آموزش ساخت اینورتر ۱۲ به ۲۲۰ ولت با ترانس پاور
آموزش قدم‌به‌قدم ساخت اینورتر ۱۲ ولت به ۲۲۰ ولت با ترانزیستور و ترانس پاور کامپیوتر
خلاصه پروژه: در این پروژه یک اینورتر ساده و عملی می‌سازیم که از باتری ۱۲ ولت تغذیه می‌شود و با استفاده از مدار نوسان‌ساز مبتنی بر ترانزیستورها، ترانس پاور کامپیوتر (ترانس SMPS/فرّی) را تحریک کرده و در خروجی ~۲۲۰VAC تولید می‌کند. این مدار برای راه‌اندازی بارهای مقاومتی و لامپ‌ها و مصرف‌کننده‌های کم‌مصرف مناسب است.
۱ — نکات ایمنی مهم
- کار را در محیط خشک و عایق انجام بده و از دستکش و عینک ایمنی استفاده کن.
- اگر تجربه کافی نداری، حتماً با یک تکنسین یا برق‌کار مشورت و زیر نظر او کار کن.
- اطمینان حاصل کن باتری خاموش و جداست هنگام لحیم‌کاری یا جاگذاری قطعات.
- برای تست اولیه از فیوز مناسب و مانیتورینگ جریان استفاده کن.
۲ — ملزومات و ابزار مورد نیاز
- آچار، پیچ‌گوشتی، سیم‌بر، لحیم‌قلع و هویه
- مولتی‌متر (ولت/آمپر/مقاومت)
- اسیلوسکوپ (اختیاری، برای تنظیم فرکانس و شکل موج)
- منبع تغذیه باتری ۱۲ ولت (باتری خودرو یا پک باتری)
- ترانس پاور کامپیوتر (SMPS transformer) مناسب توان مورد نظر
- هیت‌سینک، فن و فیوز مطمئن
۳ — فهرست قطعات پیشنهادی (BOM)
| قطعه | توضیح |
|---|---|
| ترانزیستورهای قدرت (مثلاً 2× TIP122 یا 2× IRFZ44 MOSFET) | سوئیچینگ جریان به سمت اولیه ترانس |
| مقاومت پایه | محدودسازی جریان پایه/گیت و تقسیم |
| خازن‌های الکترولیت و سرامیک | فیلتر تغذیه و حذف نویز |
| دیودهای شاتکی / سریع | محافظت و یک‌سوکننده |
| ترانس پاور کامپیوتر | تبدیل ولتاژ اولیه به ثانویه 220VAC |
| رله یا فیوز | حفاظت در برابر اتصال کوتاه و اضافه‌بار |
| بردبورد/PCB و سیم‌های ضخیم | مونتاژ و انتقال جریان |
| هیت‌سینک و فن | خنک‌سازی ترانزیستورها |
۴ — اصول کار کلی (به زبان ساده)
ایده اصلی اینورتر ساده است: یک مدار نوسان‌ساز موج مربعی در فرکانس مناسب (معمولاً چند ده تا چند صد هرتز بسته به ترانس) تولید می‌کند. این سیگنال با استفاده از ترانزیستورهای قدرت به سیم‌پیچ اولیه ترانس تغذیه شده و ترانس ولتاژ را به سطح بالا (۲۲۰VAC) در ثانویه تبدیل می‌کند. برای بارهای حساس، باید شکل موج را پالایش یا از روش‌های شبه‌سینوسی استفاده کرد؛ در این آموزش ما نسخه ساده و عملی را می‌سازیم که برای بارهای مقاومتی مناسب است.
۵ — طراحی مدار پیشنهادی (شماتیک منطقی)
در اینجا یک شماتیک منطقی ساده توضیح داده می‌شود (برای پیاده‌سازی نهایی پیشنهاد می‌شود از یک شماتیک دقیق و ایمن استفاده کنی):
باتری 12V → مدار نوسان‌ساز (آستابل یا فلیپ-فلاپ) → درایور ترانزیستور/ماسفت → اولیه ترانس SMPS → ثانویه ترانس → بار (220VAC)
گزینه‌های نوسان‌ساز:
- فلیپ‌فلاپ مبتنی بر ترانزیستور (دو ترانزیستور BJT) که یک خروجی مخالف تولید می‌کند (push-pull)
- مدار مبتنی بر آی‌سی درایور یا NE555 برای تولید پایه زمان‌بندی و سپس درایور برای ماسفت‌ها
نکته عملی: معمول‌ترین طراحی برای ترانس SMPS استفاده از آرایش push-pull یا H-bridge است تا از ترانس به‌صورت دوطرفه استفاده شود و بار روی ثانویه شکل‌پذیر شود. اگر ترانس کامپیوتر دارای دو سیم‌پیچ اولیه مجزا است، می‌توان از یک رانش متقارن push-pull بهره برد.
۶ — مونتاژ مرحله‌به‌مرحله
- برنامه‌ریزی و بررسی ترانس:
- ترانس پاور کامپیوتر معمولاً دارای چند پیچ ورودی و خروجی است؛ ابتدا دیتاشیت یا سیم‌بندی آن را بررسی کن.
- تعیین کن کدام سیم‌ها مربوط به اولیه (primary) و کدام به ثانویه (secondary) هستند.
- ساخت مدار نوسان‌ساز:
- یک مدار فلیپ‌فلاپ ساده با دو ترانزیستور NPN بساز (یا از مدار مبتنی بر NE555 و درایور استفاده کن).
- ولتاژ تغذیه مدار نوسان‌ساز را از باتری ۱۲V تامین کن و فرکانس را در محدوده مناسب (مثلاً 50Hz برای خروجی نزدیک به 50Hz) تنظیم کن. توجه: تنظیم دقیق 50Hz با مدارهای آنالوگ چالشی است؛ معمولاً از مدارهای اسیلاتور دقیق یا میکروکنترلر برای خروجی دقیق‌تر استفاده می‌شود.
- درایور ترانزیستورها/ماسفت‌ها:
- خروجی نوسان‌ساز را به گیت/پایه ترانزیستورهای قدرت متصل کن از طریق مقاومت درایو (مثلاً 10–100Ω بسته به نوع).
- در صورت استفاده از ماسفت، از درایور گیت (مثل IR2110) برای سوئیچ سریع و کاهش تلفات بهره ببر.
- اتصال به اولیه ترانس:
- ترانزیستورها را به گونه‌ای ببند که جریان متناوب (push-pull) به اولیه ترانس اعمال شود.
- از سیم‌های ضخیم برای اتصال اولیه استفاده کن و نقاط اتصال را محکم لحیم کن.
- فیلترها و حفاظت‌ها:
- قبل از اتصال بار، روی خروجی ثانویه از یک فیوز مناسب و در صورت نیاز ترانسفورماتور اندازه‌گیری استفاده کن.
- خازن‌ها و دیودهای محافظ در سمت DC برای جلوگیری از برگشت ولتاژ و نوسانات ضروری‌اند.
- تست اولیه (با احتیاط):
- ابتدا بدون بار خروجی مدار را استارت کن و با مولتی‌متر ولتاژ ثانویه را اندازه بگیر.
- اگر ولتاژ نزدیک 220VAC و فرکانس قابل قبول بود، با یک لامپ کوچک (مثلاً 25W) تست بار را انجام بده.
۷ — نحوه تنظیم فرکانس و نسبت کار (Duty)
برای تولید ولتاژ درست و جلوگیری از اشباع ترانس، فرکانس و نسبت کار (duty cycle) را به دقت تنظیم کن. در طراحی‌های ساده، نسبت 50٪ مناسب است. اگر از NE555 استفاده می‌کنی، با تنظیم R و C می‌توان نسبت و فرکانس را تغییر داد؛ در طراحی مبتنی بر ترانزیستور هم با تغییر ظرفیت و مقاومت‌های زمان‌بندی همین کار انجام می‌شود.
۸ — تست، عیب‌یابی و نکات عملی
| مشکل | علت احتمالی | راه‌حل |
|---|---|---|
| خروجی ولتاژ ندارد | تغذیه باتری قطع یا ترانزیستورها سوخته‌اند | اتصالات و ولتاژ باتری را بررسی کن؛ ترانزیستورها را تست کن |
| ولتاژ خروجی ناپایدار | فرکانس نوسان‌ساز نامناسب یا ترانس اشباع | فرکانس و duty را تنظیم کن؛ از فِیدبک یا مدار کنترل بهره ببر |
| گرمایش بیش از حد ترانزیستورها | جریان بیش از حد یا خنک‌سازی ناکافی | هیت‌سینک و فن اضافه کن؛ جریان بار را کم کن |
۹ — جدول خلاصه مشخصات فنی (نمونه)
| ویژگی | مقدار / توضیح |
|---|---|
| ولتاژ ورودی | ۱۲V DC (باتری) |
| ولتاژ خروجی | ~۲۲۰V AC (بدون بار دقیق نوسان دارد) |
| توان عملیاتی پیشنهادی | ~۲۰۰–۵۰۰ وات (بسته به ترانس و ترانزیستورها) |
| نوع موج | موج مربعی / شبه‌موج (برای بار مقاومتی مناسب) |
| دمای کاری | -۱۰ تا +۵۰ درجه سانتی‌گراد (با تهویه مناسب) |
۱۰ — نکات پایانی و پیشنهادات ارتقا
- برای بارهای حساس (الکترونیکی، موتورها)، بهتر است از اینورترهای با موج سینوسی یا شبه‌سینوسی استفاده کنی.
- برای توان بالاتر از MOSFETهای با Rds(on) پایین و درایور گیت مناسب بهره ببر.
- در پروژه‌های جدی‌تر از کنترلرهای PWM اختصاصی یا میکروکنترلر برای تنظیم فرکانس و حفاظت بهره بگیر.
- همیشه روی خروجی از فیوز، ترمستور یا مدار محدودکننده جریان استفاده کن.