Преобразователь 12/220В с синусом на выходе.

Автор: Евдокимов А.В.
Опубликовано 25.11.2008

Предисловие.
Около месяца назад я искал в нете схему простого преобразователя 12/220в с "чистым" синусом на выходе и к своему удивлению обнаружил, что её нет. Всё что обычно предлагается, сводится либо к получению псевдосинуса путём преобразования без использования низкочастотного повышающего трансформатора, либо к совету использовать усилитель D-класса, управляемый опорным синусоидальным напряжением. В качестве устройства управления и генерации синусоиды предлагается применять микроконтроллер. Либо даётся ссылка на смартапс. В общем, получается не слишком просто. Пришлось потратить довольно много отпускного времени, чтобы разработать схему более отвечающую требованиям простоты и "чистоты" синуса.

Характеристики:
Входное напряжение 12...14В
Выходное напряжение 50Гц 220+/-2В
Максимальная мощность 50Вт
КПД 84...90%.

Работа.
Задающий генератор, источник опорного напряжения и компаратор собраны на DA2. Внешние элементы DD1 и DD2 повторяют внутреннюю структуру TL494, в той её части, которая неустойчиво работает на низких частотах (ложные срабатывания D-триггера).
Далее с помощью ФНЧ подавляются верхние гармонические составляющие ШИМ. ФНЧ состоит из двух частей. Первая- DA1.1, ФНЧ с гладкой характеристикой АЧХ. Второй- DA1.2 режекторный фильтр с частотой подавления 150Гц. Анализ показывает, что в ШИМ содержаться только первая и нечётные гармоники, потому такого фильтра оказывается достаточно, чтобы сформировать "красивый" синус (осциллограмма 2). А, поскольку уровень первой гармоники практически линейно зависим от скважности, то получаем хорошо управляемый синус с точной постоянной составляющей, равной +2,5В. Далее, дополнительно получаем инверсную синусоиду (вывод 14 DA1.4).
На DA3, DA5, VT1, VT2 собран первый канал УНЧ класса D. Второй канал соответственно собран на DA4, DA7, VT3, VT4. На выходе первого и второго канала УНЧ формируются противофазные синусоиды (осциллограмма 3).
С выхода трансформатора, через диодный мост подаётся обратная связь по выходному напряжению. Таким образом выходное напряжение стабилизируется.

Конструкция и детали.
Трансформатор TV1 это доработанный ТП60-2, который применялся в знаменитом видеомагнитофоне "Электроника ВМ-12". С трансформатора сматываются все вторичные обмотки, и вместо них наматывается одна обмотка, содержащая 33 витка обмоточного провода диаметром 0,7мм, сложенного всемеро. Можно использовать и медную шину, подходящую по площади сечения. При подаче напряжения 220В на вторичной (в преобразователе она первичная) обмотке трансформатора, на холостом ходу, напряжение составляет 6,5В.
Дроссели L1 и L2 наматываются на ферритовых кольцах типоразмера 24*13*9,7мм и содержат 22 витка обмоточного провода диаметром 1,5мм. К сожалению марка и магнитная проницаемость этих ферритовых колец мне неизвестна. Они используются во вторичных цепях импульсных компьютерных блоков питания типа ATX.
Транзисторы и микросхемы драйверов DA5, DA7 можно найти на материнских платах.
Все транзисторы устанавливаются на один радиатор площадью 15...20см2. Для их изоляции от радиатора используются слюдяные прокладки.
Конденсаторы С21...С24 типа К73-17 на напряжение 63В.
Конденсатор С25 типа К73-17 на напряжение 630В.
Диоды можно использовать любые, с максимальным обратным напряжением не менее 400В.
Резисторы R44, R45 мощностью не менее 0,25Вт.

Настройка.
1. Отсоединить первичную обмотку трансформатора.
2. Резистором R9 установить частоту следования импульсов 100Гц на выходе DA2 (осциллограмма 1).
3. Проверить наличие синусоидального сигнала (осциллограмма 2) на выводах 7 и 14 DA1. Сигналы должны быть противофазны, но одинаковы по форме.
4. Резисторами R22 и R31 установить сигнал на выходе первого канала УНЧ согласно осциллограмме 3. Тоже проделать со вторым каналом (R24 и R34).
5. Установить подвижный контакт резистора R4 в верхнее по схеме положение.
6. Подключить к выходу преобразователя эквивалент нагрузки. Можно использовать лампу накаливания мощностью 25Вт.
7. Подключить первичную обмотку трансформатора.
8. Резистором R4 установить напряжение 220В на выходе преобразователя.

P.S.
По моему схема легко поддаётся масштабированию в сторону увеличения мощности. В принципе, схема, с соответствующими доработками пригодна и для получения других выходных частот. Например, 60Гц или 400Гц.
КПД, можно несколько увеличить, если заменить дроссели L1 и L2 на более мощные.
Есть и недостатки. К ним можно отнести отсутствие гальванической развязки между входным и выходным напряжением, что несколько сужает область применения преобразователя. Впрочем, этот недостаток можно исправить, если использовать развязку обратной связи по напряжению с помощью оптопары. Другой неприятной особенностью является некоторый дрейф частоты. По моим наблюдениям дрейф составляет до 1,5 Гц при прогреве.
Буду благодарен за доработку схемы, а также за трассировку платы, если кто-нибудь возьмётся её сделать.

Вопросы, как всегда в Форум.