колебаний задается подстроечным резистором VR1 и конденсатором C1.
Эти два сигнала поочередно управляют двумя банками MOSFET (БАНК-1 и БАНК-2). Когда уровень сигнала на выводе 10 микросхемы IC1 высокий, а на выводе 11 – низкий, MOSFET БАНКА-1 (T1–T4) проводят ток, в то время как MOSFET БАНКА-2 (T5–T8) остаются закрытыми.
Поэтому через первую половину первичной обмотки трансформатора инвертора X1 протекает большой ток, а на вторичной обмотке возникает переменное напряжение 230 В.
В течение следующего полупериода напряжение на выводе 10 микросхемы IC1 становится низким, а на выводе 11 – высоким. В результате MOSFET БАНКА-2 проводят ток, а MOSFET БАНКА-1 остаются закрытыми. Поэтому через вторую половину первичной обмотки протекает ток, а на вторичной обмотке возникает переменное напряжение 230 В.
Таким образом, на вторичной обмотке получается переменное выходное напряжение.
Выходное синусоидальное напряжение формируется с помощью параллельного резонансного контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора и конденсаторами C5–C7. Если правильная синусоида не получается. между затворами MOSFET каждого банка и землей следует включить конденсаторы емкостью 2.2 мкФ.
Контура настроен на резонансную частоту 50 Гц. Благодаря 50-процентному коэффициенту заполнения прямоугольных импульсов ток, потребляемый без нагрузки, составляет всего 500 мА. По мере увеличения нагрузки потребление тока растет.
Напряжение питания IC1, получаемое от внешней батареи, ограничено на уровне 5.1 В с помощью стабилитрона ZD1 и резистора R4.
Схема индикации низкого заряда батареи
Схема индикации низкого заряда батареи состоит из транзистора T9, потенциометра VR2, стабилитрона ZD2, резисторов R5, R6 и R7, светодиода LED2 и конденсатора C2 (Рисунок 2). При полной нагрузке (не более 1000 Вт), подключенной к выходу инвертора, на схему индикации низкого заряда батареи от BAT1 подается напряжение питания 12 В.
 |
|
| Рисунок 2. | Схема индикации низкого заряда батареи. |
При этом напряжение на нагрузке составляет 230 В AC. В этот момент отрегулируйте потенциометр VR2 таким образом, чтобы стабилитрон ZD2 и транзистор T9 открылись, и напряжение на коллекторе T9 понизилось до 0.7 В, чтобы светодиод LED2 оставался выключенным.
Если напряжение питания падает ниже 10.5 В, напряжение на нагрузке снижается с 230 В до 210 В.
При этом стабилитрон ZD2 и транзистор T9 перестают проводить ток, и, соответственно, напряжение на коллекторе увеличивается примерно до 10.5 вольт, а светодиод LED2 загорается, указывая на низкое напряжение батареи.
Одновременно пьезоизлучатель PZ1 издает звуковой сигнал, указывающий на низкий заряд батареи.
Схема отключения при низком заряде батареи
Многократный разряд батареи до нуля сокращает срок ее службы. Схема отключения при низком заряде батареи состоит из транзистора T10, потенциометра VR3, стабилитрона ZD4, резисторов R8 и R9, конденсатора C3 и диода D1 (Рисунок 3).
 |
|
| Рисунок 3. | Схема отключения при разряде батареи. |
Отрегулируйте потенциометр VR3 таким образом, чтобы при напряжении на нагрузке выше 200 вольт стабилитрон ZD4 и транзистор T10 начали проводить ток.
Напряжение коллектора T10 в этом случае составляет около 0.7 вольт, и, следовательно, тиристор (SCR1) будет закрытым.
Но если напряжение на нагрузке опустится ниже 200 вольт, стабилитрон ZD4 и транзистор T10 закроются, напряжение на коллекторе T10 увеличится, и тиристор откроется.
Как только тиристор начинает проводить ток, напряжение питания IC1 (CD4047) падает до 0.7 вольт, микросхема перестает генерировать импульсы, и инвертор автоматически выключается. В таком состоянии тиристор остается открытым.
Нижний порог отключения инвертора можно установить на уровне 170 вольт в расчете на ламповую подсветку, вентилятор и т.д. Тогда лампа и вентилятор не будут выключаться, пока напряжение не опустится ниже 170 вольт.
Схема отключения при отсутствии нагрузки
Если к выходу инвертора не подключена нагрузка, выходное напряжение составляет 270–290 вольт. Это напряжение воспринимается вторичной обмоткой 0–12
В трансформатора инвертора X1, которая подключена к цепи отключения при отсутствии нагрузки, состоящей из стабилитрона ZD5, транзистора T11, потенциометра VR4, резисторов R12 и R11 и конденсатора C4 (Рисунок 4).
 |
|
| Рисунок 4. | Схема отключения при отсутствии нагрузки. |
При отсутствии нагрузки напряжение на обмотке 12 В также увеличивается. Это напряжение выпрямляется двухполупериодным мостовым выпрямителем, состоящим из диодов D3–D6, фильтруется конденсатором C4 и подается на транзистор T11.
Отрегулируйте потенциометр VR4 таким образом, чтобы при повышении напряжения инвертора выше 250 вольт стабилитрон ZD5 и транзистор T11 начали проводить ток. Это увеличивает напряжение на эмиттере, из-за чего тиристор SCR1 срабатывает и выключает инвертор. При подключении надлежащей нагрузки инвертор включится автоматически.
Конструкция печатной платы синусоидального инвертора
Односторонняя печатная плата схемы синусоидального инвертора показана на Рисунках 5 и 6.
 |
|
| Рисунок 5. | Печатная плата схемы синусоидального инвертора. |
 |
|
| Рисунок 6. | Размещение компонентов на печатной плате. |
На печатной плате предусмотрен разъем CON1 для внешнего подключения банков MOSFET и трансформатора. Контакты разъема CON1 от A до F также обозначены на схеме.
Соберите схему на печатной плате, так как это экономит время и сводит к минимуму ошибки при монтаже. Тщательно установите компоненты и дважды проверьте, не допущены ли ошибки. MOSFET следует монтировать на радиаторы, используя слюдяные прокладки в качестве изоляторов между ними.
Подключите клемму питания 24 В непосредственно к среднему отводу первичной обмотки трансформатора, который выдерживает ток более 50 ампер при мощности 1000 Вт.
Величина тока зависит от приложенной нагрузки. Для включения и выключения инвертора нет необходимости устанавливать выключатель в сильноточную цепь. Инвертор можно включать и выключать с помощью слаботочного переключателя S1.
