Hogyan készítsünk 12 voltos tápegységet saját kezűleg - mintaáramkörök

A 12 voltos egyenáramú feszültségszabályozó hasznos eszköz az otthon, a kertben vagy a garázsban. Nem nehéz egy ilyen eszközt saját magad elkészíteni. Az alábbiakban egy diagram a 12V-os tápegység összeszereléséhez saját kezűleg, valamint tippeket adunk az alkatrészek kiszámításához és kiválasztásához.

A tápegységek típusai

Ma már széles körben használnak kapcsolóüzemű tápegységeket. A hagyományos transzformátoros áramkörökkel szemben jelentős előnyük van az energiahatékonyság és a tömegméretek tekintetében. Az 5 amper feletti terhelési áramoknál vitathatatlan előnynek tekintik őket. De hátrányaik is vannak, például a hálózati tápellátás és a terhelés RF-interferenciát okoz. Az otthoni összeszerelés legfőbb akadálya pedig az áramkörök bonyolultsága és a tekercselő alkatrészek gyártásához szükséges speciális szakértelem. Ezért az átlagos otthoni barkácsoló számára jobb, ha a szokásos módon, hálózati lefokozó transzformátorral készít tápegységet.

Ahol a feszültségforrást használják

Egy ilyen tápegység otthoni felhasználási lehetőségei széleskörűek:

• Kisfeszültségű lámpatestek tápellátása;
• Újratölthető akkumulátorok töltése;
• Tápegység audio lejátszó eszközökhöz.

És sok más olyan célra is, amelyhez 12 voltos egyenfeszültségre van szükség.

Egy transzformátoros tápegység vázlata

Egy tápegység sematikus ábrája.

Egy 220 V-os hálózatról működő 12 voltos tápegység kapcsolási rajza a következő csomópontokból áll:

1. Csökkentő transzformátor. Vasból, primer és szekunder (több is lehet belőlük) tekercsekből áll. Anélkül, hogy a működési elvre kitérnénk, meg kell jegyezni, hogy a kimeneti feszültség a primer (n1) és a szekunder (n2) tekercsek arányától függ. A 12 volt eléréséhez a szekunder tekercsnek 220/12=18,3-szor kevesebb fordulatot kell tartalmaznia, mint a primer tekercsnek.
2. Egyenirányító. Leggyakrabban két félperiódusú áramkörként (diódahíd). A váltakozó feszültséget pulzáló feszültséggé alakítja. Az áram periódusonként kétszer folyik át a terhelésen ugyanabban az irányban.
   Félhullámú egyenirányító működése.
3. Szűrő .. A pulzáló feszültséget egyenfeszültséggé alakítja. A feszültség alkalmazásának pillanataiban feltöltődik, a szünetekben pedig lemerül. Egy nagy kapacitású oxidkondenzátorból áll, amellyel párhuzamosan gyakran egy kb. 1 µF kapacitású kerámia kondenzátort is tartalmaz. E kiegészítő elem szükségességének megértéséhez emlékeztetni kell arra, hogy az oxidkondenzátor tekercsre feltekert fóliacsíkok formájában van elrendezve. Ez a tekercs parazita induktivitással rendelkezik, ami észrevehetően rontja a nagyfrekvenciás zavarszűrés minőségét. Ebből a célból egy további RF rövidzárlat-kondenzátor van beépítve.
   Egyenértékű szűrőáramkör oxid- és segédkondenzátorokkal.
4. Stabilizátor. Elhagyható. Az egyszerű, de hatékony egységek vázlatait az alábbiakban tárgyaljuk.

A következő szakaszokban a 12 voltos egyenáramú feszültségforrás egyes elemeinek kiválasztását és számítását tárgyaljuk.

Transzformátor kiválasztása

A megfelelő transzformátor beszerzéséhez kétféleképpen lehet eljárni. A lefokozó egység saját maga elkészítése vagy egy megfelelő, gyárilag összeszerelt egység beszerzése. Mindkét esetben szem előtt kell tartani:

• a lefokozó transzformátor kimenetén a feszültség mérésekor a feszültségmérő az effektív feszültséget (az amplitúdófeszültségnél 1,4-szer kisebbet) mutatja;
• a szűrőkondenzátoron terhelés nélkül az egyenfeszültség megközelítőleg egyenlő lesz az amplitúdófeszültséggel (azt mondják, hogy a kondenzátor feszültsége 1,4-szeresére "emelkedik");
• Ha nincs szabályozó, terhelés alatt a kondenzátoron mért feszültség az áram függvényében csökken;
• A bemeneti feszültségnek meg kell haladnia a kimeneti feszültséget ahhoz, hogy a szabályozó működjön, és arányuk korlátozza a tápegység egészének hatékonyságát.

Az utolsó két pontból következik, hogy a transzformátor feszültségének meg kell haladnia a 12 V-ot ahhoz, hogy a tápegység megfelelően működjön.

A transzformátor saját maga tekercselése

Egy házi készítésű teljesítménytranszformátor teljes kiszámítása és gyártása bonyolult, időigényes, és szerszámokat és készségeket igényel. Ezért egy egyszerűsített módot fogunk megvizsgálni - egy megfelelő vasegység kiválasztása és 12V-ra való átalakítása.

Ha kész transzformátorral rendelkezik, de nincs kapcsolási rajz, akkor a tekercselés teszteléséhez tesztelőt kell használnia. A legnagyobb ellenállású tekercs valószínűleg a hálózati tekercs lesz. A többi tekercset el kell távolítani.

Ezután meg kell mérni a vasalatkészlet b vastagságát és a középső lemez a szélességét, és ezeket meg kell szorozni. Az eredmény a mag keresztmetszeti területe S=a*b (négyzetcentiméterben). Ez határozza meg a transzformátor teljesítményét P=. Ezután számítsuk ki a 12 voltos tekercsből felvehető maximális áramot amperben kifejezve: I=P/12.

Határozza meg a magterületet.

Ezután az egy voltra jutó fordulatszámot az n=50/S képlet segítségével kell kiszámítani. 12 voltos feszültséghez 12*n fordulatot kell tekerni, körülbelül 20% tartalékkal a rézben és a szabályozóban keletkező veszteségekre. És ha nincs, akkor a feszültségesés terhelés alatt. Az utolsó lépés pedig a tekercselőhuzal keresztmetszetének kiválasztása a diagram szerint 2-3 ma/m2 mm-es áramsűrűség esetén.

Rézhuzal kiválasztása.

Például van egy transzformátorunk 220 V-os primerrel, 3,5 cm vastag vasalattal és 2,5 cm széles középső nyelvvel. Tehát S=2,5*3,5=8,75 és a transzformátor teljesítménye =3W (megközelítőleg). Ekkor a 12 voltos feszültségen elérhető maximális áram I=P/U=3/12=0,25 A. A tekercseléshez 0,35...0,4 négyzetméter átmérőjű huzal választható. 1 volthoz 50/8,75=5,7 fordulatra van szükség, 12*5,7=33 fordulatra. Körülbelül 40 fordulatnyi tartalékkal.

Előre összeszerelt transzformátor kiválasztása

Ha van olyan kapható transzformátor, amelynek szekunder tekercselése megfelelő az áram és a feszültség számára, akkor megpróbálhat egy kapható transzformátort választani. A TPP sorozat például 12 volthoz közeli szekunder feszültségű termékekkel rendelkezik.

Ennek a megoldásnak az előnye a minimális erőfeszítés és a gyári kivitel megbízhatósága. Hátránya, hogy a transzformátor más tekercseket is tartalmaz, és a teljes kapacitást is az ő terhelésükre tervezték. Ezért ez a transzformátor a súly és a méretek tekintetében vesztes lesz.

A diódák kiválasztása és az egyenirányító felépítése

Az egyenirányítóban lévő diódákat három paraméter alapján választják ki:

• Legnagyobb megengedett előremenő feszültség;
• legmagasabb fordított feszültség;
• A legnagyobb üzemi áram.

Az első két paraméter esetében a rendelkezésre álló félvezetők 90 százaléka alkalmas 12 voltos áramkörben való működésre, a választás elsősorban a folyamatos áramhatár alapján történik. A dióda burkolatának kialakítása és az egyenirányító gyártásának módja is függ ettől a paramétertől.

Ha a terhelési áram nem haladja meg az 1 A-t, akkor külföldi és hazai egyampperes diódák használhatók:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("csepp");
• KD212 és mások.

Kisebb áramokhoz (0,3 A-ig) a KD105 (KD106) készülékeket tervezték. A fenti diódák mindegyike függőlegesen vagy vízszintesen, nyomtatott áramkörre vagy szerelőlemezre, vagy egyszerűen csapokra szerelhető. Nincs szükségük hűtőbordákra.

A diódahíd kis teljesítményű elemekből készül.

Ha nagyobb üzemi áramra van szüksége, akkor más diódákat (KD213, KD202, KD203 stb.) kell használnia. Ezeket az eszközöket hűtőbordákon való működésre tervezték, ezek nélkül legfeljebb a maximális névleges áram 10%-át bírják el. Ezért a hűtőbordákat a polcon kapható hűtőbordák közül kell választani, vagy saját magunknak kell elkészíteni rézből vagy alumíniumból.

Egy másik diódahíd kialakítás.

Kényelmes a KTs405, KVRS vagy hasonló kész híddiódaszerelvények használata is. Nem szükséges összeszerelni őket, csak csatlakoztassa a váltakozó feszültséget a megfelelő csapokra, és távolítsa el az egyenfeszültséget.

KVRS3510 összeszerelés.

Kondenzátor kapacitás

A kondenzátor kapacitása a terheléstől és az általa megengedett hullámzástól függ. Az interneten találhatók képletek és online kalkulátorok a kapacitás pontos kiszámításához. Gyakorláshoz lásd az ábrákat:

• Kis terhelési áramok (néhány tíz milliamper) esetén a kapacitásnak 100...200 µF-nek kell lennie;
• 500 mA-ig terjedő áramoknál 470...560 uF kondenzátorra van szükség;
• 1 A-ig - 1000...1500 uF.

Nagyobb áramok esetén a kapacitás arányosan nő. Az általános megközelítés szerint minél nagyobb a kondenzátor, annál jobb. A kapacitás tetszőlegesen növelhető, csak a méret és a költségek szabnak határt. Feszültség szempontjából a kondenzátornak jelentős tartalékkal kell rendelkeznie. Például egy 12 voltos egyenirányítóhoz jobb egy 25 voltos elemet használni, mint egy 16 voltosat.

Ez a nem stabilizált tápegységekre igaz. Szabályozókkal ellátott tápegységek esetében a kapacitások kétszeresére csökkenthetők.

A kimeneti feszültség stabilizálása

A stabilizátor nem mindig szükséges a tápegység kimenetén. Ha a tápegységet hanglejátszó berendezéssel együtt kívánja használni, akkor a kimeneten stabil feszültségre van szükség. De ha egy fűtőtestet használnak terhelésként, akkor nyilvánvalóan nincs szükség stabilizátorra. A oldalon. LED csíkok nélkülözheti a tápegység legösszetettebb modulját, de másrészt a stabil feszültség biztosítja a fényerő függetlenségét a hálózat ingadozásainál, és meghosszabbítja a LED-világítás élettartamát.

Ha a szabályozó beépítése mellett döntünk, a legegyszerűbb, ha azt egy speciális LM7812 (KR142EN5A) mikroáramkörre szereljük. Az áramkör egyszerű és nem igényel semmilyen beállítást.

A szabályozó a 7812.

Egy ilyen szabályozó bemenetén 15 és 35 volt közötti feszültséget lehet alkalmazni. A bemenetre egy legalább 0,33 μF kapacitású C1 kondenzátort, a kimenetre pedig egy legalább 0,1 μF kapacitású kondenzátort kell felszerelni. A C1 általában egy szűrőegység kondenzátora, ha a csatlakozó vezetékek nem hosszabbak 7 cm-nél. Ha ez a hossz nem tartható, akkor külön elemet kell felszerelni.

A 7812 túlmelegedés és rövidzárlat ellen védett. Nem szereti azonban a bemeneten történő polaritásváltást és a kimenetre alkalmazott külső feszültséget - élettartamát ilyen helyzetekben másodpercekben számoljuk.

Fontos! 100 mA feletti terhelési áramok esetén az AVR hűtőbordára történő felszerelése kötelező!

Az AVR kimeneti áramának növelése

A fenti diagram szerint az AVR-hez legfeljebb 1,5 A áramot lehet kapcsolni. Ha ez nem elegendő, egy további tranzisztorral lehet a csomópontot feltölteni.

Séma n-p-n tranzisztorral

Külső n-p-n tranzisztor.

Ezt az áramkört a tervezőmérnökök ajánlják, és a chip adatlapja tartalmazza. A kimeneti áram nem haladhatja meg a tranzisztor maximális kollektoráramát, amelyet hűtőbordával kell ellátni.

Áramkör p-n-p tranzisztorral

Ha nem áll rendelkezésre n-p-n szerkezetű félvezetőtrióda, a stabilizátor feltöltésére p-n-p félvezetőtrióda is használható.

Külső p-n-p tranzisztor.

A VD szilíciumdióda 0,6 V-tal növeli a 7812 kimeneti feszültségét, és kompenzálja a tranzisztor emitter-összeköttetésén fellépő feszültségesést.

Parametrikus szabályozó

Ha valamilyen okból kifolyólag nem áll rendelkezésre integrált szabályozó, lehetséges egy szabályozóval ellátott csomópont kialakítása. Válasszon egy 12 V-os stabilizációs feszültségű és a megfelelő terhelési áramra méretezett szabályozót. Néhány 12 V-os hazai és importált szabályozó maximális áramát az alábbi táblázat tartalmazza.

Egy egyszerű parametrikus stabilizátor sematikus ábrája.

Az ellenállás névleges értékét a képlet szerint kell kiszámítani:

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

• Uin min - minimális stabilizálatlan bemeneti feszültség (legalább 1,4 Ust), volt;
• Ust - a szabályozó stabilizált feszültsége (referenciaérték), volt;
• In max - maximális terhelési áram;
• Ist min - minimális stabilizációs áram (referenciaérték).

Ha nincs a kívánt feszültséghez megfelelő stabilizátor, akkor két sorba kapcsolt stabilizátorból is összeállítható. A teljes feszültségnek 12 V-nak kell lennie (pl. a D815A 5,6 voltos és a D815B 6,8 voltos értéke 12,4 V-ot ad).

Fontos! A stabilizátorokat (még az azonos típusúakat is) nem szabad párhuzamosan kapcsolni "a stabilizációs áram növelése érdekében"!

A stabilitronok nem párhuzamosan vannak összekötve.

Egy parametrikus AVR-t ugyanígy - egy külső tranzisztor csatlakoztatásával - lehet feltölteni.

Egy teljesítménystabilizátor vázlata.

A teljesítménytranzisztorhoz hűtőbordát kell biztosítani. A tápfeszültség ekkor 0,6 V-tal kisebb lesz, mint az Ust szabályozóé. Szükség esetén a kimeneti feszültség egy szilíciumdióda (vagy diódalánc) beépítésével felfelé állítható. A lánc minden egyes eleme kb. 0,6 V-tal növeli az Uf értéket.

Szabályozó diódával ellátott szabályozó kapcsolási rajza.

Kimeneti feszültség szabályozás

Ha a tápfeszültséget nulláról kell szabályozni, akkor a legjobb megoldás a paraméteres szabályozó, amelyhez egy változó ellenállás hozzáadása szükséges.

Sima feszültségszabályozás.

Egy 1kΩ ellenállás a tranzisztor bázisa és a közös vezeték között megvédi a triódát a meghibásodástól, ha a potenciométer csúszókör megszakad. A változó ellenállás gombjának elforgatásával a tranzisztor bázisfeszültsége 0-ról Ust stabilizátorra változik, körülbelül 0,6 voltos késéssel. Vegye figyelembe, hogy a csomóponti paraméterek rosszabbak lesznek a potenciométer használata miatt - a mozgó érintkező jelenléte (még ha jó minőségű is) elkerülhetetlenül csökkenti a tranzisztor bázisfeszültségének stabilitását.

Olvassa el továbbá

Hogyan készítsünk tápegységet egy energiatakarékos lámpából?

 

A 0-12 voltos szabályozás elérése a 78XX sorozatú integrált szabályozóval sokkal nehezebb. Ha az 5-12 voltos szabályozási tartomány elegendő, akkor használhat egy 7805-ös chipet, és bekapcsolhatja egy potenciométeres áramkörrel. A stabilitron kb. 7 voltra kell, hogy legyen (KC168 diódával vagy anélkül, KC175 stb.). Az alsó potenciométer csúszkaállásban a GND csap a közös vezetékhez van csatlakoztatva, és a kimenet 5 voltos lesz. Amikor a csúszkát a felső csapra toljuk, a csúszkán lévő feszültség az Ust Stabilizer értékére emelkedik, és hozzáadódik a mikroáramkör stabilizáló feszültségéhez.

Simán szabályoz 5 és 12 volt között.

LM317 chip használható. Szintén három tüskével rendelkezik, és kifejezetten szabályozott források létrehozására tervezték. Ennek a szabályozónak azonban alacsonyabb a feszültségküszöbe, 1,25 voltnál kezdődően. Az interneten sok LM317 áramkör található nulláról való szabályozással, de ezeknek az áramköröknek a 90+ százaléka működésképtelen.

A szabványos LM317 kapcsolási rajz.

Olvassa el továbbá:Házi tápegység 0-30V feszültség- és áramszabályozással

Eszköz elrendezése

Ha az összes csomópont ki van választva, vagy ha már világos elképzelése van arról, hogy mik lesznek, elkezdheti az eszköz összeállítását. Fontos megérteni az egység jövőbeli burkolatát is. Választhat előre gyártott egységet, vagy ha rendelkezik az anyagokkal és a készségekkel, saját maga is készíthet egyet.

Az alkatrészek elhelyezésére a burkolaton belül nincsenek különleges szabályok. A szerelvényeket azonban célszerű úgy elrendezni, hogy az ábrán látható módon sorba legyenek kötve, és a lehető legrövidebb távolságon keresztül. A kimeneti csatlakozók lehetőleg a hálózati kábellel szemben lévő oldalon legyenek. A hálózati kapcsolót és a biztosítékot lehetőleg a készülék hátuljára kell felszerelni. A burkolatok közötti hely jobb kihasználása érdekében néhány alkatrész függőlegesen is felszerelhető, de a diódahidat vízszintesen kell felszerelni. Ha függőlegesen van felszerelve, az alsó diódákból származó konvekciós meleg levegő áramlik a felső elemek körül, és azokat is melegíti.

Aki nem érti, nézze meg ezt a videót: Egy egyszerű tápegység saját kezűleg.

Egy egyenáramú tápegységet könnyű összeszerelni egy fix tápegységgel. Ez egy átlagos ezermester számára is elérhető, és csak alapvető ismereteket igényel az elektrotechnika terén, valamint minimális telepítési készségeket.