Měniče napětí 12 až 220 V se používají všude tam, kde je třeba připojit elektrická zařízení, která odebírají standardní síťový proud, ke zdrojům střídavého napětí. V mnoha případech nemusí být tato síťová dodávka k dispozici. Používání autonomního benzinového generátoru vyžaduje dodržování pravidel jeho údržby: neustálé sledování provozní hladiny paliva, zajištění ventilace. Problém lze nejlépe vyřešit použitím měničů doplněných o baterie vozidel.
Obsah
Označení a princip činnosti
Co je to měnič napětí. Elektronické zařízení, které mění hodnotu vstupního signálu. Lze jej použít jako zařízení, které zvyšuje nebo snižuje hodnotu vstupního napětí. Vstupní napětí po konverzi může měnit svou velikost i frekvenci. Zařízení, která mění stejnosměrné napětí (převádějí ho) na střídavý výstupní signál, se nazývají měniče.
Měniče napětí se používají jednak jako samostatné jednotky dodávající střídavý proud spotřebitelům, jednak je lze začlenit do jiných výrobků: systémů a zdrojů nepřerušitelného napájení, zesilovačů stejnosměrného proudu na požadované napětí.
Střídače jsou generátory harmonického napětí. Zdroj stejnosměrného proudu je vytvořen pomocí speciálního řídicího obvodu, který umožňuje periodickou změnu polarity. Výsledkem je střídavý napěťový signál na výstupních kontaktech zařízení, ke kterému je připojena zátěž. Jeho velikost (amplitudu) a frekvenci určuje obvod měniče.
Řídicí zařízení (regulátor) nastavuje frekvenci spínání zdroje a tvar výstupního signálu a jeho amplitudu určují prvky výstupního stupně obvodu. Jsou navrženy pro maximální výkon spotřebovávaný zátěží ve střídavém obvodu.
Regulátor se používá také k řízení výstupního signálu, kterého se dosahuje řízením šířky impulsu (zvětšováním nebo zmenšováním šířky impulsu). Informace o změnách hodnoty výstupního signálu do zátěže jsou zpětně přenášeny do regulátoru pomocí zpětnovazebního obvodu, který je použit k vytvoření řídicího signálu pro udržení požadovaných parametrů. Tato metoda se nazývá PWM (Pulse Width Modulation).
Výstupní spínací obvody měniče 12 V mohou používat výkonné bipolární tranzistory, polovodičové tyristory a tranzistory s polem. Řídicí obvody jsou založeny na mikroobvodech, což jsou hotová zařízení s potřebnými funkcemi (mikrokontroléry), speciálně navržená pro tyto převodníky.
Řídicí obvody zajišťují sekvenci klíčů, která zajišťuje, že výstup měniče poskytuje signál potřebný pro normální provoz spotřebičů. Kromě toho musí řídicí obvody zajistit symetrii půlvlnného výstupního napětí. To je důležité zejména u obvodů, které na výstupu používají zvyšovací pulzní transformátory. Je třeba se vyhnout stejnosměrné složce napětí, která se může objevit, pokud není dodržena symetrie.
Existuje mnoho variant obvodů měniče napětí (VI), ale existují tři základní:
- Beztransformátorový můstkový měnič IN;
- Transformátor UUT s nulovým vodičem;
- Můstkový obvod s transformátorem.
Každý z nich se používá ve svém oboru v závislosti na použitém zdroji a požadovaném výstupním výkonu pro napájení spotřebičů. Každý z nich musí mít ochranné a signalizační prvky.
Ochrana proti podpětí a přepětí zdroje stejnosměrného proudu určuje "vstupní" pracovní rozsah měničů. Ochrana proti přepětí a podpětí na výstupu střídavého proudu je nezbytná pro normální provoz zařízení spotřebitele. Rozsah vypnutí se nastavuje podle požadavků použité zátěže. Tyto typy ochrany jsou vratné, tj. provoz lze obnovit, jakmile se zařízení vrátí do normálního stavu.
Pokud ochrana vypnula v důsledku zkratu v zátěži nebo nadměrného nárůstu výstupního proudu, musí být před dalším provozem zařízení provedena důkladná analýza příčiny této události.
Pro místní napájení je nejvhodnější 12voltový měnič. Dostupnost velkého počtu automobilů a 12V stejnosměrných baterií umožňuje jejich použití pro zásobování požadavků uživatelů. Takové sítě lze zřídit na různých místech, počínaje vlastním autem. Jsou mobilní a nejsou závislé na parkovacím místě.
měniče 12 V na 220 V
Jednoduché měniče z 12 na 220 jsou určeny pro nízké nároky na spotřebu energie. Požadavky na kvalitu výstupního napájecího napětí a na tvar signálu jsou nízké. Jejich klasické obvody nepoužívají mikrokontroléry PWM. Flip-flop sestavený z logických prvků I-Ne generuje elektrické impulsy s opakovací frekvencí 100 Hz. K vytvoření protifázového signálu se používá D-spoušť. Dělí frekvenci hlavního oscilátoru dvěma. Na přímém a inverzním výstupu spouštěče je generován protifázový signál ve formě čtvercových impulsů.
Tento signál prostřednictvím vyrovnávacích prvků na logických prvcích NEovládá výstupní obvody měniče, který je postaven na klíčových tranzistorech. Jejich výkon určuje výstupní výkon měničů.
Tranzistory mohou být složené bipolární tranzistory a tranzistory s polem. Odtokové nebo kolektorové obvody zahrnují polovinu primáru transformátoru. Jeho sekundární vinutí je určeno pro výstupní napětí 220 V. Protože spouštěč dělí frekvenci 100Hz multivibrátoru dvěma, bude výstupní frekvence 50Hz. Tato hodnota je nezbytná pro napájení naprosté většiny domácích elektrických a rádiových zařízení.
Všechny součásti obvodu jsou napájeny z akumulátoru vozidla s dalšími stabilizačními prvky a ochranou proti vysokofrekvenčnímu rušení. Před nimi je chráněna i samotná baterie.
Jednoduché obvody měničů neobsahují ochranné nebo automatické regulační prvky. Frekvence výstupního signálu je určena volbou kondenzátoru a odporu rezistoru v obvodu hlavního oscilátoru. Nejjednodušší ochranou proti zkratu v zátěži je pojistka v obvodu napájejícím autobaterii. Proto by měla být vždy k dispozici náhradní sada pojistek.
Výkonnější moderní měniče stejnosměrného proudu na střídavý proud používají jiné zapojení. PWM regulátor nastavuje provozní režim. Určuje také amplitudu a frekvenci výstupního signálu.
Obvod 2000W měniče (12V+220V+2000W) využívá paralelní zapojení výkonových aktivních prvků ve svých výstupních stupních k dosažení požadovaného výstupního výkonu. V tomto obvodu se proudy tranzistorů sčítají.
Spolehlivějším způsobem zvýšení výkonových parametrů je však kombinace několika DC/DC měničů jako vstupů do společného DC/AC (stejnosměrný/střídavý proud) měniče, jehož výstup se použije pro připojení velké zátěže. Každý DC/DC měnič se skládá z měniče s výstupním transformátorem a usměrňovače pro toto napětí. Na výstupních svorkách je stejnosměrné napětí přibližně 300 V. Všechny jsou na výstupu zapojeny paralelně.
Z jednoho měniče je obtížné získat více než 600 W výkonu. Celý obvod jednotky je napájen napětím z baterie.
Tyto obvody jsou vybaveny všemi druhy ochrany, včetně tepelné ochrany. Teplotní čidla jsou namontována na povrchu chladičů výstupních tranzistorů. Generují napětí v závislosti na stupni zahřátí. Prahové zařízení ji porovná s požadovanou hodnotou ve fázi návrhu a vydá signál k zastavení jednotky s příslušným alarmem. Každý typ ochrany má svůj vlastní alarm, často zvukový.
Dodatečné nucené chlazení se provádí pomocí vzduchového chladiče instalovaného ve skříni, který se automaticky aktivuje na povel příslušného tepelného čidla. Kromě toho je samotný kryt spolehlivým chladičem, protože je vyroben z vlnitého kovu.
Podle tvaru výstupního napěťového signálu
Jednofázové měniče napětí lze rozdělit do dvou skupin:
- S čistým sinusovým výstupem;
- S upraveným sinusovým výstupním průběhem.
V první skupině vyrábí vysokofrekvenční měnič konstantní napětí. Její hodnota se blíží amplitudě sinusového signálu požadovaného na výstupu zařízení. V můstkovém obvodu se z tohoto stejnosměrného napětí pomocí pulzně šířkové modulace regulátoru a dolnopropustného filtru získá složka, která se velmi blíží sinusovému průběhu. Výstupní tranzistory se otevírají několikrát v každé půlperiodě pro časově proměnný harmonický zákon.
U zařízení, která mají na vstupu transformátor nebo motor, je vyžadována čistá sinusovka. Většina dnešních zařízení umožňuje napětí, jehož tvar se blíží sinusovce. Výrobky se spínanými napájecími zdroji mají obzvláště nízké požadavky.
Transformátorové jednotky
Měniče napětí mohou obsahovat transformátory. V obvodech měničů se podílejí na činnosti blokovacích generátorů, které vytvářejí impulsy s tvarem blížícím se čtvercové vlně. Součástí takového oscilátoru je pulzní transformátor. Vinutí jsou zapojena tak, aby vznikla kladná zpětná vazba, která vede k tlumenému kmitání.
Magnetické jádro je vyrobeno ze slitiny, která má vysokou magnetickou propustnost. Tím je zajištěn nenasycený provoz transformátoru. Tyto vlastnosti mají různé typy feritů, permalloy.
Blokovací generátory transformátorů byly nahrazeny multivibrátory. Multivibrátory využívají nejmodernější obvody a mají vyšší frekvenční stabilitu než jejich předchůdci. Obvody multivibrátoru navíc mohou jednoduše měnit pracovní frekvenci oscilátoru.
V moderních modelech měničů pracují transformátory ve výstupních stupních. Vývod ze středního bodu primárního vinutí napájí kolektory nebo drain tranzistorů, které jsou v nich použity, napájecím napětím z baterie. Sekundární vinutí se pomocí transformačního poměru vypočítá na střídavé napětí 220 V. Tato hodnota se používá pro napájení většiny domácích spotřebičů.
Související články:
