Kako narediti 12-voltni napajalnik z lastnimi rokami - primeri vezij

12-voltni vir konstantne napetosti je uporabna naprava za dom, kočo ali garažo. Takšno napravo je enostavno narediti sami. Spodaj je diagram 12V napajalnika za samostojno montažo, pa tudi nasveti za izračun in izbiro komponent.

Vrste napajalnikov

Do danes so pulzni viri napetosti postali zelo razširjeni. Imajo pomembno prednost pred tradicionalnimi transformatorskimi vezji v smislu energetske učinkovitosti ter teže in velikosti. Menijo, da imajo pri tokovih obremenitve več kot 5 amperov nesporne preference. Imajo pa tudi slabosti - na primer generiranje RF motenj v napajalno omrežje in v breme.In glavna ovira za domačo montažo je zapletenost vezij in potreba po posebnih veščinah za izdelavo delov navitja. Zato je bolje, da srednje usposobljen domači mojster izdela napajalnik po običajnem principu z omrežnim padajočim transformatorjem.

Kje se uporablja vir napetosti

Obseg takšnega PSU v gospodinjstvu je širok:

• napajanje nizkonapetostnih svetilk;
• polnjenje baterije;
• napajalnik za avdio naprave.

Kot tudi za številne druge namene, ki zahtevajo konstantno napetost 12 voltov.

Shema transformatorskega napajanja

Shematski diagram napajanja.

12-voltno napajalno vezje, ki deluje iz omrežja 220 V, je sestavljeno iz naslednjih vozlišč:

1. Nižji transformator. Sestavljen je iz železa, primarnega in sekundarnega (lahko jih je več) navitij. Ne da bi se poglobili v načelo delovanja, je treba opozoriti, da je izhodna napetost odvisna od razmerja zavojev primarnega (n1) in sekundarnega (n2) navitja. Za pridobitev 12 voltov je potrebno, da sekundarno navitje vsebuje 220/12 = 18,3-krat manj zavojev kot primarno.
2. Usmernik. Najpogosteje se izvaja v obliki polnovalnega vezja (diodni most). Pretvori izmenično napetost v pulzirajočo. Tok teče skozi obremenitev dvakrat v isti smeri.
   Delovanje polnovalnega usmernika.
3. Filter. Pretvori pulzirajočo napetost v DC. Polni se ob napetosti in se izprazni med pavzami. Sestavljen je iz visoko zmogljivega oksidnega kondenzatorja, vzporedno s katerim je pogosto priključen keramični kondenzator s kapaciteto približno 1 μF. Da bi razumeli potrebo po tem dodatnem elementu, je treba spomniti, da je oksidni kondenzator razporejen v obliki trakov folije, zvite v zvitek.Ta zvitek ima parazitsko induktivnost, ki znatno poslabša kakovost visokofrekvenčnega filtriranja hrupa. Da bi to naredili, je vklopljen dodaten kondenzator za kratek stik RF impulzov.
   Ekvivalentno vezje filtra z oksidom in dodatnimi kondenzatorji.
4. Stabilizator. Morda manjka. Sheme preprostih, a učinkovitih vozlišč so obravnavane spodaj.

Naslednji razdelki obravnavajo, kako izbrati in izračunati vsak element 12-voltnega vira DC.

Izbira transformatorja

Obstajata dva načina za pridobitev ustreznega transformatorja. Samostojna izdelava padajočega bloka in izbira ustreznega v tovarni. V vsakem primeru ne pozabite:

• na izhodu padajočega navitja transformatorja bo voltmeter pri merjenju napetosti pokazal efektivno napetost (1,4-krat manjšo od amplitude);
• na filtrskem kondenzatorju brez obremenitve bo konstantna napetost približno enaka amplitudi (pravijo, da se napetost na kondenzatorju "povsne" za 1,4-krat);
• če ni stabilizatorja, bo pod obremenitvijo napetost na kapacitivnosti padla, odvisno od toka;
• za delovanje stabilizatorja je potreben določen presežek vhodne napetosti nad izhodno napetostjo, njihovo razmerje omejuje učinkovitost napajalnika kot celote.

Iz zadnjih dveh točk sledi, da mora za normalno delovanje PSU napetost transformatorja presegati 12 V.

Samonavijalni transformator

Celoten izračun in izdelava domačega močnostnega transformatorja je zapletena, dolgotrajna, zahteva orodja in veščine. Zato bo upoštevana poenostavljena pot - izbira bloka, primernega za železo, in njegova sprememba na 12 V.

Če obstaja že pripravljen transformator, vendar ni diagrama njegove povezave, morate poklicati njegov tester navitja s testerjem.Navitje z najvišjo odpornostjo je verjetno omrežno. Preostala navitja je treba odstraniti.

Nato morate izmeriti debelino železnega kompleta b in širino osrednje plošče a ter ju pomnožiti. Površina prečnega prereza jedra se dobi S = a * b (v kvadratnih cm). Določa moč transformatorja P=. Nato se izračuna največji tok v amperih, ki ga je mogoče odstraniti iz navitja z napetostjo 12 voltov: I \u003d P / 12.

Določanje površine jedra.

Nato se število obratov na volt izračuna po formuli n=50/S. Za 12 voltov je potrebno naviti 12 * n obratov z rezervo približno 20% za izgube v bakru in na stabilizatorju. In če ne, potem padec napetosti pod obremenitvijo. In zadnji korak je, da izberete presek žice za navijanje glede na graf za gostoto toka 2-3 mA / sq. mm.

Izbira bakrene žice.

Na primer, obstaja transformator s primarnim navitjem 220 V s kompletom železa debeline 3,5 cm in širino srednjega jezika 2,5 cm. Zato je S = 2,5 * 3,5 = 8,75 in moč transformatorja =3 W (približno). Potem je največji možni tok pri 12 voltov I=P/U=3/12=0,25 A. Za navijanje lahko izberete žico s premerom 0,35..0,4 kvadratnih mm. Za 1 volt je 50 / 8,75 = 5,7 zavojev, potrebno je naviti 12 * 5,7 = 33 zavojev. Ob upoštevanju zaloge - približno 40 obratov.

Izbira končnega transformatorja

Če obstaja že pripravljen transformator s sekundarnim navitjem, primernim za tok in napetost, lahko poskusite pobrati že pripravljenega. Na primer, v seriji CCI so primerni izdelki z napetostjo sekundarnega navitja blizu 12 voltov.

Prednost te rešitve je minimalna delovna intenzivnost in zanesljivost tovarniške izvedbe. Minus - transformator vsebuje druga navitja, skupna moč se izračuna tudi za njihovo obremenitev.Zato bo glede na težo in velikost tak transformator izgubil.

Izbira diode in izdelava usmernikov

Diode v usmerniku so izbrane glede na tri parametre:

• najvišja dovoljena napetost naprej;
• najvišja povratna napetost;
• največji obratovalni tok.

Glede na prva dva parametra je 90 odstotkov razpoložljivih polprevodniških naprav primernih za delovanje v 12-voltnem vezju, izbira se v glavnem po največjem neprekinjenem toku. Od tega parametra sta odvisna tudi zasnova ohišja diode in način izdelave usmernika.

Če obremenitveni tok ne presega 1 A, se lahko uporabijo tuje in domače enoamperske diode:

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

Za nižje tokove (do 0,3 A) so zasnovane naprave KD105 (KD106). Vse naštete diode je mogoče namestiti tako navpično kot vodoravno na tiskano vezje ali vezje ali pa preprosto na zatiče. Ne potrebujejo radiatorjev.

Diodni most iz elementov z nizko močjo.

Če potrebujete velike delovne tokove, potem morate uporabiti druge diode (KD213, KD202, KD203 itd.). Te naprave so zasnovane za delovanje na hladilnikih, brez njih ne bodo zdržale več kot 10% največjega toka na tablici. Zato morate izbrati že pripravljene hladilnike ali jih izdelati sami iz bakra ali aluminija.

Druga zasnova diodnega mostu.

Prav tako je priročno uporabljati že pripravljene mostične diodne sklope KTS405, KVRS ali podobno. Ni jih treba sestaviti - dovolj je, da na ustrezne izhode uporabite izmenično napetost in odstranite konstanto.

Montaža KVRS3510.

Kapaciteta kondenzatorja

Kapacitivnost kondenzatorja je odvisna od obremenitve in od valovanja, ki ga dopušča.Za natančen izračun zmogljivosti obstajajo formule in spletni kalkulatorji, ki jih lahko najdete na internetu. Za prakso se lahko osredotočite na številke:

• pri nizkih obremenitvenih tokovih (desetine miliamperov) mora biti kapacitivnost 100..200 uF;
• 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 v poljubni meri, omejeno le z velikostjo in stroški. Kar zadeva napetost, je treba vzeti kondenzator z resno rezervo. Torej, za 12-voltni usmernik je bolje vzeti 25-voltni element kot 16-voltni.

Te ugotovitve veljajo za nestabilizirane vire. Pri PSU s stabilizatorjem zmogljivosti se lahko večkrat zmanjša.

Stabilizacija izhodne napetosti

Stabilizator na izhodu napajalnika ni vedno potreben. Torej, če naj bi uporabljal napajalno enoto v povezavi z opremo za reprodukcijo zvoka, mora imeti izhod stabilno napetost. In če grelni element služi kot obremenitev, je stabilizator očitno odveč. Za LED trak za napajanje lahko brez najbolj zapletenega napajalnega modula, po drugi strani pa stabilna napetost zagotavlja neodvisnost svetlosti sijaja med prenapetostmi in podaljšuje življenjsko dobo LED žarnice.

Če se odločite za namestitev stabilizatorja, je najlažji način, da ga sestavite na specializiranem čipu LM7812 (KR142EN5A). Preklopno vezje je preprosto in ne zahteva prilagajanja.

Stabilizator na 7812.

Na vhod takega stabilizatorja je mogoče uporabiti napetost od 15 do 35 voltov. Na vhodu mora biti nameščen kondenzator C1 z zmogljivostjo najmanj 0,33 mikrofarada, na izhodu pa najmanj 0,1 mikrofarada.Kondenzator filtrirnega bloka običajno deluje kot C1, če dolžina povezovalnih žic ne presega 7 cm Če te dolžine ni mogoče vzdrževati, bo treba namestiti ločen element.

Čip 7812 ima zaščito pred pregrevanjem in kratkim stikom. Toda ne mara obračanja polarnosti na vhodu in dovajanja zunanje napetosti na izhod - njen življenjski čas v takšnih situacijah se izračuna v sekundah.

Pomembno! Za obremenitveni tok nad 100 mA je obvezna namestitev vgrajenega stabilizatorja na hladilno telo!

Povečanje izhodnega toka stabilizatorja

Zgornja shema vam omogoča, da stabilizator naložite s tokom do 1,5 A. Če to ni dovolj, lahko napajate vozlišče z dodatnim tranzistorjem.

Vezje s n-p-n strukturnim tranzistorjem

Zunanji tranzistor n-p-n.

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

P-n-p tranzistorsko vezje

Če polprevodniške triode n-p-n strukture ni, lahko stabilizator okrepimo s polprevodniško triodo p-n-p.

Zunanji tranzistor p-n-p.

Silicijeva dioda z nizko močjo VD poveča izhodno napetost 7812 za 0,6 V in kompenzira padec napetosti na emiterskem stiku tranzistorja.

Parametrični stabilizator

Če iz nekega razloga integrirani regulator ni na voljo, lahko zaženete vozlišče na zener diodi. Izbrati je treba zener diodo s stabilizacijsko napetostjo 12 V in zasnovano za ustrezen obremenitveni tok. Najvišji tok za nekatere 12-voltne domače in uvožene zener diode je naveden v tabeli.

Shema preprostega parametričnega stabilizatorja.

Vrednost upora se izračuna po formuli:

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

• Uin min - najmanjša vhodna nestabilizirana napetost (mora biti najmanj 1,4 Ust), volti;
• Ust - stabilizacijska napetost zener diode (referenčna vrednost), volt;
• V max - najvišji tok obremenitve;
• Ist min - minimalni stabilizacijski tok (referenčna vrednost).

Če ni zener diode za želeno napetost, je lahko sestavljena iz dveh zaporedno povezanih. V tem primeru mora biti skupna napetost 12 V (na primer D815A pri 5,6 V plus D815B pri 6,8 V bo dala 12,4 V).

Pomembno! Nemogoče je vzporedno povezati zener diode (tudi iste vrste) "za povečanje stabilizacijskega toka"!

Zener diode niso povezane vzporedno.

Parametrični stabilizator lahko napajate na enak način - z vklopom zunanjega tranzistorja.

Shema močnega stabilizatorja.

Za močan tranzistor je treba zagotoviti radiator. Napajalna napetost bo v tem primeru manjša od Ust zener diode za 0,6 V. Po potrebi lahko izhodno napetost nastavite navzgor z vklopom silicijeve diode (ali verige diod). Vsak element v verigi bo povečal Vout za približno 0,6 V.

Stabilizatorsko vezje z zener diodo in diodo.

Regulacija izhodne napetosti

Če je treba napetost napajalnika regulirati od nič, bi bilo optimalno vezje parametrični stabilizator z dodatkom spremenljivega upora.

Gladka regulacija napetosti.

1 kΩ upor, povezan med bazo tranzistorja in skupno žico, bo zaščitil triodo pred okvaro, če se vezje motorja potenciometra pretrga.Ko zavrtite gumb spremenljivega upora, se napetost na dnu tranzistorja spremeni od 0 do Ust zener diode z zamikom približno 0,6 voltov. Upoštevati je treba, da bodo parametri vozlišča zaradi uporabe potenciometra slabši - prisotnost gibljivega kontakta (tudi dobre kakovosti) bo neizogibno zmanjšala stabilnost napetosti na dnu tranzistorja.

Preberite tudi

Kako narediti napajalnik iz energetsko varčne svetilke

 

Doseganje regulacije od 0 do 12 voltov z integriranim regulatorjem serije 78XX je veliko težje. Če zadostuje območje regulacije od 5 do 12 V, lahko uporabite čip 7805 in ga vklopite glede na vezje potenciometra. Zener dioda mora biti pri napetosti približno 7 voltov (KS168 z diodo ali brez, KS175 itd.). V spodnjem položaju drsnika potenciometra je zatič GND priključen na skupno žico, izhod pa bo 5 voltov. Ko je motor premaknjen na zgornji izhod, bo napetost na njem narasla do Ust zener diode in se seštela s stabilizacijsko napetostjo mikrovezja.

Gladka regulacija od 5 do 12 voltov.

Uporabite lahko čip LM317. Ima tudi tri terminale in je posebej zasnovan za ustvarjanje reguliranih virov. Toda ta stabilizator ima nižji prag napetosti, ki se začne pri 1,25 voltov. Na internetu je na LM317 veliko vezij s prilagoditvijo od nič, vendar je 90+ odstotkov teh vezij nedelujočih.

Standardna shema ožičenja LM317.

Preberite tudi:Domači napajalnik z regulacijo napetosti in toka 0 do 30V

Postavitev instrumenta

Ko so izbrana vsa vozlišča ali obstaja jasna ideja o tem, kaj bodo, lahko nadaljujete s postavitvijo naprave. Pomembno je tudi razumeti, kakšen bo prihodnji kovček naprave.Izberete lahko že pripravljene, lahko to storite sami, če imate materiale in spretnosti.

Za razporeditev vozlišč znotraj ohišja ni posebnih pravil. Vendar je zaželeno, da so vozlišča razporejena tako, da so povezana z vodniki zaporedno, kot na diagramu, in na najkrajši razdalji. Izhodne sponke je najbolje postaviti na stran nasproti omrežnemu kablu. Stikalo za vklop in varovalko je bolje pritrditi na zadnji strani naprave. Za racionalno uporabo prostora med ohišjem je mogoče nekatera vozlišča namestiti navpično, vendar je bolje, da diodni most pritrdite vodoravno. Pri navpični montaži bodo konvekcijski tokovi vročega zraka iz spodnjih diod tekli okoli zgornjih elementov in jih dodatno segrevali.

Za tiste, ki ne razumejo, si oglejte videoposnetek: Preprost napajalnik, ki ga naredite sami.

Sestavljanje enosmernega napajalnika s fiksno močjo je enostavno. To je v moči povprečnega mojstra, potrebujete le osnovno znanje iz elektrotehnike in minimalne montažne veščine.