Безтрансформаторное питание 12в своими руками схемы

Иногда для подключения различной аппаратуры требуется низковольтный источник тока. Модели, реализуемые в магазинах, имеют большие габариты и вес из-за понижающего трансформатора, который входит в их состав. Для некоторых устройств эти параметры могут оказаться критичными, поэтому все чаще пользователи предпочитают собирать бестрансформаторный блок питания на 12 Вольт своими руками.

Пригодность блока питания в быту

У каждого в доме есть различная аппаратура, работающая от батареек или аккумуляторов. Чтобы не менять каждый раз элементы, ее питают от любого источника, подключаемого к сети 220 В.

Большой мощности от полностью бестрансформаторного малогабаритного блока ждать не следует. Аккумуляторные инструменты (шуруповерты, дрели, дисковые пилы), насосы, планшеты и ноутбуки от него работать не будут.

К такому БП можно подключать осветительные приборы и электронную технику, которые потребляют ток до 500 мА:

• малогабаритные приемники;
• светодиодные лампы и гирлянды (но не ленты);
• портативную маломощную медицинскую аппаратуру (наручный тонометр, измеритель пульса и других параметров);
• зарядные модули телефонов;
• детские игрушки;
• моторы магнитофонов, вентиляторы;
• самодельные устройства;
• платы от Arduino.

Устройство и конструкция

Простой 12-вольтовый БП без трансформатора можно сделать из нескольких радиоэлементов. Он представляет собой диодный мост VD1-4 и 3 однотипных транзисторных стабилизатора, включенных последовательно.

Другая схема состоит из следующих деталей:

• 2 конденсаторов C1 и C2;
• 4 диодов, образующих мост VD1-4;
• 1 стабилитрона D1.

C1, подключенный к сети 220 В, гасит большую часть напряжения. Оно выпрямляется диодным мостом VD1-4. Цепочка D1, C2 является параметрическим стабилизатором, с выхода которого снимается постоянное напряжение, питающее нагрузку.

Более продвинутое устройство содержит на входе сопротивление R1 для подавления броска тока и RC-цепочку — подключенные параллельно гасящая емкость C1 и резистор r2 большого номинала для ее разрядки. Средняя часть схемы такая же. На выходе установлен дополнительный неполярный конденсатор C3.

Дальнейшее усовершенствование предполагает установку на выходе БП стабилизатора VR1 на транзисторах или микросхеме.

Эти блоки опасны, так как их детали находятся под напряжением 220 В. При отсутствии нагрузки (если испорчен стабилизатор) потенциал на выходе будет равен сетевому.

Принцип работы

Бестрансформаторный блок на транзисторах работает следующим образом. 220 В выпрямляется мостом с конденсатором и поступает на стабилизаторы. Они все выполнены по одной схеме, но рассчитаны на разные напряжения. Первый ограничивает потенциал сети на уровне 150-180 В, второй стабилизатор сокращает его примерно в 2-3 раза. Третий выдает нужное напряжение. Меняя стабилитрон D3, можно получить бестрансформаторный БП, например, на 12 или 5 вольт.

Блок с RC-цепочкой является делителем напряжения. В его верхнем (по схеме) плече стоит конденсатор C1, представляющий для переменного тока реактивное (совсем не потребляет энергию) сопротивление. В нижней части расположен диодный мост VD1-4 с нагрузкой (стабилитрон, транзистор, микросхема и пр.).

Входное напряжение приходит на делитель, выпрямляется мостом и поступает на стабилизатор, который ограничивает его до необходимого значения.

Рабочие схемы

Все описанные устройства выполнены на распространенных радиоэлементах. Ниже приведены схемы с обозначением всех деталей.

В БП с транзисторными стабилизаторами КТ940А можно заменить на высоковольтный, выдерживающий более 250 В, а КТ815Г — на другой, с минимальным напряжением 80 В. При указанных деталях устройство может выдать до 300 мА. Для увеличения силы тока надо транзисторы установить на радиаторы. Если вместо стабилитрона КС512А поставить Д814Д, то выходной ток устройства уменьшится до 200 мА.

Традиционный бестрансформаторный блок на 12 В с RC-цепочкой выдает всего 20-40 мА. Если после моста установить мощный стабилитрон Д815Ж, который ограничит напряжение до 16-19 В, и дополнить схему стабилизатором на транзисторе, то выходной ток повысится до 120 мА. Для его увеличения до 180 мА необходимо параллельно конденсаторам C1, C2 припаять еще один такой же.

Более стабилен блок на микросхеме 78L08 (российское обозначение КР142Б). При указанных деталях он выдает до 200 мА.

Расчет параметров

Для предотвращения пробоя деталей бестрансформаторных схем их необходимо правильно рассчитать. Для каждого устройства существует свой метод.

Транзисторный блок считают по закону Ома: U=I×R. Необходимо рассчитать сопротивления R1, R2, R3 исходя из величины, напряжения и тока, которые выдерживает каждый стабилитрон.

R=U макс/I мин.

Расчет балластного конденсатора для блоков с RC-цепочкой производится по следующей формуле C = I эфф/2*3,14*f *√(Uп²-Uв²), где:

• С — емкость балласта (фарад);
• Uп и Uв — питающее и выходное напряжения (вольт);
• I эфф — ток нагрузки;
• f — частота сигнала на входе устройства (герц).

Так как 1 фарад = 1 млн микрофарад, то формулу можно упростить:

C = 3200*I эфф/√(Uп²-Uв²).

Сопротивление R1 (кОм) примерно равняется 0,025 от величины балластного конденсатора. Его мощность не должна быть ниже 1 Вт (оптимально 2-5 Вт).

Если ручной подсчет неудобен, найдите и используйте калькулятор в режиме онлайн.

Создание блока питания на 12В своими руками

Бестрансформаторный блок можно сделать самостоятельно. Сначала необходимо выбрать одну из приведенных схем.

Понадобятся такие инструменты и материалы:

• паяльник, флюс, припой;
• радиодетали, указанные на рисунке;
• провода в изоляции для формирования выводов;
• фольгированный материал (текстолит, гетинакс) для изготовления печатной платы;
• дрель с тонким (0,5-1 мм) сверлом;
• кусачки или ножницы для обрезания выводов;
• плоскогубцы или пинцет.

Для создания платы понадобится состав для травления, например:

• раствор хлорного железа;
• смесь пищевой соли (2 ст. л.), медного купороса (4 ст. л.) и 0,5 л воды.

Платы травятся 2-6 часов. Для уменьшения этого срока раствор рекомендуется подогреть до +50…+60 °С.

Далее выполняют следующие действия:

1. Рисуют дорожки на плате и вытравляют их.
2. Сверлят отверстия в нужных местах.
3. Обрезают ножки деталей и формуют их.
4. Вставляют их в отверстия и пропаивают.
5. Устанавливают радиаторы (если нужно).

После сборки платы к ней подсоединяют провода с необходимыми разъемами. Для включения в 220 В применяют сетевую вилку, а на выходе ставят какой-либо разъем или специальный штекер.

Трансформаторный блок питания имеет значительные габариты и массу, которые определяются размерами и весом силового трансформатора. Эта проблема решается применением импульсного источника питания, но он имеет сложную схемотехнику, затрудняющую его создание и ремонт. В некоторых случаях можно использовать бестрансформаторные источники питания – при всех присущих им недостатках, они закрывают некоторые ниши электроснабжения потребителей.

Принцип работы бестрансформаторного питания

В трансформаторных и импульсных (которые, по своей сути, также являются трансформаторными) источниках питания снижение питающего уровня происходит за счет трансформации первичного напряжения во вторичные обмотки. Можно подойти по-другому – погасить избыточное напряжение резистором (балластным сопротивлением). Его сопротивление надо подобрать так, чтобы на нагрузке был требуемый уровень, а все остальное упало на балластном элементе. Такой бестрансформаторный блок питания, по сути, является делителем напряжения.

Балластное сопротивление подключается последовательно с нагрузкой, через него течет полный нагрузочный ток. Излишек напряжения падает на гасящем элементе. Так, чтобы получить на потребителе 12 вольт, надо подобрать номинал резистора так, чтобы на нем падало 220-12=208 вольт. При токе нагрузки в 1 ампер сопротивление должно быть R=U/I =208/1=208 Ом. Из 10% ряда (E12) номиналов можно выбрать сопротивление 200 Ом или 220 Ом. Если надо подобрать точнее, можно выбрать из нескольких элементов тот, чье фактическое сопротивление (с учетом 10% отклонения) будет как можно ближе к расчетным 208 Ом.

Какие плюсы и минусы у таких схем

Эта схема содержит два главных плюса:

• отсутствие громоздкого и сложного в изготовлении намоточного элемента (трансформатора);
• пониженная масса и габариты.

Второе достоинство резко снижается с ростом тока нагрузки. Так, для рассмотренного выше примера для выходного уровня 12 в при токе 1 А на резисторе будет рассеиваться 208 Ватт. Элемент для работы при таком токе имеет габариты, сравнимые с размерами трансформатора и требует условий для теплообмена с окружающей средой.

На этом плюсы заканчиваются, начинаются минусы. Один из главных – высокая опасность поражения электрическим током. Несмотря на то, что на нагрузке падает всего 12 вольт, каждый элемент цепи находится под полным сетевым напряжением 220 вольт относительно земли. Случайное прикосновение к токоведущим элементам одновременно с прикосновением к земле может привести к печальным последствиям.

Второй недостаток бестрансформаторных схем – ярко выраженная зависимость напряжения на нагрузке от потребляемого тока. Так, для рассмотренной схемы, при изменяющихся токах и резисторе в 208 Ом на нагрузке будет падать напряжение, указанное в таблице.

При изменении тока на 5% в любую из сторон напряжение на потребителе меняется в разы. Это резко сокращает область применения источников питания с балластом и не позволяет, например, использовать такой прибор в качестве лабораторного блока питания. Эта проблема может быть частично решена применением стабилизаторов на выходе БП (линейных или импульсных), но возможность такого решения также ограничена, особенно для линейных регуляторов. Они сверху лимитируются максимальной мощностью рассеяния на регулирующем элементе, а снизу – необходимостью минимально допустимого падения напряжения на нем же.

Импульсный стабилизатор (не путать с импульсным БП!) не рассеивает (в теории) мощность на ключевом элементе, поэтому по превышению напряжения теоретически лимита нет. Падение напряжения на ключе ему также не нужно, поэтому для него диапазон питающих напряжений может быть шире.

Еще одним недостатком бестрансформаторного БП является низкий КПД. На балласте бесполезно рассеивается часть мощности, к тому же от резистора надо отводить тепло. Проблема теплоотвода отпадает, если вместо резистора применить гасящий конденсатор, который обладает реактивным сопротивлением, зависящим от частоты (тепло на нем не выделяется).

Применять конденсатор в качестве одного из плеч делителя можно только в цепях переменного тока.

Для расчета балласта, надо воспользоваться формулой X=1/(2*π*f*C), где:

• X – реактивное сопротивление конденсатора, Ом;
• π – число «пи», округленно равное 3,14;
• f – частота, для бытовой сети равна 50 Гц;
• С – емкость в фарадах.

Отсюда С=1/(2*π*f*X)=1/(314*X), для получения результата в микрофарадах надо умножить на 1000000 (10⁶), в итоге приведенная формула примет вид С=3184/X. X выбирается по формуле X=U/I. Для приведенного выше примера X равно все тем же 208 Ом, а емкость равна 15,3 мкФ (зависимость здесь обратная – с ростом тока надо увеличивать емкость, уменьшая сопротивление). Проблема в том, что подобрать конденсатор с такой точностью сложно. Ряд доступных емкостей имеет больший шаг, а уменьшение точности ведет к тому же эффекту, что и изменение тока. Так, применение конденсатора на 15 мкФ вместо 15,3 приведет к увеличению сопротивления до 212 Ом и к изменению напряжения на нагрузке до 11,7 вольта. В большинстве случаев это некритично, но зависимость параметров питания от характеристик конденсатора прослеживается явно. Подобрать емкость с заданной точностью весьма проблематично. Также надо учитывать, что конденсатор должен быть с запасом рассчитан на полное амплитудное напряжение сети, которое равно не 220, а 310 вольт.

Рекомендуем: Самодельный блок питания с регулировкой напряжения и тока

Примеры схем бестрансформаторных источников питания

Обычно для питания низковольтных потребителей требуется постоянное напряжение, поэтому в качестве нагрузки используется выпрямитель, сглаживающий фильтр и собственно потребитель. Схема может выглядеть так.

При расчете надо принять во внимание, что диоды и конденсатор активной мощности практически не потребляют, поэтому на ток они не влияют. Но надо учитывать, что на каждом диоде падает напряжение – для кремниевых вентилей около 0,6 вольт. Ток в каждом полупериоде идет через нагрузку и два диода, поэтому надо предусмотреть запас в 1,2..1,5 вольт, чтобы на нагрузке получить требуемый уровень.

Главный недостаток такой схемы уже назван – зависимость выходного напряжения от нагрузки даже при стабильном входном. Поэтому такая схемотехника применяется только при неизменном потребляемом токе. Для улучшения характеристик можно дополнить эту схему стабилизатором напряжения (линейным или импульсным), соблюдая ограничения для такого построения.

Для маломощных потребителей, потребляющих токи до 500 мА, можно построить источник питания на параметрическом стабилизаторе со стабилитроном. Расчет такого стабилизатора выходит за рамки обзора, для этого можно воспользоваться онлайн-калькуляторами.

Если применять вместо резистора конденсатор, лучше добавить еще пару элементов:

• резистор R1 сопротивлением в несколько Ом ограничит начальный бросок тока на зарядку конденсатора в момент включения БП;
• резистор R2 в несколько сотен килоом разрядит конденсатор после выключения, что снизит вероятность поражения электрическим током при ремонте.

В целом с точки зрения безопасности вариант с гасящим конденсатором хуже. При выходе из строя у резистора обычно сгорает проводящий слой, и цепь размыкается. У конденсатора часто пробивается диэлектрик, при этом он замыкается накоротко, полное напряжение сети прикладывается к нагрузке.

Еще лучше с точки зрения стабильности выходного напряжения применить полностью емкостный делитель. Изменение нагрузки в этом случае вызывает меньшее изменение тока через оба конденсатора, что влечет меньшее изменение параметров питания.

Практическая схема, построенная по такому принципу, приведена на рисунке. Ее выходной уровень – 5 вольт.

При выборе конденсатора 10 мкФ на 350 вольт надо иметь в виду, что в теории на нем тепло не рассеивается. На практике все зависит от качества диэлектрика, примененного в элементе. Поэтому конденсатор надо предварительно проверить – включить его под сетевое напряжение и выдержать около часа. Если элемент почти не нагрелся, его можно применить в данной схеме. В противном случае лучше найти другой.

Несмотря на все недостатки, бестрансформаторные блоки питания вполне применимы для питания потребителей с неизменными или малоизменяющимися параметры. Но надо помнить о повышенных мерах безопасности, чтобы избежать неприятностей.

Схемы бестрансформаторного питания: с балластным резистором, с балластным конденсатором, с импульсным преобразователем

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“.

 Сегодня мы рассмотрим несколько схем, предназначенных для питания радиолюбительских устройств без использования сетевого трансформатора – бестрансформаторные источники питания.
   Сразу отмечу, что такие источники питания представляют определенную опасность для человека – неосторожное обращение и неминуемое поражение электрическим током. Такие схемы стоит применять только если обеспечивается их надежная изоляция и не требуется постоянное присутствие человека.
  Кроме того, использовать такие источники питания целесообразно только при небольших токах нагрузки.
    Сегодня мы рассмотрим два типа таких схем:
– с балластным резистором
– с балластным конденсатором
Есть еще третий вариант – с импульсным AC/DC преобразователем, но они более сложны, и требуют применения специализированных микросхем.
Балластные резисторы и конденсаторы гасят излишек сетевого напряжения. Поэтому, резисторы должны быть большой мощности, а конденсаторы – должны быть пленочными (к примеру К73-17) и рабочим напряжением не менее 630 вольт.
Все схемы несложные, и особых пояснений не требуют.

Первая схема:

Диоды VD1-VD4 должны выдерживать обратное напряжение не ниже 400 вольт.
Резисторы R1, R2 – балластные для стабилитрона.
R3 – выбирается с учетом, чтобы выходное напряжение не изменялось при любом токе нагрузки.
С1, R3, С2 – фильтр сглаживающий пульсации.

Вторая схема:

Аналогично первой схеме, но параллельно включенные резисторы заменяются включенными последовательно.
RC фильтр заменен LC фильтром.
Максимально допустимый ток через дроссель должен быть с запасом больше, чем ток нагрузки.

Третья схема:
Классическая схема источника питания с балластным конденсатором С1.
Резистор R1 – обязательный в подобных схемах, ограничивает начальный ток заряда конденсатора С2.
Резистор R2 разряжает конденсатор С1 при выключении от сети.
Сборку диодов VD1.1 и VD1.2 можно заменить на 1N4004…1N4007.
Конденсатор С2 сглаживает сетевые пульсации, С3 – устраняет ВЧ-помехи.
Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона и тока нагрузки.

Четвертая схема:
Стабилитроны VD3 и VD4 – выполняют предварительное ограничение напряжения и должны быть повышенной мощности (1-3 ватта).

Пятая схема:
Двухполупериодный выпрямитель с диодным мостом VD1 и светодиодной индикацией включения.
Резистор R3 определяет ток в нагрузке.
Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона и тока нагрузки.

Шестая схема:
Двухполярный источник питания
Для полной симметрии схемы необходим одинаковый ток нагрузки по цепям +5 вольт и -5 вольт.

Седьмая схема:
Разделение выходного напряжения на две отдельные ветви для исключения взаимных помех.
Подойдет для питания микроконтроллера или управления тиристором.
Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на уровне 5,6 вольт, диоды VD2 и VD3 снижают его до +4,8 … +5 вольт.

Восьмая схема:
Получение двух напряжений от источника питания.
Суммарный ток нагрузки состоит из токов двух каналов.
При значительных колебаниях тока нагрузки стабилизатор следует выбирать повышенной мощности.

Девятая схема:

Вместо одного, применяются два балластных конденсатора, что позволяет выбирать их с меньшим рабочим напряжением.

Ну а напоследок, все-таки приведу одну схему импульсного бестрансформаторного преобразователя напряжения:

Типовая схема включения импульсного AC/DC преобразователя напряжения на специализированной микросхеме фирмы ROHM.

---

---

Купить мужские и женские унты с доставкой по России

Бестрансформаторный блок питания 12 в

Бестрансформаторный источник питания предлагаемая в схеме, может быть применён для питания различных электронных приборов, например радио, магнитофон, настенные часы или светодиодный светильник. Главным преимуществом прибора то, что в схеме нету трансформатора, занимает очень мало места и при работе прибор не создаёт никаких шумов и помех. При включении сетевое напряжение 220 V через резистор R1, поступает на гасящий конденсатор C1, далее выпрямляется диодным мостом и следует на стабилитрон VD1, после стабилизации и сглаживания пульсаций конденсаторами C2 и C3, мы получаем 12 V на выходе прибора. Резистор R2 служит для разрядки C1 после отключения от сети. Выходной ток можно регулировать ёмкостью конденсатора C1, каждый микрофарад даёт на выходе почти 0,06 A, но не стоит ставить больше 2-х микрофарад, так как стабилитрон может выйти из пригодности.   Конденсатор C1 необходимо применять на напряжение свыше 350 v, диодный мост тоже на напряжение более 350 V и ток больше 1 A, стабилитрон можно применить на любое нужное напряжение стабилизации, надо лишь учитывать, что он должен быть большей мощности, так как на нём выделяется довольно много тепла, если необходимо охладить то закрепите его на алюминиевый радиатор.  При работе с сетевыми устройствами строго соблюдайте правила безопасности!