Cum să faci o sursă de alimentare de 12 volți cu propriile mâini - exemple de circuite

O sursă de tensiune constantă de 12 volți este un dispozitiv util pentru o casă, cabană sau garaj. Un astfel de dispozitiv este ușor de făcut singur. Mai jos este o diagramă a unei surse de alimentare de 12 V pentru asamblarea de către dvs., precum și sfaturi pentru calcularea și alegerea componentelor.

Tipuri de surse de alimentare

Până în prezent, sursele de tensiune în impulsuri au devenit larg răspândite. Acestea au un avantaj semnificativ față de circuitele tradiționale de transformare în ceea ce privește eficiența energetică și greutatea și dimensiunea. Se crede că la curenți de sarcină mai mari de 5 amperi, aceștia au preferințe incontestabile. Dar au și dezavantaje - de exemplu, generarea de interferențe RF în rețeaua de alimentare și în sarcină.Și principalul obstacol pentru asamblarea acasă este complexitatea circuitelor și nevoia de abilități speciale pentru fabricarea pieselor de înfășurare. Prin urmare, este mai bine ca un maestru de acasă cu calificare medie să fabrice o sursă de alimentare conform principiului obișnuit cu un transformator de rețea.

Unde este folosită sursa de tensiune

Domeniul de aplicare al unui astfel de PSU în gospodărie este larg:

• alimentarea cu energie a lămpilor de joasă tensiune;
• încărcare baterie;
• sursa de alimentare pentru dispozitive audio.

Precum și multe alte scopuri care necesită o tensiune constantă de 12 volți.

Schema de alimentare cu transformator

Schema schematică a sursei de alimentare.

Un circuit de alimentare de 12 volți care funcționează dintr-o rețea de 220 V este format din următoarele noduri:

1. Un transformator coborâtor. Este format din fier, primar și secundar (pot fi mai multe) înfășurări. Fără a aprofunda principiul de funcționare, trebuie remarcat faptul că tensiunea de ieșire depinde de raportul spirelor înfășurărilor primare (n1) și secundare (n2). Pentru a obține 12 volți, este necesar ca înfășurarea secundară să conțină 220/12 = 18,3 ori mai puține spire decât primarul.
2. Redresor. Cel mai adesea realizat sub forma unui circuit cu undă completă (punte de diode). Transformă tensiunea alternativă în pulsație. Curentul trece prin sarcină de două ori în aceeași direcție.
   Funcționarea unui redresor cu undă completă.
3. Filtru. Transformă tensiunea pulsatorie în DC. Se încarcă atunci când se aplică tensiune și se descarcă în timpul pauzelor. Este alcătuit dintr-un condensator de oxid de mare capacitate, în paralel cu care este adesea conectat un condensator ceramic cu o capacitate de aproximativ 1 μF. Pentru a înțelege necesitatea acestui element suplimentar, trebuie amintit că condensatorul de oxid este aranjat sub formă de benzi de folie rulate într-o rolă.Această rolă are inductanță parazită, care degradează semnificativ calitatea filtrării de zgomot de înaltă frecvență. Pentru a face acest lucru, este pornit un condensator suplimentar pentru scurtcircuitarea impulsurilor RF.
   Circuit echivalent al filtrului cu oxid și condensatori suplimentari.
4. Stabilizator. Poate să lipsească. Schemele de noduri simple, dar eficiente sunt discutate mai jos.

Următoarele secțiuni discută cum să selectați și să calculați fiecare element al unei surse de 12 volți DC.

Selectarea transformatorului

Există două moduri de a obține un transformator adecvat. Producerea independentă a unui bloc step-down și selectarea unuia potrivit în fabrică. În orice caz, rețineți:

• la ieșirea înfășurării descendente a transformatorului, la măsurarea tensiunii, voltmetrul va afișa tensiunea efectivă (de 1,4 ori mai mică decât amplitudinea);
• pe condensatorul de filtru fără sarcină, tensiunea constantă va fi aproximativ egală cu amplitudinea (se spune că tensiunea de pe condensator „crește” de 1,4 ori);
• dacă nu există stabilizator, atunci sub sarcină tensiunea capacității va scădea în funcție de curent;
• pentru ca stabilizatorul să funcționeze, este necesar un anumit exces de tensiune de intrare față de tensiunea de ieșire, raportul acestora limitând eficiența sursei de alimentare în ansamblu.

Din ultimele două puncte, rezultă că pentru funcționarea normală a PSU, tensiunea transformatorului trebuie să depășească 12 V.

Transformator automat

Calculul complet și fabricarea unui transformator de putere de casă este complexă, consumatoare de timp, necesită instrumente și abilități. Prin urmare, va fi luată în considerare o cale simplificată - selectarea unui bloc potrivit pentru fier și modificarea acestuia la 12 V.

Dacă există un transformator gata făcut, dar nu există o diagramă a conexiunii acestuia, trebuie să apelați testerul său de înfășurare cu un tester.Înfășurarea cu cea mai mare rezistență este probabil să fie rețea. Restul înfășurărilor trebuie îndepărtate.

Apoi, trebuie să măsurați grosimea setului de fier b și lățimea plăcii centrale a și să le înmulțiți. Aria secțiunii transversale a miezului se obține S \u003d a * b (în cm2). Determină puterea transformatorului P=. În continuare, se calculează curentul maxim în amperi, care poate fi îndepărtat dintr-o înfășurare cu o tensiune de 12 volți: I \u003d P / 12.

Determinarea ariei nucleului.

În continuare, numărul de spire pe volt este calculat folosind formula n=50/S. Pentru 12 volți, este necesar să înfășurați 12 * n spire cu o marjă de aproximativ 20% pentru pierderi în cupru și pe stabilizator. Și dacă nu, atunci scade tensiunea sub sarcină. Și ultimul pas este să selectați secțiunea transversală a firului de înfășurare conform graficului pentru o densitate de curent de 2-3 mA / mm2.

Alegerea firului de cupru.

De exemplu, există un transformator cu o înfășurare primară de 220 V cu un set de fier de 3,5 cm grosime și o lățime a limbii mijlocii de 2,5 cm. Prin urmare, S = 2,5 * 3,5 = 8,75 și puterea transformatorului =3 W (aproximativ). Atunci curentul maxim posibil la 12 volți este I=P/U=3/12=0,25 A. Pentru înfășurare, puteți alege un fir cu diametrul de 0,35..0,4 mm pătrați. Pentru 1 volt există 50 / 8,75 = 5,7 spire, este necesar să înfășurați 12 * 5,7 = 33 de spire. Ținând cont de stoc - aproximativ 40 de spire.

Alegerea unui transformator finit

Dacă există un transformator gata făcut cu o înfășurare secundară potrivită pentru curent și tensiune, puteți încerca să alegeți unul gata făcut. De exemplu, în seria CCI există produse potrivite cu o tensiune secundară de înfășurare apropiată de 12 volți.

Avantajul acestei soluții este intensitatea minimă a muncii și fiabilitatea execuției în fabrică. Minus - transformatorul conține alte înfășurări, puterea totală este calculată și pentru sarcina lor.Prin urmare, în ceea ce privește greutatea și dimensiunea, un astfel de transformator va pierde.

Alegerea diodelor și fabricarea redresorului

Diodele din redresor sunt selectate în funcție de trei parametri:

• cea mai mare tensiune directă admisă;
• cea mai mare tensiune inversă;
• curent maxim de funcționare.

Conform primilor doi parametri, 90% dintre dispozitivele semiconductoare disponibile sunt potrivite pentru funcționarea într-un circuit de 12 volți, alegerea se face în principal prin curentul continuu maxim. Designul carcasei diodei și metoda de fabricare a redresorului depind, de asemenea, de acest parametru.

Dacă curentul de sarcină nu depășește 1 A, pot fi utilizate diode străine și interne de un amper:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 („picătură”);
• KD212 și altele.

Pentru curenți mai mici (până la 0,3 A), sunt proiectate dispozitivele KD105 (KD106). Toate diodele enumerate pot fi montate atât vertical, cât și orizontal pe un circuit imprimat sau o placă de circuite, sau pur și simplu pe pini. Nu au nevoie de calorifere.

Punte de diode din elemente de putere redusă.

Dacă aveți nevoie de curenți mari de funcționare, atunci trebuie să utilizați alte diode (KD213, KD202, KD203 etc.). Aceste dispozitive sunt proiectate pentru funcționarea pe radiatoare, fără ele nu vor rezista mai mult de 10% din curentul maxim de pe plăcuța de identificare. Prin urmare, trebuie să alegeți radiatoare gata făcute sau să le faceți singur din cupru sau aluminiu.

Un alt design al podului de diode.

De asemenea, este convenabil să utilizați ansambluri de diode punte gata făcute KTS405, KVRS sau altele asemenea. Nu trebuie să fie asamblate - este suficient să aplicați o tensiune alternativă la ieșirile corespunzătoare și să eliminați constanta.

Asamblarea KVRS3510.

Capacitatea condensatorului

Capacitatea unui condensator depinde de sarcină și de ondulația pe care o permite.Pentru a calcula cu exactitate capacitatea, există formule și calculatoare online care pot fi găsite pe Internet. Pentru practică, vă puteți concentra pe numere:

• la curenți mici de sarcină (zeci de miliamperi), capacitatea ar trebui să fie de 100..200 uF;
• la curenți de până la 500 mA este necesar un condensator de 470..560 uF;
• pana la 1 A - 1000..1500 uF.

Pentru curenți mai mari, capacitatea crește proporțional. Abordarea generală este că, cu cât condensatorul este mai mare, cu atât mai bine. Îi puteți crește capacitatea în orice măsură, limitată doar de dimensiune și cost. În ceea ce privește tensiunea, este necesar să luați un condensator cu o marjă serioasă. Deci, pentru un redresor de 12 volți, este mai bine să luați un element de 25 de volți decât unul de 16 volți.

Aceste considerații sunt valabile pentru sursele nestabilizate. Pentru un PSU cu stabilizator de capacitate, acesta poate fi redus de mai multe ori.

Stabilizarea tensiunii de ieșire

Nu este întotdeauna necesar un stabilizator la ieșirea sursei de alimentare. Deci, dacă ar trebui să folosească o unitate de alimentare împreună cu un echipament de reproducere a sunetului, atunci ieșirea trebuie să aibă o tensiune stabilă. Și dacă elementul de încălzire servește drept sarcină, stabilizatorul este în mod clar redundant. Pentru Alimentare cu bandă LED te poți descurca fără cel mai complex modul de alimentare, dar, pe de altă parte, o tensiune stabilă asigură independența luminozității strălucirii în timpul supratensiunii și prelungește durata de viață a lămpii LED.

Dacă se ia decizia de a instala un stabilizator, atunci cea mai ușoară cale este să-l asamblați pe un cip specializat LM7812 (KR142EN5A). Circuitul de comutare este simplu și nu necesită ajustare.

Stabilizator pe 7812.

La intrarea unui astfel de stabilizator poate fi aplicată o tensiune de la 15 la 35 de volți. Un condensator C1 cu o capacitate de cel puțin 0,33 microfarad trebuie instalat la intrare, cel puțin 0,1 microfarad la ieșire.Condensatorul blocului de filtrare acționează de obicei ca C1 dacă lungimea firelor de conectare nu depășește 7 cm. Dacă această lungime nu poate fi menținută, atunci va trebui instalat un element separat.

Cipul 7812 are protecție împotriva supraîncălzirii și scurtcircuitului. Dar nu îi place inversarea polarității la intrare și furnizarea de tensiune externă la ieșire - timpul ei de viață în astfel de situații este calculat în secunde.

Important! Pentru curent de sarcină peste 100 mA este obligatorie instalarea unui stabilizator integral pe un radiator!

Creșterea curentului de ieșire al stabilizatorului

Schema de mai sus vă permite să încărcați stabilizatorul cu un curent de până la 1,5 A. Dacă acest lucru nu este suficient, puteți alimenta nodul cu un tranzistor suplimentar.

Circuit cu un tranzistor cu structură n-p-n

Tranzistor extern n-p-n.

Acest circuit este recomandat de dezvoltatori și este inclus în fișa de date pentru cip. Curentul de ieșire nu trebuie să depășească curentul maxim de colector al tranzistorului, care trebuie să fie prevăzut cu un radiator.

Circuit tranzistor P-n-p

Dacă nu există o triodă semiconductoare a structurii n-p-n, atunci stabilizatorul poate fi amplificat cu o triodă semiconductoare p-n-p.

Tranzistor extern p-n-p.

Dioda de siliciu de mică putere VD crește tensiunea de ieșire a 7812 cu 0,6 V și compensează căderea de tensiune pe joncțiunea emițătorului tranzistorului.

Stabilizator parametric

Dacă din anumite motive regulatorul integrat nu este disponibil, puteți rula nodul pe dioda zener. Este necesar să alegeți o diodă zener cu o tensiune de stabilizare de 12 V și proiectată pentru curentul de sarcină corespunzător. Cel mai mare curent pentru unele diode zener interne și importate de 12 volți este indicat în tabel.

Schema unui stabilizator parametric simplu.

Valoarea rezistorului se calculează cu formula:

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

• Uin min - tensiune minimă de intrare nestabilizată (ar trebui să fie de cel puțin 1,4 Ust), volți;
• Ust - tensiunea de stabilizare a diodei zener (valoarea de referință), volt;
• În max - cel mai mare curent de sarcină;
• Ist min - curent minim de stabilizare (valoare de referință).

Dacă nu există o diodă zener pentru tensiunea dorită, aceasta poate fi formată din două conectate în serie. În acest caz, tensiunea totală ar trebui să fie de 12 V (de exemplu, D815A la 5,6 volți plus D815B la 6,8 volți va da 12,4 V).

Important! Este imposibil să conectați diode zener (chiar de același tip) în paralel „pentru a crește curentul de stabilizare”!

Diodele Zener nu sunt conectate în paralel.

Puteți porni stabilizatorul parametric în același mod - pornind un tranzistor extern.

Schema unui stabilizator puternic.

Pentru un tranzistor puternic, trebuie prevăzut un radiator. Tensiunea de alimentare în acest caz va fi mai mică decât Ust a diodei zener cu 0,6 V. Dacă este necesar, tensiunea de ieșire poate fi ajustată în sus prin pornirea unei diode de siliciu (sau a unui lanț de diode). Fiecare element din lanț va crește Vout cu aproximativ 0,6 V.

Circuit stabilizator cu o diodă zener și o diodă.

Reglarea tensiunii de ieșire

Dacă tensiunea sursei de alimentare trebuie să fie reglată de la zero, atunci circuitul optim ar fi un stabilizator parametric cu adăugarea unui rezistor variabil.

Reglare lină a tensiunii.

Un rezistor de 1 kΩ conectat între baza tranzistorului și firul comun va proteja trioda împotriva defecțiunii dacă circuitul potențiometrului motor se rupe.Când butonul rezistorului variabil este rotit, tensiunea de la baza tranzistorului se va schimba de la 0 la Ust al diodei zener cu un decalaj de aproximativ 0,6 volți. Trebuie avut în vedere faptul că parametrii nodului vor fi mai răi din cauza utilizării unui potențiometru - prezența unui contact în mișcare (chiar de bună calitate) va reduce inevitabil stabilitatea tensiunii la baza tranzistorului.

Citeste si

Cum se face o sursă de alimentare dintr-o lampă de economisire a energiei

 

Obținerea reglajului de la 0 la 12 volți cu regulatorul integrat din seria 78XX este mult mai dificilă. Dacă un interval de reglare de la 5 la 12 V este suficient, puteți utiliza cipul 7805 și îl puteți porni în funcție de circuitul potențiometrului. Dioda zener ar trebui să fie la o tensiune de aproximativ 7 volți (KS168 cu sau fără diodă, KS175 etc.). În poziția inferioară a cursorului potențiometrului, pinul GND este conectat la firul comun, iar ieșirea va fi de 5 volți. Când motorul este mutat la ieșirea superioară, tensiunea de pe acesta va crește până la Ust al diodei Zener și se va adăuga cu tensiunea de stabilizare a microcircuitului.

Reglare lină de la 5 la 12 volți.

Puteți utiliza cipul LM317. Are, de asemenea, trei terminale și este conceput special pentru a crea surse reglementate. Dar acest stabilizator are un prag de tensiune mai mic, începând de la 1,25 volți. Există multe circuite pe Internet pe LM317 cu ajustare de la zero, dar peste 90% dintre aceste circuite sunt inoperante.

Schema de conexiuni standard LM317.

Citeste si:Alimentare de casă cu reglare de tensiune și curent de la 0 la 30V

Dispunerea instrumentului

După ce toate nodurile sunt selectate sau există o idee clară despre ceea ce vor fi, puteți trece la aspectul dispozitivului. De asemenea, este important să înțelegeți cum va fi carcasa viitoare a dispozitivului.Puteți alege gata făcute, o puteți face singur dacă aveți materiale și abilități.

Nu există reguli speciale pentru aranjarea nodurilor în interiorul carcasei. Dar este de dorit să aranjați nodurile astfel încât să fie conectate prin conductori în serie, ca în diagramă, și pe cea mai scurtă distanță. Bornele de ieșire sunt cel mai bine plasate pe partea opusă cablului de alimentare. Este mai bine să reparați întrerupătorul de alimentare și siguranța de pe spatele dispozitivului. Pentru utilizarea rațională a spațiului dintre carcase, unele dintre noduri pot fi instalate vertical, dar este mai bine să fixați puntea de diode pe orizontală. Când sunt montate vertical, curenții de convecție de aer cald de la diodele inferioare vor curge în jurul elementelor superioare și le vor încălzi suplimentar.

Pentru cei care nu înțeleg, vizionați videoclipul: O sursă de alimentare simplă, de do-it-yourself.

Asamblarea unei surse de alimentare CC cu putere fixă ​​este ușoară. Acest lucru este în puterea unui maestru obișnuit, aveți nevoie doar de cunoștințe elementare în inginerie electrică și abilități minime de instalare.