Kā izveidot 12 voltu barošanas avotu ar savām rokām - paraugshēmas

12 V līdzstrāvas sprieguma regulators ir noderīga ierīce mājoklim, dārzam vai garāžai. Šādu ierīci nav grūti izgatavot pašam. Zemāk ir 12V barošanas avota shēma, lai apkopotu savas rokas, kā arī padomi par aprēķinu un komponentu izvēli.

Barošanas avotu veidi

Mūsdienās plaši tiek izmantoti komutācijas barošanas avoti. Tām ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām transformatoru shēmām energoefektivitātes un masas izmēru ziņā. Tiek uzskatīts, ka tiem ir nenoliedzama priekšrocība, ja slodzes strāva pārsniedz 5 ampērus. Taču tiem ir arī trūkumi, piemēram, radiofrekvenču traucējumu rašanās elektrotīklam un slodzei. Un galvenais šķērslis montāžai mājās ir shēmu sarežģītība un nepieciešamība pēc īpašām prasmēm, lai izgatavotu tinumu daļas. Šī iemesla dēļ vidusmēra mājas meistaram ir labāk izveidot strāvas padevi parastajā veidā ar tīkla pazeminošo transformatoru.

Ja tiek izmantots sprieguma avots

Šāda tipa PSU lietojumu klāsts mājās ir plašs:

• Barošanas avots zemsprieguma gaismekļiem;
• Uzlādējamo akumulatoru uzlāde;
• Audio atskaņošanas ierīču barošanas avots.

Un daudziem citiem mērķiem, kuriem nepieciešams 12 voltu līdzstrāvas spriegums.

Transformatora barošanas avota principiālā shēma

Strāvas padeves shēma.

12 V barošanas avota, kas darbojas no 220 V elektrotīkla, shematiskā shēma sastāv no šādiem mezgliem:

1. Samazināšanas transformators. Tas sastāv no dzelzs, primārā un sekundārā (var būt vairāki) tinuma. Neiedziļinoties darbības principā, jāatzīmē, ka izejas spriegums ir atkarīgs no primārā (n1) un sekundārā (n2) tinuma attiecības. Lai iegūtu 12 voltus, sekundārajam tinumam jābūt 220/12=18,3 reizes mazākam vijumu skaitam nekā primārajam tinumam.
2. Taisngriezis. Taisngriezis visbiežāk tiek veidots kā divu pusperiodu shēma (diodu tilts). Pārvērš maiņspriegumu pulsējošā spriegumā. Strāva caur slodzi vienā periodā plūst divas reizes vienā virzienā.
   Pusviļņu taisngrieža darbība.
3. Filtrs .. Pārvērš pulsējošo spriegumu tiešajā spriegumā. Tas tiek uzlādēts sprieguma pielikšanas brīžos un izlādēts pauzēs. Tas sastāv no augstas kapacitātes oksīda kondensatora, paralēli kuram bieži vien tiek pievienots keramikas kondensators ar ietilpību aptuveni 1 µF. Lai saprastu šī papildu elementa nepieciešamību, jāatceras, ka oksīda kondensators ir izvietots uz ruļļa uztītas folijas sloksnes veidā. Šim rullītim ir parazītiska induktivitāte, kas ievērojami pasliktina augstfrekvences traucējumu filtrēšanas kvalitāti. Šim nolūkam ir iekļauts papildu RF īsslēguma kondensators.
   Ekvivalenta filtra shēma ar oksīda un palīgkondensatoriem.
4. Stabilizators. Var izlaist. Vienkāršo, bet efektīvo ierīču shēmas ir aprakstītas turpmāk.

Turpmākajās sadaļās ir aplūkota katra 12 V līdzstrāvas sprieguma avota elementa izvēle un aprēķini.

Transformatoru izvēle

Lai iegūtu piemērotu transformatoru, ir divi iespējamie veidi. Pašiem izgatavot pazemināšanas bloku vai atrast piemērotu rūpnieciski samontētu bloku. Jebkurā no šiem gadījumiem jums jāpatur prātā:

• pie pazeminošā transformatora izejas voltmetrs, mērot spriegumu, rādīs efektīvo spriegumu (1,4 reizes mazāku par amplitūdas spriegumu);
• pie filtra kondensatora bez slodzes līdzstrāvas spriegums būs aptuveni vienāds ar amplitūdas spriegumu (saka, ka kondensatora spriegums "pieaug" 1,4 reizes);
• Ja nav regulatora, slodzes apstākļos spriegums kondensatorā samazinās atkarībā no strāvas;
• Lai regulators darbotos, ieejas spriegumam jāpārsniedz izejas spriegums, un to attiecība ierobežo barošanas bloka efektivitāti kopumā.

No pēdējiem diviem punktiem izriet, ka transformatora spriegumam jāpārsniedz 12 V, lai PSU darbotos pareizi.

Transformatora uztīšana pašam

Pilnīgs paštaisīta jaudas transformatora aprēķins un izgatavošana ir sarežģīta, laikietilpīga un prasa instrumentus un prasmes. Tāpēc mēs apsvērsim vienkāršotu veidu - izvēloties piemērotu dzelzs vienību un pārveidojot to uz 12V.

Ja jums ir gatavs transformators, bet nav elektroinstalācijas shēmas, tinuma pārbaudei jāizmanto testeris. Visticamāk, ka tinums ar vislielāko pretestību ir elektrotīkla tinums. Pārējie tinumi ir jānoņem.

Pēc tam izmēriet dzelzs komplekta b biezumu un centrālās plāksnes a platumu un tos reiziniet. Rezultāts ir serdes šķērsgriezuma laukums S=a*b (kv.cm). Tas nosaka transformatora jaudu P=. Tālāk aprēķiniet maksimālo strāvu ampēros, ko var iegūt no 12 voltu tinuma: I=P/12.

Nosakiet galveno apgabalu.

Tad vijumu skaitu uz voltu aprēķina pēc formulas n=50/S. 12 voltu vijumam vajadzētu uztīt 12*n vijumu ar aptuveni 20% rezervi zudumiem vara un regulatora. Un, ja tāda nav, tad sprieguma kritums zem slodzes. Un pēdējais solis ir izvēlēties tinuma stieples šķērsgriezumu saskaņā ar diagrammu strāvas blīvumam 2-3 ma/kv.mm.

Vara stieples izvēle.

Piemēram, mums ir transformators ar 220 V primāro spriegumu ar 3,5 cm biezu dzelzs komplektu un 2,5 cm platu vidējo mēlīti. Tātad S=2,5*3,5=8,75 un transformatora jauda =3W (aptuveni). Tad maksimālā iespējamā strāva pie 12 V I=P/U=3/12=0,25 A. Vītņošanai var izvēlēties stiepli ar diametru 0,35...0,4 kv.mm. 1 voltam nepieciešams 50/8,75=5,7 vijumi, jums nepieciešams 12*5,7=33 vijumi. Ar aptuveni 40 pagriezienu rezervi.

Iepriekš samontēta transformatora izvēle

Ja ir pieejams gatavs transformators ar strāvai un spriegumam piemērotu sekundāro tinumu, varat mēģināt izvēlēties gatavu transformatoru. Piemēram, TPP sērijā ir piemēroti produkti ar sekundāro spriegumu, kas tuvu 12 voltiem.

Šī risinājuma priekšrocība ir minimālas pūles un rūpnīcas konstrukcijas uzticamība. Trūkums ir tas, ka transformatorā ir citi tinumi, un kopējā jauda ir paredzēta arī to slodzei. Tāpēc šis transformators zaudēs svara un izmēru ziņā.

Diodu izvēle un taisngrieža konstrukcija

Iztaisngrieža diodes tiek izvēlētas pēc trim parametriem:

• Visaugstākais pieļaujamais spriegums uz priekšu;
• augstākais reversais spriegums;
• Augstākā darba strāva.

Attiecībā uz pirmajiem diviem parametriem 90 % pieejamo pusvadītāju ir piemēroti darbam 12 V ķēdē, un izvēle galvenokārt pamatojas uz nepārtrauktās strāvas ierobežojumu. No šī parametra ir atkarīga arī diodes korpusa konstrukcija un taisngrieža izgatavošanas veids.

Ja slodzes strāva nepārsniegs 1 A, var izmantot ārvalstu un vietējās viena ampēra diodes:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("piliens");
• KD212 un citi.

Mazākām strāvām (līdz 0,3 A) ir paredzētas KD105 (KD106) ierīces. Visas iepriekš minētās diodes var uzstādīt vertikāli vai horizontāli uz iespiedshēmas vai montāžas plates, vai vienkārši uz tapām. Tiem nav nepieciešami radiatori.

Diodu tilts ir izgatavots no mazjaudas elementiem.

Ja nepieciešama lielāka darba strāva, jāizmanto citas diodes (KD213, KD202, KD203 utt.). Šīs ierīces ir paredzētas darbam uz radiatoriem, bez tiem tās izturēs ne vairāk kā 10% no maksimālās nominālās strāvas. Tāpēc ir jāizvēlas gatavi radiatori vai jāizgatavo paši no vara vai alumīnija.

Vēl viena diodu tilta konstrukcija.

Ērti ir izmantot arī gatavus tilta diodu komplektus KTs405, KVRS vai līdzīgus. Tos nav nepieciešams montēt, vienkārši pievienojiet maiņstrāvu attiecīgajiem adatiem un noņemiet līdzstrāvu.

KVRS3510 montāža.

Kondensatora jauda

Kondensatora kapacitāte ir atkarīga no slodzes un tā pieļaujamās pulsācijas. Lai precīzi aprēķinātu kapacitāti, internetā ir atrodamas formulas un tiešsaistes kalkulatori. Prakses nolūkos varat izmantot attēlus:

• Nelielām slodzes strāvām (desmitiem miliamperu) kapacitātei jābūt 100...200 µF;
• Pie strāvām līdz 500 mA ir nepieciešams 470...560 uF kondensators;
• līdz 1 A - 1000...1500 uF.

Lielākām strāvām kapacitāte proporcionāli palielinās. Vispārējā pieeja ir tāda, ka jo lielāks kondensators, jo labāk. Ietilpību var palielināt līdz jebkurai robežai, un to ierobežo tikai izmērs un izmaksas. Sprieguma ziņā kondensatoram jābūt ar ievērojamu rezervi. Piemēram, 12 voltu iztaisnotājam labāk izmantot 25 voltu elementu nekā 16 voltu elementu.

Tas attiecas uz nestabilizētiem barošanas avotiem. PSU ar regulatoriem kapacitātes var samazināt divas reizes.

Izejas sprieguma stabilizēšana

Stabilizators ne vienmēr ir nepieciešams barošanas avota izejā. Ja barošanas bloku plānojat izmantot kopā ar audioreproducēšanas iekārtām, izejā ir nepieciešams stabils spriegums. Bet, ja sildītājs tiek izmantots kā slodze, stabilizators acīmredzami nav nepieciešams. Vietnei LED lentes var iztikt bez vissarežģītākā PSU moduļa, bet, no otras puses, stabils spriegums nodrošina neatkarību no spilgtuma pie svārstībām tīklā un pagarina LED apgaismojuma kalpošanas laiku.

Ja ir pieņemts lēmums uzstādīt regulatoru, visvieglāk to ir montēt uz specializētas LM7812 (KR142EN5A) mikroshēmas. Ķēde ir vienkārša, un to nav nepieciešams regulēt.

7812 regulators.

Šāda regulatora ieejā var pievadīt spriegumu no 15 līdz 35 voltiem. Ievadā jāuzstāda kondensators C1 ar jaudu vismaz 0,33 μF, bet izejā - vismaz 0,1 μF. C1 parasti ir filtra bloka kondensators, ja savienojuma vadi nav garāki par 7 cm. Ja šo garumu nav iespējams ievērot, ir jāuzstāda atsevišķs elements.

7812 ir aizsargāts pret pārkaršanu un īssavienojumiem. Taču tam nepatīk polaritātes maiņa pie ieejas un izejā pieliktais ārējais spriegums - tā kalpošanas laiks šādās situācijās tiek rēķināts sekundēs.

Svarīgi! Ja slodzes strāva pārsniedz 100 mA, AVR obligāti jāuzstāda uz radiatora!

AVR izejas strāvas palielināšana

Iepriekš minētā shēma ļauj pievadīt AVR līdz 1,5 A strāvu. Ja ar to nepietiek, mezgla uzlādēšanai var izmantot papildu tranzistoru.

Shēma ar n-p-n tranzistoru

Ārējais n-p-n tranzistors.

Šo shēmu ir ieteikuši projektēšanas inženieri, un tā ir iekļauta mikroshēmas datu lapā. Izvades strāva nedrīkst pārsniegt tranzistora maksimālo kolektora strāvu, un tam jābūt aprīkotam ar radiatoru.

Shēma ar p-n-p tranzistoru

Ja nav pieejams n-p-n struktūras pusvadītāju triods, stabilizatora uzlādēšanai var izmantot p-n-p pusvadītāju triodu.

Ārējais p-n-p tranzistors.

Silīcija diode VD palielina 7812 izejas spriegumu par 0,6 V un kompensē sprieguma kritumu tranzistora emitera savienojumā.

Parametriskais regulators

Ja kāda iemesla dēļ nav pieejams integrēts regulators, ir iespējams konstruēt savienojumu ar regulatoru. Izvēlieties regulatoru ar stabilizācijas spriegumu 12 V un atbilstošai slodzes strāvai. Maksimālā strāva dažiem 12 V vietējiem un importētiem regulatoriem ir norādīta tabulā.

Vienkārša parametriskā stabilizatora shēma.

Rezistora nominālo vērtību aprēķina pēc šādas formulas:

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

• Uin min - minimālais ieejas nestabilizētais spriegums (jābūt vismaz 1,4 Ust), volti;
• Ust - stabilizētais regulatora spriegums (atskaites vērtība), volti;
• In max - maksimālā slodzes strāva;
• Ist min - minimālā stabilizācijas strāva (atsauces vērtība).

Ja vajadzīgajam spriegumam nav stabilizatora, to var izveidot no diviem secīgi savienotiem stabilizatoriem. Kopējam spriegumam jābūt 12 V (piemēram, D815A pie 5,6 V plus D815B pie 6,8 V, iegūst 12,4 V).

Svarīgi! Stabilizatorus (pat viena tipa) nedrīkst savienot paralēli, "lai palielinātu stabilizācijas strāvu"!

Stabilitroni nav savienoti paralēli.

Parametrisko AVR var uzlādēt tādā pašā veidā - pieslēdzot ārēju tranzistoru.

Jaudas stabilizatora shēma.

Jaudas tranzistoram jānodrošina radiators. Tad barošanas spriegums būs par 0,6 V mazāks nekā Ust regulatoram. Ja nepieciešams, izejas spriegumu var palielināt, pievienojot silīcija diodi (vai diodu ķēdi). Katrs ķēdes elements palielina Uf par aptuveni 0,6 V.

Regulatora shēma ar regulatora diodi.

Izejas sprieguma regulēšana

Ja barošanas spriegums jāregulē no nulles, vislabākā shēma ir parametriskais regulators ar mainīgu rezistoru.

vienmērīga sprieguma regulēšana.

1 kΩ rezistors starp tranzistora bāzi un kopējo vadu pasargās triodu no bojājumiem, ja potenciometra slīdņa ķēde pārtrūkst. Pagriežot mainīgo rezistora pogu, tranzistora bāzes spriegums mainīsies no 0 līdz Ust stabilizatoram ar aptuveni 0,6 voltu nobīdi. Ņemiet vērā, ka mezgla parametri būs sliktāki potenciometra izmantošanas dēļ - kustīga kontakta (pat labas kvalitātes) klātbūtne neizbēgami samazinās tranzistora bāzes sprieguma stabilitāti.

Lasīt arī

Kā no energotaupīgas spuldzes izveidot barošanas avotu

 

Daudz grūtāk ir panākt regulēšanu no 0 līdz 12 voltiem ar 78XX sērijas integrēto regulatoru. Ja pietiek ar 5 līdz 12 voltu regulēšanas diapazonu, varat izmantot 7805 mikroshēmu un ieslēgt to ar potenciometra shēmu. Stabilizatoram jābūt aptuveni 7 voltu (KC168 ar vai bez diodes, KC175 utt.). Apakšējā potenciometra slīdņa pozīcijā GND kontakts ir savienots ar kopējo vadu, un izejas spriegums būs 5 volti. Kad slīdnis tiek novirzīts uz augšējo tapu, spriegums uz slīdņa palielināsies līdz Ust stabilizatoram un papildinās mikroshēmas stabilizācijas spriegumu.

Tas vienmērīgi regulē no 5 līdz 12 voltiem.

Var izmantot LM317 mikroshēmu. Tam ir arī trīs kontakti, un tas ir īpaši izstrādāts regulētu avotu izveidei. Taču šim regulatoram ir zemāks sprieguma slieksnis, sākot no 1,25 voltu. Internetā ir daudz LM317 shēmu ar regulēšanu no nulles, taču vairāk nekā 90 procenti no šīm shēmām ir nederīgas.

Standarta LM317 elektroinstalācijas shēma.

Lasiet arī:Paštaisīts barošanas avots ar 0 līdz 30 V sprieguma un strāvas regulēšanu

Ierīces izkārtojums

Kad visi mezgli ir atlasīti vai ir skaidrs, kādi tie būs, varat sākt ierīces montāžu. Svarīgi ir arī izprast, kāds ir ierīces nākotnes korpuss. Varat izvēlēties saliekamo bloku vai arī izgatavot to pats, ja jums ir materiāli un prasmes.

Nav īpašu noteikumu par mezglu izvietojumu korpusa iekšpusē. Tomēr ir ieteicams izvietot blokus tā, lai tie būtu savienoti secīgi, kā parādīts diagrammā, un pēc iespējas īsākā attālumā. Vēlams, lai izejas spailes būtu pretējā pusē elektrotīkla kabelim. Strāvas slēdzi un drošinātāju vēlams uzstādīt ierīces aizmugurē. Lai efektīvi izmantotu telpu starp korpusiem, dažus komponentus var uzstādīt vertikāli, bet diodu tiltu labāk ir uzstādīt horizontāli. Ja tie ir uzstādīti vertikāli, konvekcijas karstā gaisa plūsmas no apakšējām diodēm plūst ap augšējiem elementiem un papildus tos sasilda.

Tiem, kas nesaprot, noskatieties šo videoklipu: Vienkāršs barošanas avots ar savām rokām.

Līdzstrāvas barošanas avotu ir viegli samontēt ar fiksētu barošanas avotu. Tas ir pa spēkam vidusmēra rokdarbniekam, un tam nepieciešamas tikai elektrotehnikas pamatzināšanas un minimālas uzstādīšanas prasmes.