Ako vyrobiť 12 voltový napájací zdroj vlastnými rukami - príklady obvodov

12 voltový zdroj konštantného napätia je užitočným zariadením pre domácnosť, chatu alebo garáž. Takéto zariadenie je ľahké vyrobiť sami. Nižšie je schéma 12V napájacieho zdroja pre svojpomocnú montáž, ako aj tipy na výpočet a výber komponentov.

Typy napájacích zdrojov

K dnešnému dňu sa zdroje impulzného napätia rozšírili. Majú významnú výhodu oproti tradičným transformátorovým obvodom z hľadiska energetickej účinnosti a hmotnosti a veľkosti. Predpokladá sa, že pri zaťažovacích prúdoch viac ako 5 ampérov majú nepopierateľné preferencie. Ale majú aj nevýhody - napríklad generovanie RF rušenia do napájacej siete a do záťaže.A hlavnou prekážkou pre domácu montáž je zložitosť obvodov a potreba špeciálnych zručností na výrobu častí vinutia. Preto je pre stredne zručného domáceho majstra lepšie vyrábať napájací zdroj podľa obvyklého princípu so sieťovým znižovacím transformátorom.

Kde sa používa zdroj napätia

Rozsah takéhoto PSU v domácnosti je široký:

• napájanie nízkonapäťových lámp;
• nabíjanie batérie;
• napájanie audio zariadení.

Rovnako ako mnoho ďalších účelov, ktoré vyžadujú konštantné napätie 12 voltov.

Schéma napájacieho zdroja transformátora

Schéma napájacieho zdroja.

12 V napájací obvod pracujúci zo siete 220 V pozostáva z nasledujúcich uzlov:

1. Znižovací transformátor. Skladá sa zo železa, primárneho a sekundárneho (môže byť niekoľko) vinutia. Bez toho, aby sme sa dostali hlboko do princípu činnosti, treba poznamenať, že výstupné napätie závisí od pomeru závitov primárneho (n1) a sekundárneho (n2) vinutia. Na získanie 12 voltov je potrebné, aby sekundárne vinutie obsahovalo 220/12 = 18,3 krát menej závitov ako primárne.
2. Usmerňovač. Najčastejšie sa vykonáva vo forme celovlnného obvodu (diódový mostík). Prevádza striedavé napätie na pulzujúce. Prúd prechádza záťažou dvakrát v rovnakom smere.
   Prevádzka celovlnného usmerňovača.
3. Filter. Prevádza pulzujúce napätie na jednosmerné. Nabíja sa pri pripojení napätia a vybíja sa počas prestávok. Pozostáva z vysokokapacitného oxidového kondenzátora, paralelne s ktorým je často zapojený keramický kondenzátor s kapacitou okolo 1 μF. Aby sme pochopili potrebu tohto dodatočného prvku, treba pamätať na to, že oxidový kondenzátor je usporiadaný vo forme fóliových pásikov zvinutých do kotúča.Tento valec má parazitnú indukčnosť, ktorá výrazne zhoršuje kvalitu filtrovania vysokofrekvenčného šumu. Na tento účel sa zapne prídavný kondenzátor na skratovanie RF impulzov.
   Ekvivalentný obvod filtra s oxidom a prídavnými kondenzátormi.
4. Stabilizátor. Môže chýbať. Schémy jednoduchých, ale účinných uzlov sú diskutované nižšie.

Nasledujúce časti pojednávajú o tom, ako vybrať a vypočítať každý prvok 12-voltového zdroja jednosmerného prúdu.

Výber transformátora

Existujú dva spôsoby, ako získať vhodný transformátor. Samostatná výroba znižovacieho bloku a výber vhodného v továrni. V každom prípade majte na pamäti:

• na výstupe znižovacieho vinutia transformátora pri meraní napätia voltmeter ukáže efektívne napätie (1,4 krát menšie ako amplitúda);
• na filtračnom kondenzátore bez zaťaženia bude konštantné napätie približne rovnaké ako amplitúda (hovoria, že napätie na kondenzátore „stúpne“ 1,4-krát);
• ak nie je stabilizátor, potom pri zaťažení napätie na kapacite klesne v závislosti od prúdu;
• aby stabilizátor fungoval, je potrebný určitý prebytok vstupného napätia nad výstupným napätím, ich pomer obmedzuje účinnosť napájacieho zdroja ako celku.

Z posledných dvoch bodov vyplýva, že pre normálnu prevádzku PSU musí napätie transformátora prekročiť 12 V.

Samonavíjací transformátor

Úplný výpočet a výroba domáceho výkonového transformátora je zložitý, časovo náročný a vyžaduje nástroje a zručnosti. Preto sa zváži zjednodušená cesta - výber bloku vhodného na železo a jeho zmena na 12 V.

Ak existuje hotový transformátor, ale neexistuje žiadna schéma jeho pripojenia, musíte zavolať jeho tester vinutia pomocou testera.Vinutie s najvyšším odporom bude pravdepodobne sieťové. Zvyšné vinutia musia byť odstránené.

Ďalej je potrebné zmerať hrúbku súpravy železa b a šírku stredovej dosky a a vynásobiť ich. Plocha prierezu jadra sa získa S \u003d a * b (v cm2). Určuje výkon transformátora P=. Ďalej sa vypočíta maximálny prúd v ampéroch, ktorý je možné odstrániť z vinutia s napätím 12 voltov: I \u003d P / 12.

Určenie plochy jadra.

Potom sa počet závitov na volt vypočíta pomocou vzorca n=50/S. Pre 12 voltov je potrebné navinúť 12 * n závitov s rezervou asi 20% pre straty v medi a na stabilizátore. A ak nie, tak pokles napätia pri zaťažení. A posledným krokom je výber prierezu drôtu vinutia podľa grafu pre prúdovú hustotu 2-3 mA / mm2.

Výber medeného drôtu.

Napríklad existuje transformátor s primárnym vinutím 220 V so sadou železa s hrúbkou 3,5 cm a šírkou stredného jazyka 2,5 cm. Z toho vyplýva, že S = 2,5 * 3,5 = 8,75 a výkon transformátora = 3 W (približne). Potom je maximálny možný prúd pri 12 voltoch I=P/U=3/12=0,25 A. Pre navíjanie si môžete vybrať drôt s priemerom 0,35...0,4 mm2. Pre 1 volt je 50 / 8,75 = 5,7 otáčok, je potrebné navinúť 12 * 5,7 = 33 otáčok. Pri zohľadnení zásob - asi 40 otáčok.

Výber hotového transformátora

Ak existuje hotový transformátor so sekundárnym vinutím vhodným pre prúd a napätie, môžete sa pokúsiť vyzdvihnúť hotový. Napríklad v sérii CCI sú vhodné produkty s napätím sekundárneho vinutia blízko 12 voltov.

Výhodou tohto riešenia je minimálna pracnosť a spoľahlivosť výrobného prevedenia. Mínus - transformátor obsahuje ďalšie vinutia, celkový výkon je tiež vypočítaný pre ich zaťaženie.Preto z hľadiska hmotnosti a veľkosti takýto transformátor stratí.

Výber diód a výroba usmerňovačov

Diódy v usmerňovači sa vyberajú podľa troch parametrov:

• najvyššie prípustné dopredné napätie;
• najvyššie spätné napätie;
• maximálny prevádzkový prúd.

Podľa prvých dvoch parametrov je 90 percent dostupných polovodičových zariadení vhodných na prevádzku v 12-voltovom obvode, na výber je najmä maximálny trvalý prúd. Od tohto parametra závisí aj konštrukcia puzdra diódy a spôsob výroby usmerňovača.

Ak záťažový prúd nepresahuje 1 A, môžu sa použiť zahraničné a domáce jednoampérové ​​diódy:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 („kvapôčka“);
• KD212 a ďalšie.

Pre nižšie prúdy (do 0,3 A) sú určené zariadenia KD105 (KD106). Všetky uvedené diódy je možné namontovať vertikálne aj horizontálne na plošný spoj alebo dosku plošných spojov alebo jednoducho na kolíky. Nepotrebujú radiátory.

Diódový mostík z prvkov s nízkym výkonom.

Ak potrebujete veľké prevádzkové prúdy, potom musíte použiť iné diódy (KD213, KD202, KD203 atď.). Tieto zariadenia sú určené na prevádzku na chladičoch, bez nich vydržia maximálne 10% maximálneho prúdu na štítku. Preto si musíte vybrať hotové chladiče alebo ich vyrobiť sami z medi alebo hliníka.

Iný dizajn diódového mostíka.

Vhodné je tiež použiť hotové mostíkové diódové zostavy KTS405, KVRS a pod. Nie je potrebné ich montovať - ​​stačí použiť striedavé napätie na zodpovedajúce výstupy a odstrániť konštantu.

Montáž KVRS3510.

Kapacita kondenzátora

Kapacita kondenzátora závisí od zaťaženia a od zvlnenia, ktoré umožňuje.Na presný výpočet kapacity existujú vzorce a online kalkulačky, ktoré nájdete na internete. Pre prax sa môžete zamerať na čísla:

• pri nízkych zaťažovacích prúdoch (desiatky miliampérov) by mala byť kapacita 100..200 uF;
• pri prúdoch do 500 mA je potrebný kondenzátor 470..560 uF;
• do 1 A - 1000..1500 uF.

Pri vyšších prúdoch sa kapacita úmerne zvyšuje. Všeobecný prístup je taký, že čím väčší kondenzátor, tým lepšie. Jeho kapacitu môžete ľubovoľne zväčšovať, obmedzená len veľkosťou a cenou. Pokiaľ ide o napätie, je potrebné vziať kondenzátor s vážnou rezervou. Takže pre 12-voltový usmerňovač je lepšie vziať 25-voltový prvok ako 16-voltový.

Tieto úvahy platia pre nestabilizované zdroje. V prípade PSU so stabilizátorom kapacity sa môže niekoľkokrát znížiť.

Stabilizácia výstupného napätia

Stabilizátor na výstupe napájacieho zdroja nie je vždy potrebný. Ak sa teda predpokladá použitie napájacieho zdroja v spojení so zariadením na reprodukciu zvuku, výstup musí mať stabilné napätie. A ak vykurovacie teleso slúži ako záťaž, stabilizátor je jednoznačne nadbytočný. Pre napájanie LED pásikov sa zaobídete aj bez najzložitejšieho napájacieho modulu, no na druhej strane stabilné napätie zaisťuje nezávislosť jasu žiary pri prepätiach a predlžuje životnosť LED svietidla.

Ak sa rozhodne o inštalácii stabilizátora, najjednoduchším spôsobom je zostaviť ho na špecializovaný čip LM7812 (KR142EN5A). Spínací obvod je jednoduchý a nevyžaduje nastavovanie.

Stabilizátor na 7812.

Na vstup takéhoto stabilizátora je možné použiť napätie od 15 do 35 voltov. Na vstupe musí byť inštalovaný kondenzátor C1 s kapacitou najmenej 0,33 mikrofaradu, na výstupe najmenej 0,1 mikrofaradu.Kondenzátor filtračného bloku zvyčajne funguje ako C1, ak dĺžka spojovacích vodičov nepresahuje 7 cm. Ak túto dĺžku nemožno dodržať, bude potrebné nainštalovať samostatný prvok.

Čip 7812 má ochranu proti prehriatiu a skratu. Nepáči sa jej však prepólovanie na vstupe a prívod externého napätia na výstup - jej život v takýchto situáciách sa počíta v sekundách.

Dôležité! Pri záťažovom prúde nad 100 mA je povinná inštalácia integrovaného stabilizátora na chladič!

Zvýšenie výstupného prúdu stabilizátora

Vyššie uvedená schéma vám umožňuje zaťažiť stabilizátor prúdom až 1,5 A. Ak to nestačí, môžete uzol napájať prídavným tranzistorom.

Obvod s n-p-n štruktúrou tranzistora

Externý tranzistor n-p-n.

Tento obvod odporúčajú vývojári a je zahrnutý v údajovom liste pre čip. Výstupný prúd nesmie prekročiť maximálny kolektorový prúd tranzistora, ktorý musí byť vybavený chladičom.

P-n-p tranzistorový obvod

Ak neexistuje žiadna polovodičová trióda štruktúry n-p-n, potom môže byť stabilizátor posilnený polovodičovou triódou p-n-p.

Externý tranzistor p-n-p.

Nízkoenergetická kremíková dióda VD zvyšuje výstupné napätie 7812 o 0,6 V a kompenzuje pokles napätia na prechode emitora tranzistora.

Parametrický stabilizátor

Ak z nejakého dôvodu nie je k dispozícii integrovaný regulátor, môžete uzol spustiť na zenerovej dióde. Je potrebné zvoliť zenerovu diódu so stabilizačným napätím 12 V a určenú pre príslušný zaťažovací prúd. Najvyšší prúd pre niektoré 12-voltové domáce a dovážané zenerove diódy je uvedený v tabuľke.

Schéma jednoduchého parametrického stabilizátora.

Hodnota odporu sa vypočíta podľa vzorca:

R \u003d (Uin min-Ust) / (V max + Ist min), kde:

• Uin min - minimálne vstupné nestabilizované napätie (malo by byť aspoň 1,4 Ust), voltov;
• Ust - stabilizačné napätie zenerovej diódy (referenčná hodnota), volt;
• V max - najvyšší zaťažovací prúd;
• Ist min - minimálny stabilizačný prúd (referenčná hodnota).

Ak neexistuje zenerova dióda pre požadované napätie, môže byť vytvorená z dvoch zapojených do série. V tomto prípade by celkové napätie malo byť 12 V (napríklad D815A pri 5,6 V plus D815B pri 6,8 V poskytne 12,4 V).

Dôležité! Paralelne zapájať zenerove diódy (aj rovnakého typu) "na zvýšenie stabilizačného prúdu" je nemožné!

Zenerove diódy nie sú zapojené paralelne.

Parametrický stabilizátor môžete napájať rovnakým spôsobom - zapnutím externého tranzistora.

Schéma výkonného stabilizátora.

Pre výkonný tranzistor je potrebné zabezpečiť radiátor. Napájacie napätie v tomto prípade bude menšie ako Ust zenerovej diódy o 0,6 V. V prípade potreby je možné výstupné napätie upraviť smerom nahor zapnutím kremíkovej diódy (alebo reťazca diód). Každý prvok v reťazci zvýši Vout približne o 0,6 V.

Obvod stabilizátora so zenerovou diódou a diódou.

Regulácia výstupného napätia

Ak sa napätie napájacieho zdroja musí regulovať od nuly, potom by optimálnym obvodom bol parametrický stabilizátor s pridaním premenlivého odporu.

Plynulá regulácia napätia.

Rezistor 1 kΩ zapojený medzi bázu tranzistora a spoločný vodič ochráni triódu pred zlyhaním, ak sa preruší obvod motora potenciometra.Keď otočíte gombíkom premenlivého odporu, napätie na báze tranzistora sa zmení z 0 na Ust zenerovej diódy s oneskorením asi 0,6 voltu. Treba počítať s tým, že parametre uzla budú horšie kvôli použitiu potenciometra – prítomnosť pohyblivého kontaktu (aj kvalitného) nevyhnutne zníži stabilitu napätia na báze tranzistora.

Prečítajte si tiež

Ako vyrobiť napájanie z energeticky úspornej žiarovky

 

Dosiahnutie regulácie 0 až 12 voltov s integrovaným regulátorom série 78XX je oveľa ťažšie. Ak postačuje rozsah regulácie 5 až 12 V, môžete použiť čip 7805 a zapnúť ho podľa obvodu potenciometra. Zenerova dióda by mala mať napätie asi 7 voltov (KS168 s diódou alebo bez diódy, KS175 atď.). V spodnej polohe posúvača potenciometra je kolík GND pripojený k spoločnému vodiču a výstup bude 5 voltov. Keď sa motor posunie na horný výkon, napätie na ňom narastie až po Ust zenerovej diódy a sčíta sa so stabilizačným napätím mikroobvodu.

Plynulá regulácia od 5 do 12 voltov.

Môžete použiť čip LM317. Má tiež tri terminály a je špeciálne navrhnutý na vytváranie regulovaných zdrojov. Ale tento stabilizátor má nižší prah napätia začínajúci na 1,25 voltov. Na internete je na LM317 veľa obvodov s nastavovaním od nuly, ale 90+ percent týchto obvodov je nefunkčných.

Štandardná schéma zapojenia LM317.

Prečítajte si tiež:Podomácky vyrobený zdroj s reguláciou napätia a prúdu 0 až 30V

Usporiadanie prístroja

Po výbere všetkých uzlov alebo po jasnom predstave o tom, čo to bude, môžete pristúpiť k rozloženiu zariadenia. Je tiež dôležité pochopiť, aký bude budúci prípad zariadenia.Môžete si vybrať hotové, môžete to urobiť sami, ak máte materiály a zručnosti.

Neexistujú žiadne špeciálne pravidlá pre rozloženie uzlov vo vnútri puzdra. Je však žiaduce usporiadať uzly tak, aby boli spojené vodičmi v sérii, ako na obrázku, a pozdĺž najkratšej vzdialenosti. Výstupné svorky je najlepšie umiestniť na stranu oproti sieťovému káblu. Je lepšie upevniť vypínač a poistku na zadnej strane zariadenia. Pre racionálne využitie medziplášťového priestoru môžu byť niektoré uzly inštalované vertikálne, ale je lepšie upevniť diódový mostík horizontálne. Pri vertikálnej montáži budú prúdy horúceho vzduchu zo spodných diód prúdiť okolo horných prvkov a dodatočne ich ohrievať.

Pre tých, ktorí nerozumejú, pozrite si video: Jednoduchý napájací zdroj pre domácich majstrov.

Zostavenie jednosmerného napájacieho zdroja s pevným výkonom je jednoduché. To je v silách priemerného majstra, potrebujete iba základné znalosti v elektrotechnike a minimálne inštalačné zručnosti.