Hur man gör en 12-volts strömförsörjning med egna händer - exempel på kretsar

En 12-volts DC-spänningsregulator är en användbar enhet för hemmet, trädgården eller garaget. Det är inte svårt att göra en sådan anordning själv. Nedan finns ett diagram över 12V-strömförsörjningen för att bygga ihop den själv, samt tips om beräkning och val av komponenter.

Typer av nätaggregat

I dag är det vanligt att man använder sig av switchande strömförsörjningar. De har en betydande fördel jämfört med traditionella transformatorkretsar när det gäller energieffektivitet och massdimensioner. De anses ha en obestridlig fördel vid belastningsströmmar över 5 ampere. Men de har också nackdelar, t.ex. att de ger upphov till radiostörningar i elnätet och i belastningen. Det största hindret för hemmamontering är kretsarnas komplexitet och behovet av specialkunskaper för att tillverka de lindande delarna. Därför är det bättre för den vanliga hemmafixaren att göra en strömförsörjning på vanligt sätt med en nedtrappningstransformator för elnätet.

När en spänningskälla används

Användningsområdena för ett sådant nätaggregat i hemmet är många:

• Strömförsörjning för lågspänningsarmaturer;
• Laddning av uppladdningsbara batterier;
• Strömförsörjning för ljuduppspelningsenheter.

Och många andra ändamål för vilka 12 volts likspänning behövs.

Schematisk bild av en transformatorströmförsörjning

Schematisk bild av en strömförsörjning.

Ett schematisk schema för ett 12-volts nätaggregat som drivs från 220 V-nätet består av följande noder:

1. Reducerande transformator. Den består av järn-, primär- och sekundärlindningar (det kan finnas flera av dem). Utan att gå in på funktionsprincipen bör det noteras att utgångsspänningen beror på förhållandet mellan primär- (n1) och sekundärlindningarna (n2). För att få 12 volt måste sekundärlindningen ha 220/12=18,3 gånger färre varv än primärlindningen.
2. Likriktare. Likriktaren är oftast konstruerad som en krets med två halvperioder (diodbrygga). Omvandlar en växelspänning till en pulserande spänning. Strömmen passerar genom belastningen två gånger i en riktning per period.
   Drift av en halvvågslikriktare.
3. Filter .. Konverterar den pulserande spänningen till en direktspänning. Den laddas vid spänningstillfällena och urladdas vid pauserna. Den består av en oxidkondensator med hög kapacitet, parallellt med vilken en keramisk kondensator med en kapacitet på cirka 1 µF ofta ingår. För att förstå behovet av detta ytterligare element bör man komma ihåg att oxidkondensatorn är utformad i form av remsor av folie som rullats ihop till en rulle. Denna rulle har en parasitär induktans som märkbart försämrar kvaliteten på filtreringen av högfrekventa störningar. En extra RF-kortlutningskondensator ingår för detta ändamål.
   Ekvivalent filterkrets med oxid- och hjälpkondensatorer.
4. Stabilisator. Får utelämnas. Schemat för de enkla men effektiva enheterna beskrivs nedan.

I följande avsnitt diskuteras valet och beräkningen av varje element i 12-volts DC-spänningskällan.

Val av transformator

För att få en lämplig transformator finns det två olika sätt. Gör nedtrappningsenheten själv eller skaffa en lämplig fabriksmonterad enhet. I båda fallen måste du tänka på följande:

• Vid utgången av nedtrappningstransformatorn kommer en voltmeter att visa den effektiva spänningen (1,4 gånger mindre än amplitudspänningen) när spänningen mäts;
• vid filterkondensatorn utan belastning kommer likspänningen att vara ungefär lika stor som amplitudspänningen (man säger att kondensatorspänningen "stiger" med en faktor 1,4);
• Om det inte finns någon regulator kommer spänningen över kondensatorn att sjunka som en funktion av strömmen under belastning;
• Ingångsspänningen måste överstiga utgångsspänningen för att regulatorn ska fungera, och förhållandet mellan dem begränsar effektiviteten hos nätaggregatet som helhet.

Av de två sista punkterna följer att transformatorspänningen måste överstiga 12 V för att nätaggregatet ska fungera korrekt.

Spola transformatorn själv

Att beräkna och tillverka en hemmagjord krafttransformator är komplicerat, tidskrävande och kräver verktyg och färdigheter. Därför kommer vi att överväga ett förenklat sätt - att välja en lämplig järnenhet och omvandla den till 12 V.

Om du har en färdig transformator men inget kopplingsschema måste du använda en testare för att testa lindningen. Den lindning som har det högsta motståndet är sannolikt den som är kopplad till nätet. De andra lindningarna måste tas bort.

Därefter ska du mäta tjockleken på järnpaketet b och bredden på centralplattan a och multiplicera dem. Resultatet är kärnans tvärsnittsarea S=a*b (i kvadratcentimeter). Detta bestämmer transformatorns effekt P=. Beräkna sedan den maximala strömmen i ampere som kan dras från en 12-voltslindning: I=P/12.

Bestäm kärnområdet.

Därefter beräknas antalet varv per volt med formeln n=50/S. För 12 volt bör du linda 12*n varv med cirka 20 % reserv för förluster i koppar och regulator. Och om du inte har en sådan, så är det spänningsfallet under belastning. Det sista steget är att välja tvärsnittet på lindningstråden enligt diagrammet för en strömtäthet på 2-3 ma/kvm.

Val av koppartråd.

Vi har till exempel en transformator med en 220V primär med ett 3,5 cm tjockt järnpaket med en bredd på 2,5 cm i mitten av tungan. S=2,5*3,5=8,75 och transformatorns effekt är alltså =3W (ungefär). Då är den högsta möjliga strömmen vid 12 volt I=P/U=3/12=0,25 A. En tråd med en diameter på 0,35...0,4 kvm kan väljas för lindning. För 1 volt behöver du 50/8,75=5,7 varv, du behöver 12*5,7=33 varv. Med en reserv på cirka 40 varv.

Val av en förmonterad transformator

Om det finns en standardtransformator med en lämplig sekundärlindning för ström och spänning kan du försöka välja en standardtransformator. TPP-serien har till exempel lämpliga produkter med sekundärspänningar nära 12 volt.

Fördelen med den här lösningen är den minimala ansträngningen och tillförlitligheten hos fabrikskonstruktionen. Nackdelen är att transformatorn innehåller andra lindningar och att den totala kapaciteten är utformad för deras belastning. Därför kommer den här transformatorn att förlora i vikt och dimensioner.

Val av dioder och konstruktion av likriktare

Dioderna i likriktaren väljs enligt tre parametrar:

• Högsta tillåtna spänning i framledningsledet;
• högsta omvänd spänning;
• Den högsta driftströmmen.

När det gäller de två första parametrarna är 90 procent av de tillgängliga halvledarna lämpliga för drift i en 12-volts krets, och valet baseras huvudsakligen på gränsen för kontinuerlig ström. Utformningen av diodhöljet och det sätt på vilket likriktaren tillverkas beror också på denna parameter.

Om belastningsströmmen inte överstiger 1 A kan utländska och inhemska enampiga dioder användas:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("droppe");
• KD212 och andra.

För mindre strömmar (upp till 0,3 A) har KD105 (KD106) enheter utformats. Alla ovanstående dioder kan monteras vertikalt eller horisontellt på en tryckt krets eller monteringsplatta, eller helt enkelt på stift. De behöver inga kylflänsar.

Diodbryggan består av element med låg effekt.

Om du behöver mer driftström bör du använda andra dioder (KD213, KD202, KD203 osv.). Dessa enheter är konstruerade för drift på kylflänsar, utan dem klarar de inte mer än 10 % av den maximala nominella strömmen. Därför är det nödvändigt att välja kylflänsar som finns på hyllan eller att tillverka dem själv av koppar eller aluminium.

En annan konstruktion med en diodbrygga.

Det är också lämpligt att använda färdiga bryggdiodaggregat KTs405, KVRS eller liknande. Det är inte nödvändigt att montera dem, det är bara att ansluta växelspänning till motsvarande stift och ta bort likspänningen.

KVRS3510 montering.

Kondensatorns kapacitet

Kondensatorns kapacitans beror på belastningen och hur stor krusning den tillåter. Det finns formler och online-kalkylatorer på internet för att beräkna kapacitansen exakt. För att öva kan du använda figurerna:

• För små belastningsströmmar (tiotals milliampere) bör kapacitansen vara 100...200 µF;
• Vid strömmar upp till 500 mA behövs en 470...560 uF-kondensator;
• upp till 1 A - 1000...1500 uF.

För högre strömmar ökar kapacitansen proportionellt. Den allmänna principen är att ju större kondensator, desto bättre. Kapaciteten kan ökas till vilken gräns som helst, endast begränsad av storlek och kostnad. När det gäller spänning bör en kondensator ha en betydande reserv. För en 12-volts likriktare är det till exempel bättre att använda ett 25-voltselement än ett 16-voltselement.

Detta gäller för icke-stabiliserade nätaggregat. För nätaggregat med regulatorer kan kapacitanserna minskas med en faktor två.

Stabilisering av utgångsspänningen

Det är inte alltid nödvändigt med en stabilisator på utgången av ett nätaggregat. Om du tänker använda nätaggregatet tillsammans med ljudåtergivningsutrustning är det nödvändigt att ha en stabil spänning vid utgången. Men om en värmare används som last är en stabilisator naturligtvis onödig. För LED-remsor kan klara sig utan den mest komplexa modulen i nätaggregatet, men å andra sidan säkerställer en stabil spänning oberoende av ljusstyrka vid fluktuationer i nätverket och förlänger livslängden på LED-belysningen.

Om du väljer att installera en regulator är det enklast att montera den på en specialiserad LM7812 (KR142EN5A) mikrokrets. Kretsen är enkel och kräver ingen justering.

Regulatorn på 7812.

En spänning på 15 till 35 volt kan läggas på ingången till en sådan regulator. En kondensator C1 med en kapacitet på minst 0,33 μF bör installeras vid ingången och minst 0,1 μF vid utgången. C1 är vanligen en kondensator för filterenheten om anslutningsledningarna inte är längre än 7 cm. Om denna längd inte kan hållas måste ett separat element monteras.

7812 är skyddad mot överhettning och kortslutning. Men den gillar inte polaritetsomvändning vid ingången och den externa spänningen som läggs på utgången - dess livslängd i sådana situationer räknas i sekunder.

Viktigt! För belastningsströmmar över 100 mA är det obligatoriskt att installera AVR på kylflänsen!

Öka AVR:s utgångsström

Ovanstående diagram tillåter en ström på upp till 1,5 A till AVR. Om detta inte är tillräckligt kan en extra transistor användas för att ladda upp noden.

System med n-p-n-transistor

Extern n-p-n-transistor.

Denna krets rekommenderas av konstruktörerna och finns med i chipets datablad. Utgångsströmmen får inte överstiga transistorens maximala kollektorström, som måste vara utrustad med en kylfläns.

Krets med en p-n-p-transistor

Om en halvledartriod med n-p-n-struktur inte finns tillgänglig kan en p-n-p halvledartriod användas för att ladda stabilisatorn.

Extern p-n-p-transistor.

En kiseldiod VD ökar 7812:s utgångsspänning med 0,6 V och kompenserar för spänningsfallet över transistorens emitterförbindelse.

Parametrisk regulator

Om det av någon anledning inte finns någon integrerad regulator är det möjligt att konstruera en anslutning med en regulator. Välj en regulator med en stabiliseringsspänning på 12 V och som är dimensionerad för lämplig belastningsström. Den maximala strömmen för några inhemska och importerade 12 V-regulatorer anges i tabellen nedan.

Schematisk bild av en enkel parametrisk stabilisator.

Motståndet beräknas enligt följande formel:

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

• Uin min - minsta ingångsspänning utan stabilisering (måste vara minst 1,4 Ust), volt;
• Ust - stabiliserad spänning för regulatorn (referensvärde), volt;
• In max - maximal belastningsström;
• Ist min - minsta stabiliseringsström (referensvärde).

Om det inte finns någon stabilisator för den önskade spänningen kan den bestå av två seriekopplade stabilisatorer. Den totala spänningen måste vara 12 V (t.ex. D815A på 5,6 volt plus D815B på 6,8 volt ger 12,4 V).

Viktigt! Stabilitroner (även av samma typ) får inte kopplas parallellt "för att öka stabiliseringsströmmen"!

Stabilitroner är inte parallellkopplade.

Du kan ladda en parametrisk AVR på samma sätt - genom att ansluta en extern transistor.

Schematisk bild av en kraftstabilisator.

En kylfläns måste tillhandahållas för krafttransistorn. Matningsspänningen kommer då att vara 0,6 V lägre än Ust-regulatorn. Vid behov kan utgångsspänningen justeras uppåt genom att inkludera en kiseldiod (eller en kedja av dioder). Varje element i kedjan ökar Uf med cirka 0,6 V.

Schematisk bild av en regulator med en regulatordiod.

Reglering av utgångsspänningen

Om matningsspänningen måste regleras från noll är en parametrisk regulator med tillägg av ett variabelt motstånd det bästa systemet.

Jämn spänningsreglering.

Ett motstånd på 1 kΩ mellan transistorbasen och den gemensamma ledningen skyddar trioden från fel om potentiometerns glidkrets bryts. Genom att vrida på ratten för det variabla motståndet ändras transistorens basspänning från 0 till Ust-stabilisatorn med en fördröjning på cirka 0,6 volt. Observera att nodeparametrarna blir sämre om man använder en potentiometer - närvaron av en rörlig kontakt (även av god kvalitet) kommer oundvikligen att minska stabiliteten hos transistorens basspänning.

Läs också

Hur man gör en strömförsörjning från en energisparlampa

 

Det är mycket svårare att uppnå en reglering på 0-12 volt med en integrerad regulator i 78XX-serien. Om det räcker med ett reglerområde på 5-12 volt kan du använda ett 7805-chip och slå på det med en potentiometerkrets. Stabilitronen bör vara avsedd för cirka 7 volt (KC168 med eller utan diod, KC175 osv.). I det nedre reglaget för potentiometern är GND-stiftet anslutet till den gemensamma ledningen och utgången blir 5 volt. När reglaget flyttas till den övre pinnen kommer spänningen på reglaget att stiga till Ust Stabilizer och lägga till stabiliseringsspänningen i mikrokretsen.

Den reglerar jämnt från 5 till 12 volt.

Ett LM317-chip kan användas. Den har också tre stift och är speciellt utformad för att skapa reglerade källor. Men den här regulatorn har en lägre spänningsgräns som börjar vid 1,25 volt. Det finns många LM317-kretsar på Internet med reglering från noll, men mer än 90 procent av dessa kretsar är obrukbara.

Det vanliga LM317-ledningsschemat.

Läs också:Hemmagjort nätaggregat med spännings- och strömreglering på 0 till 30 V

Enhetens layout

När alla noder har valts ut, eller när du har en klar uppfattning om vad de ska vara, kan du börja montera enheten. Det är också viktigt att förstå enhetens framtida hölje. Du kan välja en prefabricerad enhet, eller så kan du göra en själv om du har material och färdigheter.

Det finns inga särskilda regler för hur komponenterna ska placeras i höljet. Det är dock tillrådligt att placera enheterna så att de är kopplade i serie, enligt diagrammet, och över kortast möjliga avstånd. Utgångsterminalerna ska helst vara på den sida som är motsatt nätkabeln. Strömbrytaren och säkringen bör helst monteras på baksidan av enheten. För att bättre utnyttja utrymmet mellan höljena kan några av komponenterna monteras vertikalt, men diodbryggan bör monteras horisontellt. Om den monteras vertikalt kommer konvektionsluft från de nedre dioderna att strömma runt de övre elementen och värma upp dem ytterligare.

För dem som inte förstår, titta på den här videon: En enkel strömförsörjning med dina egna händer.

Det är lätt att montera ett likströmsaggregat med en fast strömförsörjning. Detta är inom räckhåll för den genomsnittlige hantverkaren och kräver endast en grundläggande förståelse för elektroteknik och minimala installationsfärdigheter.