ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «ТЯНИ-ТОЛКАЙ»

Лето — пора массовых отпусков и путешествий. В этот период возникает особая нужда в универсальном источнике электропитания для разнообразной мобильной (и не только) бытовой техники.

Именно такое устройство и было сконструировано в кружке технического творчества Ульяновского технического лицея. Надежное, компактное, да к тому же достаточно мощное, оно одинаково успешно может работает хоть в прямом (с понижением напряжения от 220 до 12 В), хоть в обратном направлении (при преобразовании 12-вольтного напряжения в 220-вольтное), словно Тяни-толкай из детской сказки (но только — электронный).

Конечно же, речь идет не о простейшем преобразователе в виде одного лишь трансформатора. С низковольтной стороны зачастую требуется не переменное, а выпрямленное «аккумуляторное» напряжение (например, для зарядки автомобильной батареи АКБ). Значит, не обойтись еще и без специального устройства, выполненного на одном или нескольких электрических вентилях, которые упорядочивали бы движение электрических зарядов так, чтобы ток через нагрузку мог протекать только в одну сторону.

В качестве электрических вентилей могут отлично справиться, в частности, полупроводниковые диоды, выпрямительные свойства которых обусловлены работой так называемого p-n перехода. Обстоятельные материалы об этом неоднократно рассматривались и на страницах журнала «Моделист-конструктор» (см., например, публикации в № 10’82, 1—2’92, 7 —9’93, 5’97, 11 ’99, 10 —11’02).

Особый интерес представляет схемное решение преобразователя напряжения, у которого на выходе — двухполупериодный выпрямитель в виде диодного моста (рис. 1). Четыре плеча такого выпрямителя образуют как бы две параллельные ветви — по два полупроводниковых вентиля со своими p-n переходами в каждой.

Принцип преобразования переменного напряжения в пониженное (повышенное) постоянное при помощи трансформатора с выпрямительным мостом

Возможная архитектоника электронного умформера для преобразований неременного напряжения в пониженное постоянное и наоборот

Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки оказывается положительная полуволна переменного напряжения, то ток практически без потерь идет через диод VD1 на нагрузку, возвращаясь далее (тоже без дополнительных потерь в диоде VD4) на нижний вывод обмотки. P-n переходы пары полупроводниковых вентилей работают в так называемом прямом направлении. Через VD2 и VD3 ток идти не может, поскольку этому препятствуют соответствующие p-n переходы, действующие (в данном случае) во встречном, обратном включении.

В следующем полупериоде, когда положительная полуволна переменного напряжения оказывается на нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки трансформатора, роли параллельных вентильных ветвей в диодном мосту меняются на противоположные. И ток уже поступает на нагрузку через открытый VD2, а уходит на нижний вывод обмотки — через VD3. Диоды VD1 и VD4 оказываются в непроводящем (запертом) состоянии, так как р-п переход у каждого из них в этот момент — не в прямом, а во встречном, обратном включении.

Однако до электронного «тяни-толкая» трансформатор даже с таким выпрямителем «не дотягивает». Ведь в соответствии с изначальным замыслом наше устройство должно работать как умформер, то есть с возможно меньшими потерями преобразовывать электроэнергию бытовой сети (220 В, 50 Гц) в выпрямленное напряжение 12 В, а при включении «задом наперед» получать от любого 12-вольтного источника постоянного тока нужные 220 В промышленной частоты для питания типовых теле-, радио- или электроприборов мощностью до 100 Вт.

Оказывается, смастерить задуманное устройство можно, добавив, например, в уже рассмотренное схемное решение переключатель с полупроводниковым субблоком-генератором, преобразующим 12-вольтное напряжение постоянного тока в импульсы, которые после трансформации позволят с первичной обмотки снимать 220 В, по форме близкие к синусоидальной с частотой 50 Гц (рис. 2).

Принципиальная электрическая схема такого «тяни-толкая» (рис. За) не требует ни дорогостоящих радиодеталей, ни большого опыта монтажно-наладочных работ. Основой генераторного субблока служит мультивибратор на двух транзисторах VT3 и VT4, функционирующий на частоте 50 Гц при подаче преобразуемых 12 В постоянного тока на гнезда ВХОД ПРЕОБР.

Полупроводниковые триоды VT1, VT2 и VT5, VT6 выступают в роли достаточно мощных усилителей, нагруженных (при переключении «многоамперного» тумблера SA1 в положение ПРЕОБР.) на 10-вольтные обмотки II-1 и II-2 трансформатора Т1. Ну а с обмотки I снимается результирующее напряжение (220 В, 100 Вт, 50 Гц), для защиты которого от перегрузок и короткого замыкания устанавливается предохранитель FU1 с плавкой вставкой на 0,5 А.

Полупроводниковые диоды VD1 и VD2 с конденсаторами С3 и С4 служат для улучшения формы импульсов в момент открытия транзисторов VT1 и VT6. О включении генератора в работу сигнализирует индикаторная лампа ПРЕОБР. на лицевой панели устройства.

Принципиальная электрическая схема преобразователя-универсала (а) и вид готового устройства (б):

1 — основание-поддон на подставках; 2— передняя панель; 3 — измерительная головка стрелочного прибора; 4 — изолирующая втулка (количество и размеры — по месту установки); 5 — шасси «уголкового» профиля с задней стенкой, на которой крепятся радиаторы охлаждения полупроводниковых вентилей и транзистора VT7; 6 — радиаторы охлаждения транзисторов VT1 и VT6; 7 — кожух с вентиляционными прорезями; 8 — печатная плата генераторного субблока; 9— переключатель рода работ; 10 — трансформатор; 11 — ручка регулировки выпрямителя; 12 — предохранитель (2 шт.); 13 — индикаторная лампа (2 шт.); 14 — электророзетка; 15 — тумблер переключения прибора с измерения напряжений на измерение силы тока; 16— клемма (4 шт.)

Печатная плата генераторного субблока

При использовании устройства для получения выпрямленного низковольтного напряжения (из переменного 220-вольтного) отсоединяют от клемм ВХОД ПРЕОБР. прежние 12 В, переводят тумблер SA1 рода работы в положение ЗАРЯД. Гнезда ~220 В подключают к бытовой электросети, а нагрузку — к клеммам ВЫХОД ВЫПР.

В результате имеют уже рассмотренные ранее трансформатор, во вторичной обмотке (последовательно соединенных II-1 и ІІ-2) которого — примерно 20-вольтное напряжение, и вентильный мост. Однако выпрямляемое напряжение поступает на нагрузку не сразу, а через транзисторный регулятор VT7 с проволочным потенциометром РЕГ. и плавкий предохранитель FU2, рассчитанный на 10 А. К тому же на выходе — электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы, превращающийся благодаря добавочному сопротивлению, подключаемому тумблером SA2, из амперметра (положение А) в вольтметр (положение V). Лампа LH1 служит для индикации подачи напряжения на выпрямительный мост VDЗ — VD4.

По причине того, что данное устройство задумывалось как выпрямитель для зарядки аккумулятора или как вторичный источник для питания бытовой техники мощностью до 100 Вт, имеющей в своем составе помехозащитные фильтры, то специальных мер по устранению фона и пульсаций выпрямленного напряжения не предусматривалось. Однако при желании «сглаженность» получаемых 12 В можно увеличивать подключением параллельно нагрузке большеемкостного конденсатора.

Ну а особо взыскательным пользователям рекомендуется дополнить электронный «тяни-толкай» более совершенным фильтром. В частности, оснастить собранную конструкцию одной-двумя емкостно-дроссельными сглаживающими ячейками, функционирование, электрические параметры и подробности монтажа которых рассматривались на страницах журнала «Моделист-конструктор» № 11 за 1999 год, благо место для размещения всех элементов такого низкочастотного фильтра в устройстве имеется.

Теперь о деталях, необходимых для сборки конструкции Трансформатор самодельный, с использованием широко известного и доступного магнитопровода ТБС 3-0,173. Обмотка I содержит 1290 витков провода ПЭТВ-0,44. Соответственно, II-1 и II-2 одинаковые. В каждой из них — по 73 витка провода ПЭТВ диаметром 1,7 мм.

Самодельные и шунт Rш с добавочным сопротивлением для электроизмерительного прибора. Наматывают их из константановой или аналогичной ей резистентной проволоки, диаметр и требуемое число витков уточняют в процессе настройки. Зато саму измерительную головку прибора берут готовой (например, М42100, шкалу которой градуируют в А и V).

Резисторы, конденсаторы, сигнальные лампы, да и полупроводниковые приборы тоже не из числа дорогостоящих. Основные данные, которыми следует руководствоваться при выборе, указаны на принципиальной электрической схеме.

В качестве «многоамперных» тумблеров подойдут отечественные ТВ 1-4. Держатели предохранителей —ДВП4-1, коммутационная розетка — типа ВД. Потребуются также стандартные радиаторы под диоды Д206 (КД213) и под мощные транзисторы КТ815А (КТ819АМ), а также установочные детали типа фонарей для сигнальных ламп с красным (HL1) и зеленым (HL2) светофильтрами.

Сборку генераторного субблока (за исключением транзисторов VT1 и VT6) рекомендуется выполнять на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 165x65x1,5 мм. Крепление, как и навесной монтаж остальной части всего устройства, — на шасси из стального листа, согнутого в виде «уголкового» профиля 174×110 мм, высокая задняя стенка которого служит для установки радиаторов охлаждения мощных полупроводниковых приборов (диодных вентилей VD3 — VD6 и транзистора VT7), выведенных наружу. К стальному поддону, имеющему вентиляционные отверстия, шасси крепится при помощи винтов М3 и изолирующих втулок высотой 15—20 мм. Лицевая панель — из текстолита толщиной 4 мм, все надписи на ней выгравированные (можно выполнить тушью). Кожух металлический, из той же листовой 1 -мм стали с вентиляционными просечками по бокам.

Э. ГАЙНЕЕВ, М. ТОКУНОВ, г. Ульяновск