Устройство для изменения величины и рода напряжения или тока в отечественной технической литературе называют преобразователями. Но если открыть каталог любого магазина, то вы с меньшей вероятностью найдёте такой товар, как «преобразователь 12-220В». При этом можно легко найти инверторы и разные DC/DC-преобразователей. В то же время может встретится и такое устройство, как "конвертер". Но и они бывают как для изменения напряжения, так и для изменения типа сигналов...
Если вы уже запутались, то давайте разбираться, что называют инверторами и конверторами!
Общие сведения
Устройства для питания электроприборов можно разделить на две большие группы:
1. Первичные источники питания — это всё что «создаёт» электричество, то есть батарейки и аккумуляторы, генераторы, солнечные панели.
2. Вторичные источники питания — они ничего не создают, но преобразовывают электроэнергию, её величину, род тока, частоту и число фаз. То есть это блоки питания, зарядные устройства, частотные и прочие преобразователи.
Вторичные источники питания по типу бывают линейными и импульсными, а по назначению и выполняемой функции делятся на множество видов. К теме статьи относятся:
1. Устройства для преобразования постоянного тока (напряжения) в переменный ток (напряжение), например, низкого постоянного напряжения тока (12В, 24В, 36В и так далее) в стандартное переменное напряжение промышленной частоты — 220В 50Гц или 380В 50 Гц с одной или тремя фазами.
2. Преобразователи для изменения величины постоянного тока, а иногда и его полярности.
Давайте разбираться с ними подробнее!
Внимание: эта статья не для технических специалистов, а для обывателей, чтобы помочь им разобраться в терминах. Поэтому на все понятия и классификации, предложенные в ней следует смотреть с обывательской точки зрения.
Инверторы
В «Справочнике по силовой электронике» 2014 года издания за авторством Ю. К. Розанова, П. А. Воронина, С. Е. Рывкина и Е. Е. Чаплыгина, есть хорошая формулировка определения понятий «инвертирование» и «инвертор».
Инвертирование — преобразование энергии постоянного тока в переменный. Устройства для осуществления инвертирования называют инверторами. Источником энергии постоянного тока инвертора могут быть аккумуляторы, солнечные батареи, линии электропередачи постоянного тока или другие преобразователи.
Слово «инвертор» происходит от латинского inverto, которое переводится как «переворачивать» или «опрокидывать». Также есть однокоренное английское слово inversion — инверсия, обратное преобразование, обращение.
Напомню, что существует всего два рода тока — постоянный и переменный с множеством его форм. Так вот получается, что инвертор – это устройство, которое изменяет род тока из постоянного в переменный, как бы переворачивает его, делает противоположного рода. При этом устройства, которые работают наоборот, превращают переменный в постоянный, называют выпрямителями!
Иначе говоря, устройство которое из 12 вольт постоянного тока в машине сделает 220 вольт переменного, называется инвертором. Они же используются и для преобразования энергии постоянного тока накопленной в аккумуляторах солнечных или ветряных электростанций.
Также «инверторами» называют современные сварочные аппараты и здесь нет никакой ошибки, но о них позже.
Конверторы
С конверторами всё намного интереснее, так как это понятие широко используется в электронике. Например, в сфере программирования и наладки различных контроллеров и прочей цифровой электроники, конверторами называют преобразователи уровней сигналов или для связи устройств с разными протоколами. Например, для связи компьютера с устройством, которое «понимает» только RS-232 или RS-485 используют USB-TTL конвертеры.
Если же речь об источниках питания, то конвертерами называют преобразователи постоянного напряжения в постоянное, но другой величины (а иногда и полярности…).
Конвертеры постоянного напряжения бывают импульсные трансформаторные и бестрансформаторные. Последние более распространённые и используются в основном там, где не нужна большая мощность (до 500 ватт).
В англоязычной технической литературе бестрансформаторные преобразователи постоянного напряжения называют DC-DC converter, а делят их на 3 основных типа:
· Buck или Step-down converter — импульсный понижающий преобразователь напряжения, в отечественных источниках часто обозначается, как ИППН 1-го типа или просто ИППН1.
· Boost или Step-up converter — импульсный повышающий преобразователь напряжения он же ИППН2.
· Buck/boost — импульсный понижающе-повышающий преобразователь или ИППН3.
Где можно встретить такой преобразователь?
✅ В светодиодных фонариках, работающих от одной батарейки типа АА или ААА используются повышающие конвертеры.
✅ Зарядные устройства для гаджетов, которые подключаются в прикуриватель автомобиля, как правило, состоят из понижающего конвертера, а при поддержке протоколов быстрой зарядки (Quick Charge и прочие) — понижающе-повышающего.
✅ В устройствах, которые рассчитаны на питание от USB-разъёма (5 вольт), можно встретить понижающие или повышающие конвертеры, в зависимости от номинального напряжения нагрузки.
Примеры можно и дальше, так как конвертеры постоянного напряжения используются повсеместно в составе электронных устройств. Например, на материнской плате компьютера они используются для формирования напряжения необходимого для питания процессора и других элементов. Даже драйвер для питания светодиодов в светодиодных лампочках часто выполняется по схеме, подобной тем что приведены выше.
Однако конвертеры в "чистом" виде встречаются чаще всего там, где нужно запитать что-то постоянным напряжением от источника постоянного напряжения неподходящей величины, например, в походных зарядных устройствах с солнечной панелью или термоэлектрическим преобразователем.
Инвертор в блоке питания? Для чего?
С трансформаторными преобразователями постоянного напряжения дело обстоит интереснее — ни один трансформатор не работает на постоянном токе. Поэтому его сначала преобразуют в переменный, после чего подают на первичную обмотку. Переменный ток со вторичной обмотки легко выпрямить с помощью диодов.
А какое устройство используется для преобразования постоянного напряжения или тока в переменное? Правильно, инвертор.
Выше я упоминал про сварочный инвертор — устройство, которое питается от сети переменного тока, а выдаёт на электроды постоянное напряжение. Логично подумать: «Так если на выходе «постоянка», то это не инвертор, а какой-то блок питания?», так и есть.
Если мы посмотрим на типовую блок-схему импульсного источника питания, то увидим, что инвертор в нём используется для преобразования выпрямленного постоянного напряжения в переменное, а на практике ещё и высокочастотное.
Достигается это с помощью одного, двух или четырёх полупроводниковых ключей, обычно, транзисторов MOSFET или IGBT-типа. Транзисторы с высокой частотой открываются и закрываются, таким образам подавая ток короткими импульсами в первичную обмотку трансформатора.
Напряжение вторичной обмотки выпрямляется быстродействующими диодами (диодами Шоттки), сглаживается и подаётся в нагрузку.
Подобным образом устроены почти все современные блоки питания, от зарядки для смартфона до сварочных аппаратов и источников питания мощных электроприборов. То есть инверторами мы пользуемся ежедневно, часто не замечая этого.
Но, как я сказал в самом начале, эта статья не об электронике, а о потребительской технике. Поэтому если вам нужно из постоянного напряжения от аккумулятора сделать переменное, то спрашивайте в магазинах инверторы. А DC-DC конверторы используйте, когда нужно от какого-нибудь литиевого аккумулятора на 3.7 вольта, запитать или зарядить что-то более высоковольтное, например, смартфон или ноутбук.
Алексей Бартош специально для ЭТМ.
