Mạch chuyển đổi DC 12V sang 220V AC : thường cần thiết ở những nơi không thể lấy nguồn AC từ Mains. Một mạch biến tần được sử dụng để chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC. Bộ biến tần có thể có hai loại Bộ biến tần sóng sin đúng / thuần và bộ biến tần chuẩn hoặc biến tần. Những bộ biến tần sóng sin thực sự / thuần túy này có giá thành cao, trong khi bộ biến tần đã sửa đổi hoặc gần như không đắt.
Những biến tần được sửa đổi này tạo ra sóng vuông và chúng không được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị điện tử tinh vi. Ở đây, một mạch biến tần điều khiển điện áp đơn giản sử dụng các bóng bán dẫn điện làm thiết bị chuyển mạch được xây dựng, giúp chuyển đổi tín hiệu 12V DC thành 220V AC một pha.
Nguyên lý đằng sau mạch này
Ý tưởng cơ bản đằng sau mọi mạch nghịch lưu là tạo ra dao động bằng cách sử dụng một chiều cho trước và áp dụng những dao động này trên cuộn sơ cấp của máy biến áp bằng cách khuếch đại dòng điện. Điện áp sơ cấp này sau đó được nâng lên thành điện áp cao hơn tùy thuộc vào số vòng dây trong cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Mạch biến tần sử dụng bóng bán dẫn
Bộ chuyển đổi 12V DC sang 220 V AC cũng có thể được thiết kế bằng các bóng bán dẫn đơn giản. Nó có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho đèn lên đến 35W nhưng có thể được thực hiện để tăng tải mạnh hơn bằng cách thêm nhiều MOSFETS.
Bộ biến tần được thực hiện trong mạch này là bộ biến tần sóng vuông và hoạt động với các thiết bị không yêu cầu AC thuần sóng sin.
Sơ đồ mạch
Các thành phần bắt buộc
- Pin 12v
- MOSFET IRF 630 -2
- Bóng bán dẫn 2N2222
- Tụ điện 2.2uf-2
- Điện trở
- Biến áp bước lên trung tâm 12v-220v.
Đang làm việc
Mạch có thể được chia thành ba phần: bộ dao động, bộ khuếch đại và biến áp. Cần có một dao động 50Hz vì tần số của nguồn điện xoay chiều là 50Hz.
Điều này có thể đạt được bằng cách xây dựng một bộ điều khiển đa sóng Astable tạo ra sóng vuông ở tần số 50Hz. Trong mạch, R1, R2, R3, R4, C1, C2, T2 và T3 tạo thành dao động.
Mỗi bóng bán dẫn tạo ra sóng vuông đảo ngược. Các giá trị của R1, R2 và C1 (R4, R3 và C2 giống hệt nhau) sẽ quyết định tần số. Công thức cho tần số của sóng vuông được tạo ra bởi bộ điều khiển đa sóng đáng kinh ngạc là
F = 1 / (1,38 * R2 * C1)
Các tín hiệu đảo ngược từ bộ dao động được khuếch đại bởi Power MOSFETS T1 và T4. Các tín hiệu khuếch đại này được đưa đến máy biến áp bậc thang với vòi trung tâm của nó được kết nối với 12V DC.
Tỷ lệ vòng quay của máy biến áp phải là 1:19 để chuyển đổi 12V thành 220V. Máy biến áp kết hợp cả hai tín hiệu đảo ngược để tạo ra một đầu ra sóng vuông xoay chiều 220V.
Bằng cách sử dụng pin 24V , có thể cấp nguồn cho tải lên đến 85W , nhưng thiết kế không hiệu quả. Để tăng công suất của biến tần, số lượng MOSFETS phải được tăng lên.
Mạch chuyển đổi AC 12v DC sang 220v Sử dụng Multivibrator Astable
Mạch biến tần có thể sử dụng thyristor làm thiết bị chuyển mạch hoặc bóng bán dẫn. Thông thường cho các ứng dụng công suất thấp và trung bình, bóng bán dẫn công suất được sử dụng. Lý do sử dụng bóng bán dẫn công suất là chúng có trở kháng đầu ra rất thấp, cho phép dòng điện tối đa chạy ở đầu ra.
Một trong những ứng dụng quan trọng của bóng bán dẫn là chuyển mạch. Đối với ứng dụng này, bóng bán dẫn được phân cực trong vùng bão hòa và vùng cắt.
Khi bóng bán dẫn được phân cực trong vùng bão hòa, cả hai điểm nối cực phát và cực thu đều được phân cực thuận. Ở đây điện áp bộ phát cực thu là tối thiểu và dòng điện cực đại.
Một khía cạnh quan trọng khác của mạch này là bộ dao động. Một công dụng quan trọng của IC hẹn giờ 555 là nó được sử dụng như một bộ điều khiển đa vi mạch đáng kinh ngạc.
Một multivibrator đáng kinh ngạc tạo ra một tín hiệu đầu ra chuyển đổi giữa hai trạng thái và do đó có thể được sử dụng như một bộ dao động. Tần số của dao động được xác định bởi các giá trị của tụ điện và điện trở.
[Cũng đọc: Cách tạo bộ hẹn giờ có thể điều chỉnh ]
Sơ đồ mạch
Sơ đồ mạch của Bộ chuyển đổi AC 12v DC sang 220v
Các thành phần mạch
- V1 = 12V
- R1 = 10 nghìn
- R2 = 150 nghìn
- R3 = 10Ohms
- R4 = 10Ohms
- Q1 = TIP41
- Q2 = MẸO42
- D1 = D2 = 1N4007
- C3 = 2200uF
- Biến áp bước lên T1 = 12V / 220V
Giải thích thiết kế mạch
Thiết kế bộ tạo dao động: Một bộ điều khiển đa nhịp có thể được sử dụng như một bộ dao động. Ở đây, một bộ điều khiển đa năng đáng kinh ngạc sử dụng bộ đếm thời gian 555 được thiết kế. Chúng tôi biết, tần số dao động của bộ đếm thời gian 555 ở chế độ ổn định được cho bởi:
f = 1,44 / (R1 + 2 * R2) * C
trong đó R1 là điện trở giữa chân xả và Vcc, R2 là điện trở giữa chân xả và chân ngưỡng và C là điện dung giữa chân ngưỡng và đất. Ngoài ra, chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu đầu ra được cho bởi:
D = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2)
Vì yêu cầu của chúng ta là f = 50Hz và D = 50% và giả sử C là 0,1uF, chúng ta có thể tính giá trị của R1 và R2 lần lượt là 10K và 140K Ohms. Ở đây, chúng tôi thích sử dụng chiết áp 150K để tinh chỉnh tín hiệu đầu ra.
Ngoài ra, một tụ gốm 0,01uF được sử dụng giữa chân điều khiển và đất.
Thiết kế mạch chuyển mạch: Mục đích chính của chúng tôi là phát triển tín hiệu AC 220V. Điều này đòi hỏi phải sử dụng bóng bán dẫn công suất cao để cho phép dòng điện tối đa đến tải. Vì lý do này, chúng tôi sử dụng bóng bán dẫn công suất TIP41 với dòng cực đại là 6A, trong đó dòng cơ bản được cung cấp bởi dòng góp chia cho độ lợi dòng DC. Điều này tạo ra một dòng phân cực khoảng 0,4A * 10, tức là 4A. Tuy nhiên, vì dòng điện này lớn hơn dòng điện cơ bản tối đa của bóng bán dẫn, chúng tôi thích một giá trị nhỏ hơn dòng điện cơ bản tối đa. Giả sử dòng điện phân cực là 1A. Điện trở phân cực sau đó được cho bởi
Rb = (Vcc – VBE(ON))/Ibias
Đối với mỗi bóng bán dẫn, V BE (ON) là khoảng 2V. Do đó R b cho mỗi được tính là 10 Ohms. Vì các điốt được sử dụng để phân cực, điện áp chuyển tiếp giảm trên các điốt phải bằng điện áp chuyển tiếp trên các bóng bán dẫn. Vì lý do này, điốt 1N4007 được sử dụng.
Các cân nhắc thiết kế cho cả bóng bán dẫn PNP và NPN đều giống nhau. Chúng tôi đang sử dụng bóng bán dẫn công suất PNP TIP42.
Thiết kế tải đầu ra: Vì đầu ra từ mạch chuyển mạch là đầu ra được điều chế độ rộng xung, nó có thể chứa các tần số hài khác với tần số AC cơ bản. Vì lý do này, cần sử dụng tụ điện để chỉ cho phép tần số cơ bản đi qua nó. Ở đây chúng tôi sử dụng một tụ điện 2200uF, đủ lớn để lọc ra các sóng hài. Vì bắt buộc phải lấy ra 220V nên người ta ưu tiên sử dụng máy biến áp tăng nấc. Ở đây sử dụng một biến áp tăng cấp 12V / 220V.
Hoạt động của mạch chuyển đổi 12v DC sang 220v AC
- Khi thiết bị này được cấp nguồn bằng pin 12V, bộ hẹn giờ 555 được kết nối ở chế độ ổn định sẽ tạo ra tín hiệu sóng vuông tần số 50Hz.
- Khi đầu ra ở mức logic cao, diode D2 sẽ dẫn và dòng điện sẽ đi qua diode D1, R3 đến chân của transistor Q1.
- Do đó bóng bán dẫn Q1 sẽ được bật. Khi đầu ra ở mức logic thấp, diode D1 sẽ dẫn và dòng điện sẽ chạy qua và D1 và R4 đến chân đế của Q2, làm cho nó được bật.
- Điều này cho phép tạo ra điện áp một chiều trên cuộn sơ cấp của máy biến áp theo các khoảng thời gian thay thế. Tụ điện đảm bảo rằng tần số của tín hiệu ở tần số cơ bản cần thiết.
- Tín hiệu AC 12V này qua sơ cấp của máy biến áp sau đó được nâng lên thành tín hiệu AC 220V qua cuộn thứ cấp của máy biến áp.
Các ứng dụng của mạch chuyển đổi 12v DC sang 220v AC
- Mạch này có thể được sử dụng trên ô tô và các phương tiện khác để sạc pin nhỏ.
- Mạch này có thể được sử dụng để điều khiển động cơ AC công suất thấp
- Nó có thể được sử dụng trong hệ thống năng lượng mặt trời.
Hạn chế
- Vì Bộ hẹn giờ 555 được sử dụng, đầu ra có thể thay đổi một chút xung quanh chu kỳ nhiệm vụ yêu cầu là 50%, tức là khó đạt được tín hiệu chu kỳ nhiệm vụ chính xác 50%.
- Sử dụng bóng bán dẫn làm giảm hiệu suất của mạch.
- Sử dụng bóng bán dẫn chuyển mạch có khả năng gây ra méo chéo trong tín hiệu đầu ra. Tuy nhiên hạn chế này đã được giảm thiểu ở một mức độ nào đó bằng cách sử dụng điốt phân cực.
Ghi chú
Thay vì bộ đếm thời gian 555, người ta có thể sử dụng bất kỳ bộ điều khiển đa năng đáng kinh ngạc nào. Ví dụ, các mạch này cũng có thể được xây dựng bằng cách sử dụng bộ điều khiển đa nhịp 4047, có dòng điện đầu ra được khuếch đại và áp dụng cho máy biến áp.