Jak zrobić 12-woltowy zasilacz własnymi rękami - przykłady obwodów

Źródło stałego napięcia 12 V jest przydatnym urządzeniem do domu, domku lub garażu. Takie urządzenie jest łatwe do samodzielnego wykonania. Poniżej schemat zasilacza 12V do samodzielnego montażu, a także wskazówki dotyczące obliczania i doboru komponentów.

Rodzaje zasilaczy

Do tej pory impulsowe źródła napięcia stały się szeroko rozpowszechnione. Mają znaczną przewagę nad tradycyjnymi obwodami transformatorowymi pod względem wydajności energetycznej oraz wagi i rozmiaru. Uważa się, że przy prądach obciążenia powyżej 5 amperów mają niezaprzeczalne preferencje. Ale mają też wady - na przykład generowanie zakłóceń RF w sieci zasilającej i w obciążeniu.A główną przeszkodą w montażu domowym jest złożoność obwodów i potrzeba specjalnych umiejętności do produkcji części uzwojenia. Dlatego lepiej, aby średnio wykwalifikowany mistrz domu wyprodukował zasilacz zgodnie ze zwykłą zasadą z sieciowym transformatorem obniżającym napięcie.

Gdzie jest używane źródło napięcia?

Zakres takiego zasilacza w gospodarstwie domowym jest szeroki:

• zasilanie lamp niskonapięciowych;
• ładowanie baterii;
• zasilanie urządzeń audio.

Jak również wiele innych celów, które wymagają stałego napięcia 12 woltów.

Schemat zasilacza transformatorowego

Schemat ideowy zasilacza.

Obwód zasilania 12 V działający z sieci 220 V składa się z następujących węzłów:

1. Transformator obniżający napięcie. Składa się z uzwojeń żelaznych, pierwotnych i wtórnych (może być ich kilka). Nie zagłębiając się w zasadę działania, należy zauważyć, że napięcie wyjściowe zależy od stosunku zwojów uzwojenia pierwotnego (n1) i wtórnego (n2). Aby uzyskać 12 woltów, konieczne jest, aby uzwojenie wtórne zawierało 220/12 = 18,3 razy mniej zwojów niż pierwotne.
2. Prostownik. Najczęściej wykonywany w postaci obwodu pełnofalowego (mostek diodowy). Przekształca napięcie przemienne w pulsowanie. Prąd przepływa przez ładunek dwukrotnie w tym samym kierunku.
   Działanie prostownika pełnookresowego.
3. Filtr. Konwertuje napięcie pulsujące na prąd stały. Ładuje się po przyłożeniu napięcia i rozładowuje podczas przerw. Składa się z kondensatora tlenkowego o dużej pojemności, z którym równolegle często łączy się kondensator ceramiczny o pojemności około 1 μF. Aby zrozumieć potrzebę zastosowania tego dodatkowego elementu, należy pamiętać, że kondensator tlenkowy jest ułożony w postaci pasków folii zwiniętych w rolkę.Ta rolka ma indukcyjność pasożytniczą, która znacznie obniża jakość filtrowania szumów o wysokiej częstotliwości. W tym celu włączany jest dodatkowy kondensator do zwierania impulsów RF.
   Równoważny obwód filtra z tlenkiem i dodatkowymi kondensatorami.
4. Stabilizator. Może brakować. Schematy prostych, ale efektywnych węzłów są omówione poniżej.

W poniższych sekcjach omówiono, jak wybrać i obliczyć każdy element 12-woltowego źródła prądu stałego.

Wybór transformatora

Istnieją dwa sposoby na uzyskanie odpowiedniego transformatora. Samodzielna produkcja bloku obniżającego i wybór odpowiedniego w fabryce. W każdym razie pamiętaj:

• na wyjściu uzwojenia obniżającego transformatora, podczas pomiaru napięcia, woltomierz pokaże skuteczne napięcie (1,4 razy mniej niż amplituda);
• na kondensatorze filtrującym bez obciążenia stałe napięcie będzie w przybliżeniu równe amplitudzie (mówią, że napięcie na kondensatorze „wzrasta” 1,4 razy);
• jeśli nie ma stabilizatora, to pod obciążeniem napięcie na pojemności spadnie w zależności od prądu;
• aby stabilizator działał, wymagana jest pewna nadwyżka napięcia wejściowego nad napięciem wyjściowym, ich stosunek ogranicza wydajność zasilacza jako całości.

Z dwóch ostatnich punktów wynika, że ​​dla normalnej pracy zasilacza napięcie transformatora musi przekraczać 12 V.

Transformator samozwijający się

Pełne obliczenie i wykonanie domowego transformatora mocy jest złożone, czasochłonne, wymaga narzędzi i umiejętności. Dlatego rozważona zostanie uproszczona ścieżka - wybór odpowiedniego bloku do żelaza i zmiana go na 12 V.

Jeśli jest gotowy transformator, ale nie ma schematu jego połączenia, musisz zadzwonić do testera uzwojeń testerem.Uzwojeniem o największej rezystancji będzie prawdopodobnie sieć. Pozostałe uzwojenia należy usunąć.

Następnie należy zmierzyć grubość żelazka b oraz szerokość płyty środkowej a i pomnożyć je. Pole przekroju rdzenia uzyskuje się S \u003d a * b (w cm2). Określa moc transformatora P=. Następnie obliczany jest maksymalny prąd w amperach, który można usunąć z uzwojenia przy napięciu 12 woltów: I \u003d P / 12.

Określanie obszaru rdzenia.

Następnie liczbę zwojów na wolt oblicza się ze wzoru n=50/S. Dla 12 woltów konieczne jest nawinięcie 12 * n zwojów z marginesem około 20% na straty w miedzi i na stabilizatorze. A jeśli nie, to spadek napięcia pod obciążeniem. Ostatnim krokiem jest wybranie przekroju drutu nawojowego zgodnie z wykresem dla gęstości prądu 2-3 mA / mm2.

Wybór drutu miedzianego.

Na przykład transformator z uzwojeniem pierwotnym 220 V z zestawem żelaznym o grubości 3,5 cm i szerokością środkowego języka 2,5 cm, stąd S = 2,5 * 3,5 = 8,75 i moc transformatora =3 W (w przybliżeniu). Wtedy maksymalny możliwy prąd przy 12 woltach wynosi I=P/U=3/12=0,25 A. Do uzwojenia można wybrać drut o średnicy 0,35…0,4 mm2. Dla 1 wolta jest 50 / 8,75 = 5,7 zwojów, konieczne jest nawinięcie 12 * 5,7 = 33 zwoje. Biorąc pod uwagę stan magazynowy - około 40 obrotów.

Wybór gotowego transformatora

Jeśli istnieje gotowy transformator z uzwojeniem wtórnym odpowiednim dla prądu i napięcia, możesz spróbować wybrać gotowy. Na przykład w serii CCI są odpowiednie produkty o napięciu uzwojenia wtórnego zbliżonego do 12 woltów.

Zaletą tego rozwiązania jest minimalna pracochłonność i niezawodność wykonania fabryki. Minus - transformator zawiera inne uzwojenia, całkowita moc jest również obliczana dla ich obciążenia.Dlatego pod względem wagi i wielkości taki transformator straci.

Dobór diody i produkcja prostownika

Diody w prostowniku dobierane są według trzech parametrów:

• najwyższe dopuszczalne napięcie przewodzenia;
• najwyższe napięcie wsteczne;
• maksymalny prąd roboczy.

Zgodnie z dwoma pierwszymi parametrami, 90 procent dostępnych urządzeń półprzewodnikowych nadaje się do pracy w obwodzie 12 V, wybór jest głównie dokonywany przez maksymalny prąd ciągły. Od tego parametru zależy również konstrukcja obudowy diody i sposób wykonania prostownika.

Jeżeli prąd obciążenia nie przekracza 1 A, można zastosować diody jednoamperowe zagraniczne i krajowe:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 („kropelka”);
• KD212 i inne.

Dla mniejszych prądów (do 0,3 A) zaprojektowano urządzenia KD105 (KD106). Wszystkie wymienione diody można montować zarówno pionowo, jak i poziomo na obwodzie drukowanym lub płytce drukowanej lub po prostu na kołkach. Nie potrzebują grzejników.

Mostek diodowy z elementów małej mocy.

Jeśli potrzebujesz dużych prądów roboczych, musisz użyć innych diod (KD213, KD202, KD203 itp.). Urządzenia te są przeznaczone do pracy na radiatorach, bez nich wytrzymają nie więcej niż 10% maksymalnego prądu tabliczki znamionowej. Dlatego musisz wybrać gotowe radiatory lub wykonać je samodzielnie z miedzi lub aluminium.

Kolejna konstrukcja mostka diodowego.

Wygodne jest również użycie gotowych zespołów diod mostkowych KTS405, KVRS lub podobnych. Nie trzeba ich montować - wystarczy przyłożyć napięcie przemienne do odpowiednich wyjść i usunąć stałą.

Montaż KVRS3510.

Pojemność kondensatora

Pojemność kondensatora zależy od obciążenia i dopuszczalnego tętnienia.Aby dokładnie obliczyć pojemność, istnieją formuły i kalkulatory online, które można znaleźć w Internecie. W praktyce możesz skupić się na liczbach:

• przy niskich prądach obciążenia (dziesiątki miliamperów) pojemność powinna wynosić 100..200 uF;
• przy prądach do 500 mA potrzebny jest kondensator 470..560 uF;
• do 1 A - 1000..1500 uF.

Dla wyższych prądów pojemność wzrasta proporcjonalnie. Ogólne podejście jest takie, że im większy kondensator, tym lepiej. Możesz zwiększyć jego pojemność w dowolnym stopniu, ograniczonym jedynie rozmiarem i kosztem. Pod względem napięcia konieczne jest zabranie kondensatora z poważnym marginesem. Tak więc w przypadku prostownika 12-woltowego lepiej jest wziąć element 25-woltowy niż 16-woltowy.

Te rozważania są prawdziwe dla źródeł niestabilizowanych. W przypadku zasilacza ze stabilizatorem pojemności można go kilkukrotnie zmniejszyć.

Stabilizacja napięcia wyjściowego

Stabilizator na wyjściu zasilacza nie zawsze jest potrzebny. Tak więc, jeśli ma używać zasilacza w połączeniu ze sprzętem do odtwarzania dźwięku, to wyjście musi mieć stabilne napięcie. A jeśli element grzejny służy jako obciążenie, stabilizator jest wyraźnie zbędny. Do Zasilanie taśmy LED można obejść się bez najbardziej skomplikowanego modułu zasilającego, ale z drugiej strony stabilne napięcie zapewnia niezależność jasności świecenia podczas przepięć i wydłuża żywotność lampy LED.

Jeśli zapadnie decyzja o zamontowaniu stabilizatora, najprościej będzie zmontować go na specjalistycznym układzie LM7812 (KR142EN5A). Obwód przełączający jest prosty i nie wymaga regulacji.

Stabilizator na 7812.

Na wejście takiego stabilizatora można przyłożyć napięcie od 15 do 35 woltów. Na wejściu musi być zainstalowany kondensator C1 o pojemności co najmniej 0,33 mikrofarada, na wyjściu co najmniej 0,1 mikrofarada.Kondensator bloku filtra zwykle działa jako C1, jeśli długość przewodów łączących nie przekracza 7 cm.Jeśli tej długości nie można utrzymać, należy zainstalować oddzielny element.

Chip 7812 posiada zabezpieczenie przed przegrzaniem i zwarciem. Nie lubi jednak odwracania polaryzacji na wejściu i podawania napięcia zewnętrznego na wyjście - jej czas życia w takich sytuacjach liczony jest w sekundach.

Ważny! W przypadku prądu obciążenia powyżej 100 mA obowiązkowa jest instalacja zintegrowanego stabilizatora na radiatorze!

Zwiększenie prądu wyjściowego stabilizatora

Powyższy schemat pozwala załadować stabilizator prądem do 1,5 A. Jeśli to nie wystarczy, możesz zasilić węzeł dodatkowym tranzystorem.

Układ z tranzystorem o strukturze n-p-n

Tranzystor zewnętrzny n-p-n.

Ten obwód jest zalecany przez programistów i znajduje się w arkuszu danych chipa. Prąd wyjściowy nie może przekraczać maksymalnego prądu kolektora tranzystora, który musi być wyposażony w radiator.

Obwód tranzystora P-n-p

Jeśli nie ma triody półprzewodnikowej o strukturze n-p-n, wówczas stabilizator można wzmocnić triodą półprzewodnikową p-n-p.

Tranzystor zewnętrzny p-n-p.

Niskoenergetyczna dioda krzemowa VD zwiększa napięcie wyjściowe 7812 o 0,6 V i kompensuje spadek napięcia na złączu emitera tranzystora.

Stabilizator parametryczny

Jeśli z jakiegoś powodu zintegrowany regulator nie jest dostępny, możesz uruchomić węzeł na diodzie Zenera. Należy wybrać diodę Zenera o napięciu stabilizującym 12 V i zaprojektowaną dla odpowiedniego prądu obciążenia. Najwyższy prąd dla niektórych 12-woltowych diod Zenera krajowych i importowanych podano w tabeli.

Schemat prostego stabilizatora parametrycznego.

Wartość rezystora oblicza się według wzoru:

R \u003d (Uin min-Ust) / (In max + Ist min), gdzie:

• Uin min - minimalne niestabilizowane napięcie wejściowe (powinno wynosić co najmniej 1,4 Ust), wolty;
• Ust - napięcie stabilizacji diody Zenera (wartość odniesienia), wolt;
• In max - najwyższy prąd obciążenia;
• Ist min - minimalny prąd stabilizacji (wartość odniesienia).

Jeśli nie ma diody Zenera dla żądanego napięcia, może ona składać się z dwóch połączonych szeregowo. W takim przypadku całkowite napięcie powinno wynosić 12 V (na przykład D815A przy 5,6 V plus D815B przy 6,8 V da 12,4 V).

Ważny! Nie można połączyć równolegle diod Zenera (nawet tego samego typu) „w celu zwiększenia prądu stabilizacji”!

Diody Zenera nie są połączone równolegle.

Stabilizator parametryczny można zasilić w ten sam sposób - włączając zewnętrzny tranzystor.

Schemat potężnego stabilizatora.

W przypadku potężnego tranzystora należy zapewnić grzejnik. Napięcie zasilania w tym przypadku będzie mniejsze niż Ust diody Zenera o 0,6 V. W razie potrzeby napięcie wyjściowe można regulować w górę, włączając diodę krzemową (lub łańcuch diod). Każdy element w łańcuchu zwiększy Vout o około 0,6 V.

Obwód stabilizatora z diodą Zenera i diodą.

Regulacja napięcia wyjściowego

Jeżeli napięcie zasilacza musi być regulowane od zera, to optymalnym układem byłby stabilizator parametryczny z dodatkiem rezystora zmiennego.

Płynna regulacja napięcia.

Rezystor 1 kΩ podłączony pomiędzy bazę tranzystora a wspólny przewód zabezpieczy triodę przed awarią w przypadku przerwania obwodu silnika potencjometru.Gdy pokrętło rezystora zmiennego zostanie obrócone, napięcie na podstawie tranzystora zmieni się od 0 do Ust diody Zenera z opóźnieniem około 0,6 wolta. Należy wziąć pod uwagę, że parametry węzła będą gorsze ze względu na zastosowanie potencjometru - obecność ruchomego styku (nawet dobrej jakości) nieuchronnie zmniejszy stabilność napięcia na bazie tranzystora.

Przeczytaj także

Jak zrobić zasilacz z energooszczędnej lampy

 

Osiągnięcie regulacji od 0 do 12 V za pomocą zintegrowanego regulatora serii 78XX jest znacznie trudniejsze. Jeżeli zakres regulacji od 5 do 12 V jest wystarczający, można zastosować układ 7805 i włączyć go zgodnie z obwodem potencjometru. Dioda Zenera powinna być pod napięciem około 7 V (KS168 z diodą lub bez, KS175 itd.). W dolnej pozycji suwaka potencjometru pin GND jest podłączony do wspólnego przewodu, a wyjście będzie wynosić 5 woltów. Gdy silnik zostanie przesunięty na górną moc wyjściową, napięcie na nim wzrośnie do Ust diody Zenera i zsumuje się z napięciem stabilizacji mikroukładu.

Płynna regulacja od 5 do 12 woltów.

Możesz użyć układu LM317. Ma również trzy terminale i jest specjalnie zaprojektowany do tworzenia regulowanych źródeł. Ale ten stabilizator ma niższy próg napięcia, zaczynając od 1,25 wolta. Istnieje wiele obwodów w Internecie na LM317 z regulacją od zera, ale ponad 90 procent tych obwodów nie działa.

Schemat okablowania standardowego LM317.

Przeczytaj także:Domowy zasilacz z regulacją napięcia i prądu od 0 do 30V

Układ przyrządów

Po wybraniu wszystkich węzłów lub jasnym wyobrażeniu, jakie one będą, możesz przejść do układu urządzenia. Ważne jest również, aby zrozumieć, jak będzie wyglądał przyszły przypadek urządzenia.Możesz wybrać gotowe, możesz zrobić to sam, jeśli masz materiały i umiejętności.

Nie ma specjalnych zasad dotyczących rozmieszczenia węzłów wewnątrz obudowy. Pożądane jest jednak ułożenie węzłów tak, aby były połączone przewodami szeregowo, jak na schemacie, i na najkrótszej odległości. Zaciski wyjściowe najlepiej umieścić po przeciwnej stronie kabla sieciowego. Lepiej naprawić wyłącznik zasilania i bezpiecznik z tyłu urządzenia. Aby racjonalnie wykorzystać przestrzeń między obudową, niektóre węzły można zainstalować pionowo, ale lepiej jest zamocować mostek diodowy poziomo. Przy montażu pionowym prądy konwekcyjne gorącego powietrza z dolnych diod będą opływać górne elementy i dodatkowo je nagrzewać.

Dla tych, którzy nie rozumieją, obejrzyj wideo: Prosty zasilacz zrób to sam.

Montaż zasilacza prądu stałego o stałej mocy jest łatwy. Jest to w zasięgu przeciętnego mistrza, potrzebujesz tylko elementarnej wiedzy z zakresu elektrotechniki i minimalnych umiejętności instalacyjnych.