Meniče napätia z 12 na 220 V sa používajú všade tam, kde je potrebné pripojiť elektrické zariadenia, ktoré spotrebúvajú štandardný sieťový prúd, k zdrojom striedavého napätia. V mnohých prípadoch nemusí byť toto napájanie z elektrickej siete k dispozícii. Používanie autonómneho benzínového generátora si vyžaduje dodržiavanie pravidiel jeho údržby: neustále sledovanie hladiny prevádzkového paliva, zabezpečenie vetrania. Problém sa dá najlepšie vyriešiť použitím konvertorov doplnených o batérie vozidiel.
Obsah
Označenie a princíp činnosti
Čo je to menič napätia. Elektronické zariadenie, ktoré mení hodnotu vstupného signálu. Môže sa použiť ako zariadenie, ktoré zvyšuje alebo znižuje hodnotu vstupného napätia. Vstupné napätie po konverzii môže meniť svoju veľkosť aj frekvenciu. Zariadenia, ktoré menia jednosmerné napätie (konvertujú ho) na výstupný striedavý signál, sa nazývajú meniče.
Meniče napätia sa používajú ako samostatné jednotky, ktoré dodávajú striedavý prúd spotrebiteľom, a môžu byť tiež súčasťou iných výrobkov: systémov a zdrojov neprerušovaného napájania, zosilňovačov jednosmerného prúdu na požadované napätie.
Meniče sú generátory harmonického napätia. Zdroj jednosmerného prúdu sa vytvára pomocou špeciálneho riadiaceho obvodu na periodické prepínanie polarity. Výsledkom je striedavý napäťový signál na výstupných kontaktoch zariadenia, ku ktorému je pripojená záťaž. Jeho veľkosť (amplitúdu) a frekvenciu určujú obvody meniča.
Riadiace zariadenie (regulátor) nastavuje frekvenciu spínania zdroja a tvar výstupného signálu a jeho amplitúdu určujú prvky výstupného stupňa obvodu. Sú navrhnuté pre maximálny výkon spotrebovaný záťažou v obvode striedavého prúdu.
Regulátor sa používa aj na riadenie výstupného signálu, čo sa dosahuje riadením šírky impulzu (zvyšovaním alebo znižovaním šírky impulzu). Informácie o zmenách hodnoty výstupného signálu do záťaže sa spätnoväzbovým obvodom prenášajú späť do regulátora, ktorý z nich vytvára riadiaci signál na udržanie požadovaných parametrov. Táto metóda sa nazýva PWM (Pulse Width Modulation) signál.
Výstupné spínacie obvody 12 V meniča môžu používať vysoko výkonné zložené bipolárne tranzistory, polovodičové tyristory a tranzistory s poľom. Riadiace obvody sú založené na mikroobvodoch, čo sú hotové zariadenia s potrebnými funkciami (mikrokontroléry), špeciálne navrhnuté pre takéto meniče.
Riadiace obvody zabezpečujú postupnosť kľúčov, aby výstup meniča poskytoval signál potrebný na normálnu prevádzku spotrebných zariadení. Okrem toho musia riadiace obvody zabezpečiť symetriu polvlny výstupného napätia. To je dôležité najmä pre obvody, ktoré na výstupe používajú zvyšovacie impulzné transformátory. Je potrebné vyhnúť sa jednosmernej zložke napätia, ktorá sa môže objaviť, ak sa nedodrží symetria.
Existuje mnoho variantov obvodov meniča napätia (VI), ale existujú 3 základné:
- Beztransformátorový mostíkový menič IN;
- menič napätia transformátora s nulovým vodičom;
- Mostíkový obvod s transformátorom.
Každý z nich sa používa vo svojej oblasti v závislosti od použitého zdroja a požadovaného výstupného výkonu na napájanie spotrebičov. Každý z nich musí mať ochranné a signalizačné prvky.
Ochrana proti podpätiu a prepätiu zdroja jednosmerného prúdu určuje "vstupný" pracovný rozsah meničov. Ochrana proti prepätiu a podpätiu na výstupe striedavého prúdu je potrebná pre normálnu prevádzku zariadenia spotrebiteľa. Rozsah vypnutia sa nastavuje podľa požiadaviek použitej záťaže. Tieto typy ochrany sú vratné, t. j. po obnovení normálneho stavu zariadenia je možné obnoviť jeho prevádzku.
Ak ochrana zlyhala v dôsledku skratu v záťaži alebo nadmerného zvýšenia výstupného prúdu, pred ďalšou prevádzkou zariadenia sa musí vykonať dôkladná analýza príčiny udalosti.
12 V menič je najvhodnejší na vytvorenie miestneho napájania. Dostupnosť veľkého počtu automobilov a 12V batérií na jednosmerný prúd umožňuje ich použitie na zásobovanie požiadaviek používateľov. Takéto siete možno zriadiť na rôznych miestach, počnúc vlastným autom. Sú mobilné a nie sú závislé od parkovacieho miesta.
Prevodníky z 12 V na 220 V
Jednoduché prevodníky 12 na 220 sú navrhnuté pre nízke požiadavky na výkon. Požiadavky na kvalitu výstupného napájacieho napätia a na tvar signálu sú nízke. Ich klasické obvody nepoužívajú mikrokontroléry PWM. Flip-flop zostavený z logických prvkov I-Ne generuje elektrické impulzy s opakovacou frekvenciou 100 Hz. Na vytvorenie fázového signálu sa používa D-spúšťač. Delí frekvenciu hlavného oscilátora číslom 2. Protifázový signál vo forme štvorcových impulzov sa generuje na priamom a inverznom výstupe spúšťača.
Tento signál prostredníctvom vyrovnávacích prvkov na logických prvkoch NEovláda výstupné obvody meniča, ktorý je postavený na kľúčových tranzistoroch. Ich výkon určuje výstupný výkon meničov.
Tranzistory môžu byť zložené z bipolárnych tranzistorov a tranzistorov s poľom. Odtokové alebo kolektorové obvody zahŕňajú polovicu primárneho vinutia transformátora. Jeho sekundárne vinutie je určené na výstupné napätie 220 V. Keďže spúšťač delí frekvenciu 100 Hz multivibrátora dvomi, výstupná frekvencia bude 50 Hz. Táto hodnota je potrebná na napájanie prevažnej väčšiny domácich elektrických a rádiových zariadení.
Všetky komponenty obvodu sú napájané z batérie vozidla s ďalšími prvkami stabilizácie a ochrany proti vysokofrekvenčnému rušeniu. Samotná batéria je proti nim tiež chránená.
Jednoduché obvody meniča neobsahujú ochranné alebo automatické regulačné prvky. Frekvencia výstupného signálu je určená výberom kondenzátora a odporu rezistora v obvode hlavného oscilátora. Najjednoduchšou ochranou proti skratu v záťaži je poistka v obvode napájania autobatérie. Preto by ste mali mať vždy k dispozícii náhradnú sadu poistiek.
Výkonnejšie moderné meniče jednosmerného prúdu na striedavý používajú iné zapojenie. PWM regulátor nastavuje prevádzkový režim. Určuje tiež amplitúdu a frekvenciu výstupného signálu.
Obvod 2000W meniča (12V+220V+2000W) využíva paralelné zapojenie výkonových aktívnych prvkov vo svojich výstupných stupňoch na získanie požadovaného výstupného výkonu. V tomto obvode sa prúdy tranzistorov sčítajú.
Spoľahlivejším spôsobom zvýšenia výkonových parametrov je však kombinácia niekoľkých DC/DC meničov ako vstupov do spoločného DC/AC (jednosmerný/striedavý prúd) meniča, ktorého výstup sa používa na pripojenie veľkej záťaže. Každý DC/DC menič sa skladá z meniča s výstupom transformátora a usmerňovača pre toto napätie. Na výstupných svorkách je jednosmerné napätie približne 300 V. Všetky sú na výstupe zapojené paralelne.
Je ťažké získať viac ako 600 W výkonu z jedného meniča. Celý obvod jednotky je napájaný napätím batérie.
Tieto obvody sú vybavené všetkými druhmi ochrany vrátane tepelnej ochrany. Snímače teploty sú namontované na povrchu chladičov výstupných tranzistorov. Generujú napätie v závislosti od stupňa zahriatia. Prahové zariadenie ju porovnáva s požadovanou hodnotou vo fáze návrhu a vydáva signál na zastavenie jednotky s príslušným alarmom. Každý typ ochrany má svoj vlastný alarm, často zvukový.
Dodatočné nútené chladenie sa vykonáva pomocou vzduchového chladiča inštalovaného v puzdre, ktorý sa automaticky aktivuje na povel príslušného tepelného snímača. Okrem toho je samotný kryt spoľahlivým chladičom, pretože je vyrobený z vlnitého kovu.
Podľa tvaru výstupného napäťového signálu
Jednofázové meniče napätia možno rozdeliť do dvoch skupín:
- S čistým sínusovým výstupom;
- S upraveným sínusovým výstupným priebehom.
V prvej skupine vyrába vysokofrekvenčný menič konštantné napätie. Jeho hodnota je blízka amplitúde sínusového signálu požadovaného na výstupe zariadenia. V mostíkovom obvode sa z tohto jednosmerného napätia získava zložka, ktorá je veľmi blízka sínusovému priebehu, pomocou pulznej šírkovej modulácie regulátora a dolnopriepustného filtra. Výstupné tranzistory sa v každej polperióde niekoľkokrát otvoria pre časovo premenlivý harmonický zákon.
Čistá sínusová vlna sa vyžaduje pre zariadenia, ktoré majú na vstupe transformátor alebo motor. Väčšina dnešných zariadení umožňuje napätie, ktorého tvar sa približuje sínusoide. Výrobky so spínanými napájacími zdrojmi majú obzvlášť nízke požiadavky.
Transformátorové jednotky
Meniče napätia môžu obsahovať transformátory. V obvodoch meničov sa podieľajú na činnosti blokovacích generátorov, ktoré vytvárajú impulzy, ktorých tvar sa blíži k obdĺžnikovému. Súčasťou takéhoto oscilátora je pulzný transformátor. Vinutia sú zapojené tak, aby sa vytvorila kladná spätná väzba, ktorej výsledkom je tlmené kmitanie.
Magnetické jadro je vyrobené zo zliatiny, ktorá má vysokú magnetickú šírku pásma. Tým sa zabezpečí nenasýtený chod transformátora. Tieto vlastnosti majú rôzne typy feritov, permalloy.
Generátory blokovania transformátorov boli nahradené multivibrátormi. Multivibrátory využívajú najmodernejšie obvody a majú vyššiu frekvenčnú stabilitu ako ich predchodcovia. Okrem toho môžu obvody multivibrátorov jednoduchým spôsobom meniť pracovnú frekvenciu oscilátora.
V moderných modeloch meničov pracujú transformátory vo výstupných stupňoch. Vývod zo stredového bodu primárneho vinutia napája kolektory alebo odtok tranzistorov, ktoré sa v nich používajú, napájacím napätím z batérie. Sekundárne vinutia sa pomocou transformačného pomeru vypočítajú na striedavé napätie 220 V. Táto hodnota sa používa na napájanie väčšiny domácich spotrebiteľov.
Súvisiace články:
