Kuinka tehdä 12 voltin virtalähde omin käsin - näytepiirit

12 voltin tasajännitteensäädin on hyödyllinen laite kotiin, puutarhaan tai autotalliin. Tällaisen laitteen tekeminen itse ei ole vaikeaa. Alla on kaavio 12V virtalähde koota omiin käsiinsä, sekä vinkkejä laskemista ja valitsemalla komponentteja.

Virtalähteiden tyypit

Nykyään käytetään laajalti kytkentävirtalähteitä. Niillä on merkittävä etu perinteisiin muuntajapiireihin verrattuna energiatehokkuuden ja massan mitoituksen suhteen. Niillä katsotaan olevan kiistaton etu yli 5 ampeerin kuormitusvirroilla. Niillä on kuitenkin myös haittoja, kuten RF-häiriöiden syntyminen verkkoon ja kuormitukseen. Suurin este kotikokoonpanolle on piirien monimutkaisuus ja se, että käämitysosien valmistamiseen tarvitaan erikoistaitoja. Tästä syystä tavallisen kotityöläisen on parempi tehdä virtalähde tavalliseen tapaan verkkovirtamuuntajan avulla.

Jos käytetään jännitelähdettä

Tällaisen virtalähteen käyttökohteet kotona ovat laajat:

• Pienjännitevalaisimien virtalähde;
• Ladattavien akkujen lataaminen;
• Äänentoistolaitteiden virtalähde.

Ja moniin muihin tarkoituksiin, joissa tarvitaan 12 voltin tasajännitettä.

Kaaviokuva muuntajan virtalähteestä

Kaaviokuva virtalähteestä.

220 voltin sähköverkosta toimivan 12 voltin virtalähteen kaaviokuva koostuu seuraavista solmuista:

1. Vähentävä muuntaja. Se koostuu rauta-, ensiö- ja toisiokäämistä (niitä voi olla useita). Menemättä tarkemmin toimintaperiaatteeseen on huomattava, että lähtöjännite riippuu ensiö- (n1) ja toisiokäämien (n2) suhteesta. Jotta saadaan 12 volttia, toisiokäämityksessä on oltava 220/12=18,3 kertaa vähemmän kierroksia kuin ensiökäämityksessä.
2. Tasasuuntaaja. Tasasuuntaaja suunnitellaan tavallisimmin kahden puolijakson piirinä (diodisilta). Muuntaa vaihtojännitteen sykkiväksi jännitteeksi. Virta kulkee kuorman läpi kahdesti samaan suuntaan jakson aikana.
   Puoliaaltotasasuuntaajan toiminta.
3. Suodatin .. Muuntaa sykkivän jännitteen suoraksi jännitteeksi. Se latautuu jännitteen käyttöhetkillä ja purkautuu taukojen aikana. Se koostuu suuren kapasitanssin omaavasta oksidikondensaattorista, jonka rinnalla on usein keraaminen kondensaattori, jonka kapasiteetti on noin 1 µF. Tämän lisäelementin tarpeellisuuden ymmärtämiseksi on muistettava, että oksidikondensaattori on järjestetty rullalle rullattujen folionauhojen muodossa. Tällä rullalla on loisinduktanssi, joka heikentää huomattavasti korkeataajuisten häiriöiden suodatuksen laatua. Tätä tarkoitusta varten mukana on ylimääräinen RF-oikosulkukondensaattori.
   Ekvivalenttinen suodatinpiiri, jossa on oksidi- ja apukondensaattorit.
4. Vakauttaja. Voidaan jättää pois. Yksinkertaisten mutta tehokkaiden yksiköiden kaavioita käsitellään jäljempänä.

Seuraavissa jaksoissa käsitellään 12 voltin tasajännitelähteen kunkin elementin valintaa ja laskentaa.

Muuntajan valinta

Sopivan muuntajan saamiseksi on kaksi mahdollista tapaa. Alaslaskuyksikön tekeminen itse tai sopivan tehdasvalmisteisen yksikön hankkiminen. Kummassakin tapauksessa sinun on pidettävä mielessäsi:

• Alennusmuuntajan ulostulossa jännitemittari näyttää jännitettä mitattaessa tehollisen jännitteen (1,4 kertaa pienempi kuin amplitudijännite);
• suodatinkondensaattorin kohdalla ilman kuormaa, tasajännite on suunnilleen sama kuin amplitudijännite (he sanovat, että kondensaattorin jännite "nousee" kertoimella 1,4);
• Jos säädintä ei ole, kondensaattorin yli oleva jännite laskee kuormitettuna virran funktiona;
• Tulojännitteen on ylitettävä lähtöjännite, jotta säädin voi toimia, ja niiden suhde rajoittaa koko virtalähteen tehokkuutta.

Kahdesta viimeisestä kohdasta seuraa, että muuntajan jännitteen on oltava yli 12 V, jotta virtalähde toimisi kunnolla.

Muuntajan käämitys itse

Itse tehdyn virtamuuntajan täydellinen laskenta ja valmistus on monimutkaista, aikaa vievää ja vaatii työkaluja ja taitoja. Siksi tarkastelemme yksinkertaistettua tapaa - valitsemalla sopivan rautayksikön ja muuntamalla se 12 V:ksi.

Jos sinulla on valmis muuntaja, mutta ei kytkentäkaaviota, sinun on testattava käämi testerillä. Käämi, jonka vastus on suurin, on todennäköisesti verkkokäämi. Muut käämit on poistettava.

Seuraavaksi mitataan rautasarjan paksuus b ja keskilevyn leveys a ja kerrotaan ne keskenään. Tuloksena saadaan ytimen poikkipinta-ala S=a*b (neliösenttimetreinä). Tämä määrittää muuntajan tehon P=. Laske seuraavaksi 12 voltin käämityksestä otettavan virran enimmäisarvo ampeereina: I=P/12.

Määritä ydinalue.

Tämän jälkeen kierrosten määrä volttia kohti lasketaan kaavalla n=50/S. 12 voltin jännitteelle sinun pitäisi käämittää 12*n kierrosta ja varata noin 20 % kuparin ja säätimen häviöiden varalta. Ja jos sinulla ei ole sellaista, jännitteen lasku kuormituksessa. Viimeisenä vaiheena valitaan käämityslangan poikkileikkaus kaavion mukaisesti virrantiheydelle 2-3 ma/neliö mm.

Kuparilangan valinta.

Meillä on esimerkiksi muuntaja, jossa on 220 V:n ensiö, jossa on 3,5 cm paksu rautasarja ja jonka keskikielen leveys on 2,5 cm. S=2,5*3,5=8,75 ja muuntajan teho on siis =3W (noin). Suurin mahdollinen virta 12 voltin jännitteellä I=P/U=3/12=0,25 A. Käämitykseen voidaan valita halkaisijaltaan 0,35...0,4 neliömillimetrin lanka. 1 voltin jännitteeseen tarvitaan 50/8,75=5,7 kierrosta, jolloin tarvitaan 12*5,7=33 kierrosta. Varalla on noin 40 kierrosta.

Valmiiksi kootun muuntajan valinta

Jos on olemassa valmis muuntaja, jonka toisiokäämitys on sopiva virralle ja jännitteelle, voit yrittää valita valmiin muuntajan. Esimerkiksi TPP-sarjassa on sopivia tuotteita, joiden toisiojännite on lähellä 12 volttia.

Tämän ratkaisun etuna on vähäinen työmäärä ja tehtaan suunnittelun luotettavuus. Haittapuolena on, että muuntaja sisältää muita käämejä, ja kokonaiskapasiteetti on suunniteltu myös niiden kuormitukselle. Siksi tämä muuntaja häviää painon ja mittojen suhteen.

Diodien valinta ja tasasuuntaajan rakenne

Tasasuuntaajan diodit valitaan kolmen parametrin mukaan:

• Korkein sallittu eteenpäin suuntautuva jännite;
• korkein käänteisjännite;
• Suurin käyttövirta.

Kahden ensimmäisen parametrin osalta 90 prosenttia saatavilla olevista puolijohteista soveltuu käytettäväksi 12 voltin virtapiirissä, ja valinta perustuu pääasiassa jatkuvan virran raja-arvoon. Myös diodikotelon rakenne ja tasasuuntaajan valmistustapa riippuvat tästä parametrista.

Jos kuormitusvirta ei ylitä 1 A, voidaan käyttää ulkomaisia ja kotimaisia yhden ampeerin diodeja:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("drop");
• KD212 ja muut.

Pienemmille virroille (enintään 0,3 A) on suunniteltu KD105 (KD106) -laitteet. Kaikki edellä mainitut diodit voidaan asentaa pystysuoraan tai vaakasuoraan painettuun piiriin tai asennuslevyyn tai yksinkertaisesti nastoihin. Ne eivät tarvitse jäähdytyslevyjä.

Diodisilta on valmistettu pienitehoisista elementeistä.

Jos tarvitset suurempia toimintavirtoja, sinun on käytettävä muita diodeja (KD213, KD202, KD203 jne.). Nämä laitteet on suunniteltu toimimaan jäähdytyslevyjen päällä, ilman niitä ne kestävät enintään 10 % suurimmasta nimellisvirrasta. Siksi on tarpeen valita valmiit jäähdytyslevyt tai valmistaa ne itse kuparista tai alumiinista.

Toinen diodisiltamalli.

On myös kätevää käyttää valmiita siltadiodikokoonpanoja KTs405, KVRS tai vastaavia. Niitä ei tarvitse koota, kytke vain vaihtojännite vastaaviin nastoihin ja poista tasajännite.

KVRS3510 kokoonpano.

Kondensaattorin kapasiteetti

Kondensaattorin kapasitanssi riippuu kuormituksesta ja sen sallimasta aaltoilusta. Internetistä löytyy kaavoja ja verkkolaskureita, joilla kapasitanssi voidaan laskea tarkasti. Harjoittelua varten voit tutustua kuviin:

• Pienillä kuormitusvirroilla (kymmeniä milliampeereja) kapasitanssin tulisi olla 100...200 µF;
• Enintään 500 mA:n virroilla tarvitaan 470...560 uF:n kondensaattori;
• jopa 1 A - 1000...1500 uF.

Suuremmilla virroilla kapasitanssi kasvaa samassa suhteessa. Yleinen lähestymistapa on, että mitä suurempi kondensaattori, sitä parempi. Kapasiteettia voidaan kasvattaa mihin tahansa rajaan asti, vain koko ja kustannukset rajoittavat sitä. Jännitteen osalta kondensaattorilla pitäisi olla huomattava varaus. Esimerkiksi 12 voltin tasasuuntaajassa on parempi käyttää 25 voltin elementtiä kuin 16 voltin elementtiä.

Tämä pätee vakauttamattomiin virtalähteisiin. Säätimillä varustetuissa virtalähteissä kapasitansseja voidaan pienentää kaksinkertaiseksi.

Lähtöjännitteen vakauttaminen

Vakauttaja ei ole aina tarpeen virtalähteen lähdössä. Jos aiot käyttää virtalähdettä yhdessä äänentoistolaitteiden kanssa, ulostulossa on oltava vakaa jännite. Mutta jos lämmitintä käytetään kuormana, vakaaja on ilmeisen tarpeeton. Osoitteessa LED-nauhat voi tehdä ilman monimutkaisin moduuli PSU, mutta toisaalta, vakaa jännite takaa riippumattomuuden kirkkauden vaihtelut verkossa ja pidentää LED-valaistuksen käyttöikää.

Jos päätetään asentaa säädin, se on helpointa asentaa erityiselle LM7812 (KR142EN5A) -sirulle. Piiri on yksinkertainen eikä vaadi säätöä.

7812:n säädin.

Tällaisen säätimen tuloon voidaan syöttää 15-35 voltin jännite. Tuloon on asennettava kondensaattori C1, jonka kapasiteetti on vähintään 0,33 μF, ja lähtöön vähintään 0,1 μF. C1 on yleensä suodatinyksikön kondensaattori, jos liitäntäjohdot ovat enintään 7 cm pitkiä. Jos tätä pituutta ei voida säilyttää, on asennettava erillinen elementti.

7812 on suojattu ylikuumenemiselta ja oikosululta. Se ei kuitenkaan pidä tulon napaisuuden kääntymisestä ja ulostuloon kytketystä ulkoisesta jännitteestä - sen käyttöikä tällaisissa tilanteissa lasketaan sekunneissa.

Tärkeää! Jos kuormitusvirta on yli 100 mA, AVR:n asentaminen jäähdytyselementtiin on pakollista!

AVR:n lähtövirran kasvattaminen

Yllä olevan kaavion mukaan AVR:ään voidaan syöttää enintään 1,5 A:n virta. Jos tämä ei riitä, solmun lataamiseen voidaan käyttää ylimääräistä transistoria.

Järjestelmä n-p-n-transistorin kanssa

Ulkoinen n-p-n-transistori.

Suunnittelijat suosittelevat tätä piiriä, ja se sisältyy sirun tietolehteen. Lähtövirta ei saa ylittää transistorin maksimikollektorivirtaa, ja transistori on varustettava jäähdytyselementillä.

Piiri, jossa on p-n-p-transistori

Jos n-p-n-rakenteista puolijohdetriodia ei ole saatavilla, stabilaattorin lataamiseen voidaan käyttää p-n-p-puolijohdetriodia.

Ulkoinen p-n-p-transistori.

Piidiodi VD lisää 7812:n lähtöjännitettä 0,6 V:lla ja kompensoi transistorin emitteriliitoksen yli tapahtuvan jännitehäviön.

Parametrinen säädin

Jos integroitua säädintä ei jostain syystä ole saatavilla, on mahdollista suunnitella liitäntä, jossa on säädin. Valitse säädin, jonka vakautusjännite on 12 V ja joka on mitoitettu sopivalle kuormitusvirralle. Joidenkin 12 V:n kotimaisten ja maahantuotujen säätimien enimmäisvirta on esitetty seuraavassa taulukossa.

Kaaviokuva yksinkertaisesta parametrisesta vakaajasta.

Vastuksen nimellisarvo lasketaan kaavan mukaan:

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

• Uin min - pienin vakauttamaton tulojännite (oltava vähintään 1,4 Ust), volttia;
• Ust - säätimen vakiintunut jännite (viitearvo), volttia;
• In max - suurin kuormitusvirta;
• Ist min - pienin vakautusvirta (viitearvo).

Jos tarvittavaa jännitettä varten ei ole stabilistoria, se voidaan muodostaa kahdesta sarjaan kytketystä stabilistorista. Kokonaisjännitteen on oltava 12 V (esim. D815A 5,6 voltin jännitteellä ja D815B 6,8 voltin jännitteellä antavat 12,4 V).

Tärkeää! Stabilitroneja (edes samantyyppisiä) ei saa kytkeä rinnakkain "stabilointivirran lisäämiseksi"!

Stabilitroneja ei ole kytketty rinnakkain.

Voit ladata parametrisen AVR:n samalla tavalla - kytkemällä ulkoisen transistorin.

Kaavio tehovakaajasta.

Tehotransistoria varten on oltava jäähdytyselementti. Tällöin syöttöjännite on 0,6 V pienempi kuin Ust-säätimen. Tarvittaessa lähtöjännitettä voidaan säätää ylöspäin piidiodilla (tai diodiketjulla). Jokainen ketjun elementti lisää Uf:tä noin 0,6 V:lla.

Kaaviokuva säätimestä, jossa on regulaattoridiodi.

Lähtöjännitteen säätö

Jos virtalähteen jännitettä on säädettävä nollasta, paras ratkaisu on parametrinen säädin, johon on lisätty muuttuva vastus.

Tasainen jännitteen säätö.

Transistorin pohjan ja yhteisen johtimen välinen 1 kΩ:n vastus suojaa triodia vioittumiselta, jos potentiometrin liukupiiri katkeaa. Muuttuvan vastuksen nupin kääntäminen muuttaa transistorin perusjännitettä 0:sta Ust-stabilisaattoriin noin 0,6 voltin viiveellä. Huomaa, että solmuparametrit ovat huonommat potentiometrin käytön vuoksi - liikkuva kosketus (jopa hyvälaatuinenkin) heikentää väistämättä transistorin perusjännitteen vakautta.

Lue myös

Kuinka tehdä virtalähde energiansäästölampusta

 

0-12 voltin säädön saavuttaminen 78XX-sarjan integroidulla säätimellä on paljon vaikeampaa. Jos 5-12 voltin säätöalue riittää, voit käyttää 7805-sirua ja kytkeä sen päälle potentiometripiirillä. Vakauttajan pitäisi olla noin 7 voltin (KC168 diodilla tai ilman, KC175 jne.). Alemmassa potentiometrin liukusäädinasennossa GND-nasta on kytketty yhteiseen johtimeen, ja ulostulo on 5 volttia. Kun liukusäädin siirretään ylempään tappiin, liukusäätimen jännite nousee Ust Stabilizeriin ja lisää mikropiirin vakautusjännitettä.

Se säätyy tasaisesti 5-12 voltista.

Voidaan käyttää LM317-sirua. Siinä on myös kolme nastaa, ja se on suunniteltu erityisesti säänneltyjen lähteiden luomiseen. Mutta tässä säätimessä on alempi jännitekynnys, joka alkaa 1,25 voltista. Internetissä on monia LM317-piirejä, joiden säätö on nollasta, mutta yli 90 prosenttia näistä piireistä on käyttökelvottomia.

LM317:n vakiokytkentäkaavio.

Lue myös:Kotitekoinen virtalähde, jossa on 0-30V jännite ja virran säätö

Laitteen asettelu

Kun kaikki solmut on valittu tai sinulla on selkeä käsitys siitä, mitä ne ovat, voit aloittaa laitteen kokoamisen. On myös tärkeää ymmärtää yksikön tuleva kotelo. Voit valita tehdasvalmisteisen yksikön tai tehdä sen itse, jos sinulla on materiaalit ja taidot.

Kotelon sisällä olevien komponenttien sijoitteluun ei ole erityisiä sääntöjä. On kuitenkin suositeltavaa järjestää kokoonpanot siten, että ne kytketään sarjaan kuvan mukaisesti ja mahdollisimman lyhyelle etäisyydelle. Lähtöliittimien tulisi olla mieluiten verkkokaapelia vastapäätä olevalla puolella. Virtakytkin ja sulake on asennettava mieluiten laitteen takaosaan. Koteloiden välisen tilan tehokkaan hyödyntämisen vuoksi osa komponenteista voidaan asentaa pystysuoraan, mutta diodisilta on parempi asentaa vaakasuoraan. Jos se asennetaan pystysuoraan, alemmista diodeista tuleva konvektiokuuma virtaa ylempien elementtien ympärille ja lämmittää niitä lisäksi.

Niille, jotka eivät ymmärrä, katso tämä video: Yksinkertainen virtalähde omin käsin.

Tasavirtalähde on helppo koota kiinteällä virtalähteellä. Tämä on keskivertomiehen ulottuvilla, sillä se vaatii vain sähkötekniikan perusymmärrystä ja vähäisiä asennustaitoja.