مدار مینی اینورتر دست‌ساز (DIY) ۳.۷ ولت به ۲۲۰ ولت

مروری بر پروژه و داستان

آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه یک لامپ استاندارد ۲۲۰ ولت خانگی را تنها با استفاده از یک باتری کوچک ۳.۷ ولتی لیتیوم-یون قابل شارژ روشن کنید؟ در این پروژه، ما یک مدار مینی اینورتر خودنوسان‌ساز جمع‌وجور و مقرون‌به‌صرفه را از پایه با استفاده از قطعات الکترونیکی گسسته خواهیم ساخت.

این مدار با استفاده از یک مکانیزم فیدبک (بازخورد) دو ترانزیستوری (D882 و BC557)، جریان مستقیم (DC) یک باتری لیتیوم ۳.۷ ولتی را به جریان متناوب (AC) فرکانس بالا تبدیل می‌کند. با راه‌اندازی یک ترانسفورماتور افزاینده (Step-up) توسط این پالس‌های فرکانس بالا، ولتاژ به حدود ۲۲۰ ولت AC افزایش می‌یابد که برای روشن کردن دستگاه‌های AC خانگی کم‌مصرف مانند یک لامپ LED نه واتی (9W) کافی است.

لیست قطعات (BOM)

در اینجا لیست قطعات مورد نیاز برای این پروژه آمده است:

•  ۱ عدد ترانزیستور قدرت NPN مدل D882 (عنصر سوئیچینگ اصلی)
•  ۱ عدد ترانزیستور PNP مدل BC557 (نوسان‌ساز فیدبک)
•  ۱ عدد خازن سرامیکی ۳۳ نانوفاراد ($0.033\mu F$) (کنترل فرکانس نوسان)
•  ۱ عدد خازن الکترولیتی ۲.۲ میکروفاراد (شکل‌دهی شکل‌موج فیدبک)
•  ۱ عدد مقاومت ۶۸ کیلو اهم ($1/4W$، بایاس بیس BC557)
•  ۱ عدد مقاومت ۶۸ اهم ($1/4W$، محدودکننده جریان LED / محافظت در برابر پیک جریان)
•  ۱ عدد چراغ نشانگر توان LED پنج میلی‌متری
•  ۱ عدد کلید کشویی / الاکلنگی SPST به عنوان کلید برق اصلی
•  ۱ عدد جا باتری ۱۸۶۵۰ همراه با باتری لیتیوم-یون ۳.۷ ولتی
•  ۱ عدد ترانسفورماتور قدرت افزاینده ۱۲ به ۲۲۰ ولت (اولیه ۱۲ ولت ۱ آمپر، ثانویه ۲۲۰ ولت)
•  ۱ عدد لامپ ۲۲۰ ولت AC (لامپ LED نه وات) و سرپیچ لامپ
•  سایر: هویه، سیم لحیم، سیم‌های رابط، وارنیش حرارتی (شیرینک)

طراحی مدار و اصول کارکرد

این مدار به عنوان یک مولتی‌ویبراتور خودنوسان‌ساز عمل می‌کند:

· کلید اصلی (D882): ترانزیستور NPN مدل D882 سوئیچینگ جریان بالا را بر عهده دارد و ورودی DC را به سیگنال‌های پالسی فرکانس بالا خُرد می‌کند.

· حلقه فیدبک (BC557): ترانزیستور PNP مدل BC557 فیدبک مثبتی را به بیس D882 اعمال می‌کند و آن را مجبور می‌کند تا بدون نیاز به میکروکنترلر خارجی یا آی‌سی PWM، به طور پیوسته روشن و خاموش (ON و OFF) شود.

· زمان‌بندی و شکل‌دهی شکل‌موج: خازن سرامیکی ۳۳ نانوفاراد و مقاومت ۶۸ کیلو اهم فرکانس نوسان پایه را تعیین می‌کنند. خازن الکترولیتی ۲.۲ میکروفاراد سیگنال را فیلتر کرده و آن را به یک شکل‌موج راه‌انداز تمیز تبدیل می‌کند.

· افزایش ولتاژ (Step-Up): سیگنال DC پالسی به سمت اولیه ولتاژ پایین (۱۲ ولت) ترانسفورماتور تغذیه می‌شود. از طریق القای مغناطیسی، نسبت دور بالای سیم‌پیچ ثانویه، ولتاژی در حدود ۲۲۰ ولت AC را در خروجی تولید می‌کند.

راهنمای گام‌به‌گام مونتاژ

مرحله ۱: آماده‌سازی هسته نوسان‌ساز (ترانزیستورهای D882 و BC557)

کار را با قرار دادن ترانزیستور قدرت NPN مدل D882 روی سطح کار خود آغاز کنید. ترانزیستور PNP مدل BC557 را بردارید و پایه‌های آن را به D882 لحیم کنید تا جفت فیدبک خودنوسان‌ساز تشکیل شود.

مرحله ۲: نصب خازن زمان‌بندی نوسان (۳۳ نانوفاراد)

خازن سرامیکی ۳۳ نانوفاراد را به پایه بیس ترانزیستور BC557 لحیم کنید. این خازن در کنار مقاومت بایاس، فرکانس سوئیچینگ مدار را کنترل می‌کند.

مرحله ۳: اتصال کلید برق اصلی و مقاومت بایاس ۶۸ کیلو اهم

کلید الاکلنگی اصلی SPST را برای کنترل برق ورودی به مدار نصب کنید. سپس، مقاومت ۶۸ کیلو اهم را لحیم کنید تا جریان بایاس پایداری برای راه‌اندازی مطمئن ترانزیستور BC557 فراهم شود.

مرحله ۴: افزودن خازن فیدبک (۲.۲ میکروفاراد)

خازن الکترولیتی ۲.۲ میکروفاراد را بین کلکتور و بیس ترانزیستور BC557 لحیم کنید تا حلقه فیدبک کامل شود. به قطبیت دقت زیادی داشته باشید: مطمئن شوید که پایه بلندتر (پایه مثبت) همان‌طور که در تصویر (منبع) نشان داده شده به درستی جهت‌گیری شده باشد.

مرحله ۵: ادغام LED نشانگر برق و مقاومت محدودکننده جریان

یک LED پنج میلی‌متری را در کنار یک مقاومت ۶۸ اهم لحیم کنید. این مقاومت هم به عنوان محدودکننده جریان برای LED و هم به عنوان محافظ پیک جریان برای ترانزیستور قدرت D882 عمل می‌کند.

مرحله ۶: اتصال جا باتری

جا باتری ۳.۷ ولتی را به خطوط تغذیه مدار متصل کنید. سیم قرمز را به خط ورودی مثبت و سیم مشکی را به سیم زمین منفی لحیم کنید.

مرحله ۷: سیم‌کشی ترانسفورماتور افزاینده

سمت اولیه ۱۲ ولت و سمت ثانویه ۲۲۰ ولت ترانسفورماتور ۱۲ ولت ۱ آمپر را شناسایی کنید. سیم‌های اولیه را به خروجی کلکتور ترانزیستور D882 و خط تغذیه لحیم کنید.

مرحله ۸: اتصال بار و تست اینورتر

یک لامپ LED نه وات ۲۲۰ ولت AC را به سیم‌های ثانویه ولتاژ بالای ترانسفورماتور متصل کنید. تمام اتصالات لحیم‌کاری شده را دوباره بررسی کنید. یک باتری لیتیومی ۱۸۶۵۰ با شارژ کامل (۳.۷ ولت) را در جا باتری قرار دهید، کلید را ببندید (روشن کنید) و روشن شدن نشانگر LED و لامپ را مشاهده کنید.

هشدارهای ایمنی و نتیجه‌گیری

هشدار ولتاژ بالا: با وجود اینکه این مدار توسط یک باتری ۳.۷ ولتیِ ولتاژ پایین تغذیه می‌شود، خروجی ترانسفورماتور تقریباً ۲۲۰ ولت AC تولید می‌کند که خطرناک است و می‌تواند باعث شوک الکتریکی شدید شود! هرگز در حین کار کردن مدار، به اتصالات فلزی بدون روکش یا سیم‌کشی‌ها در سمت ولتاژ بالا دست نزنید.

این پروژه (DIY) نشان می‌دهد که چگونه می‌توان قطعات گسسته ساده را برای انجام تبدیل ولتاژ کارآمد با یکدیگر ترکیب کرد. این پروژه به عنوان یک کار آموزشی فوق‌العاده برای درک نوسان‌سازها، منابع تغذیه سوئیچینگ و القای مغناطیسی عمل می‌کند!