今日まで、パルス電圧源は広く普及しています。従来の変圧器回路の前に、エネルギー効率と質量サイズの指標で大きな利点があります。負荷電流が 5 アンペアを超えると、否定できない利点があると考えられています。しかし、主電源や負荷への RF 干渉の発生などの欠点もあります。そして、家の組み立ての主な障害は、回路の複雑さと、巻線部品を作成するための特別なスキルの必要性です。したがって、平均的な家庭の便利屋は、通常の原理で主電源降圧変圧器を使用して電源を作る方がよいでしょう。

電圧源を使用する場所

家庭でのこのようなPSUの適用範囲は広いです。

低電圧ランプへの電力供給;
充電式バッテリーの充電;
オーディオ再生機器用電源。

12ボルトの定電圧が必要な他の多くの目的と同様に。

トランス電源の図

電源の回路図。

220 V ネットワークで動作する 12 ボルト電源の回路図は、次のノードで構成されています。

降圧トランスです。.それは、鉄、一次および二次（それらのいくつかが存在する可能性があります）の巻線で構成されています。動作原理には触れずに、出力電圧は一次（n1）巻線と二次（n2）巻線の比率に依存することに注意してください。 12 ボルトを得るには、二次巻線の巻数を一次巻線の 220/12=18.3 倍にする必要があります。
整流器.ほとんどの場合、2 半周期回路 (ダイオードブリッジ) の形で作られます。交流電圧を脈動電圧に変換します。電流は、1 周期あたり 2 回、同じ方向に負荷を通過します。
半周期整流器の動作。
フィルター.脈動電圧を直流電圧に変換します。電圧が印加された瞬間に充電され、休止時に放電されます。これは大容量の酸化物コンデンサで構成されており、これと並列に約 1 µF の容量のセラミックコンデンサが含まれることがよくあります。この追加要素の必要性を理解するには、酸化物コンデンサがロール状に巻かれた箔のストリップの形で配置されていることを覚えておく必要があります。このロールには寄生インダクタンスがあり、これが高周波ノイズフィルタリングの品質を著しく低下させます。この目的のために、HFパルスの追加の短絡コンデンサが含まれています。
酸化物と追加のコンデンサを使用した等価フィルタ回路。
スタビライザー.存在しない場合があります。シンプルだが効果的なアセンブリのスキームを以下で説明します。

以下のセクションでは、12 ボルトの DC 電圧源の各要素を選択して計算する手順について説明します。

変圧器の選択

適切な変圧器を入手するには、2 つの方法があります。降圧ユニットを自作するか、工場で組み立てられた適切な変圧器を選択します。いずれの場合も、次の点に注意してください。

電圧を測定するときの変圧器の降圧巻線の出力で、電圧計は実効電圧（振幅電圧の1.4倍）を示します。
負荷のないフィルタリングコンデンサでは、DC電圧は振幅電圧にほぼ等しくなります（コンデンサ電圧は1.4倍で「上昇」すると言われています）。
安定器がない場合、負荷がかかると、コンデンサの電圧は電流に応じて低下します。
スタビライザーの動作には、出力電圧を超える入力電圧が必要であり、それらの比率によって電源ユニット全体の効率が制限されます。

最後の 2 つのポイントから、PSU の通常の動作では、トランス電圧が 12 V を超えなければならないことがわかります。

トランスの独立巻線

自家製の電源トランスの完全な計算と製造は複雑で時間がかかり、ツールとスキルが必要です。したがって、適切な鉄ユニットの選択とその12 Vへの変換という単純化された方法を検討します。

既製の変圧器はあるが、その接続図がない場合は、テスターで巻線を呼び出す必要があります。抵抗が最も高い巻線は、主電源である可能性があります。他の巻線は取り外す必要があります。

次に、鉄セットの厚さ b と中央プレートの幅 a を測定し、それらを乗算する必要があります。コアの断面積 S=a*b (平方センチメートル) が得られます。これにより、トランスの電力が決まります P =.次に、12 ボルトの電圧で巻線から引き出すことができるアンペア単位の最大電流を計算します。I=P/12。

コア領域の決定。

次に、式 n=50/S に従って、1 ボルトあたりの巻き数を計算します。12 ボルトの場合、銅とスタビライザーの損失を約 20% 確保して、12*n ターン巻く必要があります。また、スタビライザーがない場合は、負荷がかかった状態で電圧が低下します。そして最後のステップは、2〜3 ma / sq.mmの電流密度のチャートに従って巻線ワイヤの断面を選択することです。

銅線の選択。

たとえば、厚さ 3.5 cm の鉄のセットと 2.5 cm の中央の舌の幅を備えた 220V の一次巻線を備えた変圧器があります。したがって、S=2.5*3.5=8.75 で、変圧器の電力は =3 W (概算)。次に、12 ボルトで可能な最大電流 I=P/U=3/12=0.25 A. 巻線には、直径 0,35...0,4 平方 mm のワイヤを選択できます。 1 ボルトの場合、50/8,75=5,7 ターンあり、12*5,7=33 ターン巻く必要があります。リザーブあり - 約40ターン。

完成した変圧器の選択

電流と電圧に適した二次巻線を備えた市販の変圧器がある場合は、市販の変圧器を手に入れることができます。たとえば、TPPシリーズには、2次電圧が12ボルトに近い適切な製品があります。

変成器	二次巻線出力の指定	電圧、V	許容電流、А
TPP48	11-12, 13-14, 15-16, 17-18	13,8	0,27
TPP209	11-12, 13-15	11,5	0,0236
TPP216	11-12, 13-14, 15-16, 17-18	11,5	0,072

このソリューションの利点は、最小限の労力と工場設計の信頼性です。マイナス - 変圧器には他の巻線が含まれており、全体の電力はそれらの負荷に対して計算されます。したがって、そのような変圧器は重量と寸法の点で負けます。

ダイオードの選択と整流器の作成

整流器のダイオードは、次の 3 つのパラメータに従って選択されます。

最大許容順方向電圧。
最高の逆電圧;
最高の動作電流。

最初の 2 つのパラメーターによると、利用可能な半導体デバイスの 90% は 12 ボルト回路での動作に適しています。選択は主に最大連続許容電流に従って行われます。このパラメータは、ダイオード本体の設計と整流器の製造方法も決定します。

負荷電流が 1 A を超えない場合は、外国および国内のシングルアンプダイオードを使用できます。

1N4001-1N4007;
HER101-HER108;
KD258 (「ドロップ」);
KD212など。

デバイス KD105 (KD106) は、より小さな電流 (最大 0.3 A) 向けに設計されています。リストされているすべてのダイオードは、PCB または取り付けプレート、またはピンに垂直または水平に取り付けることができます。ラジエーターは必要ありません。

低電力素子のダイオードブリッジ。

高い動作電流が必要な場合は、他のダイオード (KD213、KD202、KD203 など) を使用する必要があります。これらのデバイスは、ヒートシンク上で動作するように設計されており、ヒートシンクなしでは、最大定格電流の 10% 以下しか耐えられません。したがって、既製のヒートシンクを手に入れるか、銅またはアルミニウムから自分で作る必要があります。

別のダイオードブリッジ設計。

既製のブリッジダイオードアセンブリ KTs405、KVRS などを使用すると便利です。それらを組み立てる必要はありません。対応するピンに AC 電圧を接続し、DC 電圧を取り除くだけです。

KVRS3510の組み立て。

コンデンサ容量

コンデンサの容量は、負荷とそれが許容するリップルに依存します。静電容量を正確に計算するための公式とオンライン計算機がインターネット上にあります。練習のために、数字で行くことができます：

小さな負荷電流 (数十ミリアンペア) の場合、静電容量は 100 ～ 200 μF にする必要があります。
最大 500 mA の電流では、470...560 uF のコンデンサが必要です。
最大 1 A - 1000...1500 uF。

より高い電流の場合、静電容量は比例して増加します。一般的なアプローチは、コンデンサが大きいほど良いというものです。サイズとコストによってのみ制限されますが、その容量を任意の制限まで増やすことができます。電圧に関しては、十分な余裕のあるコンデンサを使用する必要があります。たとえば、12 ボルトの整流器の場合、16 ボルトのエレメントよりも 25 ボルトのエレメントを使用する方が適切です。

この推論は、安定化されていないソースにも当てはまります。レギュレーターを備えた PSU を使用している場合、静電容量を何倍にも減らすことができます。

出力電圧の安定化

電源の出力を安定化することは必ずしも必要ではありません。たとえば、オーディオ機器で PSU を使用する場合は、出力で安定した電圧が必要です。しかし、ヒーターを負荷として使用する場合、スタビライザーは明らかに不要です。為に LEDストリップ PSU の最も複雑なモジュールがなくても実行できますが、一方で、安定した電圧により、ネットワークの変動時の明るさの独立性が保証され、LED 照明の寿命が延びます。

レギュレーターを取り付けることに決めた場合、専用の LM7812 チップ (KR142EN5A) に取り付けるのが最も簡単です。回路は単純で、調整は必要ありません。

7812 のスタビライザー。

このようなレギュレータの入力には、15 ～ 35 ボルトの電圧を供給することができます。少なくとも 0.33 μF の容量を持つコンデンサ C1 を入力に、少なくとも 0.1 μF を出力に取り付ける必要があります。接続ワイヤの長さが7cmを超えない場合、C1は通常フィルタユニットのコンデンサとして機能します。この長さを維持できない場合は、別のエレメントを取り付ける必要があります。

7812 チップには、過熱や短絡に対する保護機能があります。しかし、入力の極性反転と出力の外部電圧が好きではありません。そのような状況での寿命は秒単位でカウントされます。

重要！ 負荷電流が 100 mA を超える場合、ヒートシンクにレギュレータを取り付けることが必須です。

レギュレータの出力電流を増やす

指定されたスキームでは、AVRに最大1.5 Aの電流をロードできます。これで十分でない場合は、追加のトランジスタでノードを再充電できます。

n-p-n トランジスタを使用したスキーム

外部 n-p-n トランジスタ。

この回路は設計者によって推奨されており、チップのデータシートに含まれています。出力電流は、ヒートシンクを装備する必要があるトランジスタの最大コレクタ電流を超えてはなりません。

p-n-pトランジスタを使った回路

n-n-p 構造の半導体三極管がない場合は、p-n-p 構造の半導体三極管でスタビライザーを充電できます。

外部 p-n-p トランジスタ。

低電力シリコンダイオード VD は、7812 の出力電圧を 0.6 V 増加させ、トランジスタのエミッタ接合での電圧降下を補償します。

パラメトリックレギュレータ

何らかの理由で統合レギュレーターが利用できない場合は、レギュレーターにノードを作成できます。安定化電圧が 12 V で、対応する負荷電流用に設計されたレギュレータを選択する必要があります。一部の 12 V 国内および輸入レギュレータの最大電流を以下の表に示します。

安定化ダイオードタイプ	D814G	D815D	KS620A	1N4742A	BZV55C12	1N5242B
負荷電流	5mA	0,5 А	50ミリアンペア	25ミリアンペア	5mA	40ミリアンペア
安定化電圧	12ボルト

単純なパラメトリックスタビライザーの概略図。

抵抗器の定格は、次の式で計算されます。

R= (Uin min-Ust)/(In max+Ist min)、ここで:

Uin min - 最小入力不安定電圧 (1.4 Ust 未満であってはなりません)、ボルト;
Ust - レギュレータの安定電圧（基準値）、ボルト;
最大 - 最大負荷電流;
Ist min - 最小安定化電流 (参考値)。

希望する電圧のスタビリトロンがない場合は、2 つ直列で構成できます。合計電圧は 12 ボルトである必要があります (たとえば、5.6 ボルトの D815A と 6.8 ボルトの D815B は 12.4 ボルトになります)。

重要！ 「安定化電流を増やすために」スタビリトロンを（同じタイプであっても）並列に接続することは許可されていません！

スタビリトロンは並列に接続されていません。

外部トランジスタを接続することにより、同じ方法でパラメトリック AVR を再充電できます。

パワースタビライザーのスキーム。

パワートランジスタにはヒートシンクを設ける必要があります。この場合の供給電圧は、安定器の Ust よりも 0.6 V 低くなります。必要に応じて、シリコンダイオード (または一連のダイオード) を組み込むことにより、出力電圧を上方に調整できます。チェーン内の各要素は、U out を約 0.6 V 増加させます。

固定子とダイオードを備えたレギュレータの回路図。

出力電圧の調整

電源の電圧をゼロから調整する必要がある場合は、可変抵抗器を追加したパラメトリックレギュレータが最適な方式です。

スムーズな電圧制御。

ポテンショメータのスライダ回路が壊れた場合、トランジスタのベースとコモンワイヤの間に 1k オームの抵抗があり、三極管が故障するのを防ぎます。可変抵抗器のノブを回すと、トランジスタのベースの電圧が0からUstスタビライザーまで約0.6ボルトの遅れで変化します。ポテンショメータを使用すると、ノードのパラメータが悪化することに注意してください。可動接点が存在すると（高品質のものであっても）、トランジスタのベース電圧の安定性が必然的に低下します。

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78XX シリーズの統合型レギュレータを使用して回路の 0 ～ 12 ボルトのレギュレーションを達成することは、はるかに困難です。 5 ～ 12 ボルトの十分な調整範囲がある場合は、7805 チップを使用してポテンショメータ回路に接続できます。スタビリトロンは約 7 ボルトである必要があります (ダイオードの有無にかかわらず KC168、KC175 など)。ポテンショメータスライダの下の位置では、GND ピンが共通線に接続されており、出力は 5 ボルトになります。スライダーが上のピンに移動すると、電圧が安定器の Ust まで上昇し、マイクロ回路の安定化電圧に追加されます。

5ボルトから12ボルトまでスムーズに調整します。

LM317 チップを使用できます。また、3 つのピンがあり、調整されたソースを作成するように特別に設計されています。ただし、このレギュレータの電圧しきい値は 1.25 ボルトから低くなっています。インターネット上にはレギュレーションがゼロの LM317 回路が数多くありますが、これらの回路の 90% 以上は動作していません。

標準の LM317 回路。

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デバイスのレイアウト

すべての部品を選択するか、部品がどうなるかが明確になったら、回路の組み立てを開始できます。デバイスの将来のハウジングがどうなるかを理解することも重要です。既製品を手に取ってもいいし、材料と技術があれば自分で作ることもできます。

エンクロージャー内のノードのレイアウトに関する特別な規則はありません。ただし、図のように、ノードが直列にワイヤで接続され、できるだけ短い距離で接続されるようにノードを配置することが望ましいです。電源ケーブルの反対側に出力端子を配置するのが最善です。電源スイッチとヒューズは、ユニットの背面に配置することをお勧めします。エンクロージャ間のスペースを合理的に使用するために、一部のノードは垂直に取り付けることができますが、ダイオードブリッジは水平に固定することをお勧めします。垂直に取り付けた場合、下側のダイオードからの熱風の対流が上側の素子の周りを流れ、それらをさらに加熱します。