148 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выпрямитель напряжения 12 вольт своими руками

Как своими руками получить из 220 — 12 вольт без трансформатора

Очень часто пользователей световых электроприборов и СБТ интересует: «Как без трансформатора из 220 вольт получить 12в или другое низкое напряжение?». Обычно этим вопросом задаются владельцы электронной техники и аппаратуры, работающей от источников питания на понижающем сетевом трансформаторе. Это тем более актуально, поскольку весогабаритные показатели блока питания (БП) нередко превосходят аналогичные параметры запитываемого гаджета или стационарного устройства.

1.Основные способы понижения

Например, «ходовой» трансформатор частоты 50 Гц с относительно небольшой мощностью 200 Вт, выполненный на трансформаторном железе, весит более 1 килограмма и стоит от 9–18 $. Это не только делает блок питания громоздким, но и значительно удорожает стоимость девайса.

На трансформаторах реализована классическая схема понижения и последующего преобразования переменного напряжения (АС) в постоянное (DС) по цепи «трансформатор → выпрямитель → стабилизатор».

Существует более сложная схема построения «выпрямитель → импульсный генератор → трансформатор → выпрямитель → стабилизатор» импульсного блока питания, обладающая меньшими габаритами.

Преимуществом приведенных схем является гальваническая развязка. При замыкании цепи нагрузки на «ноль» она предотвращает выход из строя аппаратуры и снижает опасность поражения человека электрическим током.

Однако самыми миниатюрными источниками питания 12 В являются бестрансформаторные блоки питания, в которых производится:

1. С помощью балластного конденсатора понижение напряжения.

2. При помощи балластного резистора гасится избыточное напряжение.

3. Нерегулируемым автотрансформатором снимается требуемое напряжение и сглаживается дросселем.

1.1 Балластный конденсатор

Сегодня весьма популярным среди радиолюбителей средством снижения напряжения стала установка гасящего конденсатора. Этот универсальный способ повсеместно используется для питания светодиодных ламп и в зарядных устройствах маломощных аккумуляторных батарей. Установка радиоэлемента в разрыв сети питания диодного моста позволяет получить требуемый ток в электрической цепи без рассеивания значительной мощности на тепло.

Схема простого конденсаторного (бестрансформаторного) блока питания с минимальным количеством радиоэлементов и напряжением 12 В мощностью 0,18 Вт выглядит следующим образом:

В качестве Р1 используется любое устройство, рассчитанное на постоянное напряжение 12 В с рабочим амперажом ≤ 0,15А. Конденсатор С1 – балластный, зашунтирован резистором R1. Он предназначен для предотвращения поражения электрическим током от накопленного на пластинах конденсатора С1 заряда. Со своим большим сопротивлением в сотни кОм резистор R1 не влияет на прохождение тока через емкость во время рабочей сессии. Однако после завершения работы блока питания в течение времени , измеряемого несколькими секундами, через резистор проходит ток разряда обкладок конденсатора. Электролитический конденсатор С2, включенный параллельно нагрузке после диодного моста, сглаживает пульсации выпрямленного тока.

Заметно снизит зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки БП симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора с регулирующим элементом. Осуществляется такая доработка впаиванием параллельно P1 стабилитрона на 12 вольт.

1.2 При помощи резистора

Способ подходит для запитки слаботочной нагрузки, например, светодиода или маломощного LED-светильника. Основной недостаток резистивной схемы – низкий КПД по причине рассеивания большого количества активной мощности, затрачиваемой на нагрев резистора. В самом простом варианте БП представляет собой делитель напряжения на резисторах, установленный после диодного выпрямителя, с нижнего плеча которого снимается напряжение. Стабилизация осуществляется посредством изменения сопротивления одного из плеч делителя: номиналы резисторов подбираются таким образом, чтобы понизить выходное напряжение до приемлемых значений.

1.3 Автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки

В автотрансформаторе отсутствует вторичная обмотка: выходное напряжение снимается с одной единственной обмотки на тороидальном магнитопроводе, которая одновременно используется для подачи сетевого напряжения 220 В, 50 Гц. Принцип действия аналогичен ЛАТР, только снимаемое с витков напряжение имеет определенную фиксированную величину. Поэтому замена силового трансформатора на автотрансформатор повышает КПД блока питания, заметно снижает размеры и вес девайса (при прочих равных условиях весогабаритные характеристики трансформатора в 1,5 раза больше заменяющего изделия).

Схема автотрансформатора с фиксированным напряжением U2.

Однако нерегулируемый автотрансформатор имеет существенный недостаток: он не защищает от бросков напряжения и наведенных в сети импульсов. Низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) пульсации, сетевые помехи и паразитные гармоники значительно снизятся, если в выходную цепь установить дроссель. В тандеме с автотрансформатором используют дроссель с высокой индуктивностью ≤ 0,5–1,0 ГН, устанавливаемый последовательно с нагрузкой.

Индуктивный элемент накапливает в магнитном поле катушки энергию питающей сети, а затем отдает в нагрузку. Дроссель в электрической цепи противодействует изменению тока в электрической цепи. При резком падении катушка поддерживает протекающий ток, а при резком повышении ограничивает, не давая быстро возрасти. Компактные дроссели переменного тока применяются в бустерах энергосберегающих ламп и LED-драйверах, питающих светодиодные светильники.

2. Технические требования к конденсатору

Для бестрансформаторного БП подойдет конденсатор, рассчитанный на амплитудное (или большее) значение переменного напряжения. Если действующее значение напряжения равно 220 В, то амплитудное рассчитывается по формуле 220 * = 311 В (номинальное 400 В). Конденсаторы лучше выбрать плёночные, оптимально подходят емкостные элементы серии К73-17.

3. Бестрансформаторное электропитание: возможные схематические решения

1. Можно своими руками собрать простой драйвер (источник стабилизированного тока) на недорогой (0,3 $) микросхеме линейного стабилизатора LM317АMDT. На вход преобразователя DС-AC подается напряжение сети 220 В, 50 Гц. Стабилизированное напряжение 12 В получается на ИМС с минимальным набором элементов в обвязке (в самом простом варианте используется только R1 и R2). Подбирая номинал резисторов, можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиодов до 0,3 А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже приведена типовая схема устройства на микросхеме LM317:

2. Самым бюджетным вариантом, безусловно, считается использование зарядного устройства (ЗУ) от сотового телефона. Плата зарядника имеет совсем небольшие габариты и подойдет для питания 12 В гаджета с мощностью ≤ P ном. блока питания. Необходимо только заменить в ней однополупериодный выпрямитель на выпрямитель с удвоенным напряжением (добавляется по одному диоду и конденсатору). После модернизации получаем искомые 12 вольт с током 0.5А и полноценной развязкой от сети. В качестве альтернативы, не требующей вмешательства в конструкцию, можно к выходу ЗУ через переходник подключается повышающий DС-DС преобразователь напряжения (например, 2-х амперный, размером 30мм х 17мм х 14мм, стоимостью 1$) с USB-разъемом. Требуется только выставить подстроечным резистором требуемое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному электроприемному устройству.

4. Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту

В бытовых условиях зачастую используются источники электропитания низкого напряжения. От напряжения 12 или 24В постоянного тока DС запитываются переносные/стационарные электротехнические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:

· аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;

· стационарные насосы для полива огородов;

· аудио-видеотехника и радиоэлектронная аппаратура;

· системы видеонаблюдения и сигнализации;

· батареечные радиоприемники и плееры;

· ноутбуки (нетбуки) и планшеты;

· галогенные и LED-лампы, светодиодные ленты;

· портативные ультрафиолетовые облучатели и портативное медицинское оборудование;

· паяльные станции и электропаяльники;

· зарядные устройства мобильных телефонов и повербанков;

· слаботочные сети электропитания в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;

· детские игрушки, елочные гирлянды, помпы аквариумов;

· различные самодельные радиоэлектронные устройства, в том числе на популярной платформе Arduino.

Большинство устройств работает от батареек и Li-ion аккумуляторов, но использование товарных позиций не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных затрат. Заряжать аккумуляторные батареи можно 300–1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоемкостью и низким током саморазряда стоят дорого. Заметно дешевле обойдется приобретение батареек, особенно солевых и щелочных, но такие элементы придётся часто менять. Тем более, что для обеспечения подающего напряжения 12 В понадобится 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовых «таблеток» в корпусе типа 27А.

Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц для питания электроприемников с амперажом больше 0,1 А рациональнее использовать блок питания.

Cамодельный блок питания на 12 вольт

Блок питания постоянного напряжения 12 вольт состоит из трех основных частей:

  • Понижающий трансформатор с обычного входного переменного напряжения 220 В. На его выходе будет такое же синусоидальное напряжение, только пониженное до примерно 16 вольт по холостому ходу – без нагрузки.
  • Выпрямитель в виде диодного моста. Он «срезает» нижние полусинусоиды и кладет их вверх, то есть получается напряжение, меняющееся от 0 до тех же 16 вольт, но в положительной области.
  • Электролитический конденсатор большой емкости, который сглаживает полусинусоиды напряжения, делая их приближающимися к прямой линии на уровне в 16 вольт. Это сглаживание тем лучше, чем больше емкость конденсатора.

Самое простое, что нужно для получения постоянного напряжения, способного питать приборы, рассчитанные на 12 вольт – лампочки, светодиодные ленты и другое низковольтное оборудование.

Понижающий трансформатор можно взять из старого блока питания компьютера или просто купить в магазине, чтобы не заморачиваться с обмотками и перемотками. Однако чтобы выйти в конечном счете на искомые 12 вольт напряжения при работающей нагрузке, нужно взять трансформатор, понижающий вольт до 16.

Для моста можно взять четыре выпрямительных диода 1N4001, рассчитанных на нужный нам диапазон напряжений или аналогичные.

Конденсатор должен быть емкостью не менее 480 мкФ. Для хорошего качества выходного напряжения можно и больше, 1 000 мкФ или выше, но для питания осветительных приборов это совсем не обязательно. Диапазон рабочих напряжений конденсатора нужен, скажем, вольт до 25.

Компоновка прибора

Если мы хотим сделать приличный прибор, который не стыдно будет потом приделать в качестве постоянного блока питания, допустим, для цепочки светодиодов, нужно начать с трансформатора, платы для монтажа электронных компонентов и коробки, где все это будет закреплено и подключено. При выборе коробки важно учесть, что электрические схемы при работе разогреваются. Поэтому коробку хорошо найти подходящую по размерам и с отверстиями для вентиляции. Можно купить в магазине или взять корпус от блока питания компьютера. Последний вариант может оказаться громоздким, но в нем как упрощение можно оставить уже имеющийся трансформатор, даже вместе с вентилятором охлаждения.

На трансформаторе нас интересует низковольтная обмотка. Если она дает понижение напряжения с 220 В до 16 В – это идеальный случай. Если нет, придется ее перемотать. После перемотки и проверки напряжения на выходе трансформатора его можно закрепить на монтажной плате. И сразу продумать, как монтажная плата будет крепиться внутри коробки. У нее для этого имеются посадочные отверстия.

Низковольтная обмотка Монтажная плата

Дальнейшие действия по монтажу будут проходить на этой монтажной плате, значит, она должна быть достаточной по площади, длине и допускать возможную установку радиаторов на диоды, транзисторы или микросхему, которые должны еще поместиться в выбранную коробку.

Диодный мост собираем на монтажной плате, должен получиться такой ромбик из четырех диодов. Причем левая и правая пары состоят одинаково из диодов, подключенных последовательно, а обе пары параллельны друг другу. Один конец каждого диода маркирован полоской – это обозначен плюс. Сначала паяем диоды в парах друг к другу. Последовательно – это значит плюс первого соединен с минусом второго. Свободные концы пары тоже получатся – плюс и минус. Параллельно соединить пары – значит спаять оба плюса пар и оба минуса. Вот теперь имеем выходные контакты моста – плюс и минус. Или их можно назвать полюсами – верхним и нижним.

Читать еще:  Мангал из ресивера своими руками фото

Схема диодного моста

Остальные два полюса – левый и правый – используются как входные контакты, на них подается переменное напряжение с вторичной обмотки понижающего трансформатора. А на выходы моста диоды подадут пульсирующее знакопостоянное напряжение.

Если теперь подключить параллельно с выходом моста конденсатор, соблюдая полярность – к плюсу моста – плюс конденсатора, он напряжение начнет сглаживать, причем настолько хорошо, насколько велика у него емкость. 1 000 мкФ будет достаточно, и даже ставят 470 мкФ.

Внимание! Электролитический конденсатор – прибор небезопасный. При неверном подключении, при подаче на него напряжения вне рабочего диапазона или при большом перегреве он может взорваться. При этом разлетается по округе все его внутреннее содержимое – лохмотья корпуса, металлической фольги и брызги электролита. Что весьма опасно.

Ну вот и получился у нас самый простой (если не сказать, примитивный) блок питания для приборов напряжением 12 V DC, то есть постоянного тока.

Проблемы простого блока питания с нагрузкой

Сопротивление, нарисованное на схеме – это эквивалент нагрузки. Нагрузка должна быть такова, чтобы ток, ее питающий, при подаваемом напряжении в 12 В не превысил 1 А. Можно рассчитать мощность нагрузки и сопротивление по формулам.

Откуда сопротивление R = 12 Ом, а мощность P = 12 ватт. Это значит, что если мощность будет больше 12 ватт, а сопротивление меньше 12 Ом, то наша схема начнет работать с перегрузкой, будет сильно греться и быстро сгорит. Решить проблему можно несколькими способами:

  1. Стабилизировать выходное напряжение так, чтобы при изменяющемся сопротивлении нагрузки ток не превышал максимально допустимого значения или при внезапных скачках тока в сети нагрузки – например, в момент включения некоторых приборов – пиковые значения тока срезались до номинала. Такие явления бывают, когда блок питания запитывает радиоэлектронные устройства – радиоприемники, и пр.
  2. Использовать специальные схемы защиты, которые бы отключали блок питания при превышении тока на нагрузке.
  3. Использовать более мощные блоки питания или блоки питания с большим запасом мощности.

Блок питания со стабилизатором на микросхеме

На рисунке ниже представлено развитие предыдущей простой схемы включением на выходе микросхемы 12-вольтового стабилизатора LM7812.

Блок питания со стабилизатором на микросхеме

Это уже лучше, но максимальный ток в нагрузке такого блока стабилизированного питания по-прежнему не должен превышать 1 А.

Блок питания повышенной мощности

Более мощным блок питания можно сделать, добавив в схему несколько мощных каскадов на транзисторах Дарлингтона типа TIP2955. Один каскад даст прибавку нагрузочного тока в 5 А, шесть составных транзисторов, подключенных параллельно, обеспечат нагрузочный ток в 30 А.

Транзисторы Дарлингтона типа TIP2955

Схема, обладающая такой выходной мощностью, требует соответствующего охлаждения. Транзисторы должны быть обеспечены радиаторами. Возможно, понадобится и дополнительный вентилятор охлаждения. Кроме того, можно защититься еще плавкими предохранителями (на схеме не показано).

На рисунке показано подключение одного составного транзистора Дарлингтона, дающего возможность увеличения выходного тока до 5 ампер. Можно увеличивать и дальше, подключая новые каскады параллельно с указанным.

Подключение одного составного транзистора Дарлингтона

Внимание! Одним из главных бедствий в электрических цепях является внезапное короткое замыкание в нагрузке. При этом, как правило, возникает ток гигантской силы, который сжигает все на своем пути. В этом случае сложно придумать такой мощный блок питания, который способен это выдержать. Тогда применяют схемы защиты, начиная от плавких предохранителей и кончая сложными схемами с автоматическим отключением на интегральных микросхемах.

Блок питания (12 Вольт) своими руками. Схема блока питания на 12 Вольт

Блок питания 12 Вольт позволит осуществить питание практически любой бытовой техники, включая даже ноутбук. Обратите внимание на то, что на вход ноутбука подается напряжение до 19 Вольт. Но он прекрасно будет работать, если провести запитку от 12. Правда, максимальный ток составляет 10 Ампер. Только до такого значения потребление доходит очень редко, среднее держится на уровне 2-4 Ампер. Единственное, что следует учесть – при замене стандартного источника питания на самодельный использовать встроенную батарею не получится. Но все равно блок питания на 12 вольт идеально подходит даже для такого устройства.

Параметры блока питания

Самые главные параметры любого блока питания – это выходное напряжение и ток. Зависят их значения от одного – от используемого провода во вторичной обмотке трансформатора. О том, как провести выбор его, будет рассказано немного ниже. Для себя вы должны заранее решить, для каких целей планируется использовать блок питания 12 Вольт. Если необходимо запитывать маломощную аппаратуру – навигаторы, светодиоды, и прочее, то вполне достаточно на выходе 2-3 Ампер. И то этого будет много.

Но если вы планируете с его помощью осуществлять более серьезные действия – например, заряжать аккумуляторную батарею автомобиля, то потребуется на выходе 6-8 Ампер. Ток зарядки должен быть в десять раз меньше емкости АКБ – это требование обязательно учитывается. Если же возникает необходимость в подключении приборов, напряжение питания которых существенно отличается от 12 Вольт, то разумнее установить регулировку.

Как выбрать трансформатор

Первый элемент – это преобразователь напряжения. Трансформатор способствует преобразованию переменного напряжения 220 Вольт в такое же по амплитуде, только со значением, намного меньше. По крайней мере, вам нужно меньшее значение. Для мощных блоков питания за основу можно взять трансформатор типа ТС-270. У него высокая мощность, даже имеются 4 обмотки, которые выдают по 6,3 Вольт каждая. Они использовались для питания накала радиоламп. Без особого труда из него можно сделать блок питания 12 Вольт 12 Ампер, который сможет даже АКБ автомобиля заряжать.

Но если вас полностью не устраивают его обмотки, то можно вторичные все убрать, оставить только сетевую. И провести намотку провода. Проблема в том, как посчитать необходимое количество витков. Для этого можно воспользоваться простой схемой вычисления – посчитайте, сколько витков содержит вторичная обмотка, которая выдает 6,3 Вольт. Теперь просто разделите 6,3 на число витков. И вы получите величину напряжения, которое можно снять с одного витка провода. Осталось только высчитать, сколько нужно намотать витков, чтобы на выходе получить 12,5-13 Вольт. Будет даже лучше, если на выходе окажется на 1-2 Вольт напряжение выше требуемого.

Изготовление выпрямителя

Что такое выпрямитель и для чего он нужен? Это устройство на полупроводниковых диодах, которое является преобразователем. С его помощью переменный ток превращается в постоянный. Для анализа работы выпрямительного каскада нагляднее использовать осциллограф. Если на перед диодами вы увидите синусоиду, то после них окажется практически ровная линия. Но мелкие куски от синусоиды все равно останутся. От них избавитесь после.

К выбору диодов стоит отнестись с максимальной серьезностью. Если блок питания на 12 Вольт будет использоваться в качестве зарядчика аккумулятора, то потребуется использовать элементы, у которых величина обратного тока до 10 Ампер. Если же намерены осуществлять питание слаботочных потребителей, то вполне достаточно окажется мостовой сборки. Вот тут стоит остановиться. Предпочтение стоит отдавать схеме выпрямителя, собранного по типу мост – из четырех диодов. Если применить на одном полупроводнике (однополупериодная схема), то КПД блока питания уменьшается практически вдвое.

Блок фильтров

Теперь, когда на выходе имеется постоянное напряжение, то необходимо, чтобы схема блока питания на 12 Вольт была немного усовершенствована. Для этой цели нужно использовать фильтры. Для питания бытовой техники достаточно применить LC-цепочку. О ней стоит рассказать более подробно. К плюсовому выходу выпрямительного каскада подключается индуктивность – дроссель. Ток должен проходить через него, это первая ступень фильтрации. Далее идет вторая – электролитический конденсатор с большой емкостью (несколько тысяч микрофарад).

После дросселя к плюсу подключается электролитический конденсатор. Второй его вывод соединяется с общим проводом (минусом). Суть работы электролитического конденсатора в том, что он позволяет избавиться от всей переменной составляющей тока. Помните, на выходе выпрямителя оставались небольшие кусочки синусоиды? Вот, именно от нее нужно избавиться, иначе блок питания 12 Вольт 12 Ампер будет создавать помеху для устройства, подключаемого к нему. Например, магнитола или радиоприемник будет издавать сильный гул.

Стабилизация напряжения на выходе

Для осуществления стабилизации выходного напряжения можно воспользоваться одним всего полупроводниковым элементом. Это может быть как стабилитрон с напряжением рабочим 12 Вольт, так и более современные и совершенные сборки типа LM317, LM7812. Последние рассчитаны на стабилизацию напряжения на уровне 12 Вольт. Следовательно, даже при условии, что на выходе выпрямительного каскада 15 Вольт, после стабилизации останется всего 12. Все остальное уходит в тепло. А это значит, что крайне важно устанавливать стабилизатор на радиатор.

Регулировка напряжения 0-12 Вольт

Для большей универсальности прибора стоит воспользоваться несложной схемой, которую можно соорудить за несколько минут. Такое можно воплотить при помощи ранее упомянутой сборки LM317. Только отличие от схемы включения в режиме стабилизации будет небольшое. В разрыв провода, который идет на минус, включается переменный резистор 5 кОм. Между выходом сборки и переменным резистором включено сопротивление около 220 Ом. А между входом и выходом стабилизатора защита от обратного напряжения – полупроводниковый диод. Таким образом, блок питания 12 Вольт, своими руками собранный, превращается в многофункциональное устройство. Теперь остается только произвести сборку его и градуировку шкалы. А можно и вовсе на выходе поставить электронный вольтметр, по которому и смотреть текущее значение напряжения.

Как сделать стабилизатор напряжения на 12 вольт своими руками

В электрической цепи автомобиля часто применяют стабилизатор напряжения 12 вольт. Необходимость установки его объясняется тем, что автомобильные источники питания (аккумуляторная батарея и генератор) различных 12-ти вольтовых электроприборов выдают постоянный ток с напряжением от 12,5 до 14 В. Такие большие колебания способны привести к повреждению и выходу из строя чувствительных и дорогостоящих светодиодных лент, противотуманных фар, магнитол. Также помимо электрических систем автомобилей подобные устройства применяются в 12-ти вольтных блоках питания, способных понижать и преобразовывать переменный ток электрической бытовой сети в более подходящий для ряда приборов постоянный.

Выбор устройства

При выборе стабилизатора учитывают следующие характеристики:

  • Размеры. Выбранный стабилизатор должен компактно размещаться в запланированном для него месте для установки с возможностью нормального доступа.
  • Вид. Из имеющихся в продаже устройств наиболее надежными, компактными и недорогими являются стабилизаторы на основе небольших микросхем.
  • Возможность самостоятельного ремонта. Так как даже самые надежные устройства выходят из строя, необходимо отдавать предпочтение ремонтопригодным стабилизаторам, радиодетали к которым имеются в продаже в достаточном количестве и по доступной цене.
  • Надежность. Выбранный стабилизатор должен обеспечивать постоянное значение напряжения без значительных отклонений от заявленного их производителем диапазона.
  • Стоимость. Для электрической системы автомобиля достаточно приобрести устройство стоимостью до 200 рублей.

Также при выборе стабилизатора необходимо учитывать отзывы их покупателей, которые можно найти на специализированных форумах и сайтах.

Разновидности 12В стабилизаторов

В зависимости от конструкции и способа поддержания 12-ти вольтного напряжения выделяют две разновидности стабилизаторов:

  • Импульсные – стабилизаторы, состоящие из интегратора (аккумулятора, электролитического конденсатора большой емкости) и ключа (транзистора). Поддержание напряжения в заданном интервале значений происходит благодаря циклическому процессу накопления и быстрой отдачи заряда интегратором при открытом состоянии ключа. По конструктивным особенностям и способу управления такие стабилизаторы подразделяются на ключевые устройства с триггером Шмитта, выравниватели с широтно-импульсной и частотно-импульсной модуляцией.
  • Линейные – стабилизирующие напряжение устройства, в которых в качестве регулирующего устройства применяются подключаемые последовательно стабилитроны или специальные микросхемы.
Читать еще:  Редуктор фрезы своими руками

Наиболее распространены и популярны среди автолюбителей линейные устройства, отличающиеся простотой самостоятельной сборки, надежностью и долговечностью. Импульсный вид используется значительно реже из-за дороговизны деталей и сложностей самостоятельного изготовления и ремонта.

Классическая модель

Классические стабилизаторы – это большой класс устройств, собираемых на основе таких полупроводниковых деталей, как биполярные транзисторы и стабилитроны. Среди них основную функцию по поддержанию напряжения на уровне 12 В выполняют стабилитроны – разновидность диодов, подключаемых в обратной полярности (к катоду такого полупроводникового прибора подключается плюс источника питания, к аноду – минус), работающих в режиме пробоя. Суть работы данных полупроводниковых деталей заключается в следующем:

  • При напряжении подключенного к стабилитрону источника питания меньше 12 В он находится в закрытом положении и не участвует в регулировке данной характеристики электрического тока.
  • При превышении порога в 12 Вольт стабилитрон «открывается» и поддерживает данное значение в заданном его характеристиками диапазоне.

В случае превышения напряжения, подаваемого на стабилитрон, относительно заявленного как максимальное производителем прибор очень быстро выходит из строя из-за эффекта теплового пробоя.

Чтобы любая модель стабилитрона служила максимально долго, рекомендуется по его спецификации уточнить тот диапазон напряжений, силы тока, в котором его следует эксплуатировать.

В зависимости от подключения различают два варианта классического стабилизатора: линейный – регулировочные элементы подключаются последовательно нагрузке; параллельный – стабилизирующие напряжение устройства располагаются параллельно запитываемым приборам.

Интегральный стабилизатор

Устройства собирают с использованием небольших по размерам микросхем, способных работать при входном напряжении до 26-30 В, выдавая постоянный 12-ти вольтный ток силой до 1 Ампер. Особенностью данных радиодеталей является наличие 3 ножек – «вход», «выход» и «регулировка». Последняя используется для подключения регулировочного резистора, который используется для настройки микросхемы и предотвращения ее перегрузок.

Более удобные и надежные, собранные на основе стабилизирующих микросхем выравниватели постепенно вытесняют собранные на дискретных элементах аналоги.

Как сделать 12В стабилизатор

Простые, но при этом достаточно эффективные, надежные и долговечные стабилизирующие устройства можно сделать самостоятельно, используя при этом простые стабилитроны и специальные небольшие микросхемы типа LM317, LD1084, L7812, КРЕН (КР142ЕН8Б).

Стабилизатор на LM317

Процесс сборки такого стабилизирующего напряжение устройства состоит из следующих этапов:

  1. К среднему выходному контакту микросхемы припаивается 130-ти омное сопротивление.
  2. К входному правому контакту припаивается проводник, подающий нестабилизированное напряжение от источника питания.
  3. Левый регулировочный контакт припаивается ко второй ножке резистора, установленного на выходе микросхемы.

Процесс пайки такого стабилизатора занимает не более 10 минут и с учетом недорогой микросхемы не требует больших капиталовложений. При помощи подобного устройства запитывают светодиодные фонари, ленты.

Микросхема LD1084

Сборка устройства для стабилизации напряжения автомобильной бортовой сети с использованием микросхемы LD1084 производится следующим образом:

  1. К входному контакту микросхемы припаивается проводник с плюсовым напряжением от диодного моста.
  2. К регулировочному контакту припаивается эмиттер биполярного транзистора, базу которого через два резистора номиналом 1 кОм питает ток ближнего и дальнего света фар.
  3. К контакту выхода припаивается два резистора (один – обычный на 120 Ом, а второй – подстроечный, на 4,7кОм) и электролитический конденсатор на 10 мкФ

Для сглаживания пульсации тока после диодного моста устанавливается еще один электролитический конденсатор емкостью 10 мкф.

Стабилизатор на диодах и плате L7812

Простой интегральный выравниватель на диоде Шоттки и двух конденсаторах собирают следующим образом:

  1. К входному контакту микросхемы припаивается: диод типа 1N4007, анод которого при помощи провода соединяется с плюсом источника питания, плюсовая обкладка мощного 16-ти вольтного электролитического конденсатора емкостью 330 мкФ.
  2. К правому выходному контакту припаивается нагрузка и ножка плюсовой обкладки 16-ти вольтного электролитического конденсатора на 100 мкФ.
  3. К среднему регулировочному контакту припаивается минус, идущий от батареи, и провод от минусовых обкладок конденсаторов.

От такого простого устройства можно запитывать мощные ленты из светодиодов и магнитолу.

Самый простой стабилизатор — плата КРЕН

Схема стабилизатор напряжения на 12 вольт на основе платы крен (КР142ЕН8Б) включает в себя следующие компоненты:

  • Припаянный к входному контакту выпрямляющий диод типа 1N4007.
  • Микросхему КР142ЕН8Б либо KIA7812A.
  • Два провода, припаянные к выходному и регулировочному контакту микросхемы и соединенные с нагрузкой и минусом источника питания.

Конструкция на плате КРЕН является самой простой и быстрой в сборке. При этом эффективность и область применения у нее такая же, как и у других самодельных аналогов.

Блок питания на 12 В своими руками — схема и пошаговая инструкция выполнения работ

Виды блоков питания, их основные технические характеристики

Блок питания является вторичным источником энергии для технических устройств, преобразующим напряжение питающей электрической сети в их рабочее напряжение.

Наиболее востребованными являются блоки питания, у которых первичное напряжение – это переменное напряжение бытовой электрической сети, равное 220 Вольт, а вторичное − преобразуемое в постоянное, равное 24/12/5/3,3 V. По принципу преобразования напряжения блоки питания (БП) подразделяются на два вида:

  • трансформаторные – когда преобразование осуществляется посредством понижающего трансформатора, они называются линейными;
  • импульсные – преобразование осуществляется благодаря наличию электронных компонентов, обеспечивающих преобразование напряжения, они называются инверторными.

Если в схеме БП предусмотрен стабилизатор выходного напряжения, то такое устройство называется стабилизированным блоком питания.

Основными техническими характеристиками, определяющими возможность использования подобных технических устройств, являются:

  • электрическая мощность, измеряемая в Ваттах (Вт или В×А);
  • напряжение на входе и выходе, измеряемое в Вольтах (В);
  • выходной ток, измеряемый в Амперах (А);
  • коэффициент полезного действия – параметр полезный при использовании БП большой мощности, измеряется в %;
  • наличие элементов защиты внутренних электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания.

Область применения

Блоки питания с вторичным напряжением в 12 Вольт импульсного типа используются для подключения к бытовой электрической сети:

  • персональных компьютеров различного типа – для зарядки их аккумуляторных батарей и работы непосредственно от сети;
  • для зарядки электронных гаджетов, в том числе сотовых телефонов и смартфонов, плееров и видеокамер, а также прочих устройств, имеющих в своей конструкции аккумуляторные батареи;
  • для зарядки ручного переносного электрического инструмента – шуруповёрт, болгарка и т.д.;
  • для подключения LED светотехнических приборов (светодиодные светильники и ленты);
  • для использования прочих устройств, предполагающих работу от сети постоянного тока с напряжением 12 В и до 5 ампер, – автомагнитола или автоприёмник в условиях дома или гаража.

Принципиальная схема и принцип работы

Принципиальная схема и принцип работы зависит от вида устройства, и поэтому необходимо рассмотреть их отдельно:

  • Трансформаторный БП.

Аналоговый вид БП имеет в своей схеме понижающий трансформатор, обеспечивающий величину вторичного напряжения в заданных величинах, и диодный мост, служащий для его выпрямления. Простейшая схема такого устройства выглядит следующим образом:

Принципиальная схема аналогового блока питания

Конденсаторы, установленные в схеме, обеспечивают сглаживание импульсов напряжения на выходе блока питания.

  • Импульсный БП.

Инверторный вид БП работает за счёт электронных компонентов, входящих в схему устройства. Напряжение питающей сети подаётся на входной диодный мост, а его пики сглаживаются установленными конденсаторами. После этого сигнал преобразуется в прочих элементах схемы (транзисторы, микросхема, тиристоры и т.д.) и подаётся на импульсный трансформатор.

Трансформаторы данного вида изготавливаются на основе ферромагнетных материалов, поэтому имеют малые габаритные размеры, позволяющие минимизировать размеры БП. Напряжение, полученное после трансформации, подаётся к нагрузке (выходам блока питания). Такой тип БП называется схемой с гальванической развязкой.

Импульсный блок питания на интегральной микросхеме и с построечными резисторами

Существуют схемы БП без использования гальванического соединения. В этом случае входной сигнал сразу подаётся на фильтр нижних частот.

Расчёт мощности блока питания на 12 V

Мощность БП является одной из главных технических характеристик, определяющих возможность подключения к нему той или иной нагрузки. Мощность поэтому может быть рассчитана разными способами:

Для светодиодных лент.

В этом случае расчёт выполняется следующим образом:

  • за основу берётся мощность в 1 метра LED-ленты, указываемая производителем на упаковке;
  • определяется её длина;
  • эти значения перемножаются, и полученное выражение увеличивается на 30%.

Увеличение на 30% обеспечивает необходимый запас мощности. Этот расчёт можно выразить следующей формулой:

P блока = P уд × L ленты × K запаса , где:

P блока – электрическая мощность блока питания;

P уд − электрическая мощность 1 метра светодиодной ленты;

L ленты – длина ленты;

K запаса — коэффициент запаса мощности.

Для персонального компьютера.

При необходимости определить мощность БП персонального компьютера следует знать мощности всех элементов устройств, входящих в его комплект. Это непростая задача, поэтому существуют специальные программы и онлайн-калькуляторы, служащие для выполнения такого расчёта. Вот некоторые из них:

  • OuterVision® – калькулятор, ссылка для скачивания: https://outervision.com/power-supply-calculator
  • Компания «Enermax», калькулятор питания − ссылка для скачивания: http://www.enermax.outervision.com/index.jsp
  • MSI – калькулятор источника питания, ссылка для скачивания: https://ru.msi.com/power-supply-calculator
  • KSA Power Supply Calculator WorkStation – ссылка для скачивания: http://ksa-soft.ru/soft/10-ksa-power-supply-calculator-workstation.html

Для зарядки электрического инструмента и электронных гаджетов.

Когда необходимо определить мощность БП для зарядки шуруповёрта, смартфона или иного электронного устройства, необходимо знать их электрическую мощность и учесть коэффициент запаса. Это можно отразить следующей формулой:

P блока = P устройства × K запаса

Диоды для блока питания

Для выпрямления переменного напряжения бытовой электрической сети в схемах блоков питания и прочих электронных устройств используют диоды, собираемые по мостовой схеме. Схематично полупроводниковый диод выглядит следующим образом.

Устройство полупроводникового диода

Для устройства диодного моста используется 4 однотипных диода, которые соединяются определённым образом, приведённым на следующей схеме. Их технические характеристики должны соответствовать величине протекающего через них тока, а также величине допустимого обратного напряжения.

Схема соединения диодов по мостовой схеме

Стабилизация напряжения

Для стабилизации напряжения в БП используются электролитические конденсаторы большой ёмкости и стабилитроны. Конденсаторы сглаживают сигналы напряжения, которые имеют полусинусоидальную форму практически до прямой линии. Чем больше ёмкость конденсатора, тем сигнал на выходе более правильной формы и стремится к прямой линии. Стабилитроны обеспечивают постоянство напряжения на выходе блока питания.

Импульсный блок питания 12 V своими руками — схема

Существует большое количество различных схем блоков питания, имеющих различные технические характеристики и собранных на различных электронных компонентах. Ниже представлена схема импульсного БП с вторичным напряжением 12 Вольт.

Принципиальная схема импульсного блока питания

При самостоятельном изготовлении подобных устройств необходимо помнить, что для обеспечения заданной пульсации напряжения на выходе ёмкость конденсаторов должна приниматься из расчёта 1 мкФ на 1 Вт выходной мощности. Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 350 В. Оптимальное соотношение мощности БП и технических характеристик электронных компонентов приведено в следующей таблице:

Блок питания своими руками

Простой и надежный блок питания своими руками при нынешнем уровне развития элементной базы радиоэлектронных компонентов можно сделать очень быстро и легко. При этом не потребуются знания электроники и электротехники на высоком уровне. Вскоре вы в этом убедитесь.

Читать еще:  Usb rca переходник своими руками

Изготовление своего первого источника питания довольно интересное и запоминающееся событие. Поэтому важным критерием здесь является простота схемы, чтобы после сборки она сразу заработала без каких-либо дополнительных настроек и подстроек.

Следует заметить, что практически каждое электронное, электрическое устройство или прибор нуждаются в питании. Отличие состоит лишь в основных параметрах – величина напряжения и тока, произведение которых дают мощность.

Изготовить блок питания своими руками – это очень хороший первый опыт для начинающих электронщиков, поскольку позволяет прочувствовать (не на себе) различные величины токов, протекающих в устройствах.

Современный рынок источников питания разделен на две категории: трансформаторные и безтрансформаторные. Первые достаточно просты в изготовлении для начинающих радиолюбителей. Второе неоспоримое преимущество – это сравнительно низкий уровень электромагнитных излучений, а соответственно и помех. Существенным недостатком по современным меркам является значительная масса и габариты, вызванные наличием трансформатором – самого тяжелого и громоздкого элемента в схеме.

Безтрансформаторные блоки питания лишены последнего недостатка ввиду отсутствия трансформатора. Вернее он там есть, но не в классическом представлении, а работает с напряжением высокой частоты, что позволяет снизить число витков и размеры магнитопровода. В результате снижаются вцелом габариты трансформатора. Высокая частота формируется полупроводниковыми ключами, в процессе из включения и выключения по заданному алгоритму. Вследствие этого возникают сильные электромагнитные помехи, поэтому такие источник подлежат обязательному экранированию.

Мы будем собирать трансформаторный блок питания, который никогда не утратит своей актуальности, поскольку и поныне используется в аудиотехнике высокого класса, благодаря минимальному уровню создаваемых помех, что очень важно для получения качественного звука.

Устройство и принцип работы блока питания

Стремление получить как можно компактнее готовое устройство примело к появлению различных микросхем, внутри которых находятся сотни, тысячи и миллионы отдельных электронных элементов. Поэтому практически любой электронный прибор содержит микросхему, стандартная величина питания которой 3,3 В или 5 В. Вспомогательные элементы могут питаться от 9 В до 12 В постоянного тока. Однако мы хорошо знаем, что розетке переменное напряжение 220 В частотою 50 Гц. Если его подать непосредственно на микросхему или какой-либо другой низковольтный элемент, то они мгновенно выйдут из строя.

Отсюда становится понятным, что главная задача сетевого блока питания (БП) состоит в снижении величины напряжения до приемлемого уровня, а также преобразование (выпрямление) его из переменного в постоянное. Кроме того, его уровень должен оставаться постоянным независимо от колебаний входного (в розетке). Иначе устройство будет работать нестабильно. Следовательно, еще одна важнейшая функция БП – это стабилизация уровня напряжения.

В целом структура блока питания состоит из трансформатора, выпрямителя, фильтра и стабилизатора.

Помимо основных узлов еще используется ряд вспомогательных, например, индикаторные светодиоды, которые сигнализируют о наличие подведенного напряжения. А если в БП предусмотрена его регулировка, то естественно там будет вольтметр, а возможно еще и амперметр.

Трансформатор

В данной схеме трансформатор применяется для снижения напряжения в розетке 220 В до необходимого уровня, чаще всего 5 В, 9 В, 12 В или 15 В. При этом еще осуществляется гальваническая развязка высоковольтных с низковольтными цепями. Поэтому при любых внештатных ситуациях напряжение на электронном устройстве не превысит значение величины вторичной обмотки. Также гальваническая развязка повышает безопасность обслуживающего персонала. В случае прикосновения к прибору, человек не попадет под высокий потенциал 220 В.

Конструкция трансформатора довольно проста. Он состоит из сердечника, выполняющего функцию магнитопровода, который изготовляется из тонких, хорошо проводящих магнитный поток, пластин, разделенных диэлектриком, в качестве которого служит нетокопроводящий лак.

На стержень сердечника намотаны минимум две обмотки. Одна первичная (еще ее называют сетевая) – на нее подается 220 В, а вторая – вторичная – с нее снимается пониженное напряжение.

Принцип работы трансформатора заключается в следующем. Если к сетевой обмотке приложить напряжение, то, поскольку она замкнута, в ней начнет протекать переменный ток. Вокруг этого тока возникает переменное магнитное поле, которое собирается в сердечнике и протекает по нему в виде магнитного потока. Поскольку на сердечнике расположена еще одна обмотка – вторичная, то поде действием переменного магнитного потока в ней навидится электродвижущая сила (ЭДС). При замыкании этой обмотки на нагрузку, через нее будет протекать переменный ток.

Радиолюбители в своей практике чаще всего применяют два вида трансформаторов, которые главным образом отличатся типом сердечника – броневой и тороидальный. Последний удобнее в применении тем, что на него достаточно просто можно домотать нужное количество витков, тем самым получить необходимое вторичное напряжение, которое прямопропорционально зависит от количества витков.

Основными для нас являются два параметра трансформатора – напряжение и ток вторичной обмотки. Величину тока примем равной 1 А, поскольку на такое же значение мы возьмем стабилитроны. О чем немного далее.

Диодный мост

Продолжаем собирать блок питания своими руками. И следующим порядковым элементом в схеме установлен диодный мост, он же полупроводниковый или диодный выпрямитель. Предназначен он для преобразования переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора в постоянное, а точнее говоря, в выпрямленное пульсирующее. Отсюда и происходит название «выпрямитель».

Существуют различные схемы выпрямления, однако наибольшее применение получила мостовая схема. Принцип работы ее заключается в следующем. В первый полупериод переменного напряжения ток протекает по пути через диод VD1, резистор R1 и светодиод VD5. Далее ток возвращается к обмотке через открытый VD2.

К диодам VD3 и VD4 в этот момент приложено обратное напряжение, поэтому они заперты и ток через них не протекает (на самом деле протекает только в момент коммутации, но этим можно пренебречь).

В следующий полупериод, когда ток во вторичной обмотке изменит свое направление, произойдет все наоборот: VD1 и VD2 закроются, а VD3 и VD4 откроются. При этом направление протекания тока через резистор R1 и светодиод VD5 останется прежним.

Диодный мост можно спаять из четырех диодов, соединенных согласно схемы, приведенной выше. А можно купить готовый. Они бывают горизонтального и вертикального исполнения в разных корпусах. Но в любом случае имеют четыре вывода. На два вывода подается переменное напряжение, они обозначаются знаком «

», оба одинаковой длины и самые короткие.

С двух других выводов снимается выпрямленное напряжение. Обозначаются они «+» и «-». Вывод «+» имеет наибольшую длину среди остальных. А на некоторых корпусах возле него делается скос.

Конденсаторный фильтр

После диодного моста напряжение имеет пульсирующий характер и еще непригодно для питания микросхем и тем более микроконтроллеров, которые очень чувствительны к различного рода перепадам напряжения. Поэтому его необходимо сгладить. Для этого можно применяется дроссель либо конденсатор. В рассматриваемой схеме достаточно использовать конденсатор. Однако он должен иметь большую емкость, поэтому следует применять электролитический конденсатор. Такие конденсаторы зачастую имеют полярность, поэтому ее необходимо соблюдать при подключении в схему.

Отрицательный вывод короче положительного и на корпусе возле первого наносится знак «-».

Стабилизатор напряжения LM7805, LM7809, LM7812

Вы наверное замечали, что величина напряжения в розетке не равна 220 В, а изменяется в некоторых пределах. Особенно это ощутимо при подключении мощной нагрузки. Если не применять специальных мер, то оно и на выходе блока питания будет изменяться в пропорциональном диапазоне. Однако такие колебания крайне не желательны, а иногда и недопустимы для многих электронных элементов. Поэтому напряжение после конденсаторного фильтра подлежит обязательной стабилизации. В зависимости от параметров питаемого устройства применяются два варианта стабилизации. В первом случае используются стабилитрон, а во втором – интегральный стабилизатор напряжения. Рассмотрим применение последнего.

В радиолюбительской практике широкое применение получили стабилизаторы напряжения серии LM78xx и LM79xx. Две буквы указывают на производителя. Поэтому вместо LM могут быть и другие буквы, например CM. Маркировка состоит из четырех цифр. Первые две – 78 или 79 означают соответственно положительно или отрицательное напряжение. Две последние цифры, в данном случае вместо них два икса: хх, обозначают величину выходного U. Например, если на позиции двух иксов будет 12, то данный стабилизатор выдает 12 В; 08 – 8 В и т.д.

Для примера расшифруем следующие маркировки:

LM7805 → 5 В, положительное напряжение

LM7912 → 12 В, отрицательное U

Интегральные стабилизаторы имеют три вывода: вход, общий и выход; рассчитаны на ток 1А.

Если выходное U значительно превышает входное и при этом потребляется предельный ток 1 А, то стабилизатор сильно нагревается, поэтому его следует устанавливать на радиатор. Конструкция корпуса предусматривает такую возможность.

Если ток нагрузки гораздо ниже предельного, то можно и не устанавливать радиатор.

Схема блока питания

Схема блока питания в классическом исполнении включает: сетевой трансформатор, диодный мост, конденсаторный фильтр, стабилизатор и светодиод. Последний выполняет роль индикатора и подключается через токоограничивающий резистор.

Поскольку в данной схеме лимитирующим по тока элементов является стабилизатор LM7805 (допустимое значение 1 А), то все остальные компоненты должны быть рассчитаны на ток не менее 1 А. Поэтому и вторичная обмотка трансформатора выбирается на ток от одного ампера. Напряжение ее должно быть не ниже стабилизированного значения. А по хорошему его следует выбирать из таких соображений, что после выпрямления и сглаживания U должно быть на 2 – 3 В выше, чем стабилизированное, т.е. на вход стабилизатора следует подавать на пару вольт больше его выходного значения. Иначе он будет работать некорректно. Например, для LM7805 входное U = 7 – 8 В; для LM7805 → 15 В. Однако следует учитывать, что при слишком завышенном значении U, микросхема будет сильно нагреваться, поскольку «лишнее» напряжение гасится на ее внутреннем сопротивлении.

Диодный мост можно сделать из диодов типа 1N4007, или взять готовый на ток не менее 1 А.

Сглаживающий конденсатор C1 должен иметь большую емкость 100 – 1000 мкФ и U = 16 В.

Конденсаторы C2 и C3 предназначены для сглаживания высокочастотных пульсаций, которые возникают при работе LM7805. Они устанавливаются для большей надежности и носят рекомендательный характер от производителей стабилизаторов подобных типов. Без таких конденсаторов схема также нормально работает, но поскольку они практически ничего не стоят, то лучше их поставить.

Блок питания своими руками на 78L05, 78L12, 79L05, 79L08

Часто необходимо питать только одну или пару микросхем или маломощных транзисторов. В таком случае применять мощный блок питания не рационально. Поэтому лучшим вариантом будет применение стабилизаторов серии 78L05, 78L12, 79L05, 79L08 и т.п. Они рассчитаны на максимальный ток 100 мА = 0,1 А, но при этом очень компактные и по размерам не больше обычного транзистора, а также не требует установки на радиатор.

Маркировка и схема подключения аналогичны, рассмотренной выше серии LM, только отличается расположением выводов.

Для примера изображена схема подключения стабилизатора 78L05. Она же подходит и для LM7805.

Схема включения стабилизаторов отрицательно напряжения приведена ниже. На вход подается -8 В, а на выходе получается -5 В.

Как видно, сделать блок питания своими руками очень просто. Любое напряжение можно получить путем установки соответствующего стабилизатора. Следует также помнить о параметрах трансформатора. Далее мы рассмотри, как сделать блок питания с регулировкой напряжения.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector