Kaip savo rankomis pasigaminti 12 voltų maitinimo šaltinį - pavyzdinės grandinės

12 voltų nuolatinės įtampos reguliatorius yra naudingas prietaisas namams, sodui ar garažui. Tokį prietaisą nesunku pasigaminti patiems. Žemiau pateikiama 12V maitinimo šaltinio schema, skirta surinkti savo rankas, taip pat patarimai, kaip apskaičiuoti ir pasirinkti komponentus.

Maitinimo šaltinių tipai

Šiandien plačiai naudojami komutaciniai maitinimo šaltiniai. Jų pranašumas, palyginti su tradicinėmis transformatorių grandinėmis, yra didelis energijos vartojimo efektyvumo ir masės matmenų požiūriu. Manoma, kad jie turi neginčijamą pranašumą, kai apkrovos srovė didesnė nei 5 amperai. Tačiau jie turi ir trūkumų, pavyzdžiui, sukelia radijo dažnių trikdžius maitinimo tinklui ir apkrovai. Pagrindinė kliūtis, trukdanti surinkti prietaisą namuose, yra grandinių sudėtingumas ir specialių įgūdžių poreikis gaminant vyniojimo dalis. Dėl šios priežasties vidutiniam namų meistrui geriau maitinimo šaltinį pasigaminti įprastu būdu, naudojant žeminantį transformatorių.

Kai naudojamas įtampos šaltinis

Tokio maitinimo šaltinio pritaikymo namuose spektras yra platus:

• Žemosios įtampos šviestuvų maitinimo šaltinis;
• Įkraunamų akumuliatorių įkrovimas;
• Garso atkūrimo įrenginių maitinimo šaltinis.

Ir daugeliui kitų tikslų, kuriems reikalinga 12 voltų nuolatinė įtampa.

Transformatorinio maitinimo šaltinio principinė schema

Maitinimo šaltinio schema.

12 V maitinimo šaltinio, veikiančio iš 220 V tinklo, principinę schemą sudaro šie mazgai:

1. Sumažinimo transformatorius. Jį sudaro geležinė, pirminė ir antrinė (gali būti kelios) apvijos. Nesigilinant į veikimo principą, reikia pažymėti, kad išėjimo įtampa priklauso nuo pirminės (n1) ir antrinės (n2) apvijų santykio. Norint gauti 12 voltų, antrinėje apvijoje turi būti 220/12=18,3 karto mažiau vijų nei pirminėje apvijoje.
2. Išlygintuvas. Dažniausiai lygintuvas projektuojamas kaip dviejų pusperiodžių grandinė (diodų tiltelis). Kintamąją įtampą paverčia pulsuojančia įtampa. Srovė per apkrovą teka du kartus viena kryptimi per periodą.
   Pusbangio lygintuvo veikimas.
3. Filtras .. Pulsuojančią įtampą paverčia tiesiogine įtampa. Jis įkraunamas įtampos taikymo metu ir iškraunamas pertraukų metu. Jį sudaro didelės talpos oksidinis kondensatorius, lygiagrečiai su kuriuo dažnai naudojamas maždaug 1 µF talpos keraminis kondensatorius. Norint suprasti šio papildomo elemento poreikį, reikėtų prisiminti, kad oksidinis kondensatorius yra išdėstytas ant ritinio susuktos folijos juostų pavidalu. Šis ritinėlis turi parazitinį induktyvumą, kuris pastebimai pablogina aukšto dažnio trikdžių filtravimo kokybę. Tam tikslui yra papildomas RF trumpojo jungimo kondensatorius.
   Ekvivalentinė filtro grandinė su oksido ir pagalbiniais kondensatoriais.
4. Stabilizatorius. Galima praleisti. Toliau aptariamos paprastų, bet veiksmingų įrenginių schemos.

Tolesniuose skyriuose aptariamas kiekvieno 12 V nuolatinės įtampos šaltinio elemento parinkimas ir apskaičiavimas.

Transformatoriaus parinkimas

Tinkamam transformatoriui gauti galimi du būdai. Patys pasigaminkite žeminimo bloką arba įsigykite tinkamą gamykloje surinktą bloką. Bet kuriuo atveju turite nepamiršti:

• matuojant įtampą žeminančio transformatoriaus išėjime voltmetras rodys efektyviąją įtampą (1,4 karto mažesnę už amplitudės įtampą);
• prie filtro kondensatoriaus be apkrovos nuolatinės srovės įtampa bus maždaug lygi amplitudės įtampai (sakoma, kad kondensatoriaus įtampa "pakyla" 1,4 karto);
• Jei nėra reguliatoriaus, esant apkrovai, įtampa ant kondensatoriaus mažėja priklausomai nuo srovės;
• Kad reguliatorius veiktų, įėjimo įtampa turi viršyti išėjimo įtampą, o jų santykis riboja viso maitinimo bloko efektyvumą.

Iš pastarųjų dviejų punktų matyti, kad transformatoriaus įtampa turi viršyti 12 V, kad maitinimo šaltinis veiktų tinkamai.

Transformatoriaus vyniojimas

Visiškai apskaičiuoti ir pagaminti savos gamybos galios transformatorių yra sudėtinga, tai užima daug laiko ir reikalauja įrankių bei įgūdžių. Todėl apsvarstysime supaprastintą būdą - pasirinksime tinkamą lygintuvą ir pakeisime jį į 12 V.

Jei turite paruoštą transformatorių, bet neturite laidų schemos, apvijos bandymui turite naudoti testerį. Didžiausią varžą turinti apvija greičiausiai yra tinklo apvija. Kitos apvijos turi būti pašalintos.

Tada išmatuokite geležies rinkinio b storį ir centrinės plokštės a plotį ir juos padauginkite. Gautas rezultatas - šerdies skerspjūvio plotas S=a*b (kv. cm). Tai lemia transformatoriaus galią P=. Toliau apskaičiuokite didžiausią srovę amperais, kurią galima imti iš 12 voltų apvijos: I=P/12.

Nustatykite pagrindinę sritį.

Tuomet pagal formulę n=50/S apskaičiuojamas vijų skaičius voltui. 12 voltų įtampai užtikrinti turėtumėte vynioti 12*n vijų su maždaug 20 % atsarga vario ir reguliatoriaus nuostoliams padengti. O jei jo neturite, tuomet įtampos kritimas esant apkrovai. Ir paskutinis žingsnis - pagal schemą parinkti apvijos laido skerspjūvį, kad srovės tankis būtų 2-3 ma/kv.mm.

Varinės vielos pasirinkimas.

Pavyzdžiui, turime transformatorių, kurio pirminis 220 V įtampos šaltinis yra 3,5 cm storio geležies rinkinys, o vidurio liežuvėlio plotis - 2,5 cm. Taigi S=2,5*3,5=8,75, o transformatoriaus galia =3W (apytiksliai). Tuomet didžiausia galima srovė esant 12 voltų įtampai I=P/U=3/12=0,25 A. Vyniojimui galite rinktis 0,35...0,4 kv.mm skersmens vielą. 1 voltui reikia 50/8,75=5,7 vijų, jums reikia 12*5,7=33 vijų. Su maždaug 40 apsisukimų rezervu.

Surinkto transformatoriaus pasirinkimas

Jei yra nestandartinis transformatorius, kurio antrinė apvija atitinka srovės ir įtampos parametrus, galite pabandyti pasirinkti nestandartinį transformatorių. Pavyzdžiui, TPP serijoje yra tinkamų gaminių, kurių antrinė įtampa artima 12 voltų.

Šio sprendimo privalumas - minimalios pastangos ir gamyklinės konstrukcijos patikimumas. Trūkumas tas, kad transformatoriuje yra kitų apvijų, o bendra galia taip pat skirta jų apkrovai. Todėl šis transformatorius praras savo svorį ir matmenis.

Diodų parinkimas ir lygintuvo konstrukcija

Lygintuvo diodai parenkami pagal tris parametrus:

• Didžiausia leistina tiesioginė įtampa;
• didžiausia atvirkštinė įtampa;
• Didžiausia darbinė srovė.

Pagal pirmuosius du parametrus 90 proc. turimų puslaidininkių yra tinkami naudoti 12 V grandinėje, o pasirinkimas daugiausia priklauso nuo nuolatinės srovės ribos. Nuo šio parametro taip pat priklauso diodo korpuso konstrukcija ir lygintuvo gamybos būdas.

Jei apkrovos srovė neviršija 1 A, galima naudoti užsienio ir vietinius vienos amperinės srovės diodus:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("lašas");
• KD212 ir kt.

Mažesnėms srovėms (iki 0,3 A) skirti KD105 (KD106) įtaisai. Visus minėtus diodus galima montuoti vertikaliai arba horizontaliai ant spausdintinės schemos, montažinės plokštelės arba tiesiog ant kaiščių. Jiems nereikia radiatorių.

Diodų tiltelis sudarytas iš mažos galios elementų.

Jei reikia didesnės darbinės srovės, reikėtų naudoti kitus diodus (KD213, KD202, KD203 ir kt.). Šie prietaisai skirti naudoti su radiatoriais, be jų jie atlaikys ne daugiau kaip 10 % didžiausios vardinės srovės. Todėl reikia rinktis gatavus radiatorius arba patiems juos pasigaminti iš vario ar aliuminio.

Dar viena diodinio tiltelio konstrukcija.

Taip pat patogu naudoti paruoštus tilto diodų rinkinius KTs405, KVRS ar panašius. Jų surinkti nereikia, tiesiog prijunkite kintamąją įtampą prie atitinkamų kontaktų ir pašalinkite nuolatinę įtampą.

KVRS3510 surinkimas.

Kondensatoriaus talpa

Kondensatoriaus talpa priklauso nuo apkrovos ir jos pulsacijos. Internete galima rasti formulių ir internetinių skaičiuoklių, pagal kurias galima tiksliai apskaičiuoti talpą. Praktikos tikslais galite remtis paveikslėliais:

• Esant nedidelėms apkrovos srovėms (dešimtys miliamperų), talpa turėtų būti 100...200 µF;
• Esant iki 500 mA srovei reikia 470...560 uF kondensatoriaus;
• iki 1 A - 1000...1500 uF.

Esant didesnei srovei, talpa proporcingai didėja. Bendras požiūris yra toks: kuo didesnis kondensatorius, tuo geriau. Talpą galima padidinti iki bet kokios ribos, ją riboja tik dydis ir kaina. Įtampos atžvilgiu kondensatorius turėtų turėti didelę atsargą. Pavyzdžiui, 12 voltų lygintuvui geriau naudoti 25 voltų elementą nei 16 voltų.

Tai pasakytina apie nestabilizuotus maitinimo šaltinius. PSU su reguliatoriais talpas galima sumažinti du kartus.

Išėjimo įtampos stabilizavimas

Stabilizatorius ne visada būtinas maitinimo šaltinio išėjime. Jei maitinimo šaltinį ketinate naudoti kartu su garso atkūrimo įranga, būtina užtikrinti stabilią išėjimo įtampą. Tačiau jei šildytuvas naudojamas kaip apkrova, stabilizatorius akivaizdžiai nereikalingas. Tinklalapiui LED juostelės gali apsieiti be sudėtingiausio maitinimo šaltinio modulio, tačiau, kita vertus, stabili įtampa užtikrina ryškumo nepriklausomybę nuo tinklo svyravimų ir prailgina LED apšvietimo tarnavimo laiką.

Jei nuspręsta įrengti reguliatorių, lengviausia jį sumontuoti specializuotoje LM7812 (KR142EN5A) mikroschemoje. Grandinė yra paprasta ir jos nereikia reguliuoti.

7812 reguliatorius.

Tokio reguliatoriaus įėjime gali būti 15-35 voltų įtampa. Įėjime reikia įrengti ne mažesnės kaip 0,33 μF talpos kondensatorių C1, o išėjime - ne mažesnės kaip 0,1 μF talpos kondensatorių. C1 paprastai yra filtro bloko kondensatorius, jei prijungimo laidai yra ne ilgesni kaip 7 cm. Jei tokio ilgio negalima išlaikyti, reikia įrengti atskirą elementą.

7812 yra apsaugotas nuo perkaitimo ir trumpojo jungimo. Tačiau jis nemėgsta poliškumo pasikeitimo įėjime ir išorinės įtampos, paduodamos į išėjimą - jo veikimo laikas tokiose situacijose skaičiuojamas sekundėmis.

Svarbu! Esant didesnei nei 100 mA apkrovos srovei, AVR privaloma įrengti ant radiatoriaus!

AVR išėjimo srovės didinimas

Pagal pirmiau pateiktą schemą AVR galima tiekti iki 1,5 A srovę. Jei to nepakanka, mazgui įkrauti galima naudoti papildomą tranzistorių.

Schema su n-p-n tranzistoriumi

Išorinis n-p-n tranzistorius.

Šią grandinę rekomenduoja konstruktoriai ir ji pateikiama lusto duomenų lape. Išėjimo srovė neturi viršyti didžiausios tranzistoriaus kolektoriaus srovės, kuris turi būti su radiatoriumi.

Grandinė su p-n-p tranzistoriumi

Jei nėra n-p-n struktūros puslaidininkinio triodo, stabilizatoriui įkrauti galima naudoti p-n-p puslaidininkinį triodą.

Išorinis p-n-p tranzistorius.

Silicio diodas VD padidina 7812 išėjimo įtampą 0,6 V ir kompensuoja įtampos kritimą tranzistoriaus emiterinėje sandūroje.

Parametrinis reguliatorius

Jei dėl kokių nors priežasčių nėra integruoto reguliatoriaus, galima suprojektuoti jungtį su reguliatoriumi. Pasirinkite reguliatorių, kurio stabilizavimo įtampa yra 12 V ir kuris yra pritaikytas atitinkamai apkrovos srovei. Kai kurių 12 V vietinių ir importuotų reguliatorių didžiausia srovė pateikta toliau pateiktoje lentelėje.

Paprasto parametrinio stabilizatoriaus principinė schema.

Rezistoriaus vardinė vertė apskaičiuojama pagal formulę:

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

• Uin min - mažiausia nestabilizuota įėjimo įtampa (turi būti ne mažesnė kaip 1,4 Ust), voltai;
• Ust - stabilizuota reguliatoriaus įtampa (etaloninė vertė), voltai;
• In max - didžiausia apkrovos srovė;
• Ist min - mažiausia stabilizavimo srovė (atskaitos vertė).

Jei nėra reikiamos įtampos stabilizatoriaus, jį galima sudaryti iš dviejų nuosekliai sujungtų stabilizatorių. Bendra įtampa turi būti 12 V (pvz., 5,6 V D815A ir 6,8 V D815B duoda 12,4 V).

Svarbu! Stabilitronų (net ir to paties tipo) negalima jungti lygiagrečiai "siekiant padidinti stabilizavimo srovę"!

Stabilitronai nėra sujungti lygiagrečiai.

Parametrinį AVR galima įkrauti tokiu pat būdu - prijungus išorinį tranzistorių.

Galios stabilizatoriaus schema.

Maitinimo tranzistoriui turi būti įrengtas radiatorius. Tada maitinimo įtampa bus 0,6 V mažesnė už Ust reguliatoriaus įtampą. Jei reikia, išėjimo įtampą galima padidinti įjungus silicio diodą (arba diodų grandinę). Kiekvienas grandinės elementas padidins Uf maždaug 0,6 V.

Reguliatoriaus su reguliatoriaus diodu principinė schema.

Išėjimo įtampos reguliavimas

Jei maitinimo įtampą reikia reguliuoti nuo nulio, geriausia schema yra parametrinis reguliatorius su kintamu rezistoriumi.

Sklandus įtampos reguliavimas.

1 kΩ rezistorius tarp tranzistoriaus bazės ir bendro laido apsaugos triodą nuo gedimo, jei nutrūktų potenciometro slankiklio grandinė. Sukant kintamo rezistoriaus rankenėlę, tranzistoriaus bazės įtampa keisis nuo 0 iki Ust su maždaug 0,6 V vėlavimu. Atkreipkite dėmesį, kad mazgo parametrai bus prastesni, nes naudojamas potenciometras - dėl judančio kontakto (net ir kokybiško) neišvengiamai sumažės tranzistoriaus bazės įtampos stabilumas.

Taip pat skaitykite

Kaip pasigaminti maitinimo šaltinį iš energiją taupančios lempos

 

78XX serijos integruotu reguliatoriumi pasiekti 0-12 voltų reguliavimą yra daug sunkiau. Jei pakanka 5-12 voltų reguliavimo diapazono, galite naudoti 7805 mikroschemą ir įjungti ją potenciometro grandine. Stabilitronas turėtų būti maždaug 7 voltų (KC168 su diodu arba be jo, KC175 ir t. t.). Esant apatinei potenciometro slankiklio padėčiai, GND kaištis prijungtas prie bendro laido, o išėjimas bus 5 V. Kai slankiklis perkeliamas į viršutinį kaištį, įtampa ant slankiklio pakyla iki Ust stabilizatoriaus ir prisideda prie mikroschemos stabilizavimo įtampos.

Jis sklandžiai reguliuoja nuo 5 iki 12 voltų.

Galima naudoti LM317 lustą. Jis taip pat turi tris kaiščius ir yra specialiai sukurtas reguliuojamiems šaltiniams kurti. Tačiau šio reguliatoriaus įtampos slenkstis yra žemesnis - nuo 1,25 V. Internete yra daug LM317 grandinių su nuliniu reguliavimu, tačiau daugiau kaip 90 proc. šių grandinių yra neveikiančios.

Standartinė LM317 laidų schema.

Taip pat skaitykite:Naminis maitinimo šaltinis su 0-30 V įtampos ir srovės reguliavimu

Įrenginio išdėstymas

Pasirinkę visus mazgus arba aiškiai įsivaizduodami, kokie jie bus, galite pradėti montuoti prietaisą. Taip pat svarbu suprasti būsimą įrenginio korpusą. Galite pasirinkti surenkamąjį įrenginį arba pasigaminti patys, jei turite medžiagų ir įgūdžių.

Nėra jokių specialių taisyklių, reglamentuojančių agregatų išdėstymą korpuso viduje. Tačiau rekomenduojama sąrankas išdėstyti taip, kad jos būtų sujungtos nuosekliai, kaip parodyta schemoje, ir kuo mažesniu atstumu. Pageidautina, kad išvesties gnybtai būtų priešingoje pusėje nei maitinimo kabelis. Pageidautina, kad maitinimo jungiklis ir saugiklis būtų įrengti įrenginio galinėje dalyje. Kad būtų geriau išnaudota erdvė tarp korpusų, kai kuriuos komponentus galima montuoti vertikaliai, tačiau diodų tiltelį reikėtų montuoti horizontaliai. Jei montuojamas vertikaliai, konvekciniai karšto oro srautai iš apatinių diodų tekės aplink viršutinius elementus ir papildomai juos kaitins.

Nesuprantantiems žiūrėkite šį vaizdo įrašą: Paprastas maitinimo šaltinis savo rankomis.

Nuolatinės srovės maitinimo šaltinį lengva surinkti su fiksuotu maitinimo šaltiniu. Tai pasiekiama vidutiniam meistrui, kuriam reikia tik pagrindinių elektrotechnikos žinių ir minimalių montavimo įgūdžių.