Перейти к содержанию сайта   (>>>>)

Исследование инвертора ИБП на ШИМ494 с полевыми транзисторами

     В [1] приводится схема ИБП на ШИМ494 с полевыми транзисторами. Слаботочная часть инвертора выполнена по push-pull схеме, а силовая высоковольная часть инвертора по полумостовой схеме. Инвертор данной схемы аналогичен схеме блока питания компьютера, только биполярные транзисторы заменены на полевые.

Рис. 1

     При рассмотрении данной схемы возникает такой  вопрос:  для чего нужно было использовать микросхему Tl494, если не используются её усилители ошибки, которые дают возможность организовать регулировку выходного напряжения и обратную связь по напряжению и току. В целом по своим функциональным возможность данная схема практически повторяет схему БП на ШИМ 2153, только более усложнена. Может быть данный вариант  целесообразен, так как используется ШИМ494 уже хорошо отрабюотаный и более дешевый чем ШИМ 2153 (по данным Алиэкспресс). Кроме того, небольшой опыт приобретения ШИМ2153 на Алиэкспресс показывает, что идет очень много брака микросхем 2153. Так , например, была приобретена партия из 5 штук, из них только одна микросхема оказалась рабочей.(правда деньги вернули). Приобретенные на. Алиэкспресс микросхемы 494  не имели брака ( было приобретено порядка 15 штук из различных партий. 

    В Интернете больше не удалось найти схем БП на шим494 с полевыми транзисторами. Поэтому вышеприведенная  схема была взята за основу для исследования работы такого инвертора.

Испытания проводились по частям:

1.Слаботочная часть инвертора Рис.2

Рис.2

 Трансформатор намотан на ферритовом кольце 18х12х8 мм зеленого цвета. Число витков  обмоток взято таким какое использовалось в [1]. Первичная обмотка намотана внавал проводом 0,6 мм 100 витков с выводом посредине. Далее изоляция.  Две вторичные омбоки намотаны по 50 витков  проводом 0,6 мм также внавал. Уместить такое количество витков на такой сердечник достаточно сложно.

      Питание схемы осуществлялось от отдельного блока питания 12 вольт. Снимались осциллограммы в точках показанных на рис.2 красными стрелками с обозначеними. Также измерялась сила тока, потребляемая схемой при работе. На выходе трансформатора установлены нагрузочные резисторы номиналом 50 ом мощностью 0,5 Вт ( чуть больше, чем указано на схеме рис.1. [1].

       Осциллограммы напряжений, измеренные в точках на рис.2 приведены в табл.1. По внешнему виду вполне хорошие. 

        Сила тока потребляемая схемой составила 0,6 ампер. Или мощность потребления энергии составила практически 7 Вт. И это  только на управление  полевыми транзисторами!!! В блоке питания компьютера на управление биполярными ключевыми транзисторами потребляемая мощность более чем в 10 раз меньше. Поэтому такое решение вряд ли можно считать приемлемым. В результате очень сильно нагреваются резисторы на затворах транзисторов. Температура их не замерялась, но за короткое время нагревались так, что пальцем невозможно держать. (правда краска на резисторах обуглится не успела). Резисторы были 0,5 Вт как предусмотрено в схеме [1]. 

    В интернете имеется много схем с повышающий напряжение блоками питания. В слаботочной  части инвертора используется схема аналогичная иссследуемой, только взяты другие номиналы резисторов.  Некоторые из них приведены ниже:

В [2] приводится такая схема

Рис.3

Резистор на затворе транзисторов 470 ом

В [3]схема инвертора такая

Рис.4

Резистор на затворе транзисторов 1ком

В [4] приводится схема с дополнительными транзисторами в управлении ключевыми транзисторами Рис.5

Рис.5

Резистор суммарно получается 840 ом.

Можно много приводить схем, нигде нет резисторов в драйвер полевых транзисторов меньше 200 ом.

       Поэтому при дальнейших испытаниях были взяты резисторы большего номинала, чем использованы в схеме рис. 1.

       Далее испытывалась полная схема   блока питания Рис.7. По отношению к исходной схеме рис. 1 были внесены некоторые корректировки. В схеме испльзованы резисторы 220 ом 1 Вт в слаботочной части инвертора и в силовой части делитель напряжения на резисторах 47 ом 1 Вт и 50 ом 0,5 Вт. На выходе использован трансформатор от компьютерного блока питания 200 Вт. Трансформатор был перемотан: первичная обмотка 40 витков проводом 0,6 мм, вторичная 8 витков в два ручья проводом 0,6 мм со средним выводом. Сердечник трансформатора  сечением 95 мм кВ. Габаритные размеры сердечника трансформатора следеющие:      . Силовое напряжение (+300 +150 0) вольт взято от внешнего блока питания.  Схема запитывалась силовым напряжением через лампу накаливания 60 Вт. Слаботочня часть инвертора запитывалась от другого внешнего блока питания  напряжением 12 вольт.

Осциллограммы напряжений в точках, указанных на Рис..7 приведены в таблице 2.

 Осциллограммы снимальсь без нагрузки на выхоже.

Рис.7

     Испытания показали, что резисторы в силовой части инвертора на затвора ключевых транзисторов греются все еще достаточно сильно.

           На выходе блока питания напряжение составило 12,6 вольт. Осциллограммы напряжений получены неплохие. Сила тока, потребляемая слаботочной частью инвертора от БП 12 вольт  составила 0,34 бампера (мощность порядка 4-5 ватт) .

Вольт амперная характеристика данной схемы приведена на рис.8

Рис.8

Вольт амперная характеристика получена неплохая, учитывая то что не применена обратная связь по напряжению..

     Схема рис. 7. была  дополнительно изменена на основании схемы инвертора используемого в компьютерном блоке питания на биполярных транзисторах, В цепь питания ШИМ контроллера добавлен диод 4148 и резистор на 510 ом., заменены мощные транзисторы в слаботочной счасти инвертора на маломощные 2N7000. В цепь затвора транзисторов установлены резисторы 1 ком и стабилитроны на 15 v. Кроме того, в цепь затвора ключевых транзисторов установлены диоды 4148. Согласующий и силовой  трансформаторы были использованы те же, что и в предыдущем эксперименте.

     Измененная схема представлена на рис.9.

    Данные изменения позволили уменьшить потребляемый ток ШИМ контроллером до 27 ма. Резисторы в цепи затворов транзисторов греться перестали. Мощность их взята 0,25 Вт.                                                                                                                                                              

Рис.9

     Осциллограммы снятые без нагрузки и с нагрузкой 5,3 ампера приведены в табл.3. Осциллограммы не плохие. Также нужно отметить что схема работает достаточно устойчиво, без каких либо шумов. Уровень нагревания ключевых транзисторов под нагрузкой пока не проверялся. Транзисторы были установлены без радиатора.

На рис.10 представлена вольт амперная характеристика данного блока питания. Она мало чем отличается от вольт амперной характеристики блока питания, выполненного по схеме рис.7.

Рис.10

            Схема питания ШИМ контроллера в схеме рис. 1 выполнена от дополнительой обмотки выходного трансформатора. Для запуска схемы использована цепочка из конденсатора и резистора присоединенная к сетевому переменному напряжению 220 вольт. Не понятно зачем нужно использовать такую схему? Во первых использование дополнительной обмотки трансформатора не создало гальваническую развязку сетевого напряжения от слаботочной схемы инвертора. Во вторых трансформатор нужно специально перематывать, или найти трансформатор от компьютерного БП с раздельными вторичными обмотками на 12 и 5 вольт. (судя по приводимым в интернете схемам БП такие трансформаторы достаточно редко используются.).

       Если в БП нет надобности в гальванической развязке слаботочной части инвертора от сетевого напряжения, по моему лучше использовать проверенную схему дополнительного модуля питания, выполненного на основе срезающего напряжение конденсатора []. Такая схема использует  не намного больше электронных элементов по сравнению со схемой предложенной в [1] рис. 1. При таком решении отпадает необходимость в специальном выходом трансформатор с дополнительной обмоткой. Можно использовать трансформатор от компьютерного БП. 

       Была проверена работоспособность инвертора рис. 12  с питанием от модуля, выполненного по принципу срезающего конденсатора. Срезающий напряжение конденсатор взят 1 мкФ на 400в создающий силу тока порядка 60ма. На выходе установлены два  стабилитрона на 7,5в 1вт последовательно, для получения напряжения на выходе 12-15 вольт.

    Инвертор,  выходной трансформатор и выходной выпрямитель взяты те же, что и в предыдущих экспериментах. Силовое постоянное напряжение 310 вольт со средней точкой взято от внешнего сетевого выпрямителя. 

Рис.12                                                                                                                                           

       В табл.4 приведены осциллограммы измеренные в точках отмеченные на схеме красными стрелками и номерами. Осциллограммы хорошие и мало чем отличаются от осциллограмм  измеренных в схеме с питанием от внешнего БП на 12 вольт рис.9.

      Схема питания достаточно легко реализуется и устойчиво работает. Недостаток такого решения в том, что слаботочная часть инвертора и ШИМ контроллер находятся под сетевыми напряжением, что затрудняет использовать обратную связь для стабилизации выходного напряжения. 

       Итак, данный вариант схемы работоспособен (при длительной эксплуатации не проверялся), но особого смысла практического использования не видно. По сравнению с БП на ШИМ 2153 [.] данный вариант сложнее, больше электронных элементов, дополнительный трансформатор, а работает практически также. Имеет смысл использовать схему, если реализовать возможность организации регулировки и стабилизации напряжения, ограничения силы тока, возможности для этого имеются в используемой  схеме ШИМ494. 

Ссылки

1. Простой мощный импульсный блок питания на TL494

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРА Полезный сайт https://www.gamesdraw.ru/?page_id=600

2. Инвертор 12 220 повышенной мощности своими руками

https://stroyew.ru/inverter-12-220-increased-power-with-their-own-hands.html

3.Как сделать инверторы (преобразователи) 12-220 В

https://stroychik.ru/elektrika/preobrazovatel-12-220-svoimi-rukami

4. Схема китайского инвертора 12 220в 2000ватт

https://sparklogic.ru/cxema/post/shema-kitajskogo-invertora-12-220v-2000vatt

Перейти к содержанию сайта   (>>>>)