Kako narediti 12-voltno napajanje z lastnimi rokami - vzorčna vezja

Vir enosmerne napetosti 12 voltov - uporabna naprava za dom, vikend ali garažo. Takšne naprave ni težko narediti sami. Spodaj je diagram 12V napajalnika za montažo z lastnimi rokami, pa tudi nasveti za izračun in izbiro komponent.

Vrste napajalnikov

Do danes so viri impulzne napetosti zelo razširjeni. Pred tradicionalnimi transformatorskimi vezji imajo pomembno prednost pri energetski učinkovitosti in kazalcih velikosti mase. Menijo, da imajo pri obremenitvenih tokovih nad 5 amperov nesporno prednost. Imajo pa tudi slabosti, kot je ustvarjanje RF motenj v omrežju in obremenitvi. In glavna ovira za domačo montažo je zapletenost vezij in potreba po posebnih veščinah za izdelavo delov za navijanje. Zato je za povprečnega domačega mojstra bolje izdelati napajalnik po običajnem principu z omrežnim padajočim transformatorjem.

Kje se uporablja vir napetosti

Obseg uporabe takšnega PSU v gospodinjstvu je širok:

• napajanje nizkonapetostnih svetilk;
• Polnjenje akumulatorskih baterij;
• Napajalnik za naprave za predvajanje zvoka.

Kot tudi za mnoge druge namene, za katere je potrebna konstantna napetost 12 voltov.

Diagram transformatorskega napajanja

Shematski diagram napajalnika.

Shematski diagram 12-voltnega napajalnika, ki deluje iz omrežja 220 V, je sestavljen iz naslednjih vozlišč:

1. Stopenjski transformator.. Sestavljen je iz železa, primarnega in sekundarnega (lahko jih je več) navitij. Ne da bi se spuščali v načelo delovanja, je treba opozoriti, da je izhodna napetost odvisna od razmerja primarnega (n1) in sekundarnega (n2) navitja. Da bi dobili 12 voltov, je potrebno, da sekundarno navitje vsebuje 220/12=18,3-krat manj ovojev kot primarno navitje.
2. Usmernik. Najpogosteje izdelan v obliki dvopolperiodnega vezja (diodni most). Pretvori izmenično napetost v pulzirajočo napetost. Tok teče skozi breme dvakrat na obdobje v isti smeri.
   Delovanje polperiodnega usmernika.
3. Filter. Pretvori pulzirajočo napetost v enosmerno napetost. Polni se v trenutkih priključene napetosti in prazni v premorih. Sestavljen je iz visoko zmogljivega oksidnega kondenzatorja, vzporedno s katerim je pogosto vključen keramični kondenzator s kapaciteto približno 1 µF. Da bi razumeli potrebo po tem dodatnem elementu, se je treba spomniti, da je oksidni kondenzator razporejen v obliki trakov folije, zvitih v zvitek. Ta zvitek ima parazitsko induktivnost, ki opazno poslabša kakovost filtriranja visokofrekvenčnega šuma. V ta namen je vključen dodaten kratkostični kondenzator HF impulzov.
   Ekvivalentno vezje filtra z oksidom in dodatnimi kondenzatorji.
4. Stabilizator. Morda ni prisoten. Sheme preprostih, a učinkovitih sklopov so obravnavane spodaj.

V naslednjih razdelkih je obravnavan postopek za izbiro in izračun vsakega elementa 12-voltnega vira enosmerne napetosti.

Izbira transformatorja

Za pridobitev ustreznega transformatorja sta možna dva načina. Samostojna izdelava padajoče enote ali izbira ustreznega tovarniško sestavljenega transformatorja. V obeh primerih morate upoštevati:

• na izhodu padajočega navitja transformatorja pri merjenju napetosti bo voltmeter pokazal efektivno napetost (1,4-krat manjšo od amplitudne napetosti);
• pri filtrirnem kondenzatorju brez obremenitve bo enosmerna napetost približno enaka amplitudni napetosti (pravijo, da se napetost kondenzatorja "dvigne" v 1,4-krat);
• če ni stabilizatorja, bo pod obremenitvijo napetost na kondenzatorju padla glede na tok;
• za delovanje stabilizatorja je potreben določen presežek vhodne napetosti nad izhodno napetostjo, njihovo razmerje omejuje učinkovitost napajalne enote kot celote.

Iz zadnjih dveh točk izhaja, da mora za normalno delovanje napajalne enote napetost transformatorja presegati 12 V.

Neodvisno navijanje transformatorja

Celoten izračun in izdelava domačega transformatorja je zapletena, dolgotrajna in zahteva orodja in spretnosti. Zato bomo razmislili o poenostavljeni poti - izbiri primerne železne enote in njeni pretvorbi na 12 V.

Če obstaja že pripravljen transformator, vendar ni diagrama njegove povezave, je treba njegovo navijanje poklicati s testerjem. Navitje z največjim uporom je verjetno glavno. Ostala navitja je treba odstraniti.

Nato morate izmeriti debelino železne garniture b in širino osrednje plošče a ter ju pomnožiti. Dobili boste površino preseka jedra S=a*b (v kvadratnih centimetrih). Ta določa moč transformatorja P=. Nato se izračuna maksimalni tok v amperih, ki ga lahko črpamo iz navitja z napetostjo 12 voltov: I=P/12.

Določitev jedrnega območja.

Nato se število ovojev na volt izračuna po formuli n=50/S.Za 12 voltov bi morali naviti 12*n ovojev s približno 20% rezerve za izgube v bakru in stabilizatorju. In če ni stabilizatorja, potem napetost pade pod obremenitvijo. In zadnji korak je izbira preseka žice za navijanje v skladu s tabelo za gostoto toka 2-3 ma/sq.mm.

Izbira bakrene žice.

Na primer, obstaja transformator s primarnim navitjem 220 V z garnituro železa debeline 3,5 cm in širino srednjega jezika 2,5 cm. Torej S=2,5*3,5=8,75 in moč transformatorja =3 W (približno). Nato največji možni tok pri 12 voltih I=P/U=3/12=0,25 A. Za navijanje lahko izberete žico s premerom 0,35...0,4 mm2. Za 1 volt je 50/8,75=5,7 ovojev, morate naviti 12*5,7=33 ovojev. Z rezervo - približno 40 obratov.

Izbira končnega transformatorja

Če obstaja standardni transformator z ustreznim sekundarnim navitjem za tok in napetost, lahko poskusite izbrati standardni transformator. Na primer, v seriji TPP so primerni izdelki s sekundarno napetostjo blizu 12 voltov.

Prednost te rešitve je minimalna delovna intenzivnost in zanesljivost tovarniške zasnove. Minus - transformator vsebuje druga navitja, skupna moč se izračuna za njihovo obremenitev. Zato bo tak transformator izgubil na teži in dimenzijah.

Izbira diod in izdelava usmernika

Diode v usmerniku so izbrane glede na tri parametre:

• Najvišja dovoljena napetost naprej;
• Najvišja povratna napetost;
• Največji delovni tok.

Po prvih dveh parametrih je 90 odstotkov razpoložljivih polprevodniških naprav primernih za delovanje v 12-voltnem tokokrogu, izbira poteka predvsem glede na največji trajni dovoljeni tok. Ta parameter določa tudi zasnovo ohišja diode in način izdelave usmernika.

Če obremenitveni tok ne bo presegel 1 A, lahko uporabite tuje in domače enoamperske diode:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("padec");
• KD212 in drugi.

Naprave KD105 (KD106) so zasnovane za manjše tokove (do 0,3 A). Vse naštete diode lahko montirate navpično ali vodoravno na tiskano vezje ali montažno ploščo ali samo na zatiče. Ne potrebujejo radiatorjev.

Diodni most elementov nizke moči.

Če potrebujete visoke delovne tokove, uporabite druge diode (KD213, KD202, KD203 itd.). Te naprave so zasnovane za delovanje na hladilnih odvodih, brez njih pa ne prenesejo več kot 10% največjega nazivnega toka. Zato je treba pobrati že pripravljene hladilnike ali jih izdelati sami iz bakra ali aluminija.

Druga zasnova diodnega mostu.

Prav tako je priročno uporabiti že pripravljene sklope mostnih diod KTS405, KVRS ali podobno. Ni vam jih treba sestaviti, samo povežite izmenično napetost z ustreznimi nožicami in odstranite enosmerno napetost.

Montaža KVRS3510.

Kapaciteta kondenzatorja

Kapaciteta kondenzatorja je odvisna od obremenitve in valovanja, ki ga omogoča. Na internetu lahko najdete formule in spletne kalkulatorje za natančen izračun kapacitivnosti. Za vajo lahko uporabite številke:

• Pri majhnih obremenitvenih tokovih (desetine miliamperov) mora biti kapacitivnost 100 ... 200 μF;
• pri tokovih do 500 mA je potreben kondenzator 470...560 uF;
• do 1 A - 1000...1500 uF.

Pri višjih tokovih se kapacitivnost sorazmerno poveča. Splošni pristop je, da večji kot je kondenzator, tem bolje. Njegovo zmogljivost lahko povečate do poljubnih meja, pri čemer ste omejeni le z velikostjo in stroški. Kar zadeva napetost, je treba vzeti kondenzator z resno rezervo. Na primer, za 12-voltni usmernik je bolje vzeti 25-voltni element kot 16-voltni.

To sklepanje velja za nestabilizirane vire. Če imate napajalnik z regulatorjem, se lahko kapacitivnost večkrat zmanjša.

Stabilizacija izhodne napetosti

Ni vedno treba regulirati izhodne moči napajalnika. Na primer, če nameravate uporabljati PSU z avdio opremo, morate imeti stabilno napetost na izhodu. Toda če se kot obremenitev uporablja grelec, je stabilizator očitno nepotreben. Za LED trakovi lahko brez najkompleksnejšega modula PSU, po drugi strani pa stabilna napetost zagotavlja neodvisnost svetlosti pri nihanjih v omrežju in podaljšuje življenjsko dobo LED-osvetlitve.

Če se odločite za namestitev regulatorja, ga je najlažje sestaviti na specializiranem čipu LM7812 (KR142EN5A). Vezje je preprosto in ne zahteva nobenih nastavitev.

Stabilizator na 7812.

Na vhod takega regulatorja lahko napajate napetosti od 15 do 35 voltov. Na vhodu je treba namestiti kondenzator C1 s kapaciteto najmanj 0,33 μF in na izhodu najmanj 0,1 μF. Ker C1 običajno deluje kot kondenzator filtrske enote, če dolžina povezovalnih žic ne presega 7 cm. Če takšne dolžine ni mogoče vzdrževati, bo treba namestiti ločen element.

Čip 7812 ima zaščito pred pregrevanjem in kratkimi stiki. Ne mara pa zamenjave polarnosti na vhodu in zunanje napetosti na izhodu - njegova življenjska doba v takih situacijah se šteje v sekundah.

Pomembno! Za obremenitveni tok nad 100 mA je obvezna vgradnja regulatorja na hladilno telo!

Povečanje izhodnega toka regulatorja

Dana shema omogoča obremenitev AVR s tokom do 1,5 A. Če to ni dovolj, lahko vozlišče napolnite z dodatnim tranzistorjem.

Shema z n-p-n tranzistorjem

Zunanji n-p-n tranzistor.

To vezje priporočajo oblikovalci in je vključeno v podatkovni list za čip. Izhodni tok ne sme preseči največjega kolektorskega toka tranzistorja, ki mora biti opremljen s hladilnim odvodom.

Vezje s p-n-p tranzistorjem

Če manjka polprevodniška trioda strukture n-n-p, lahko stabilizator napolnite s polprevodniško triodo strukture p-n-p.

Zunanji p-n-p tranzistor.

Silicijeva dioda nizke moči VD poveča izhodno napetost 7812 za 0,6 V in kompenzira padec napetosti na oddajnem spoju tranzistorja.

Parametrični regulator

Če iz nekega razloga integriran regulator ni na voljo, lahko naredite vozlišče na regulatorju. Izbrati je treba regulator s stabilizacijsko napetostjo 12 V in zasnovan za ustrezen obremenitveni tok. Največji tok za nekatere domače in uvožene regulatorje 12 V je podan v spodnji tabeli.

Shematski diagram preprostega parametričnega stabilizatorja.

Nazivna moč upora se izračuna po formuli:

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

• Uin min - najmanjša vhodna nestabilizirana napetost (ne sme biti manjša od 1,4 Ust), voltov;
• Ust - stabilizirana napetost regulatorja (referenčna vrednost), volti;
• V max - največji tok obremenitve;
• Is min - minimalni stabilizacijski tok (referenčna vrednost).

Če ni stabiltrona za želeno napetost, ga lahko sestavimo iz dveh zaporedno. Skupna napetost mora biti 12 voltov (na primer D815A pri 5,6 voltov in D815B pri 6,8 voltov bosta dala 12,4 voltov).

Pomembno! Stabiltronov (tudi istega tipa) ni dovoljeno povezovati vzporedno "za povečanje stabilizacijskega toka"!

Stabiltroni niso povezani vzporedno.

Parametrični AVR lahko napolnite na enak način - s priključitvijo zunanjega tranzistorja.

Shema stabilizatorja moči.

Za močnostni tranzistor je treba zagotoviti hladilnik. Napajalna napetost bo v tem primeru za 0,6 V manjša od Ust stabilizatorja. Po potrebi se lahko izhodna napetost prilagodi navzgor z vključitvijo silicijeve diode (ali verige diod).Vsak element v verigi bo povečal U out za približno 0,6 V.

Shema regulatorja s statorjem in diodo.

Regulacija izhodne napetosti

Če je treba napetost napajalnika regulirati od nič, je najboljša shema parametrični regulator z dodatkom spremenljivega upora.

Gladka regulacija napetosti.

Upor 1k ohm med bazo tranzistorja in skupno žico bo zaščitil triodo pred odpovedjo, če se vezje drsnika potenciometra prekine. Ko obrnete gumb spremenljivega upora, se bo napetost na dnu tranzistorja spremenila od 0 do Ust stabilizatorja z zamikom približno 0,6 voltov. Upoštevati je treba, da bodo parametri vozlišča zaradi uporabe potenciometra slabši - prisotnost gibljivega kontakta (tudi kakovostnega) bo neizogibno zmanjšala stabilnost osnovne napetosti tranzistorja.

Preberite tudi

Kako narediti napajalnik iz varčne sijalke

 

Doseganje regulacije vezja od 0 do 12 voltov z integriranim regulatorjem serije 78XX je veliko težje. Če imate dovolj razpona regulacije od 5 do 12 voltov, lahko uporabite čip 7805 in ga povežete z vezjem potenciometra. Stabiltron naj bo približno 7 voltov (KC168 z ali brez diode, KC175 itd.). V spodnjem položaju drsnika potenciometra je zatič GND priključen na skupno žico, izhod pa bo 5 voltov. Ko drsnik premaknete na zgornji zatič, se bo napetost na njem dvignila do Ust stabilizatorja in dodala stabilizacijski napetosti mikrovezja.

Gladko bo reguliral napetost od 5 do 12 voltov.

Uporabite lahko čip LM317. Ima tudi tri zatiče in je posebej zasnovan za ustvarjanje reguliranih virov. Toda ta regulator ima nižji napetostni prag, ki se začne pri 1,25 voltov. Na internetu je veliko vezij LM317 z ničelno regulacijo, vendar več kot 90 odstotkov teh vezij ne deluje.

Standardno vezje LM317.

Preberite tudi:Doma narejen napajalnik z regulirano napetostjo in tokom 0 do 30 V

Postavitev naprave

Ko so vsi deli izbrani ali imate jasno predstavo, kaj bodo, lahko začnete sestavljati vezje. Prav tako je pomembno razumeti, kakšno bo prihodnje ohišje naprave. Lahko izberete že pripravljene, lahko jih naredite sami, če imate materiale in spretnosti.

Za razporeditev vozlišč znotraj ohišja ni posebnih pravil. Toda vozlišča je zaželeno razporediti tako, da so zaporedno povezana z žicami, kot je prikazano na diagramu, in na najkrajši možni razdalji. Najbolje je, da izhodne sponke postavite na nasprotno stran od omrežnega kabla. Stikalo za vklop in varovalko je bolje namestiti na zadnji strani enote. Da bi racionalno izkoristili prostor med ohišji, je mogoče nekatere vozlišča namestiti navpično, vendar je bolje pritrditi diodni most vodoravno. Pri navpični montaži bodo konvekcijski tokovi vročega zraka iz spodnjih diod tekali okoli zgornjih elementov in jih dodatno segrevali.

Za tiste, ki ne razumejo, si oglejte ta video: Preprost napajalnik z lastnimi rokami.

Enosmernega napajalnika s fiksnim napajalnikom ni težko sestaviti. To je v moči povprečnega mojstra, zahteva le osnovno znanje elektrotehnike in minimalne veščine inštalacije.