Kako napraviti napajanje od 12 volti vlastitim rukama - primjeri krugova

Izvor konstantnog napona od 12 volti koristan je uređaj za dom, vikendicu ili garažu. Takav uređaj lako je napraviti sami. Ispod je dijagram napajanja od 12 V za montažu uradi sam, kao i savjeti za izračun i odabir komponenti.

Vrste izvora napajanja

Do danas su pulsni izvori napona postali široko rasprostranjeni. Imaju značajnu prednost u odnosu na tradicionalne transformatorske krugove u smislu energetske učinkovitosti te težine i veličine. Vjeruje se da pri strujama opterećenja većim od 5 ampera imaju neosporne preferencije. Ali oni također imaju nedostatke - na primjer, stvaranje RF smetnji u opskrbnoj mreži i u opterećenju.A glavna prepreka za kućnu montažu je složenost krugova i potreba za posebnim vještinama za izradu dijelova za namota. Stoga je za srednje kvalificiranog kućnog majstora bolje proizvesti napajanje prema uobičajenom principu s mrežnim silažnim transformatorom.

Gdje se koristi izvor napona

Opseg takvog PSU-a u kućanstvu je širok:

• napajanje niskonaponskih svjetiljki;
• punjenje baterije;
• napajanje audio uređaja.

Kao i mnoge druge namjene koje zahtijevaju konstantan napon od 12 volti.

Shema napajanja transformatora

Shematski dijagram napajanja.

Krug napajanja od 12 volti koji radi iz mreže od 220 V sastoji se od sljedećih čvorova:

1. Step-down transformator. Sastoji se od željeza, primarnog i sekundarnog (može biti nekoliko) namota. Ne ulazeći duboko u princip rada, treba napomenuti da izlazni napon ovisi o omjeru zavoja primarnog (n1) i sekundarnog (n2) namota. Za dobivanje 12 volti potrebno je da sekundarni namot sadrži 220/12 = 18,3 puta manje zavoja od primarnog.
2. Ispravljač. Najčešće se izvodi u obliku punovalnog kruga (diodni most). Pretvara izmjenični napon u pulsirajući. Struja prolazi kroz opterećenje dva puta u istom smjeru.
   Rad punovalnog ispravljača.
3. filtar. Pretvara pulsirajući napon u istosmjerni. Puni se kada se dovede napon, a prazni tijekom pauza. Sastoji se od oksidnog kondenzatora velikog kapaciteta, paralelno s kojim se često spaja i keramički kondenzator kapaciteta oko 1 μF. Da bismo razumjeli potrebu za ovim dodatnim elementom, treba imati na umu da je oksidni kondenzator raspoređen u obliku traka folije umotanih u rolu.Ovaj valjak ima parazitsku induktivnost, što značajno degradira kvalitetu visokofrekventnog filtriranja šuma. Da biste to učinili, uključuje se dodatni kondenzator za kratko spajanje RF impulsa.
   Ekvivalentni krug filtera s oksidnim i dodatnim kondenzatorima.
4. Stabilizator. Možda nedostaje. Sheme jednostavnih, ali učinkovitih čvorova razmatraju se u nastavku.

Sljedeći odjeljci govore o tome kako odabrati i izračunati svaki element 12-voltnog istosmjernog izvora.

Izbor transformatora

Postoje dva načina za dobivanje prikladnog transformatora. Samostalna izrada spuštenog bloka i odabir odgovarajućeg u tvornici. U svakom slučaju, imajte na umu:

• na izlazu opadajućeg namota transformatora, prilikom mjerenja napona, voltmetar će pokazati efektivni napon (1,4 puta manji od amplitude);
• na filtarskom kondenzatoru bez opterećenja, konstantni napon će biti približno jednak amplitudi (kažu da napon na kondenzatoru "diže" za 1,4 puta);
• ako nema stabilizatora, tada će pod opterećenjem napon na kapacitivnosti pasti ovisno o struji;
• da bi stabilizator radio, potreban je određeni višak ulaznog napona nad izlaznim, njihov omjer ograničava učinkovitost napajanja u cjelini.

Iz posljednje dvije točke proizlazi da za normalan rad PSU-a napon transformatora mora biti veći od 12 V.

Samonamotavajući transformator

Potpuni proračun i proizvodnja domaćeg energetskog transformatora složen je, dugotrajan, zahtijeva alate i vještine. Stoga će se razmotriti pojednostavljeni put - odabir bloka prikladnog za željezo i njegova promjena na 12 V.

Ako postoji gotov transformator, ali nema dijagrama njegove veze, trebate pozvati njegov tester namota s testerom.Namot s najvećim otporom vjerojatno će biti mrežni. Ostatak namota mora biti uklonjen.

Zatim morate izmjeriti debljinu glačala b i širinu središnje ploče a te ih pomnožiti. Površina poprečnog presjeka jezgre dobiva se S \u003d a * b (u kvadratnih cm). Određuje snagu transformatora P=. Zatim se izračunava maksimalna struja u amperima, koja se može ukloniti iz namota s naponom od 12 volti: I \u003d P / 12.

Određivanje površine jezgre.

Zatim se izračunava broj zavoja po voltu pomoću formule n=50/S. Za 12 volti potrebno je namotati 12 * n zavoja s marginom od oko 20% za gubitke u bakru i na stabilizatoru. A ako ne, onda pad napona pod opterećenjem. I posljednji korak je odabir poprečnog presjeka žice za namatanje prema grafikonu za gustoću struje od 2-3 mA / sq. mm.

Izbor bakrene žice.

Na primjer, postoji transformator s primarnim namotom od 220 V sa setom željeza debljine 3,5 cm i širine srednjeg jezika od 2,5 cm. Dakle, S = 2,5 * 3,5 = 8,75 i snaga transformatora =3 W (približno). Tada je maksimalna moguća struja na 12 volti I=P/U=3/12=0,25 A. Za namatanje možete odabrati žicu promjera 0,35..0,4 sq. mm. Za 1 volt postoji 50 / 8,75 = 5,7 zavoja, potrebno je namotati 12 * 5,7 = 33 zavoja. Uzimajući u obzir zalihe - oko 40 zavoja.

Izbor gotovog transformatora

Ako postoji gotov transformator sa sekundarnim namotom prikladnim za struju i napon, možete pokušati pokupiti gotov. Na primjer, u seriji CCI postoje prikladni proizvodi s naponom sekundarnog namota blizu 12 volti.

Prednost ovog rješenja je minimalni intenzitet rada i pouzdanost tvorničke izvedbe. Minus - transformator sadrži druge namote, ukupna snaga se također izračunava za njihovo opterećenje.Stoga će, u smislu težine i veličine, takav transformator izgubiti.

Izbor dioda i izrada ispravljača

Diode u ispravljaču biraju se prema tri parametra:

• najveći dopušteni napon naprijed;
• najveći obrnuti napon;
• maksimalna radna struja.

Prema prva dva parametra, 90 posto dostupnih poluvodičkih uređaja pogodno je za rad u 12-voltnom krugu, izbor se uglavnom vrši po maksimalnoj kontinuiranoj struji. Dizajn kućišta diode i način proizvodnje ispravljača također ovise o ovom parametru.

Ako struja opterećenja ne prelazi 1 A, mogu se koristiti strane i domaće diode od jednog ampera:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("kapljica");
• KD212 i drugi.

Za manje struje (do 0,3 A), projektirani su uređaji KD105 (KD106). Sve navedene diode mogu se montirati i okomito i vodoravno na tiskani krug ili pločicu, ili jednostavno na igle. Ne trebaju radijatori.

Diodni most od elemenata male snage.

Ako trebate velike radne struje, onda morate koristiti druge diode (KD213, KD202, KD203, itd.). Ovi uređaji su dizajnirani za rad na hladnjaku, bez njih će izdržati ne više od 10% maksimalne struje na pločici s natpisom. Stoga morate odabrati gotove hladnjake ili ih sami izraditi od bakra ili aluminija.

Još jedan dizajn diodnog mosta.

Također je prikladno koristiti gotove sklopove mostnih dioda KTS405, KVRS ili slično. Ne treba ih sastavljati - dovoljno je primijeniti izmjenični napon na odgovarajuće izlaze i ukloniti konstantu.

Montaža KVRS3510.

Kapacitet kondenzatora

Kapacitet kondenzatora ovisi o opterećenju i o valovitosti koju dopušta.Za točan izračun kapaciteta postoje formule i online kalkulatori koji se mogu pronaći na Internetu. Za praksu, možete se usredotočiti na brojeve:

• pri niskim strujama opterećenja (desetke miliampera), kapacitet bi trebao biti 100..200 uF;
• kod struja do 500 mA potreban je kondenzator od 470..560 uF;
• do 1 A - 1000..1500 uF.

Za veće struje, kapacitivnost raste proporcionalno. Opći pristup je da što je veći kondenzator, to bolje. Njegov kapacitet možete povećati u bilo kojoj mjeri, ograničen samo veličinom i cijenom. Što se tiče napona, potrebno je uzeti kondenzator s ozbiljnom marginom. Dakle, za 12-voltni ispravljač bolje je uzeti 25-voltni element nego 16-voltni.

Ova razmatranja vrijede za nestabilizirane izvore. Za PSU sa stabilizatorom kapaciteta, može se smanjiti za nekoliko puta.

Stabilizacija izlaznog napona

Stabilizator na izlazu napajanja nije uvijek potreban. Dakle, ako treba koristiti jedinicu za napajanje u kombinaciji s opremom za reprodukciju zvuka, tada izlaz mora imati stabilan napon. A ako grijaći element služi kao opterećenje, stabilizator je očito suvišan. Za Napajanje LED trake možete bez najsloženijeg modula napajanja, ali s druge strane, stabilan napon osigurava neovisnost svjetline sjaja tijekom napona i produljuje vijek trajanja LED svjetiljke.

Ako se donese odluka o ugradnji stabilizatora, onda je najlakši način da ga sastavite na specijalizirani čip LM7812 (KR142EN5A). Preklopni krug je jednostavan i ne zahtijeva podešavanje.

Stabilizator na 7812.

Na ulaz takvog stabilizatora može se primijeniti napon od 15 do 35 volti. Na ulazu mora biti instaliran kondenzator C1 kapaciteta najmanje 0,33 mikrofarada, a na izlazu najmanje 0,1 mikrofarada.Kondenzator filtarskog bloka obično djeluje kao C1 ako duljina spojnih žica ne prelazi 7 cm. Ako se ta duljina ne može održati, tada će se morati ugraditi zasebni element.

Čip 7812 ima zaštitu od pregrijavanja i kratkog spoja. Ali ona ne voli promjenu polariteta na ulazu i dovod vanjskog napona na izlaz - njezino se vrijeme života u takvim situacijama računa u sekundama.

Važno! Za struju opterećenja preko 100 mA obavezna je ugradnja integralnog stabilizatora na hladnjak!

Povećanje izlazne struje stabilizatora

Gornja shema omogućuje vam da napunite stabilizator strujom do 1,5 A. Ako to nije dovoljno, možete napajati čvor dodatnim tranzistorom.

Krug s tranzistorom n-p-n strukture

Vanjski tranzistor n-p-n.

Ovaj sklop preporučuju programeri i uključen je u podatkovnu tablicu za čip. Izlazna struja ne smije prelaziti maksimalnu struju kolektora tranzistora, koji mora biti opremljen hladnjakom.

P-n-p tranzistorski krug

Ako nema poluvodičke triode n-p-n strukture, tada se stabilizator može pojačati s p-n-p poluvodičkom triodom.

Vanjski tranzistor p-n-p.

Silicijska dioda male snage VD povećava izlazni napon 7812 za 0,6 V i kompenzira pad napona na emiterskom spoju tranzistora.

Parametarski stabilizator

Ako iz nekog razloga integrirani regulator nije dostupan, možete pokrenuti čvor na zener diodi. Potrebno je odabrati zener diodu sa stabilizacijskim naponom od 12 V i dizajniranu za odgovarajuću struju opterećenja. Najveća struja za neke 12-voltne domaće i uvozne zener diode navedena je u tablici.

Shema jednostavnog parametarskog stabilizatora.

Vrijednost otpornika izračunava se po formuli:

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

• Uin min - minimalni ulazni nestabilizirani napon (treba biti najmanje 1,4 Ust), volti;
• Ust - stabilizacijski napon zener diode (referentna vrijednost), volt;
• U max - najveća struja opterećenja;
• Ist min - minimalna stabilizacijska struja (referentna vrijednost).

Ako nema zener diode za željeni napon, može se sastaviti od dvije serijski spojene. U ovom slučaju, ukupni napon bi trebao biti 12 V (na primjer, D815A na 5,6 volti plus D815B na 6,8 volti dat će 12,4 V).

Važno! Nemoguće je paralelno spojiti zener diode (čak i iste vrste) "za povećanje stabilizacijske struje"!

Zener diode nisu spojene paralelno.

Parametarski stabilizator možete uključiti na isti način - uključivanjem vanjskog tranzistora.

Shema snažnog stabilizatora.

Za snažan tranzistor mora biti osiguran radijator. Napon napajanja u ovom slučaju bit će manji od Ust zener diode za 0,6 V. Ako je potrebno, izlazni napon se može podesiti prema gore uključivanjem silikonske diode (ili lanca dioda). Svaki element u lancu povećat će Vout za oko 0,6 V.

Stabilizatorski krug sa zener diodom i diodom.

Regulacija izlaznog napona

Ako se napon napajanja mora regulirati od nule, tada bi optimalni sklop bio parametarski stabilizator s dodatkom promjenjivog otpornika.

Glatka regulacija napona.

Otpornik od 1 kΩ spojen između baze tranzistora i zajedničke žice zaštitit će triodu od kvara ako se sklop motora potenciometra prekine.Kada se zakrene gumb promjenjivog otpornika, napon na bazi tranzistora će se promijeniti od 0 do Ust zener diode s kašnjenjem od oko 0,6 volti. Treba uzeti u obzir da će parametri čvora biti lošiji zbog upotrebe potenciometra - prisutnost pomičnog kontakta (čak i dobre kvalitete) neizbježno će smanjiti stabilnost napona na bazi tranzistora.

Pročitajte također

Kako napraviti napajanje od štedljive svjetiljke

 

Postizanje regulacije od 0 do 12 volti s integriranim regulatorom serije 78XX puno je teže. Ako je raspon regulacije od 5 do 12 V dovoljan, možete koristiti 7805 čip i uključiti ga prema krugu potenciometra. Zener dioda treba biti na naponu od oko 7 volti (KS168 sa ili bez diode, KS175 itd.). U donjem položaju klizača potenciometra, GND pin je spojen na zajedničku žicu, a izlaz će biti 5 volti. Kada se motor pomakne na gornji izlaz, napon na njemu će narasti do Ust zener diode i zbrajati se sa stabilizacijskim naponom mikrosklopa.

Glatka regulacija od 5 do 12 volti.

Možete koristiti LM317 čip. Također ima tri terminala i posebno je dizajniran za stvaranje reguliranih izvora. Ali ovaj stabilizator ima niži prag napona počevši od 1,25 volti. Postoji mnogo sklopova na Internetu na LM317 s prilagodbom od nule, ali 90+ ​​posto tih sklopova ne radi.

Standardni LM317 dijagram ožičenja.

Pročitajte također:Domaći izvor napajanja s regulacijom napona i struje 0 do 30V

Raspored instrumenata

Nakon što su svi čvorovi odabrani, ili postoji jasna ideja o tome što će biti, možete nastaviti s izgledom uređaja. Također je važno razumjeti kakav će biti budući kućište uređaja.Možete odabrati gotove, možete to učiniti sami ako imate materijale i vještine.

Ne postoje posebna pravila za raspored čvorova unutar kućišta. No, poželjno je rasporediti čvorove tako da su spojeni vodičima u seriji, kao na dijagramu, i duž najkraće udaljenosti. Izlazne stezaljke najbolje je postaviti na stranu nasuprot mrežnom kabelu. Bolje je popraviti prekidač za napajanje i osigurač na stražnjoj strani uređaja. Za racionalno korištenje prostora između kućišta, neki od čvorova mogu se postaviti okomito, ali je bolje fiksirati diodni most vodoravno. Kada se montiraju okomito, konvekcijske struje vrućeg zraka iz donjih dioda će teći oko gornjih elemenata i dodatno ih zagrijavati.

Za one koji ne razumiju, pogledajte video: Jednostavno "uradi sam" napajanje.

Sastavljanje istosmjernog napajanja fiksne snage je jednostavno. To je u moći prosječnog majstora, potrebno vam je samo osnovno znanje iz elektrotehnike i minimalne instalacijske vještine.