Jak vyrobit 12V napájecí zdroj vlastníma rukama - příklady obvodů

12voltový zdroj konstantního napětí je užitečné zařízení pro domácnost, chatu nebo garáž. Takové zařízení je snadné vyrobit sami. Níže je schéma 12V zdroje pro montáž svépomocí a také tipy na výpočet a výběr komponent.

Typy napájecích zdrojů

K dnešnímu dni se rozšířily pulzní zdroje napětí. Oproti tradičním transformátorovým obvodům mají významnou výhodu z hlediska energetické účinnosti a hmotnosti a velikosti. Předpokládá se, že při zátěžových proudech více než 5 ampérů mají nepopiratelné preference. Mají ale i nevýhody - například generování RF rušení do napájecí sítě a do zátěže.A hlavní překážkou pro domácí montáž je složitost obvodů a potřeba speciálních dovedností pro výrobu dílů vinutí. Pro středně zručného domácího mistra je proto lepší vyrobit zdroj podle obvyklého principu se síťovým snižovacím transformátorem.

Kde je použit zdroj napětí

Rozsah takového PSU v domácnosti je široký:

• napájení nízkonapěťových lamp;
• Baterie se nabíjí;
• napájecí zdroj pro audio zařízení.

Stejně jako mnoho dalších účelů, které vyžadují konstantní napětí 12 voltů.

Schéma napájení transformátoru

Schematické schéma napájecího zdroje.

12voltový napájecí obvod pracující ze sítě 220 V se skládá z následujících uzlů:

1. Snižovací transformátor. Skládá se ze železa, primárního a sekundárního (může být několik) vinutí. Aniž bychom šli hluboko do principu činnosti, je třeba poznamenat, že výstupní napětí závisí na poměru závitů primárního (n1) a sekundárního (n2) vinutí. Pro získání 12 voltů je nutné, aby sekundární vinutí obsahovalo 220/12 = 18,3 krát méně závitů než primární.
2. Usměrňovač. Nejčastěji se provádí formou celovlnného obvodu (diodový můstek). Převádí střídavé napětí na pulzující. Proud prochází zátěží dvakrát ve stejném směru.
   Provoz celovlnného usměrňovače.
3. Filtr. Převádí pulzující napětí na stejnosměrné. Nabíjí se při připojení napětí a vybíjí se během přestávek. Skládá se z vysokokapacitního oxidového kondenzátoru, paralelně se kterým je často zapojen keramický kondenzátor o kapacitě cca 1 μF. Abychom pochopili potřebu tohoto přídavného prvku, je třeba mít na paměti, že oxidový kondenzátor je uspořádán ve formě fóliových pásů svinutých do role.Tento válec má parazitní indukčnost, která výrazně zhoršuje kvalitu filtrování vysokofrekvenčního šumu. K tomu se zapíná přídavný kondenzátor pro zkratování RF impulsů.
   Ekvivalentní obvod filtru s oxidem a přídavnými kondenzátory.
4. Stabilizátor. Může chybět. Schémata jednoduchých, ale účinných uzlů jsou diskutována níže.

Následující části pojednávají o tom, jak vybrat a vypočítat každý prvek 12voltového stejnosměrného zdroje.

Výběr transformátoru

Existují dva způsoby, jak získat vhodný transformátor. Samostatná výroba snižovacího bloku a výběr vhodného v továrně. V každém případě mějte na paměti:

• na výstupu snižovacího vinutí transformátoru při měření napětí ukáže voltmetr efektivní napětí (1,4krát menší než amplituda);
• na filtračním kondenzátoru bez zátěže bude konstantní napětí přibližně stejné jako amplituda (říká se, že napětí na kondenzátoru „roste“ 1,4krát);
• pokud není stabilizátor, pak při zatížení klesne napětí na kapacitě v závislosti na proudu;
• pro fungování stabilizátoru je nutný určitý přebytek vstupního napětí nad výstupním, jejich poměr omezuje účinnost zdroje jako celku.

Z posledních dvou bodů vyplývá, že pro normální provoz PSU musí napětí transformátoru překročit 12 V.

Samonavíjecí transformátor

Úplný výpočet a výroba podomácku vyrobeného výkonového transformátoru je složitá, časově náročná, vyžaduje nástroje a dovednosti. Proto bude zvažována zjednodušená cesta - výběr bloku vhodného pro železo a jeho úprava na 12 V.

Pokud existuje hotový transformátor, ale neexistuje žádné schéma jeho připojení, musíte zavolat jeho tester vinutí pomocí testeru.Vinutí s nejvyšším odporem bude pravděpodobně síťové. Zbytek vinutí musí být odstraněn.

Dále je třeba změřit tloušťku železné sady b a šířku středové desky a a vynásobit je. Plocha průřezu jádra se získá S \u003d a * b (v cm2). Určuje výkon transformátoru P=. Dále se vypočítá maximální proud v ampérech, který lze odstranit z vinutí s napětím 12 voltů: I \u003d P / 12.

Určení plochy jádra.

Dále se vypočte počet závitů na volt pomocí vzorce n=50/S. Pro 12 voltů je nutné navinout 12 * n závitů s rezervou asi 20% pro ztráty v mědi a na stabilizátoru. A pokud ne, tak pokles napětí při zátěži. A posledním krokem je výběr průřezu vodiče vinutí podle grafu pro proudovou hustotu 2-3 mA / mm2.

Výběr měděného drátu.

Například existuje transformátor s primárním vinutím 220 V se sadou železa o tloušťce 3,5 cm a šířce středního jazyka 2,5 cm. S = 2,5 * 3,5 = 8,75 a výkon transformátoru =3 W (přibližně). Maximální možný proud při 12V je pak I=P/U=3/12=0,25 A. Pro vinutí lze zvolit drát o průměru 0,35...0,4 mm2. Na 1 volt je 50 / 8,75 = 5,7 závitů, je třeba navinout 12 * 5,7 = 33 závitů. S přihlédnutím k pažbě - asi 40 otáček.

Výběr hotového transformátoru

Pokud existuje hotový transformátor se sekundárním vinutím vhodným pro proud a napětí, můžete se pokusit vyzvednout hotový. Například v řadě CCI existují vhodné produkty s napětím sekundárního vinutí blízkým 12 voltům.

Výhodou tohoto řešení je minimální pracnost a spolehlivost továrního provedení. Mínus - transformátor obsahuje další vinutí, celkový výkon se počítá i na jejich zatížení.Z hlediska hmotnosti a velikosti tedy takový transformátor ztratí.

Výběr diod a výroba usměrňovače

Diody v usměrňovači se vybírají podle tří parametrů:

• nejvyšší povolené dopředné napětí;
• nejvyšší zpětné napětí;
• maximální provozní proud.

Podle prvních dvou parametrů je 90 procent dostupných polovodičových součástek vhodných pro provoz ve 12voltovém obvodu, výběr se provádí především podle maximálního trvalého proudu. Na tomto parametru závisí i provedení pouzdra diody a způsob výroby usměrňovače.

Pokud zatěžovací proud nepřesahuje 1 A, lze použít zahraniční a domácí 1ampérové ​​diody:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 („kapka“);
• KD212 a další.

Pro nižší proudy (do 0,3 A) jsou určeny přístroje KD105 (KD106). Všechny uvedené diody lze namontovat jak vertikálně, tak horizontálně na plošný spoj nebo plošný spoj, nebo jednoduše na piny. Nepotřebují radiátory.

Diodový můstek z prvků s nízkým výkonem.

Pokud potřebujete velké provozní proudy, pak je třeba použít jiné diody (KD213, KD202, KD203 atd.). Tato zařízení jsou určena pro provoz na chladičích, bez nich vydrží maximálně 10% maximálního proudu na typovém štítku. Proto si musíte vybrat hotové chladiče nebo je vyrobit sami z mědi nebo hliníku.

Další provedení diodového můstku.

Vhodné je také použít hotové můstkové diodové sestavy KTS405, KVRS a podobně. Nemusí se montovat - stačí přivést na odpovídající výstupy střídavé napětí a odstranit konstantu.

Montáž KVRS3510.

Kapacita kondenzátoru

Kapacita kondenzátoru závisí na zatížení a na zvlnění, které umožňuje.Pro přesný výpočet kapacity existují vzorce a online kalkulačky, které lze najít na internetu. Pro praxi se můžete zaměřit na čísla:

• při nízkých zatěžovacích proudech (desítky miliampérů) by kapacita měla být 100..200 uF;
• při proudech do 500 mA je potřeba kondenzátor 470..560 uF;
• až 1 A - 1000..1500 uF.

Pro vyšší proudy se kapacita úměrně zvyšuje. Obecný přístup je, že čím větší kondenzátor, tím lepší. Jeho kapacitu můžete libovolně navyšovat, omezenou pouze velikostí a cenou. Pokud jde o napětí, je nutné vzít kondenzátor s vážnou rezervou. Takže pro 12voltový usměrňovač je lepší vzít 25voltový prvek než 16voltový.

Tyto úvahy platí pro nestabilizované zdroje. U napájecího zdroje se stabilizátorem kapacity může být několikrát snížena.

Stabilizace výstupního napětí

Stabilizátor na výstupu napájecího zdroje není vždy potřeba. Pokud se tedy předpokládá použití napájecího zdroje ve spojení se zařízením pro reprodukci zvuku, musí mít výstup stabilní napětí. A pokud topné těleso slouží jako zátěž, je stabilizátor jednoznačně nadbytečný. Pro Napájení LED pásku obejdete se bez nejsložitějšího napájecího modulu, ale na druhou stranu stabilní napětí zajišťuje nezávislost na jasu svitu při přepětí a prodlužuje životnost LED svítilny.

Pokud padne rozhodnutí o instalaci stabilizátoru, pak je nejjednodušší jej sestavit na specializovaný čip LM7812 (KR142EN5A). Spínací obvod je jednoduchý a nevyžaduje seřízení.

Stabilizátor na 7812.

Na vstup takového stabilizátoru lze přivést napětí od 15 do 35 voltů. Na vstupu musí být instalován kondenzátor C1 o kapacitě minimálně 0,33 mikrofaradu, na výstupu minimálně 0,1 mikrofaradu.Kondenzátor filtračního bloku se obvykle chová jako C1, pokud délka připojovacích vodičů nepřesahuje 7 cm. Pokud tuto délku nelze dodržet, bude nutné nainstalovat samostatný prvek.

Čip 7812 má ochranu proti přehřátí a zkratu. Nelíbí se jí ale přepólování na vstupu a přívod vnějšího napětí na výstup – její život v takových situacích se počítá v sekundách.

Důležité! Pro zatěžovací proud nad 100 mA je povinná instalace integrovaného stabilizátoru na chladič!

Zvýšení výstupního proudu stabilizátoru

Výše uvedené schéma umožňuje zatížit stabilizátor proudem až 1,5 A. Pokud to nestačí, můžete uzel napájet přídavným tranzistorem.

Obvod s tranzistorem struktury n-p-n

Externí tranzistor n-p-n.

Tento obvod doporučují vývojáři a je zahrnut v datovém listu k čipu. Výstupní proud nesmí překročit maximální kolektorový proud tranzistoru, který musí být opatřen chladičem.

P-n-p tranzistorový obvod

Pokud neexistuje žádná polovodičová trioda struktury n-p-n, lze stabilizátor posílit polovodičovou triodou p-n-p.

Externí tranzistor p-n-p.

Nízkoenergetická křemíková dioda VD zvyšuje výstupní napětí 7812 o 0,6 V a kompenzuje úbytek napětí na přechodu emitoru tranzistoru.

Parametrický stabilizátor

Pokud z nějakého důvodu není k dispozici integrovaný regulátor, můžete spustit uzel na zenerově diodě. Je nutné zvolit zenerovu diodu se stabilizačním napětím 12 V a navrženou pro příslušný zatěžovací proud. Nejvyšší proud pro některé 12voltové domácí a dovážené zenerovy diody je uveden v tabulce.

Schéma jednoduchého parametrického stabilizátoru.

Hodnota odporu se vypočítá podle vzorce:

R \u003d (Uin min-Ust) / (In max + Ist min), kde:

• Uin min - minimální vstupní nestabilizované napětí (mělo by být alespoň 1,4 Ust), voltů;
• Ust - stabilizační napětí zenerovy diody (referenční hodnota), volt;
• V max - nejvyšší zatěžovací proud;
• Ist min - minimální stabilizační proud (referenční hodnota).

Pokud neexistuje zenerova dioda pro požadované napětí, může být tvořena dvěma zapojenými do série. V tomto případě by celkové napětí mělo být 12 V (například D815A při 5,6 V plus D815B při 6,8 V dá 12,4 V).

Důležité! Paralelní zapojení zenerových diod (ani stejného typu) "pro zvýšení stabilizačního proudu" je nemožné!

Zenerovy diody nejsou zapojeny paralelně.

Parametrický stabilizátor můžete napájet stejným způsobem - zapnutím externího tranzistoru.

Schéma výkonného stabilizátoru.

Pro výkonný tranzistor musí být zajištěn radiátor. Napájecí napětí v tomto případě bude menší než Ust zenerovy diody o 0,6 V. V případě potřeby lze výstupní napětí upravit směrem nahoru zapnutím křemíkové diody (nebo řetězce diod). Každý prvek v řetězu zvýší Vout asi o 0,6 V.

Obvod stabilizátoru se zenerovou diodou a diodou.

Regulace výstupního napětí

Pokud se musí napětí zdroje regulovat od nuly, pak by optimálním obvodem byl parametrický stabilizátor s přidáním proměnného rezistoru.

Plynulá regulace napětí.

Rezistor 1 kΩ zapojený mezi bázi tranzistoru a společný vodič ochrání triodu před selháním v případě přerušení obvodu motoru potenciometru.Při otáčení knoflíku proměnného odporu se napětí na bázi tranzistoru změní z 0 na Ust zenerovy diody se zpožděním asi 0,6 voltu. Je třeba vzít v úvahu, že parametry uzlu budou horší kvůli použití potenciometru - přítomnost pohyblivého kontaktu (i kvalitního) nevyhnutelně sníží stabilitu napětí na bázi tranzistoru.

Přečtěte si také

Jak vyrobit zdroj energie z energeticky úsporné žárovky

 

Dosažení regulace 0 až 12 V s integrovaným regulátorem řady 78XX je mnohem obtížnější. Je-li dostatečný regulační rozsah 5 až 12 V, lze použít čip 7805 a zapnout jej podle obvodu potenciometru. Zenerova dioda by měla být na napětí asi 7 voltů (KS168 s diodou nebo bez diody, KS175 atd.). Ve spodní poloze jezdce potenciometru je pin GND připojen ke společnému vodiči a výstup bude 5 voltů. Při přeřazení motoru na horní výkon naroste napětí na něm až do Ust zenerovy diody a sčítá se se stabilizačním napětím mikroobvodu.

Plynulá regulace od 5 do 12 voltů.

Můžete použít čip LM317. Má také tři terminály a je speciálně navržen pro vytváření regulovaných zdrojů. Ale tento stabilizátor má nižší práh napětí začínající na 1,25 voltu. Na internetu je na LM317 mnoho obvodů s nastavením od nuly, ale 90+ procent těchto obvodů je nefunkčních.

Standardní schéma zapojení LM317.

Přečtěte si také:Domácí zdroj s regulací napětí a proudu 0 až 30V

Uspořádání přístroje

Poté, co jsou vybrány všechny uzly nebo existuje jasná představa o tom, co to bude, můžete přistoupit k rozložení zařízení. Je také důležité pochopit, jaká bude budoucí skříň zařízení.Můžete si vybrat hotové, můžete to udělat sami, pokud máte materiály a dovednosti.

Neexistují žádná zvláštní pravidla pro rozložení uzlů uvnitř pouzdra. Je však žádoucí uspořádat uzly tak, aby byly spojeny vodiči v sérii, jako na schématu, a na nejkratší vzdálenost. Výstupní svorky je nejlepší umístit na stranu proti síťovému kabelu. Vypínač a pojistku je lepší připevnit na zadní stranu zařízení. Pro racionální využití prostoru mezi pouzdry mohou být některé uzly instalovány vertikálně, ale je lepší upevnit diodový můstek vodorovně. Při vertikální montáži budou kolem horních prvků proudit konvekční proudy horkého vzduchu ze spodních diod a dodatečně je ohřívat.

Pro ty, kteří to nechápou, se podívejte na video: Jednoduchý napájecí zdroj pro svépomocí.

Sestavení stejnosměrného zdroje s pevným výkonem je snadné. To je v silách průměrného mistra, potřebujete pouze základní znalosti v elektrotechnice a minimální instalační dovednosti.