Cum se face o sursă de alimentare de 12 volți cu propriile mâini - circuite de probă

Un regulator de tensiune de 12 volți de curent continuu este un dispozitiv util pentru casă, grădină sau garaj. Nu este dificil să faceți un astfel de dispozitiv de unul singur. Mai jos este o diagramă a sursei de alimentare de 12 V pentru a-și asambla propriile mâini, precum și sfaturi privind calcularea și selectarea componentelor.

Tipuri de surse de alimentare

În prezent, sursele de alimentare cu comutație sunt utilizate pe scară largă. Acestea au un avantaj semnificativ față de circuitele tradiționale de transformare în ceea ce privește eficiența energetică și dimensiunile de masă. Se consideră că acestea au un avantaj incontestabil la curenți de sarcină de peste 5 amperi. Dar acestea au și dezavantaje, cum ar fi generarea de interferențe de radiofrecvență în rețeaua de alimentare și în sarcină. Iar principalul obstacol în calea asamblării la domiciliu este complexitatea circuitelor și necesitatea unor abilități speciale pentru fabricarea pieselor de înfășurare. Din acest motiv, este mai bine ca un om de casă obișnuit să realizeze o sursă de alimentare în mod obișnuit cu un transformator de reducere a rețelei.

În cazul în care se utilizează sursa de tensiune

Gama de aplicații pentru o astfel de sursă de alimentare în casă este largă:

• Alimentare electrică pentru corpuri de iluminat de joasă tensiune;
• Încărcarea bateriilor reîncărcabile;
• Sursă de alimentare pentru dispozitivele de redare audio.

Și multe alte scopuri pentru care este necesară o tensiune de 12 volți de curent continuu.

Diagrama schematică a unei surse de alimentare cu transformator

Diagrama schematică a unei surse de alimentare.

O diagramă schematică a unei surse de alimentare de 12 volți care funcționează de la rețeaua de 220 V este formată din următoarele noduri:

1. Transformator de reducere. Acesta este format din înfășurări de fier, primare și secundare (pot fi mai multe). Fără a intra în principiul de funcționare, trebuie remarcat faptul că tensiunea de ieșire depinde de raportul dintre înfășurările primare (n1) și secundare (n2). Pentru a obține 12 volți, înfășurarea secundară trebuie să aibă de 220/12=18,3 ori mai puține spire decât înfășurarea primară.
2. Rectificator. Cel mai adesea se realizează sub forma unui circuit cu două jumătăți de perioadă (punte de diode). Convertește o tensiune alternativă într-o tensiune pulsatorie. Curentul trece prin sarcină de două ori în aceeași direcție pe perioadă.
   Funcționarea unui redresor cu jumătate de undă.
3. Filtru .. Convertește tensiunea pulsatorie într-o tensiune continuă. Acesta se încarcă în momentele de aplicare a tensiunii și se descarcă în momentele de pauză. Acesta constă dintr-un condensator de oxid de capacitate mare, în paralel cu care este adesea inclus un condensator ceramic cu o capacitate de aproximativ 1 µF. Pentru a înțelege necesitatea acestui element suplimentar, trebuie reamintit faptul că condensatorul de oxid este dispus sub formă de benzi de folie rulate pe o rolă. Această rolă are o inductanță parazită, care afectează în mod vizibil calitatea filtrării interferențelor de înaltă frecvență. În acest scop, este inclus un condensator suplimentar de scurtcircuit RF.
   Circuit de filtrare echivalent cu condensatori de oxidare și auxiliari.
4. Stabilizator. Poate fi omisă. Schemele unităților simple, dar eficiente, sunt prezentate mai jos.

În secțiunile următoare, se discută selecția și calculul fiecărui element al sursei de tensiune de 12 volți de curent continuu.

Selecția transformatorului

Pentru a obține un transformator adecvat, există două modalități posibile. Realizarea de către dumneavoastră a unității coborâtoare sau găsirea unei unități adecvate asamblate în fabrică. În ambele cazuri, trebuie să țineți cont:

• la ieșirea transformatorului de reducere, un voltmetru va arăta tensiunea efectivă (de 1,4 ori mai mică decât tensiunea de amplitudine) atunci când se măsoară tensiunea;
• la condensatorul de filtrare fără sarcină, tensiunea continuă va fi aproximativ egală cu tensiunea de amplitudine (se spune că tensiunea condensatorului "crește" cu un factor de 1,4);
• Dacă nu există un regulator, sub sarcină, tensiunea de pe condensator va scădea în funcție de curent;
• Tensiunea de intrare trebuie să depășească tensiunea de ieșire pentru ca regulatorul să funcționeze, iar raportul lor limitează eficiența sursei de alimentare în ansamblu.

Din ultimele două puncte rezultă că tensiunea transformatorului trebuie să depășească 12 V pentru ca alimentatorul să funcționeze corect.

Înfășurarea transformatorului singur

Calculul și fabricarea completă a unui transformator de putere de casă este complicată, consumatoare de timp și necesită instrumente și abilități. Prin urmare, vom lua în considerare o modalitate simplificată - selectarea unei unități de fier adecvate și transformarea acesteia la 12 V.

Dacă aveți un transformator gata făcut, dar nu aveți o diagramă de cablare, trebuie să utilizați un tester pentru a testa înfășurarea. Înfășurarea cu cea mai mare rezistență este probabil să fie cea de rețea. Celelalte înfășurări trebuie îndepărtate.

În continuare, trebuie să măsurați grosimea setului de fier b și lățimea plăcii centrale a și să le înmulțiți. Rezultatul este suprafața secțiunii transversale a miezului S=a*b (în cm pătrați). Aceasta determină puterea transformatorului P=. Calculați apoi curentul maxim în amperi care poate fi absorbit de o înfășurare de 12 volți: I=P/12.

Determinați zona centrală.

Apoi se calculează numărul de spire pe volt cu ajutorul formulei n=50/S. Pentru 12 volți ar trebui să înfășurați 12*n spire cu o rezervă de aproximativ 20% pentru pierderile în cupru și în regulator. Și dacă nu aveți unul, atunci căderea de tensiune sub sarcină. Și ultimul pas este alegerea secțiunii transversale a firului de înfășurare în conformitate cu diagrama pentru o densitate de curent de 2-3 ma/mp.

Selecția firelor de cupru.

De exemplu, avem un transformator cu un primar de 220V cu un set de fier gros de 3,5 cm și o lățime a limbii medii de 2,5 cm. Deci S=2.5*3.5=8.75 și puterea transformatorului =3W (aproximativ). Atunci, curentul maxim posibil la 12 volți I=P/U=3/12=0,25 A. Pentru înfășurare se poate selecta un fir cu diametrul de 0,35...0,4 mm pătrați. Pentru 1 volt aveți nevoie de 50/8,75=5,7 spire, aveți nevoie de 12*5,7=33 spire. Cu o rezervă de aproximativ 40 de rotații.

Selectarea unui transformator preasamblat

Dacă există un transformator din comerț cu o înfășurare secundară adecvată pentru curent și tensiune, puteți încerca să selectați un transformator din comerț. De exemplu, seria TPP are produse adecvate cu tensiuni secundare apropiate de 12 volți.

Avantajul acestei soluții este efortul minim și fiabilitatea proiectului din fabrică. Dezavantajul este că transformatorul conține și alte înfășurări, iar capacitatea totală este proiectată și pentru sarcina acestora. Prin urmare, acest transformator va pierde din punct de vedere al greutății și dimensiunilor.

Selectarea diodelor și construcția redresorului

Diodele din redresor sunt selectate în funcție de trei parametri:

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

Pentru primii doi parametri, 90 % dintre semiconductoarele disponibile sunt adecvate pentru funcționarea într-un circuit de 12 volți, alegerea bazându-se în principal pe limita de curent continuu. De acest parametru depinde, de asemenea, proiectarea carcasei diodei și modul în care este fabricat redresorul.

În cazul în care curentul de sarcină nu va depăși 1 A, pot fi utilizate diode străine și naționale cu un singur amperaj:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("picătură");
• KD212 și alții.

Pentru curenți mai mici (până la 0,3 A) sunt proiectate dispozitive KD105 (KD106). Toate diodele de mai sus pot fi montate vertical sau orizontal pe un circuit imprimat sau pe o placă de montaj, sau pur și simplu pe pini. Acestea nu au nevoie de radiatoare.

Puntea de diode este alcătuită din elemente de mică putere.

Dacă aveți nevoie de mai mulți curenți de funcționare, ar trebui să utilizați alte diode (KD213, KD202, KD203 etc.). Aceste dispozitive sunt concepute pentru a funcționa pe radiatoare, fără acestea nu vor rezista la mai mult de 10% din curentul nominal maxim. Prin urmare, este necesar să selectați chiuvete de căldură din comerț sau să le confecționați singuri din cupru sau aluminiu.

Un alt proiect de punte cu diode.

De asemenea, este convenabil să se utilizeze ansambluri de diode de punte gata făcute KTs405, KVRS sau similare. Nu este necesar să le asamblați, trebuie doar să conectați tensiunea de curent alternativ la pinii corespunzători și să eliminați tensiunea de curent continuu.

Ansamblul KVRS3510.

Capacitatea condensatorului

Capacitatea unui condensator depinde de sarcină și de ondulația pe care o permite. Există formule și calculatoare online care pot fi găsite pe internet pentru a calcula cu exactitate capacitatea. Pentru a exersa, vă puteți referi la figuri:

• Pentru curenți de sarcină mici (zeci de miliamperi), capacitatea trebuie să fie de 100...200 µF;
• La curenți de până la 500 mA este necesar un condensator de 470...560 uF;
• până 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. Capacitatea poate fi mărită până la orice limită, limitată doar de dimensiuni și costuri. În ceea ce privește tensiunea, un condensator ar trebui să aibă o marjă substanțială. De exemplu, pentru un redresor de 12 volți, este mai bine să folosiți un element de 25 de volți decât unul de 16 volți.

Acest lucru este valabil pentru sursele de alimentare nestabilizate. Pentru sursele de alimentare cu regulatoare, capacitățile pot fi reduse de două ori.

Stabilizarea tensiunii de ieșire

Stabilizatorul nu este întotdeauna necesar la ieșirea unei surse de alimentare. Dacă intenționați să folosiți sursa de alimentare împreună cu un echipament de reproducere audio, este necesar să aveți o tensiune stabilă la ieșire. Dar dacă un încălzitor este utilizat ca sarcină, un stabilizator este evident inutil. Pentru benzi cu LED-uri poate face fără cel mai complex modul al PSU, dar, pe de altă parte, o tensiune stabilă asigură independența luminozității la fluctuațiile din rețea și prelungește durata de viață a iluminatului cu LED-uri.

În cazul în care se decide instalarea unui regulator, cel mai simplu este să îl montați pe un microcircuit specializat LM7812 (KR142EN5A). Circuitul este simplu și nu necesită nicio ajustare.

Regulatorul de pe 7812.

La intrarea unui astfel de regulator se poate aplica o tensiune cuprinsă între 15 și 35 de volți. Un condensator C1 cu o capacitate de cel puțin 0,33 μF trebuie montat la intrare și de cel puțin 0,1 μF la ieșire. C1 este de obicei un condensator al unității de filtrare dacă firele de conectare nu sunt mai lungi de 7 cm. În cazul în care această lungime nu poate fi menținută, va trebui montat un element separat.

Dispozitivul 7812 este protejat împotriva supraîncălzirii și a scurtcircuitelor. Dar nu-i place inversarea polarității la intrare și tensiunea externă aplicată la ieșire - durata sa de viață în astfel de situații este numărată în secunde.

Important! Pentru curenți de sarcină mai mari de 100 mA este obligatorie instalarea regulatorului pe radiator!

Creșterea curentului de ieșire al AVR

Diagrama de mai sus permite aplicarea unui curent de până la 1,5 A la AVR. În cazul în care acest lucru nu este suficient, se poate utiliza un tranzistor suplimentar pentru a reîncărca nodul.

Schema cu tranzistor n-p-n

Tranzistor n-p-n extern.

Acest circuit este recomandat de inginerii proiectanți și este inclus în fișa tehnică a cipului. Curentul de ieșire nu trebuie să depășească curentul maxim de colector al tranzistorului, care trebuie să fie echipat cu un radiator.

Circuit cu un tranzistor p-n-p

În cazul în care nu este disponibilă o triodă semiconductoare cu structură n-p-n, se poate utiliza o triodă semiconductoare p-n-p pentru a reîncărca stabilizatorul.

Tranzistor p-n-p extern.

O diodă de siliciu VD mărește tensiunea de ieșire a 7812 cu 0,6 V și compensează căderea de tensiune pe joncțiunea emițătorului tranzistorului.

Regulator parametric

Dacă, din anumite motive, nu este disponibil un regulator integrat, este posibil să se proiecteze o joncțiune cu un regulator. Selectați un regulator cu o tensiune de stabilizare de 12 V și cu o tensiune nominală pentru curentul de sarcină corespunzător. În tabelul de mai jos este prezentat curentul maxim pentru unele regulatoare de 12 V de origine națională și din import.

Diagrama schematică a unui stabilizator parametric simplu.

Puterea nominală a rezistenței se calculează cu ajutorul formulei:

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

• Uin min - tensiunea minimă de intrare nestabilizată (trebuie să fie de cel puțin 1,4 Ust), în volți;
• Ust - tensiunea stabilizată a regulatorului (valoare de referință), în volți;
• In max - curentul maxim de sarcină;
• Ist min - curent minim de stabilizare (valoare de referință).

În cazul în care nu există un stabilistor pentru tensiunea necesară, acesta poate fi alcătuit din două stabilizatoare conectate în serie. Tensiunea totală trebuie să fie de 12 V (de exemplu, D815A la 5,6 volți plus D815B la 6,8 volți vor da 12,4 V).

Important! Stabilitronii (chiar și cei de același tip) nu trebuie conectați în paralel "pentru a crește curentul de stabilizare"!

Stabilitronii nu sunt conectați în paralel.

Puteți reîncărca un AVR parametric în același mod - prin conectarea unui tranzistor extern.

O schemă a unui stabilizator de putere.

Trebuie prevăzut un radiator pentru tranzistorul de putere. Tensiunea de alimentare va fi atunci cu 0,6V mai mică decât cea a regulatorului Ust. Dacă este necesar, tensiunea de ieșire poate fi ajustată în sus prin includerea unei diode de siliciu (sau a unui lanț de diode). Fiecare element din lanț va crește Uf cu aproximativ 0,6 V.

Diagrama schematică a unui regulator cu o diodă de reglare.

Reglarea tensiunii de ieșire

În cazul în care tensiunea de alimentare trebuie să fie reglată de la zero, cel mai bun sistem este un regulator parametric cu adăugarea unei rezistențe variabile.

Reglarea lină a tensiunii.

Un rezistor de 1kΩ între baza tranzistorului și firul comun va proteja trioda de defecțiuni în cazul în care circuitul glisant al potențiometrului se întrerupe. Rotirea butonului rezistenței variabile va schimba tensiunea de bază a tranzistorului de la 0 la stabilizatorul Ust cu un decalaj de aproximativ 0,6 volți. Rețineți că parametrii nodului vor fi mai slabi din cauza utilizării unui potențiometru - prezența unui contact mobil (chiar și unul de bună calitate) va reduce în mod inevitabil stabilitatea tensiunii de bază a tranzistorului.

Citește și

Cum se face o sursă de alimentare de la o lampă de economisire a energiei

 

Obținerea unei reglementări de la 0 la 12 volți cu un regulator integrat din seria 78XX este mult mai dificilă. Dacă un interval de reglare de la 5 la 12 volți este suficient, puteți utiliza un cip 7805 și îl puteți porni cu un circuit de potențiometru. Stabilitronul ar trebui să fie de aproximativ 7 volți (KC168 cu sau fără diodă, KC175 etc.). În poziția inferioară a cursorului potențiometrului, pinul GND este conectat la firul comun, iar ieșirea va fi de 5 volți. Atunci când cursorul este deplasat către pinul superior, tensiunea de pe cursor va crește până la stabilizatorul Ust și se va adăuga la tensiunea de stabilizare a microcircuitului.

Acesta va regla fără probleme de la 5 la 12 volți.

Se poate utiliza un cip LM317. De asemenea, acesta are trei pini și este special conceput pentru a crea surse reglementate. Dar acest regulator are un prag de tensiune mai mic, care începe la 1,25 volți. Există multe circuite LM317 pe internet cu reglaj de la zero, dar 90+ la sută dintre aceste circuite sunt inoperabile.

Schema de conexiuni standard LM317.

Citește și:Sursă de alimentare de casă cu reglaj de tensiune și curent de la 0 la 30V

Dispunerea dispozitivului

Odată ce toate nodurile sunt selectate sau aveți o idee clară despre cum vor fi acestea, puteți începe să asamblați dispozitivul. De asemenea, este important să înțelegeți viitoarea carcasă a unității. Puteți selecta o unitate prefabricată sau o puteți face dumneavoastră dacă aveți materialele și abilitățile necesare.

Nu există reguli speciale pentru dispunerea ansamblurilor în interiorul carcasei. Cu toate acestea, este recomandabil să se aranjeze ansamblurile astfel încât să fie conectate în serie, așa cum se arată în diagramă, și pe o distanță cât mai scurtă posibil. Terminalele de ieșire trebuie să fie de preferință pe partea opusă cablului de alimentare. Întrerupătorul de alimentare și siguranța ar trebui să fie montate de preferință pe partea din spate a unității. Pentru a utiliza în mod eficient spațiul dintre carcase, unele dintre componente pot fi montate vertical, dar este mai bine să se monteze puntea de diode orizontal. Dacă este montat pe verticală, fluxurile de aer cald de convecție de la diodele inferioare se vor scurge în jurul elementelor superioare și le vor încălzi suplimentar.

Pentru cei care nu înțeleg, urmăriți acest videoclip: O sursă de alimentare simplă cu propriile mâini.

Este ușor de asamblat o sursă de alimentare de curent continuu cu o sursă de alimentare fixă. Acest lucru este la îndemâna omului de rând, necesitând doar o înțelegere de bază a ingineriei electrice și abilități minime de instalare.