radioskot.ru
Блок питания 12В своими руками. Самодельный блок питания: схема
Изготовить блок питания 12В своими руками несложно, но для этого вам потребуется изучить немного теории. В частности, из каких узлов состоит блок, за что отвечает каждый элемент изделия, основные параметры каждого. Также важно знать, какие трансформаторы необходимо использовать. Если нет подходящего, то можно перемотать вторичную обмотку самостоятельно для получения нужного напряжения на выходе. Нелишним будет узнать о методах травления печатных плат, а также про изготовление корпуса блока питания.
Компоненты блока питания
Основной элемент любого блока питания – это понижающий трансформатор. При его помощи происходит снижение напряжения в сети (220 Вольт) до 12 В. В конструкциях, рассмотренных ниже, можно использовать как самодельные трансформаторы с перемотанной вторичной обмоткой, так и готовые изделия, без модернизации. Нужно только учитывать все особенности и проводить правильный расчет сечения провода и количества витков.
Второй элемент по важности – это выпрямитель. Изготовляется он из одного, двух либо четырех полупроводниковых диодов. Все зависит от типа схемы, по которой собирается самодельный блок питания. Например, для реализации удвоения напряжения нужно использовать два полупроводника. Для выпрямления без увеличения достаточно одного, но лучше применить мостовую схему (все пульсации тока сглаживаются). После выпрямителя обязательно наличие электролитического конденсатора. Желательна установка стабилитрона с подходящими параметрами, он позволяет на выходе сделать стабильное напряжение.
Что такое трансформатор
Трансформаторы, используемые для выпрямителей, имеют следующие компоненты:
- Сердечник (магнитопровод, изготовленный из металла либо ферромагнетика).
- Сетевую обмоту (первичная). Запитывается от 220 Вольт.
- Вторичную обмотку (понижающую). Служит для подключения выпрямителя.
Теперь обо всех элементах более подробно. Сердечник может иметь любую форму, но наиболее распространены Ш-образные и U-образные. Реже встречаются тороидальные, но у них специфика иная, чаще применяются в инверторах (преобразователях напряжения, например, из 12 в 220 Вольт), нежели в обычных выпрямительных устройствах. Блок питания 12В 2А целесообразнее делать с использованием трансформатора, имеющего Ш-образный или U-образный сердечник.
Обмотки могут располагаться как друг на друге (сначала первичная, а после вторичная), на одном каркасе, так и на двух катушках. В качестве примера можно привести трансформатор с U-образным сердечником, на котором имеются две катушки. На каждой из них произведена намотка половины первичной и вторичной обмоток. При подключении трансформатора требуется соединять выводы последовательно.
Как произвести расчет трансформатора
Допустим, вы решили намотать вторичную обмотку трансформатора самостоятельно. Для этого вам надо будет узнать величину главного параметра – напряжения, которое можно будет снять с одного витка. Это самый простой способ, которым можно воспользоваться при изготовлении трансформатора. Намного сложнее вычислить все параметры, если требуется намотка не только вторичной, но и первичной обмотки. Необходимо для этого знать сечение магнитопровода, его проницаемость и свойства. Если рассчитывать блок питания 12В 5А самому, то этот вариант получается более точным, нежели подстраиваться под готовые параметры.
Первичную обмотку наматывать сложнее, чем вторичную, так как в ней может быть несколько тысяч витков тонкого провода. Можно упростить задачу и самодельный блок питания изготовить при помощи специального станка.
Чтобы рассчитать вторичную обмотку, нужно намотать 10 витков тем проводом, который планируете использовать. Соберите трансформатор и, соблюдая технику безопасности, подключите его первичную обмотку к сети. Проведите замер напряжения на выводах вторичной обмотки, полученное значение разделите на 10. Теперь число 12 разделите на полученное значение. И получаете количество витков, необходимое для вырабатывания 12 Вольт. Можно добавить немного, чтобы компенсировать падение напряжения (достаточно увеличить на 10%).
Диоды для блока питания
Выбор полупроводниковых диодов, используемых в выпрямителе блока питания, напрямую зависит от того, какие значения параметров трансформатора необходимо получить. Чем больше сила тока на вторичной обмотке, тем мощнее диоды необходимо использовать. Предпочтение стоит отдавать тем деталям, которые изготовлены на основе кремния. Но не стоит брать высокочастотные, так как они не предназначены для использования в выпрямительных устройствах. Их основное предназначение – детектирование высокочастотного сигнала в радиоприемных и передающих устройствах.
Идеальное решение для маломощных блоков питания – это применение диодных сборок, блок питания 12В 5А с их помощью можно разместить в гораздо меньшем корпусе. Диодные сборки — это набор из четырех полупроводниковых диодов. Используются они исключительно для выпрямления переменного тока. Работать с ними гораздо удобней, не нужно делать много соединений, достаточно на два вывода подать напряжение от вторичной обмотки трансформатора, а с оставшихся снять постоянное.
Стабилизация напряжения
После изготовления трансформатора обязательно проведите замер напряжения на выводах его вторичной обмотки. Если оно превышает значение 12 Вольт, то необходимо провести стабилизацию. Даже самый простой блок питания 12В плохо будет работать без этого. Следует учесть, что в питающей сети величина напряжения непостоянна. Подключите вольтметр к розетке и проведите замеры в разное время. Так, например, днем оно может подскочить до 240 Вольт, а вечером опуститься даже до 180. Все зависит от нагрузки на линию электропередач.
Если у вас в первичной обмотке трансформатора изменяется напряжение, то оно будет нестабильно и во вторичной. Чтобы компенсировать это, нужно применить устройства, называемые стабилизаторами напряжения. В нашем случае можно использовать стабилитроны с подходящей величиной параметров (тока и напряжения). Стабилитронов множество, подберите необходимые элементы до того, как делать 12В блок питания.
Существуют и более «продвинутые» элементы (типа КР142ЕН12), которые представляют собой комплект из нескольких стабилитронов и пассивных элементов. Их характеристики намного лучше. Также встречаются и зарубежные аналоги подобных устройств. Необходимо познакомиться с этими элементами до того, как сделать 12В блок питания вы решите самостоятельно.
Особенности импульсных блоков питания
Блоки питания такого типа нашли широкое применение в персональных компьютерах. У них на выходе имеется два значения напряжения: 12 Вольт — для питания приводов дисководов, 5 Вольт — для функционирования микропроцессоров и иных устройств. Отличие от простых блоков питания состоит в том, что на выходе сигнал не постоянный, а импульсный – по форме похож на прямоугольники. В первый период времени сигнал появляется, во второй он равен нулю.
Также имеются отличия и в схеме устройства. Для нормального функционирования самодельный импульсный блок питания нуждается в выпрямлении сетевого напряжения без предварительного понижения его значения (на входе отсутствует трансформатор). Использовать импульсные блоки питания можно как самостоятельные устройства, так и их модернизированные аналоги – аккумуляторные батареи. В итоге можно получить простейший бесперебойник, причем его мощность будет зависеть от параметров блока питания и типа используемых батарей.
Как получить бесперебойное питание?
Блок питания достаточно подключить параллельно аккумуляторной батарее, чтобы при выключении электричества все устройства продолжили работать в нормальном режиме. При подключенной сети блок питания производит зарядку батареи, принцип схож с работой электроснабжения автомобиля. А когда бесперебойный блок питания 12В отключаете от сети, происходит подача напряжения на всю аппаратуру от аккумулятора.
Но бывают случаи, когда необходимо на выходе получить сетевое напряжение 220 Вольт, например, для питания персональных компьютеров. В этом случае потребуется внедрение в схему инвертора – устройства, которое преобразует постоянное напряжение 12 Вольт в переменное 220. Схема оказывается сложнее, нежели у простого блока питания, но собрать его можно.
Фильтрация и отсечение переменной составляющей
Важное место в выпрямительной технике занимают фильтры. Взгляните на блок питания 12В, схема которого наиболее распространена. Она состоит из диодного моста, конденсатора, сопротивления. Фильтры отсекают все лишние гармоники, оставляя на выходе блока питания постоянное напряжение. Например, простейший фильтр – это электролитический конденсатор с большой емкостью. Если взглянуть на его работу при постоянном и переменном напряжениях, то становится ясен его принцип функционирования.
В первом случае он имеет определенное сопротивление и в схеме замещения он может быть заменен на постоянный резистор. Актуально это для проведения расчетов по теоремам Кирхгофа.
Во втором случае (при протекании переменного тока) конденсатор становится проводником. Другими словами, его можно заменить перемычкой, у которой нет сопротивления. Она соединит оба выхода. При более подробном изучении можно увидеть, что переменная составляющая уйдет, ведь выходы замыкаются во время протекании тока. Останется только постоянное напряжение. Кроме того, для быстрого разряда конденсаторов собираемый блок питания 12В своими руками необходимо на выходе укомплектовать резистором с большим сопротивлением (3-5 МОм).
Изготовление корпуса
Для изготовления корпуса блока питания идеально подойдут алюминиевые уголки и пластины. Сначала необходимо сделать своеобразный скелет конструкции, который впоследствии можно обшить листами из алюминия подходящей формы. Для уменьшения веса блока питания можно в качестве обшивки использовать более тонкий металл. Изготовить блок питания 12В своими руками из таких подручных материалов несложно.
Идеально подойдет корпус от микроволновой печи. Во-первых, металл достаточно тонкий и легкий. Во-вторых, если сделать все аккуратно, то лакокрасочное покрытие не повредится, поэтому внешний вид останется привлекательным. В-третьих, размер обшивки микроволновой печи довольно большой, что позволяет сделать практически любой корпус.
Изготовление печатной платы
Подготовьте фольгированный текстолит, для этого обработайте металлический слой раствором соляной кислоты. Если такового нет, то можно использовать электролит, заливаемый в аккумуляторные батареи автомобилей. Эта процедура позволит обезжирить поверхность. Работайте в резиновых перчатках, чтобы исключить попадание растворов на кожу, ведь можно получить сильнейший ожог. После этого промойте водой с добавлением соды (можно мыла, чтобы нейтрализовать кислоту). И можно наносить рисунок печатной платы.
Сделать рисунок можно как с помощью специальной программы для компьютеров, так и вручную. Если вы изготовляете обычный блок питания 12В 2А, а не импульсный, то количество элементов минимально. Тогда при нанесении рисунка можно обойтись без программ для моделирования, достаточно нанести его на поверхность фольги перманентным маркером. Желательно сделать два-три слоя, дав предыдущему высохнуть. Неплохие результаты может дать применение лака (например, для ногтей). Правда, рисунок может выйти неровным из-за кисти.
Как протравить плату
Подготовленную и просушенную плату поместите в раствор хлорного железа. Насыщенность его должна быть такой, чтобы медь как можно быстрее разъедалась. Если процесс идет медленно, то рекомендуется увеличить концентрацию хлорного железа в воде. Если и это не помогает, то попробуйте нагреть раствор. Для этого наберите в емкость воду, установите в нее банку с раствором (не забывайте о том, что его желательно хранить в пластиковой или стеклянной таре) и нагревайте на медленном огне. Теплая вода будет нагревать раствор хлорного железа.
Если у вас много времени либо нет хлорного железа, то воспользуйтесь смесью из соли и медного купороса. Плата подготавливается аналогичным образом, после чего помещается в раствор. Недостаток способа – плата блока питания травится очень медленно, потребуются почти сутки для полного исчезновения всей меди с поверхности текстолита. Но за неимением лучшего, можно использовать и такой вариант.
Монтаж компонентов
После процедуры травления вам потребуется ополоснуть плату, очистить от защитного слоя дорожки, обезжирить их. Наметьте расположение всех элементов, просверлите отверстия для них. Больше 1,2-мм сверло не стоит применять. Установите все элементы и припаяйте их к дорожкам. После этого необходимо все дорожки покрыть слоем олова, т. е. произвести их лужение. Изготовленный блок питания 12В своими руками с лужением монтажных дорожек прослужит вам намного дольше.
fb.ru
Схема и описание блока питания без трансформатора на 5 вольт, 40-50 мА
Многие радиолюбители не считают блоки питания без трансформаторов. Но несмотря на это, они используются довольно активно. В частности, в охранных устройствах, в схемах радиоуправления люстрой, нагрузками и во многих других устройствах. В данном видеоуроке рассмотрим простую конструкцию такого выпрямителя на на 5 вольт, 40-50 мА. Однако можно изменить схему и получить практически любое напряжение.
Бестрансформаторные источники также применяются в качестве зарядных устройств и используются в запитке светодиодных светильников и в китайский фонариках.
Для радиолюбителей есть всё в этом китайском магазине.
Анализ схемы.
Рассмотрим простую схему бестрансформаторного блока питания. Напряжение от сети 220 вольт через ограничительный резистор, который одновременно выступает как предохранитель, идет на гасящий конденсатор. На выходе также сетевое напряжение, но ток многократно понижен.
Рисунок. Схема бестрансформаторного выпрямителя
Далее на двухполупериодный диодный выпрямитель, на его выходе получаем постоянный ток, который стабилизируется посредством стабилизатора VD5 и сглаживается конденсатором. В нашем случае конденсатор 25 В, 100 мкФ, электролитический. Ещё один небольшой конденсатор установлен параллельно питанию.
КУПИТЬ
Дальше оно поступает на линейный стабилизатор напряжения. В данном случае использован линейный стабилизатор 7808. В схеме есть небольшая опечатка, выходное напряжение на самом деле приблизительно 8 В. Для чего в схеме линейный стабилизатор, стабилитрон? На линейные стабилизаторы напряжения в большинстве случаев не допускается подавать на вход напряжение выше 30 В. Поэтому в цепи нужен стабилитрон. Номинал выходного тока определяется в большей степени ёмкостью гасящего конденсатора. В данном варианте он с ёмкостью 0, 33 мкФ, с расчётным напряжением 400 В. Параллельно конденсатору установлен рарзряжающий резистор с сопротивлением 1 МОм. Номинал всех резисторов может быть 0, 25 или 0, 5 Вт. Данный резистор для того, чтобы после выключения схемы из сети конденсатор не держал остаточного напряжения, то есть разряжался.
Диодный мост можно собрать из четырех выпрямителей на 1 А. Обратное напряжение диодов должно быть не менее 400 В. Можно применить также готовые диодные сборки типа КЦ405. В справочнике нужно посмотреть допустимое обратное напряжение через диодный мост. Стабилитрон желательно на 1 Вт. Напряжение стабилизации этого стабилитрона должно быть от 6 до 30 В, не больше. Ток на выходе схемы зависит от номинала данного конденсатора. При ёмкости в 1 мкФ ток будет в районе 70 мА. Не следует увеличивать ёмкость конденсатора больше 0, 5 мкФ, поскольку довольно большой ток, конечно же, спалит стабилитрон. Данная схема хороша тем, что она малогабаритна, можно собрать из подручных средств. Но недостатком является то, что она не имеет гальванической развязки с сетью. Если вы собираетесь её применять, то обязательно в закрытом корпусе, чтобы не дотрагиваться до высоковольтных частей схемы. И, конечно же, не стоит связывать с этой схемой большие надежды, поскольку выходной ток схемы небольшой. То есть, хватит на запитку маломощный устройств, током до 50 мА. В частности, запитки светодиодов и постройки светодиодных светильников и ночников. Первый запуск обязательно делать последовательно соединённой лампочкой.
В данном варианте присутствует резистор на 300 Ом, который в случае чего выйдет из строя. У нас на плате уже нет данного резистора, поэтому добавили лампочку, которая будет чуть-чуть гореть во время работы нашей схемы. Для того, чтобы проверить выходное напряжение, будем использовать самый обыкновенный мультиметр, измеритель постоянный 20 В. Подключаем схему в сеть 220 В. Поскольку у нас есть защитная лампочка, она спасёт ситуацию, если будут какие-то проблемы в схеме. Соблюдайте предельную осторожность во время работы с высоким напряжением, поскольку всё-таки на схему поступает 220 В.
Заключение.
На выходе 4,94, то есть почти 5 В. При токе не более 40-50 мА. Отличный вариант для маломощных светодиодов. Можно запитать от данной схемы светодиодные линейки, только при этом заменить стабилизатор на 12-вольтовый, к примеру, 7812. В принципе, можно на выходе получить любое напряжение в пределах разумного. На этом всё. Не забывайте подписаться на канал и оставлять свои отзывы про дальнейшие видеоролики.
Внимание! Когда собран блок питания, важно разместить сборку в пластиковый корпус либо тщательно изолировать все контакты и провода для исключения случайного прикосновения к ним, так как схема подключена к сети 220 вольт и это повышает вероятность удара током! Соблюдайте осторожность и ТБ!
izobreteniya.net
Бестрансформаторное электропитание.Конденсатор вместо резистора | Meanders.ru
В данной статье поговорим про бестрансформаторное электропитание.
В радиолюбительской практике, да и в промышленной аппаратуре источником электрического тока обычно являются гальванические элементы, аккумуляторы, или промышленная сеть 220 вольт. Если радиоприбор переносной (мобильный), то использование батарей питания себя оправдывает такой необходимостью. Но если радиоприбор используется стационарно, имеет большой ток потребления, эксплуатируется в условиях наличия бытовой электрической сети, то питание его от батарей практически и экономически не выгодно. Для питания различных устройств низковольтным напряжением от бытовой сети 220 вольт существуют различные виды и типы преобразователей напряжения бытовой сети 220 вольт в пониженное. Как правило, это схемы трансформаторного преобразования.
Схемы трансформаторного питания строятся по двум вариантам
1. «Трансформатор – выпрямитель — стабилизатор» — классическая схема питания, обладающая простотой построения, но большими габаритными размерами;
2. «Выпрямитель — импульсный генератор – трансформатор – выпрямитель – стабилизатор» — схема импульсного источника питания, обладающая малыми габаритными размерами, но имеющая более сложную схему построения.
Самое главное достоинство указанных схем питания – наличие гальванической развязки первичной и вторичной цепи питания. Это снижает опасность поражения человека электрическим током, и предотвращает выход аппаратуры из строя по причине возможного замыкания токоведущих частей устройства на «ноль». Но иногда, возникает потребность в простой, малогабаритной схеме питания, в которой наличие гальванической развязки не важно. И тогда мы можем собрать простую конденсаторную схему питания. Принцип её работы заключается в «поглощении лишнего напряжения» на конденсаторе. Для того, чтобы разобраться в том, как это поглощение происходит, рассмотрим работу простейшего делителя напряжения на резисторах.
Делитель напряжения состоит из двух резисторов R1 и R2. Резистор R1 – ограничительный, или по другому называется добавочный. Резистор R2 – нагрузочный (Rн), он же является внутренним сопротивлением нагрузки.
Предположим, что нам необходимо из напряжения 220 вольт получить напряжение 12 вольт. Указанные U2 = 12 вольт должны падать на сопротивлении нагрузки R2. Это означает, что остальное напряжение U1 = 220 – 12 = 208 вольт должно падать на сопротивлении R1.
Допустим, что в качестве сопротивления нагрузки мы используем обмотку электромагнитного реле, а активное сопротивление обмотки реле R2 = 80 Ом. Тогда по закону Ома, ток, протекающий через обмотку реле, будет равен: Iцепи = U2/R2 = 12/80 = 0,15 ампер. Указанный ток должен течь и через резистор R1. Зная, что на этом резисторе должно падать напряжение U1 = 208 вольт, по закону Ома определяем его сопротивление:
R1 = UR1 / Iцепи = 208/0,15 = 1 387 Ом.
Определим мощность резистора R1: Р = UR1 * Iцепи = 208 * 0,15 = 31,2 Вт.
Для того, чтобы этот резистор не грелся от рассеиваемой на нём мощности, реальное значение его мощности необходимо увеличить в раза два, это приблизительно составит 60 Вт. Размеры такого резистора довольно внушительны. И вот здесь нам пригодится конденсатор!
Мы знаем, что любой конденсатор в цепи переменного тока обладает таким параметром, как «реактивное сопротивление» — сопротивление радиоэлемента изменяющееся в зависимости от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле:
где п – число ПИ = 3,14, f – частота (Гц), С – ёмкость конденсатора (фарад).
Заменив резистор R1 на бумажный конденсатор С, мы «забудем» что такое резистор внушительных размеров.
Реактивное сопротивление конденсатора С должно приблизительно равняться ранее рассчитанному значению R1 = Хс = 1 387 Ом.
Преобразовав формулу заменив местами величины С и Хс, мы определим значение ёмкости конденсатора:
meanders.ru
Как сделать блок питания, выбор схемы. — Радиомастер инфо
Как известно, блок питания едва ли не самое распространенное электронное устройство. Простой блок питания сделать под силу даже начинающим. Но какую схему выбрать? Их столько, что многие теряются. В данной статье коротко рассказано об основных четырех типах схем и даны рекомендации их использования.
Перед тем, ка вы решили изготовить или подобрать готовый блок питания необходимо ответить на следующие вопросы:
- Какое напряжение должен выдавать блок питания? Это можно определить по характеристикам того устройства, которое будет подключаться к блоку питания.
- Какой ток должен обеспечивать блок питания? Это так же указано на устройстве, которое будет подключено. Если указана потребляемая мощность, то ток можно определить, разделив мощность на напряжение.
Учитывая сказанное, перейдем к рассмотрению основных типов схем.
- Бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором.
Применяется при небольших токах, десятки миллиампер, редко сотни миллиампер. На практике используется для зарядки аккумуляторов небольших фонарей, питания светодиодов и т.д. Схема такого блока питания:
Величина емкости С1 при активной нагрузке определяется по формуле:
С1 – емкость, Ф
Iэфф – эффективное значение тока нагрузки, А
Uc — напряжение сети, В
Uн – напряжение на нагрузке, В
f -частота сети, 50 Гц
π — число 3,14
Если нагрузка не всегда подключена, или ее ток меняется, то схема должна содержать стабилитрон, который не позволит напряжению на конденсаторе С2 и нагрузке превысить допустимое значение:
Величина емкости С1 рассчитывается с учетом максимального тока стабилитрона и тока нагрузки.
В этой формуле: 3,5 — коэффициент, Iстmin — минимальный ток стабилитрона, Iнmax — ток нагрузки максимальный, Ucmin — напряжение сети минимальное, Uвых — напряжение выхода блока питания.
Тип емкости С1 К73-17 или подобные, рабочее напряжение не ниже 400 В. Можно С1 зашунтировать резистором несколько сотен кОм, для разряда конденсатора в выключенном состоянии.
Подробнее о расчетах таких схем рассказано в журнале Радио №5 за 1997 год (стр. 48-50).
Понятно, что при отключенной нагрузке блок питания будет потреблять мощность на работу стабилитрона, соизмеримую с мощностью нагрузки. КПД поэтому низкий. Это одна из причин использования таких схем только для малых токов. Работая с такими блоками питания важно помнить, что их детали имеют гальваническую связь с сетью и опасность поражения током велика.
- Второй тип схем, трансформаторные блоки питания. Вот основная схема.
По такой схеме можно делать блоки питания практически на любые напряжения и токи. На практике они представлены от маломощных, например, блок питания антенного усилителя собранный в сетевой вилке, до сварочника, вес которого десятки килограмм.
Приблизительный расчет трансформатора можно посмотреть здесь, более подробный и точный здесь.
Если токи нагрузки большие, емкость фильтра С1 нужна большая, тысячи микрофарад. В этом случае после диодного моста нужно ставить сопротивление, несколько Ом, чтобы в момент включения, когда С1 разряжен, бросок зарядного тока не вывел из строя диодный мост.
Если токи несколько ампер, то на диодах будет рассеиваться большая мощность. Для ее снижения применяют диоды Шоттки, на них падает меньшее напряжение (до 0,5 В), в отличие от кремниевых диодов на которых при больших токах может падать больше 1 В.
Чтобы еще снизить потери, применяют двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами и двумя обмотками. Вот его схема:
В данном случае вторичных обмотки две. Они соединены последовательно. Мотаются проводом в половину тоньше, чем для схемы с четырьмя диодами. Так, что количество меди то же самое. Потери ниже вдвое, так как диода два. Допустим на каждом падает 1 В, при токе 10 А, это мощность потерь 10 Вт на каждом диоде. Если диода два вместо четырех, в тепло идет не 40 Вт, а 20. Польза очевидна.
Вышеприведенные схемы имеют существенный недостаток. Напряжение на выходе меняется при изменении напряжения сети. Как известно, допустимые изменения напряжения сети ±5%, от 220 В это составит (209-231) В, предельные изменения ±10%, (198-242) В. В процентном отношении так же будет изменяться и выходное напряжение.
Для устранения этого недостатка применяют стабилизаторы, от простейших на стабилитроне, иногда с транзистором, до стабилизаторов на микросхемах.
Например:
Здесь 7812 (LM7812 или аналог) распространенная микросхема стабилизатор на 12 В. Основные правила применения таких микросхем:
— напряжение на входе от 14 В до 35 В, (при минимальном напряжении сети не менее 14 В при максимальном не более 35 В)
— максимальный ток, при длительной работе 1,5 А
— мощность, рассеиваемая без теплоотвода 1,5 Вт, с теплоотводом до 15 Вт (в некоторых справочниках пишут даже 9 Вт).
Главная ошибка, которую допускают при применении таких микросхем заключается в том, что в основном смотрят на ток и забывают про мощность. Например, от микросхемы хотят запитать нагрузку на напряжение 12 В потребляющую ток 1 А. Кажется, что это можно сделать без проблем, ведь максимальный ток этой микросхемы 1,5 А.
Но, допустим, в сети максимальное напряжение 242 В и на входе микросхемы 35 В. Эта микросхема компенсационного типа, т.е. все лишнее напряжение 35 – 12 = 23 В упадет на микросхеме. При этом мощность, которая будет рассеиваться на микросхеме будет равна 23В х 1А= 23Вт. А допустимая мощность, с радиатором, всего 15 Вт. Микросхема перегреется и сгорит. Для такого случая ее допустимый ток 15 Вт : 23 В = 0,65 А, и это с радиатором.
- Импульсные стабилизаторы в трансформаторных блоках питания.
Эти стабилизаторы имеют значительно меньшие потери, чем выше рассмотренные. В них регулирующий элемент работает в ключевом режиме. У него два состояния полностью открыт или полностью закрыт. Падение напряжения на нем при этом минимально и рассеиваемая мощность также. Величина выходного напряжения пропорциональна длительности выходных импульсов.
Uвых = tоткр/T × Uвх
Где:
Uвых — напряжение на выходе стабилизатора
tоткр – время открытого состояния ключа
Т — период импульсов
Uвх – входное напряжение стабилизатора
Схема, поясняющая принцип работы:
Как видим, здесь присутствует индуктивность L, в которой накапливается энергия и импульсный диод VD. Именно с помощью этих двух элементов, ну и конечно конденсатора С, установленного за индуктивностью, импульсы после ключа VT превращаются в постоянное напряжение.
Пример такой схемы на транзисторах:
И на микросхеме:
- Импульсные блоки питания.
Это самые эффективные и малогабаритные блоки. У них нет большого понижающего трансформатора, даже при больших токах и мощностях. Пример наиболее мощного импульсного блока питания — сварочный инвертор, который при сварочных токах 250 А весит всего несколько килограмм.
Принцип работы.
Напряжение сети 220 В поступает на диодный мост и затем на фильтр (конденсатор). Напряжение приобретает значение 310 В (при напряжении сети 220 В). Это напряжение питает выходной трансформаторный каскад и генератор. Вся схема работает на частотах до 100 кГц и даже выше. На таких частотах трансформаторы делают из феррита и их габариты в десятки раз меньше, чем у трансформаторов, работающих на частоте сети 50 Гц. Как правило, сама схема импульсного блока питания является стабилизатором и напряжение на выходе не зависит от изменения напряжения сети. Современные импульсные блоки питания, как правило работают при изменении напряжения сети от 110 В до 240 В.
Пример схемы импульсного блока питания, поясняющий принцип работы, на наиболее распространенной микросхеме UC3842.
Напряжение сети 220В через плату фильтра (ППФ) поступает на сетевой выпрямитель (СВ), конденсатор фильтра (Сф) и через обмотку трансформатора на ключ VT. Через сопротивление R3 уменьшенное напряжение поступает на вывод 7 для запуска микросхемы. После начала работы на вывод 7 дополнительно, через диод VD1, с обмотки трансформатора поступает питание в установившемся режиме.
Внутри микросхемы мы видим генератор (ГЕН), ШИМ (широтно-импульсный модулятор) для управления мощным ключом, выполненном на полевом транзисторе VT. На вывод 3 поступает сигнал обратной связи.
Практическая схема импульсного блока питания на микросхеме UC3842:
Пример изготовления схемы блока питания для ноутбука можно посмотреть здесь.
Есть микросхемы импульсных блоков питания, совмещенные с мощным выходным ключом. Но их принцип работы аналогичен рассмотренному.
Вывод.
Если нужны токи десятки миллиампер блок питания можно сделать по схеме первого типа.
Дешевый блок питания, габариты которого не так важны можно собрать по схеме второго типа. Компенсационные стабилизаторы целесообразно применять на токах до 1 А.
Так же недорогой блок питания, даже со стабилизатором выходного напряжения, на токи до 3 А можно собрать по схеме третьего типа.
Ну а если нужен малогабаритный блок питания, с защитой от перегрузок, на токи больше 3 А, с малым уровнем пульсаций, устойчивый к изменениям напряжения сети — конечно нужно собирать по схеме четвертого типа.
Материал статьи продублирован на видео:
radiomasterinfo.org.ua
Бестрансформаторный блок питания | kavmaster
Данная схема бестрансформаторного блока питания для светодиодов и светодиодной ленты достаточно проста и эффективна. Собрать её можно как навесным монтажом так и изготовить для неё печатную плату. Схема блока питания проверенна и полностью рабочая, а с помощью простой формулы для расчета гасящего конденсатора (балластового), можно легко подобрать необходимый ток для питания светодиодов.
Схема бестрансформаторного блока питания
В данной схеме, используется балластовый конденсатор C1, который гасит сетевое напряжение, после чего, ток поступает на диодный выпрямитель собранный на диодах VD1-VD4. Конденсатор C2 используется в качестве фильтра. Для быстрой разрядки конденсаторов C1 и С2, в схеме предусмотрены резисторы R2 и R3. Резистор R1 ограничивает ток при включении нагрузки.
Перед сборкой схемы, необходимо рассчитать конденсатор C1 так как именно от его номинала, зависит ток который блок питания способен обеспечить. Для расчета госящего конденсатора, используют простую формулу:
С = 3200∙I/Uc где:
- I — ток нагрузки в A
- Uc — напряжение сети
- С — в микрофарадах
Для примера, светодиодная лента длиной 30 см. по параметрам, потребляет ток максимум 400 Ma, но конечно же не желательно питать её максимальным током, ограничим его до 150 Ma. Напряжение сети составляет 230 вольт, значит нам нужно 3200×0.15÷230=2.08 мкФ.
Теперь осталось подобрать номинал конденсатора близких к расчетному, это будет 2.2 мкФ не менее 400 Вольт! На этом все, осталось только применить его по назначению.
Внимание! Данная схема бестрансформаторного блока питания, не имеет гальванической развязки с питающей сетью. Поэтому будьте осторожны при монтаже данной схемы, соблюдайте технику безопасности! Все соединения элементов, должны быль изолированны или помещены в пластиковых корпус!
>> Светодиодные ленты и блоки питания <<
Похожие записи
kavmaster.ru
Блок питания без трансформатора | Все своими руками
Пожалуйста уделите минутку после прочтения статьи и пройдите опрос, мне важно знать ваше мнение по поводу рекламы на сайте. Спасибо, с ув. Эдуард
Бывает такое что нужно запитать какое-то устройство от 220В и нет желания использовать трансформатор из-за громоздкости, или же просто нет трансформатора подходящего, тогда пригодится бестрансформаторный источник питания.
Этот тип питальника отлично подходит в том случае, если нет постоянного контакта с человеком, допустим какой то блок автоматизации, к примеру датчик для автоматического управления освещением.
Вот схема блока питания без трансформатора от 220В
Блок питания без трансформатора
Представленная схема способна питать устройство способно питать устройство стабилизированным напряжением 12В до 60мА.
Рассмотрим конкретно все присутствующие детали: R1 разряжающий конденсатор, R2 резистор ограничивающий пусковый ток, C1 гасящий конденсатор, Диоды D1D2D4D5 выпрямитель, С2 выравнивающий конденсатор, D3 стабилитрон 24В, R3 балластный резистор, U1 регулируемый стабилитрон, R4R5 делитель, C4C5 фильтрующие конденсаторы, C3 фильтр от ВЧ помех.
Для правильной работы схемы нужно рассчитывать только некоторые элементы. Емкость C1 зависит от потребляемого тока рассчитывается по формуле
где С (Ф) — емкость конденсатора, Iэфф (А)— эффективный ток нагрузки, f (ГЦ)— частота входного напряжения, Uc, Uс (В)— входное напряжение и Uн (В)— напряжение нагрузки
R3 рассчитывается по формуле (Uвх-Uвых)/Iнаг, где Uвх( В) напряжение до R3 в данном случае 24В, Uвых ( В) напряжение после R3, а Iнаг (А)ток нагрузки. В данном случае (24В-12В)/0,06А=12В/0,06А=200Ом
Делитель на резисторах R4R5 рассчитывается на напряжение срабатывания TL431 2,55В, R5 выбирается произвольно, а R4 рассчитывается по формуле R4=Uвх*R5/Uвых-R5, R5=10K R4=12В*10000Ом/2,5В — 10000Ом=48000Ом-10000Ом=38000Ом=38кОм, ближайший номинал 39кОм.
Данный тип стабилизатора на TL431 можно заменить и на простую кренку типа 7812, но если надо четкое напряжение то лучше TL431
Данный блок питания идеальный вариант для всяких подделок, где нет связи с человеком, так как имеется гальваническая связь с сетью 220В и можно получить разряд, поэтому будьте осторожны
С ув. Эдуард
Поддержите новые проекты монеткой, пролистайте страницу чуть ниже, будьте любезны.
Loading…
Полезные материалы по этой теме:
rustaste.ru
Здравствуйте коллеги!
Как и обещал, в этой статье мы будем делать блок питания на 12В. В прошлой статье мы с вами уменьшили вольтаж на трансформаторе с 32В до 12В и теперь будем делать из этого трансформатора полноценный блок питания на 12В постоянного напряжения.
Итак, нам необходимо 4 диода и конденсатор 470мкф 25В.
Диоды можно взять любые, так как напряжение будет не большое. Конденсатор нужен минимум на 25В, потому что на выходе с блока питания, напряжение постоянного тока будет больше 12В. Не пугайтесь этого – это нормально, так как при нагрузке блок питания будет выдавать положенные ему 12В.
На диодах, впрочем, как и на конденсаторе, имеется полярность. Тот вывод, на котором нарисована полоска, является «плюсом». Соответственно, вывод без полоски, является «минусом».
Берём два диода и соединяем их так: «плюс» с «минусом». Берём оставшиеся два диода и точно так же соединяем их. Можно спаять, а можно просто скрутить. Я буду скручивать:
Я вам показываю наипростейший, можно сказать «кустарный», способ. Кому это нужно, может сделать это на специальной плате или в каком-нибудь корпусе, у кого какая потребность и фантазия. Здесь же объясняется принцип этого действа.
Далее мы берём эти две «скрутки» и соединяем их между собой так, чтобы свободный «плюс» на одной «скрутке», соединялся с таким же «плюсом» на другой «скрутке». Так же и с «минусами»: свободный «минус» на одной «скрутке», соединяем с таким же на другой. У нас получится вот такой «квадратик»:
Затем мы присоединяем вывода с трансформатора к нашему диодному мосту, который у нас с вами получился. Один вывод с трансформатора присоединяем к «плюс-минус» диодного моста и другой вывод с трансформатора присоединяем к другому контакту «плюс-минус» диодного моста. Контакты «плюс-плюс» и «минус-минус» остаются, пока, свободными.
После этой «процедуры», берём конденсатор. На нём также имеется полярность. Обычно на конденсаторе отмечают контакт «минус». Не помеченный контакт, соответственно, будет «плюс».
Конденсатор мы будем присоединять к диодному мосту. Делаем это по такой схеме: «плюс» конденсатора присоединяем к контакту «плюс-плюс» диодного моста, а «минус» конденсатора присоединяем к контакту «минус-минус» диодного моста.
Почти готово.
Теперь берём два проводка разных цветов. Я возьму красный для «плюса» и синий для «минуса». Цвета можете выбирать любые, кому как удобно или какие у кого есть. Можете взять одним цветом и на одном завязать узелок.
Красный проводок, который для «плюса», я припаиваю к выводу «плюс-плюс» диодного моста. Там же находится вывод «плюс» конденсатора.
Синий проводок, который для «минуса», припаиваем к выводу «минус-минус» диодного моста, где так же находится вывод «минус» конденсатора.
Вот и всё!
Теперь замерим напряжение:
Напряжение равно 16,3В постоянного тока. На «холостую» это нормально, при нагрузке блок питания будет выдавать положенные ему 12В.
Для случаев, когда нужно точное напряжение, можно поставить дополнительный стабилизатор. Если этот момент кому-то интересен, пишите в комментариях и я объясню как!
Не переживайте, если что-то не получилось с первого раза. Проявляйте упорство и терпение, ведь только так можно чему-нибудь научиться!
Если вас интересует что-то ещё подобное, пишите в комментариях. Постараюсь ответить на все вопросы и пожелания!
Всё это «действо» можно посмотреть на моём канале в YouTube.
Источник постоянного напряжения на 12 вольт – полезный прибор для дома, дачи или гаража. Такое устройство несложно сделать самостоятельно. Ниже приведена схема блока питания 12В для сборки своими руками, а также советы по расчету и выбору комплектующих.
Виды блоков питания
На сегодняшний день широкое распространение получили импульсные источники напряжения. Перед традиционными трансформаторными схемами они имеют значительное преимущество в энергоэффективности и в массогабаритных показателях. Считается, что при токах нагрузки более 5 ампер они имеют неоспоримые преференции. Но им присущи и недостатки – например, генерация ВЧ-помех в питающую сеть и в нагрузку. А главное препятствие для домашней сборки – сложность схем и необходимость специальных навыков для изготовления намоточных деталей. Поэтому домашнему мастеру средней квалификации лучше заняться изготовлением блока питания по обычному принципу с сетевым понижающим трансформатором.
Где используется источник напряжения
Область применения такого БП в домашнем хозяйстве широка:
- питание низковольтных светильников;
- зарядка аккумуляторных батарей;
- питание звуковоспроизводящих устройств.
А также многие другие цели, для которых требуется постоянное напряжение 12 вольт.
Схема трансформаторного БП
Принципиальная схема источника питания.
Схема блока питания на 12 вольт, работающего от сети 220 В, состоит из следующих узлов:
- Понижающий трансформатор. Состоит из железа, первичной и вторичной (их может быть несколько) обмоток. Не вдаваясь глубоко в принцип действия, надо отметить, что выходное напряжение зависит от соотношения витков первичной (n1) и вторичной (n2) обмоток. Для получения 12 вольт надо, чтобы вторичная обмотка содержала в 220/12=18,3 раза меньше витков, чем первичная.
- Выпрямитель. Чаще всего выполняется в виде двухполупериодной схемы (диодного моста). Преобразует переменное напряжение в пульсирующее. Ток за период дважды проходит через нагрузку в одном направлении.
Работа двухполупериодного выпрямителя.
- Фильтр. Преобразует пульсирующее напряжение в постоянное. Он заряжается в моменты подачи напряжения, и разряжается в паузах. Состоит из оксидного конденсатора большой емкости, параллельно с которым часто включают керамический конденсатор емкостью около 1 мкФ. Для понимания необходимости этого дополнительного элемента надо вспомнить, что оксидный конденсатор устроен в виде полос фольги, свернутых в рулон. Этот рулон имеет паразитную индуктивность, которая заметно ухудшает качество фильтрации высокочастотных помех. Для этого включается дополнительный конденсатор замыкания ВЧ-импульсов.
Эквивалентная схема фильтра с оксидным и дополнительным конденсаторами.
- Стабилизатор. Может отсутствовать. Схемы простых, но эффективных узлов рассмотрены ниже.
В последующих разделах рассмотрен порядок выбора и расчета каждого элемента источника постоянного напряжения на 12 вольт.
Выбор трансформатора
Для получения подходящего трансформатора возможны два пути. Самостоятельное изготовление понижающего блока и подбор подходящего в заводском исполнении. В любом случае надо иметь в виду:
- на выходе понижающей обмотки трансформатора при замере напряжения вольтметр покажет эффективное напряжение (в 1,4 раза меньше амплитудного);
- на фильтрующем конденсаторе без нагрузки постоянное напряжение будет примерно равным амплитудному (говорят, что на конденсаторе напряжение «поднимается» в 1,4 раза);
- если стабилизатор отсутствует, то под нагрузкой напряжение на емкости просядет в зависимости от тока;
- для работы стабилизатора нужно определенное превышение входного напряжения над выходным, их соотношение ограничивает КПД блока питания в целом.
Из двух последних пунктов следует вывод, что для нормальной работы БП напряжение трансформатора должно превышать 12 В.
Самостоятельная намотка трансформатора
Полный расчет и изготовление самодельного силового трансформатора сложны, трудоемки, требуют инструментов и навыков. Поэтому будет рассмотрен упрощенный путь – подбор подходящего по железу блока и переделка его на 12 В.
Если есть готовый трансформатор, но нет схемы его подключения, надо вызвонить тестером его обмотки. Обмотка с самым большим сопротивлением скорее всего будет сетевой. Остальные обмотки надо удалить.
Далее надо измерить толщину набора железа b и ширину центральной пластины a и перемножить их. Получится площадь сечения сердечника S=a*b (в кв.см.). Она определяет мощность трансформатора P=
. Дальше вычисляется максимальный ток в амперах, который можно снять с обмотки с напряжением 12 вольт: I=P/12.
Определение площади сердечника.
Дальше вычисляется число витков на вольт по формуле n=50/S. Для 12 вольт надо намотать 12*n витков с запасом около 20% на потери в меди и на стабилизаторе. А если его нет, то на падение напряжения под нагрузкой. И последним шагом выбирается сечение провода намотки по графику для плотности тока 2-3 ма/кв.мм.
Выбор медного провода.
Например, имеется трансформатор с первичной обмоткой на 220 В с набором железа толщиной 3,5 см и шириной среднего язычка 2,5 см. Значит, S=2,5*3,5=8,75 и мощность трансформатора
=3 Вт (приблизительно). Тогда максимально возможный ток при 12 вольтах I=P/U=3/12=0,25 А. Для намотки можно выбрать провод диаметром 0,35..0,4 кв.мм. На 1 вольт приходится 50/8,75=5,7 витков, надо намотать 12*5,7=33 витка. С учетом запаса – около 40 витков.
Подбор готового трансформатора
Если есть готовый трансформатор с подходящей по току и напряжению вторичной обмоткой, можно попробовать подобрать готовый. Например, в серии ТПП есть подходящие изделия с напряжением вторичных обмоток, близким к 12 вольтам.
| Трансформатор | Обозначение выводов вторичной обмотки | Напряжение, В | Допустимый ток, А |
| ТПП48 | 11-12, 13-14, 15-16, 17-18 | 13,8 | 0,27 |
| ТПП209 | 11-12, 13-15 | 11,5 | 0,0236 |
| ТПП216 | 11-12, 13-14, 15-16, 17-18 | 11,5 | 0,072 |
Плюс этого решения – минимальная трудоемкость и надежность заводского исполнения. Минус – трансформатор содержит и другие обмотки, габаритная мощность рассчитана и на их нагрузку. Поэтому в массогабаритных показателях такой трансформатор будет проигрывать.
Выбор диодов и изготовление выпрямителя
Диоды в выпрямитель выбираются по трем параметрам:
- наибольшее допустимое прямое напряжение;
- наибольшее обратное напряжение;
- наибольший рабочий ток.
По первым двум параметрам для работы в 12-вольтовой схеме подойдут 90 процентов доступных полупроводниковых приборов, выбор в основном делается по предельному длительно допустимому току. От этого параметра также зависит исполнение корпуса диода и способ изготовления выпрямителя.
Если ток нагрузки не будет превышать 1 А, можно применить зарубежные и отечественные одноамперные диоды:
- 1N4001-1N4007;
- HER101-HER108;
- КД258 (“капелька”);
- КД212 и другие.
На меньшие токи (до 0,3 А) рассчитаны приборы КД105 (КД106). Все перечисленные диоды можно монтировать как вертикально, так и горизонтально на печатную или монтажную плату, или просто на штырьки. Радиаторов им не нужно.
Диодный мост из маломощных элементов.
Если нужны большие рабочие токи, то надо применять другие диоды (КД213, КД202, КД203 и т.д.). Эти приборы рассчитаны для эксплуатации на теплоотводящих радиаторах, без них они выдержат не более 10% от максимального паспортного тока. Поэтому надо подобрать готовые теплоотводы или сделать их самостоятельно из меди или алюминия.
Другая конструкция диодного моста.
Также удобно использовать готовые мостовые диодные сборки КЦ405, КВРС или подобные. Их не надо собирать – достаточно подать на соответствующие выводы переменное напряжение и снять постоянное.
Сборка КВРС3510.
Емкость конденсатора
Емкость конденсатора зависит от нагрузки и от пульсаций, которые она допускает. Для точного расчета емкости существуют формулы и онлайн-калькуляторы, которые можно найти в интернете. Для практики можно ориентироваться на цифры:
- при малых токах нагрузки (десятки миллиампер) емкость должна быть 100..200 мкФ;
- при токах до 500 мА нужен конденсатор 470..560 мкФ;
- до 1 А – 1000..1500 мкФ.
Для больших токов емкость увеличивается пропорционально. Общий же подход – чем больше конденсатор, тем лучше. Увеличивать его емкость можно до любых пределов, ограничиваясь лишь габаритами и стоимостью. По напряжению надо брать конденсатор с серьезным запасом. Так, для 12-вольтового выпрямителя лучше взять элемент на 25 вольт, чем на 16.
Эти рассуждения верны для нестабилизированных источников. Для БП со стабилизатором емкости можно уменьшать в разы.
Стабилизация выходного напряжения
Стабилизатор на выходе блока питания нужен не всегда. Так, если предполагается использование БП совместно со звуковоспроизводящей аппаратурой, то на выходе надо иметь стабильное напряжение. А если нагрузкой служит нагревательный элемент – стабилизатор явно излишен. Для питания светодиодной ленты можно обойтись без самого сложного модуля БП, но с другой стороны стабильное напряжение обеспечивает независимость яркости свечения при перепадах в сети и продлевает срок службы LED-светильника.
Если решение об установке стабилизатора принято, то проще всего собрать его на специализированной микросхеме LM7812 (КР142ЕН5А). Схема включения проста и не требует наладки.
Стабилизатор на 7812.
На вход такого стабилизатора можно подавать напряжение от 15 до 35 вольт. На входе должен быть установлен конденсатор С1 емкостью не менее 0,33 мкФ, на выходе не менее 0,1 мкФ. В качестве С1 обычно выступает конденсатор блока фильтров, если длина соединительных проводов не превышает 7 см. Если такую длину выдержать не удается, то потребуется установка отдельного элемента.
Микросхема 7812 имеет защиту от перегрева и короткого замыкания. Но она не любит переполюсовки на входе и подачи внешнего напряжения на выход – время ее в жизни в таких ситуациях исчисляется секундами.
Важно! Для тока нагрузки свыше 100 мА установка интегрального стабилизатора на теплоотводящий радиатор обязательна!
Увеличение выходного тока стабилизатора
Приведенная схема позволяет нагружать стабилизатор током до 1,5 А. Если этого недостаточно, можно умощнить узел дополнительным транзистором.
Схема с транзистором структуры n-p-n
Внешний транзистор n-p-n.
Эта схема рекомендуется разработчиками и включена в даташит на микросхему. Выходной ток не должен превышать наибольший ток коллектора транзистора, который должен быть обязательно снабжен теплоотводом.
Схема с транзистором p-n-p
Если полупроводниковый триод структуры n-p-n отсутствует, то можно умощнить стабилизатор полупроводниковым триодом p-n-p.
Внешний транзистор p-n-p.
Кремниевый маломощный диод VD увеличивает выходное напряжение 7812 на 0,6 В и компенсирует падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора.
Параметрический стабилизатор
Если по какой-либо причине интегральный стабилизатор недоступен, можно выполнить узел на стабилитроне. Надо выбрать стабилитрон с напряжением стабилизации 12 В и рассчитанный на соответствующий ток нагрузки. Наибольший ток для некоторых 12-вольтовых отечественных и импортных стабилитронов указан в таблице.
| Тип стабилитрона | Д814Г | Д815Д | КС620А | 1N4742A | BZV55C12 | 1N5242B |
| Ток нагрузки | 5 мА | 0,5 А | 50 мА | 25 мА | 5 мА | 40 мА |
| Напряжение стабилизации | 12 вольт | |||||
Схема простого параметрического стабилизатора.
Номинал резистора рассчитывается по формуле:
R= (Uвх min-Uст)/(Iн max+Iст min), где:
- Uвх min – минимальное входное нестабилизированное напряжение (должно быть не менее 1,4 Uст), вольт;
- Uст – напряжение стабилизации стабилитрона (справочная величина), вольт;
- Iн max – наибольший ток нагрузки;
- Iст min – минимальный ток стабилизации (справочная величина).
Если стабилитрон на нужное напряжение отсутствует, его можно составить из двух последовательно включенных. При этом суммарное напряжение должно быть 12 В (например, Д815А на 5,6 вольта плюс Д815Б на 6,8 вольт дадут 12,4 В).
Важно! Соединять стабилитроны (даже однотипные) параллельно «для увеличения тока стабилизации» нельзя!
Стабилитроны параллельно не соединяют.
Умощнить параметрический стабилизатор можно тем же способом – включением внешнего транзистора.
Схема мощного стабилизатора.
Для мощного транзистора надо предусмотреть радиатор. Напряжение питания в этом случае будет меньше Uст стабилитрона на 0,6 В. При необходимости выходное напряжение можно подкорректировать в большую сторону включением кремниевого диода (или цепочки диодов). Каждый элемент в цепочке будет увеличивать Uвых примерно на 0,6 В.
Схема стабилизатора со стабилитроном и диодом.
Регулирование выходного напряжения
Если напряжение блока питания надо регулировать от нуля, то оптимальной схемой будет параметрический стабилизатор с добавлением переменного резистора.
Плавное регулирование напряжения.
Резистор в 1 кОм, включенный между базой транзистора и общим проводом, защитит триод от выхода из строя при обрыве цепи движка потенциометра. При вращении ручки переменного резистора напряжение на базе транзистора будет меняться от 0 до Uст стабилитрона с отставанием примерно в 0,6 вольт. Надо учитывать, что параметры узла будут хуже из-за использования потенциометра – наличие движущегося контакта (даже хорошего качества) неизбежно снизит стабильность напряжения на базе транзистора.
Читайте также
Как сделать блок питания из энергосберегающей лампы
Добиться регулирования от 0 до 12 вольт схемы с интегральным стабилизатором серии 78XX намного сложнее. Если достаточно диапазона регулирования от 5 до 12 В, можно применить микросхему 7805 и включить ее по схеме с потенциометром. Стабилитрон должен быть на напряжение около 7 вольт (КС168 с диодом или без него, КС175 и т.п.). В нижнем положении движка потенциометра вывод GND соединяется с общим проводом, и на выходе будет 5 вольт. При смещении движка к верхнему выводу напряжение на нем будет расти вплоть до Uст стабилитрона и складываться с напряжением стабилизации микросхемы.
Плавное регулирование от 5 до 12 вольт.
Можно применить микросхему LM317. Она также имеет три вывода и специально разработана для создания регулируемых источников. Но у этого стабилизатора нижний порог напряжения начинается от 1,25 вольт. В интернете много схем на LM317 с регулировкой от нуля, но 90+ процентов этих схем неработоспособны.
Стандартная схема включения LM317.
Читайте также: Самодельный блок питания с регулировкой напряжения и тока 0 до 30В
Компоновка прибора
После того, как все узлы будут подобраны, или будет присутствовать четкое представление о том, какими они будут, можно приступать к компоновке прибора. Также важно понимать, каким будет будущий корпус устройства. Можно подобрать готовый, можно сделать самому при наличии материалов и навыков.
Особых правил компоновки узлов внутри корпуса нет. Но желательно расположить узлы так, чтобы они соединялись проводниками последовательно, как на схеме, и по кратчайшему расстоянию. Выходные клеммы лучше расположить на стороне, противоположной сетевому кабелю. Выключатель питания и предохранитель лучше закрепить на задней стенке устройства. Для рационального использования межкорпусного пространства часть узлов можно установить вертикально, но диодный мост лучше закрепить горизонтально. При вертикальном монтаже конвекционные потоки горячего воздуха от нижних диодов будут обтекать верхние элементы и дополнительно их нагревать.
Для тех кто не понял смотрим видео: Простой блок питания своими руками.
Собрать источник питания постоянного тока с фиксированным питанием несложно. Это по силам мастеру средней руки, нужны лишь элементарные познания в электротехнике и минимальные навыки монтажа.
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:
- Рисуют дорожки на плате и вытравляют их.
- Сверлят отверстия в нужных местах.
- Обрезают ножки деталей и формуют их.
- Вставляют их в отверстия и пропаивают.
- 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.