Sådan laver du en 12 volt strømforsyning med dine egne hænder - eksempler på kredsløb

En 12-volts jævnspændingsregulator er en nyttig enhed til hjemmet, haven eller garagen. Det er ikke svært at lave en sådan anordning selv. Nedenfor er et diagram over 12V strømforsyningen til at samle deres egne hænder, samt tips om beregning og udvælgelse af komponenter.

Typer af strømforsyninger

I dag anvendes der i vid udstrækning switching strømforsyninger. De har en betydelig fordel i forhold til traditionelle transformatorkredsløb med hensyn til energieffektivitet og masse dimensioner. De anses for at have en ubestridelig fordel ved belastningsstrømme på over 5 ampere. Men de har også ulemper, f.eks. generering af RF-interferens på netforsyningen og på belastningen. Og den største hindring for hjemmemontering er kredsløbenes kompleksitet og behovet for særlige færdigheder til fremstilling af viklingsdelene. Derfor er det bedre for den almindelige hjemmegårdsmand at lave en strømforsyning på den sædvanlige måde med en nedtrapningstransformator.

Hvor der anvendes spændingskilde

Der er mange anvendelsesmuligheder for en sådan PSU i hjemmet:

• Strømforsyning til lavspændingsarmaturer;
• Opladning af genopladelige batterier;
• Strømforsyning til lydafspilningsenheder.

Og mange andre formål, hvor der er brug for 12 volt jævnspænding.

Skematisk diagram af en transformatorstrømforsyning

Skematisk diagram af en strømforsyning.

Et skematisk diagram af en 12-volts strømforsyning, der drives fra 220 V-nettet, består af følgende knudepunkter:

1. Reducerende transformer. Den består af jern, primære og sekundære (der kan være flere af dem) viklinger. Uden at gå ind på funktionsprincippet skal det bemærkes, at udgangsspændingen afhænger af forholdet mellem de primære (n1) og sekundære (n2) viklinger. For at opnå 12 volt skal den sekundære vikling have 220/12=18,3 gange færre omdrejninger end den primære vikling for at opnå 12 volt.
2. Ensretter. Ensretteren er oftest konstrueret som et kredsløb med to halve perioder (diodebro). Omdanner en vekselspænding til en pulserende spænding. Strømmen løber gennem belastningen to gange i samme retning pr. periode.
   Drift af en halvbølgegensretter.
3. Filter .. Omdanner den pulserende spænding til en jævnspænding. Den oplades i de øjeblikke, hvor spændingen påføres, og aflades i pauserne. Den består af en oxydkondensator med høj kapacitet, hvortil der ofte parallelt med en keramisk kondensator med en kapacitet på ca. 1 µF er inkluderet. For at forstå behovet for dette ekstra element skal man huske på, at oxidkondensatoren er udformet i form af foliebånd, der er rullet sammen på en rulle. Denne rulle har en parasitær induktans, som forringer kvaliteten af filtreringen af højfrekvente forstyrrelser mærkbart. Der medfølger en ekstra RF-kortslutningskondensator til dette formål.
   Ækvivalent filterkredsløb med oxid- og hjælpekondensatorer.
4. Stabilisator. Kan udelades. Skemaerne for de enkle, men effektive enheder er beskrevet nedenfor.

I de følgende afsnit gennemgås udvælgelsen og beregningen af hvert enkelt element i 12-volts jævnspændingskilden.

Valg af transformator

Der er to muligheder for at få en passende transformer. Du kan selv lave nedtrapningsenheden eller købe en egnet fabriksmonteret enhed. I begge tilfælde skal du være opmærksom på:

• ved udgangen af nedtrapningstransformatoren viser et voltmeter den effektive spænding (1,4 gange mindre end amplitude-spændingen), når spændingen måles;
• ved filterkondensatoren uden belastning vil jævnspændingen være omtrent lig med amplitudespændingen (man siger, at kondensatorspændingen "stiger" med en faktor 1,4);
• Hvis der ikke er nogen regulator, vil spændingen over kondensatoren under belastning falde som en funktion af strømmen;
• Indgangsspændingen skal overstige udgangsspændingen, for at regulatoren kan fungere, og deres forhold begrænser effektiviteten af strømforsyningsenheden som helhed.

Af de to sidste punkter fremgår det, at transformatorspændingen skal overstige 12 V, for at PSU'en kan fungere korrekt.

Du kan selv vikle transformeren

Den komplette beregning og fremstilling af en hjemmelavet strømtransformator er kompliceret, tidskrævende og kræver værktøj og færdigheder. Derfor vil vi overveje en forenklet måde - at vælge en passende jernenhed og konvertere den til 12V.

Hvis du har en færdig transformer, men ikke har et ledningsdiagram, skal du bruge en tester til at teste viklingen. Den vikling med den højeste modstand er sandsynligvis netviklingen. De øvrige viklinger skal fjernes.

Derefter skal du måle tykkelsen af jernsættet b og bredden af den centrale plade a og gange dem. Resultatet er kernens tværsnitsareal S=a*b (i kvadratcentimeter). Dette bestemmer transformatorens effekt P=. Beregn derefter den maksimale strøm i ampere, der kan trækkes fra en 12 volts vikling: I=P/12.

Bestem kerneområdet.

Derefter beregnes antallet af vindinger pr. volt ved hjælp af formlen n=50/S. For 12 volt skal du vikle 12*n omgange med ca. 20 % reserve for tab i kobber og i regulatoren. Og hvis du ikke har en, så falder spændingen under belastning. Og det sidste trin er at vælge tværsnittet af vikletråden i henhold til diagrammet for en strømtæthed på 2-3 ma/kvm.

Valg af kobbertråd.

Vi har f.eks. en transformer med en 220V primær med et 3,5 cm tykt jernsæt og en midttunge med en bredde på 2,5 cm i midten af tungen. Så S=2,5*3,5=8,75 og transformatorens effekt =3W (ca.). Så den maksimale mulige strøm ved 12 volt er I=P/U=3/12=0,25 A. Der kan vælges en tråd med en diameter på 0,35...0,4 mm2 til vikling. For 1 volt skal du bruge 50/8,75=5,7 omgange, du skal bruge 12*5,7=33 omgange. Med en reserve på ca. 40 omgange.

Valg af en færdigmonteret transformer

Hvis der findes en standardtransformator med en passende sekundær vikling til strøm og spænding, kan du prøve at vælge en standardtransformator. TPP-serien har f.eks. egnede produkter med sekundære spændinger tæt på 12 volt.

Fordelen ved denne løsning er den minimale indsats og pålideligheden af fabrikkens design. Ulempen er, at transformeren indeholder andre viklinger, og at den samlede kapacitet også er beregnet til deres belastning. Derfor vil denne transformator tabe i forhold til vægt og dimensioner.

Valg af dioder og opbygning af ensretter

Dioderne i ensretteren vælges i henhold til tre parametre:

• Højeste tilladte forward-spænding;
• højeste omvendte spænding;
• Den højeste driftsstrøm.

For de to første parametre er 90 % af de tilgængelige halvledere egnede til drift i et 12-volts kredsløb, idet valget hovedsagelig er baseret på grænsen for kontinuerlig strøm. Udformningen af diodekabinettet og den måde, hvorpå ensretteren fremstilles, afhænger også af denne parameter.

Hvis belastningsstrømmen ikke overstiger 1 A, kan der anvendes udenlandske og indenlandske single-amp dioder:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("drop");
• KD212 og andre.

Til mindre strømme (op til 0,3 A) er der udviklet KD105 (KD106)-enheder. Alle ovennævnte dioder kan monteres lodret eller vandret på et trykt kredsløb eller en monteringsplade eller blot på stifter. De har ikke brug for køleprofiler.

Diodebroen består af elementer med lav effekt.

Hvis du har brug for flere driftsstrømme, skal du bruge andre dioder (KD213, KD202, KD203 osv.). Disse enheder er designet til drift på køleplader, og uden disse kan de ikke modstå mere end 10 % af den maksimale nominelle strøm. Derfor er det nødvendigt at vælge køleplader fra hylden eller selv fremstille dem af kobber eller aluminium.

Endnu en diodebrokonstruktion.

Det er også praktisk at bruge færdige brodiodemontagepakker KTs405, KVRS eller lignende. Det er ikke nødvendigt at samle dem, du skal blot tilslutte vekselspænding til de tilsvarende pinde og fjerne jævnspænding.

KVRS3510 samling.

Kondensatorkapacitet

Kapacitansen af en kondensator afhænger af belastningen og den ripple, den tillader. Der findes formler og onlineberegnere på internettet til at beregne kapacitansen nøjagtigt. Til øvelse kan du henvise til figurerne:

• Ved små belastningsstrømme (ti milliampere) bør kapacitansen være 100...200 µF;
• Ved strømme på op til 500 mA er der brug for en kondensator på 470...560 uF;
• op til 1 A - 1000...1500 uF.

Ved højere strømme stiger kapacitansen proportionalt med kapacitansen. Den generelle fremgangsmåde er, at jo større kondensator, jo bedre. Kapaciteten kan øges til enhver grænse, kun begrænset af størrelsen og omkostningerne. Med hensyn til spænding bør en kondensator have en betydelig reserve. For eksempel er det bedre at bruge et 25-volts element til en 12-volts ensretter end et 16-volts element til en 12-volts ensretter.

Dette gælder for ikke-stabiliserede strømforsyninger. For PSU'er med regulatorer kan kapacitanserne reduceres med en faktor to.

Stabilisering af udgangsspændingen

Stabilisator er ikke altid nødvendig på udgangen af en strømforsyning. Hvis du har til hensigt at bruge strømforsyningen sammen med lydgengivelsesudstyr, er det nødvendigt at have en stabil spænding ved udgangen. Men hvis et varmelegeme anvendes som belastning, er en stabilisator naturligvis unødvendig. Til LED-strimler kan undvære det mest komplekse modul af PSU'en, men på den anden side sikrer en stabil spænding uafhængighed af lysstyrke ved udsving i netværket og forlænger LED-belysningens levetid.

Hvis det besluttes at installere en regulator, er det nemmest at montere den på en specialiseret LM7812-chip (KR142EN5A). Kredsløbet er enkelt og kræver ingen justering.

Regulatoren på 7812.

En spænding på 15 til 35 volt kan anvendes ved indgangen til en sådan regulator. Der skal installeres en kondensator C1 med en kapacitet på mindst 0,33 μF ved indgangen og mindst 0,1 μF ved udgangen. C1 er normalt en filterkondensator, hvis forbindelsesledningerne ikke er længere end 7 cm. Hvis denne længde ikke kan opretholdes, skal der monteres et separat element.

7812 er beskyttet mod overophedning og kortslutning. Men den kan ikke lide polaritetsomvending ved indgangen og den eksterne spænding, der påføres udgangen - dens levetid i sådanne situationer tælles i sekunder.

Vigtigt! Ved belastningsstrømme over 100 mA er det obligatorisk at installere AVR'en på kølepladen!

Forøgelse af AVR'ens udgangsstrøm

Ovenstående diagram giver mulighed for at anvende en strøm på op til 1,5 A til AVR'en. Hvis dette ikke er nok, kan der bruges en ekstra transistor til at genoplade knuden.

Ordning med n-p-n-transistor

Ekstern n-p-n-transistor.

Dette kredsløb anbefales af designingeniørerne og er inkluderet i chipens datablad. Udgangsstrømmen må ikke overstige den maksimale kollektorstrøm for transistoren, som skal være udstyret med en køleplade.

Kredsløb med en p-n-p-transistor

Hvis en halvledertriode med n-p-n-struktur ikke er til rådighed, kan en p-n-p halvledertriode anvendes til at genoplade stabilisatoren.

Ekstern p-n-p-transistor.

En siliciumdiode VD øger udgangsspændingen i 7812 med 0,6 V og kompenserer for spændingsfaldet over transistorens emitterovergang.

Parametrisk regulator

Hvis der af en eller anden grund ikke findes en integreret regulator, er det muligt at konstruere en samling med en regulator. Vælg en regulator med en stabiliseringsspænding på 12 V og med en nominel belastningsstrøm for den relevante belastningsstrøm. Den maksimale strømstyrke for nogle 12 V-regulatorer fra hjemlandet og importerede regulatorer er angivet i nedenstående tabel.

Skematisk diagram af en simpel parametrisk stabilisator.

Modstandsnormeringen beregnes i henhold til formlen:

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

• Uin min - mindste ustabiliseret indgangsspænding (skal være mindst 1,4 Ust), volt;
• Ust - stabiliseret spænding for regulatoren (referenceværdi), volt;
• In max - maksimal belastningsstrøm;
• Ist min - mindste stabiliseringsstrøm (referenceværdi).

Hvis der ikke findes nogen stabilistor til den ønskede spænding, kan den bestå af to serieforbundne stabilistorer. Den samlede spænding skal være 12 V (f.eks. D815A på 5,6 volt plus D815B på 6,8 volt giver 12,4 V).

Vigtigt! Stabilitroner (selv af samme type) må ikke parallelforbindes "for at øge stabiliseringsstrømmen"!

Stabilitroner er ikke parallelforbundet.

Du kan genoplade en parametrisk AVR på samme måde - ved at tilslutte en ekstern transistor.

En skematisk fremstilling af en strømstabilisator.

Der skal være en køleplade til strømtransistoren. Forsyningsspændingen vil så være 0,6 V mindre end Ust-regulatoren. Om nødvendigt kan udgangsspændingen justeres opad ved at inkludere en siliciumdiode (eller en kæde af dioder). Hvert element i kæden vil øge Uf med ca. 0,6 V.

Skematisk diagram af en regulator med en regulatordiode.

Regulering af udgangsspænding

Hvis strømforsyningsspændingen skal reguleres fra nul, er en parametrisk regulator med tilføjelse af en variabel modstand den bedste løsning.

Jævn spændingsregulering.

En 1kΩ-modstand mellem transistorbasen og den fælles ledning beskytter trioden mod svigt, hvis potentiometerets glidekredsløb går i stykker. Ved at dreje på den variable modstandsknap ændres transistorens basisspænding fra 0 til Ust-stabilisator med en forsinkelse på ca. 0,6 volt. Bemærk, at knudeparametrene vil være dårligere på grund af brugen af et potentiometer - tilstedeværelsen af en bevægelig kontakt (selv en af god kvalitet) vil uundgåeligt reducere stabiliteten af transistorens basisspænding.

Læs også

Hvordan man laver en strømforsyning fra en energibesparende lampe

 

Det er meget vanskeligere at opnå 0 til 12 volt regulering med en integreret regulator i 78XX-serien. Hvis et reguleringsområde på 5 til 12 volt er nok, kan du bruge en 7805-chip og tænde den med et potentiometerkredsløb. Stabilitronen skal være på ca. 7 volt (KC168 med eller uden diode, KC175 osv.). I den nederste position for potentiometerets skyder er GND-stiften forbundet til den fælles ledning, og udgangen vil være 5 volt. Når skyderen flyttes til den øverste pin, vil spændingen på skyderen stige til Ust Stabilizer og føje til mikrokredsløbets stabiliseringsspænding.

Den regulerer jævnt fra 5 til 12 volt.

Der kan anvendes en LM317-chip. Den har også tre pinde og er specielt designet til at skabe regulerede kilder. Men denne regulator har en lavere spændingstærskel, der starter ved 1,25 volt. Der findes mange LM317-kredsløb på internettet med regulering fra nul, men over 90 procent af disse kredsløb er ubrugelige.

Standard LM317-ledningsdiagrammet.

Læs også:Hjemmelavet strømforsyning med 0 til 30V spændings- og strømregulering

Enhedens layout

Når alle knuderne er valgt, eller du har en klar idé om, hvad de skal være, kan du begynde at samle enheden. Det er også vigtigt at forstå enhedens fremtidige kabinet. Du kan vælge en præfabrikeret enhed, eller du kan selv lave en, hvis du har materialerne og evnerne til det.

Der er ingen særlige regler for placeringen af samlingerne i kabinettet. Det er dog tilrådeligt at placere samlingerne således, at de er forbundet i serie som vist i diagrammet og over den kortest mulige afstand. Udgangsterminalerne skal helst være på den side, der ligger over for netkablet. Afbryderen og sikringen skal helst monteres på bagsiden af enheden. For at udnytte pladsen mellem kabinetterne bedre kan nogle af komponenterne monteres lodret, men diodebroen bør monteres vandret. Hvis de monteres lodret, vil varme konvektionsluftstrømme fra de nederste dioder strømme rundt om de øverste elementer og opvarme dem yderligere.

For dem, der ikke forstår det, kan du se denne video: En simpel strømforsyning med dine egne hænder.

Det er nemt at samle en jævnstrømsforsyning med en fast strømforsyning. Dette er inden for rækkevidde af den gennemsnitlige handyman, og det kræver kun en grundlæggende forståelse af elektroteknik og minimale installationsevner.