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

En 12 volt konstant spänningskälla är en användbar enhet för ett hem, stuga eller garage. En sådan enhet är lätt att göra själv. Nedan följer ett diagram över en 12V strömförsörjning för gör-det-själv-montering, samt tips om beräkning och val av komponenter.

Typer av strömförsörjning

Hittills har pulserande spänningskällor blivit utbredda. De har en betydande fördel jämfört med traditionella transformatorkretsar när det gäller energieffektivitet och vikt och storlek. Man tror att vid belastningsströmmar på mer än 5 ampere har de obestridliga preferenser. Men de har också nackdelar - till exempel generering av RF-störningar i försörjningsnätet och i lasten.Och huvudhindret för hemmamontering är komplexiteten hos kretsarna och behovet av speciella färdigheter för tillverkning av lindningsdelar. Därför är det bättre för en medelutbildad hemmästare att tillverka en strömförsörjning enligt den vanliga principen med en nätverkstransformator.

Var används spänningskällan

Omfattningen av en sådan PSU i hushållet är bred:

• strömförsörjning av lågspänningslampor;
• batteriladdning;
• strömförsörjning för ljudenheter.

Samt många andra ändamål som kräver en konstant spänning på 12 volt.

Schema för en transformatorströmförsörjning

Schematisk bild av strömförsörjningen.

En 12 volts strömförsörjningskrets som drivs från ett 220 V-nätverk består av följande noder:

1. En nedtrappningstransformator. Den består av järn, primära och sekundära (det kan finnas flera) lindningar. Utan att gå djupt in i driftprincipen bör det noteras att utgångsspänningen beror på förhållandet mellan varven för de primära (n1) och sekundära (n2) lindningarna. För att få 12 volt är det nödvändigt att sekundärlindningen innehåller 220/12 = 18,3 gånger färre varv än primärlindningen.
2. Likriktare. Oftast utförs i form av en helvågskrets (diodbrygga). Konverterar växelspänning till pulserande. Strömmen går genom lasten två gånger i samma riktning.
   Driften av en helvågslikriktare.
3. Filtrera. Konverterar pulserande spänning till DC. Den laddas när spänning appliceras och laddas ur under pauser. Den består av en oxidkondensator med hög kapacitet, parallellt med vilken ofta en keramisk kondensator med en kapacitet på cirka 1 μF är ansluten. För att förstå behovet av detta ytterligare element måste man komma ihåg att oxidkondensatorn är anordnad i form av folieremsor rullade till en rulle.Denna rulle har parasitisk induktans, vilket avsevärt försämrar kvaliteten på högfrekvent brusfiltrering. För att göra detta slås en extra kondensator på för kortslutning av RF-pulserna.
   Likvärdig krets av filtret med oxid och extra kondensatorer.
4. Stabilisator. Kan saknas. Schema med enkla men effektiva noder diskuteras nedan.

Följande avsnitt diskuterar hur man väljer och beräknar varje element i en 12 volts DC-källa.

Val av transformator

Det finns två sätt att få en lämplig transformator. Oberoende tillverkning av ett nedtrappningsblock och val av lämpligt i fabrik. Tänk i alla fall på:

• vid utgången av transformatorns nedtrappning, vid mätning av spänningen, kommer voltmetern att visa den effektiva spänningen (1,4 gånger mindre än amplituden);
• på filterkondensatorn utan belastning kommer den konstanta spänningen att vara ungefär lika med amplituden (de säger att spänningen på kondensatorn "stiger" med 1,4 gånger);
• om det inte finns någon stabilisator, under belastning kommer spänningen på kapacitansen att sjunka beroende på strömmen;
• för att stabilisatorn ska fungera krävs ett visst överskott av inspänning över utspänningen, deras förhållande begränsar effektiviteten hos strömförsörjningen som helhet.

Av de två sista punkterna följer att för normal drift av PSU:n måste transformatorns spänning överstiga 12 V.

Självlindande transformator

Den fullständiga beräkningen och tillverkningen av en hemmagjord krafttransformator är komplex, tidskrävande, kräver verktyg och färdigheter. Därför kommer en förenklad väg att övervägas - valet av ett block som är lämpligt för järn och ändra det till 12 V.

Om det finns en färdig transformator, men det finns inget diagram över dess anslutning, måste du ringa dess lindningstestare med en testare.Lindningen med det högsta motståndet är sannolikt nät. Resten av lindningarna måste tas bort.

Därefter måste du mäta tjockleken på järnset b och bredden på centralplattan a och multiplicera dem. Kärnans tvärsnittsarea erhålls S \u003d a * b (i kvadratcentimeter). Den bestämmer transformatorns effekt P=. Därefter beräknas den maximala strömmen i ampere, som kan tas bort från en lindning med en spänning på 12 volt: I \u003d P / 12.

Bestämning av kärnans yta.

Därefter beräknas antalet varv per volt med formeln n=50/S. För 12 volt är det nödvändigt att linda 12 * n varv med en marginal på ca 20% för förluster i koppar och på stabilisatorn. Och om inte, då spänningsfallet under belastning. Och det sista steget är att välja tvärsnittet av lindningstråden enligt grafen för en strömtäthet på 2-3 mA / kvm mm.

Val av koppartråd.

Till exempel finns det en transformator med en primärlindning på 220 V med en uppsättning av järn 3,5 cm tjock och en mellantunga bredd på 2,5 cm. Därför är S = 2,5 * 3,5 = 8,75 och transformatorns effekt =3 W (ungefär). Då är den maximalt möjliga strömmen vid 12 volt I=P/U=3/12=0,25 A. För lindning kan du välja en tråd med en diameter på 0,35..0.4 kvm. För 1 volt finns det 50 / 8,75 = 5,7 varv, det är nödvändigt att linda 12 * 5,7 = 33 varv. Med hänsyn till beståndet - ca 40 varv.

Val av färdig transformator

Om det finns en färdig transformator med en sekundärlindning som är lämplig för ström och spänning kan du försöka plocka upp en färdig. Till exempel, i CCI-serien finns det lämpliga produkter med en sekundärlindningsspänning nära 12 volt.

Fördelen med denna lösning är den minimala arbetsintensiteten och tillförlitligheten i fabriksutförandet. Minus - transformatorn innehåller andra lindningar, den totala effekten beräknas också för deras belastning.Därför, när det gäller vikt och storlek, kommer en sådan transformator att förlora.

Diodval och likriktartillverkning

Dioder i likriktaren väljs enligt tre parametrar:

• den högsta tillåtna framåtspänningen;
• den högsta backspänningen;
• maximal driftström.

Enligt de två första parametrarna är 90 procent av de tillgängliga halvledarenheterna lämpliga för drift i en 12-voltskrets, valet görs främst av den maximala kontinuerliga strömmen. Utformningen av diodhöljet och metoden för tillverkning av likriktaren beror också på denna parameter.

Om belastningsströmmen inte överstiger 1 A, kan utländska och inhemska en-amperedioder användas:

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

För lägre strömmar (upp till 0,3 A) är KD105 (KD106) enheter konstruerade. Alla de listade dioderna kan monteras både vertikalt och horisontellt på ett kretskort eller kretskort, eller helt enkelt på stift. De behöver inga radiatorer.

Diodbrygga från lågeffektelement.

Om du behöver stora driftsströmmar måste du använda andra dioder (KD213, KD202, KD203, etc.). Dessa enheter är designade för drift på kylflänsar, utan dem tål de inte mer än 10% av den maximala namnskyltens ström. Därför måste du välja färdiga kylflänsar eller göra dem själv av koppar eller aluminium.

En annan design av diodbryggan.

Det är också bekvämt att använda färdiga bryggdiodenheter KTS405, KVRS eller liknande. De behöver inte monteras - det räcker att applicera en växelspänning på motsvarande utgångar och ta bort konstanten.

Montering av KVRS3510.

Kondensatorkapacitet

Kapacitansen hos en kondensator beror på belastningen och på den krusning den tillåter.För att exakt beräkna kapaciteten finns det formler och onlineräknare som kan hittas på Internet. För träning kan du fokusera på siffrorna:

• vid låga belastningsströmmar (tiotals milliampere) bör kapacitansen vara 100..200 uF;
• 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. Det allmänna tillvägagångssättet är att ju större kondensatorn är, desto bättre. Du kan öka dess kapacitet i vilken utsträckning som helst, endast begränsad av storlek och kostnad. När det gäller spänning är det nödvändigt att ta en kondensator med en allvarlig marginal. Så för en 12-volts likriktare är det bättre att ta ett 25-voltselement än ett 16-volts.

Dessa överväganden gäller för ostabiliserade källor. För en PSU med kapacitetsstabilisator kan den reduceras med flera gånger.

Utspänningsstabilisering

En stabilisator vid utgången av strömförsörjningen behövs inte alltid. Så, om det är tänkt att använda en strömförsörjningsenhet i kombination med ljudåtergivningsutrustning, måste utgången ha en stabil spänning. Och om värmeelementet fungerar som belastning är stabilisatorn klart överflödig. För LED strip strömförsörjning du kan klara dig utan den mest komplexa strömförsörjningsmodulen, men å andra sidan säkerställer en stabil spänning oberoendet av ljusstyrkan på glöden under strömstötar och förlänger livslängden på LED-lampan.

Om beslutet att installera en stabilisator tas, är det enklaste sättet att montera den på ett specialiserat LM7812-chip (KR142EN5A). Omkopplingskretsen är enkel och kräver ingen justering.

Stabilisator på 7812.

Spänning från 15 till 35 volt kan appliceras på ingången av en sådan stabilisator. En kondensator C1 med en kapacitet på minst 0,33 mikrofarad måste installeras vid ingången, minst 0,1 mikrofarad vid utgången.Filterblockets kondensator fungerar vanligtvis som C1 om längden på anslutningstrådarna inte överstiger 7 cm. Om denna längd inte kan bibehållas, måste ett separat element installeras.

Chip 7812 har skydd mot överhettning och kortslutning. Men hon gillar inte polaritetsomkastning vid ingången och tillförseln av extern spänning till utgången - hennes tid i livet i sådana situationer beräknas i sekunder.

Viktig! För lastström över 100 mA är installation av en inbyggd stabilisator på en kylfläns obligatorisk!

Ökning av utströmmen från stabilisatorn

Ovanstående schema låter dig ladda stabilisatorn med en ström på upp till 1,5 A. Om detta inte är tillräckligt kan du driva noden med en extra transistor.

Krets med en n-p-n struktur transistor

Extern transistor n-p-n.

Denna krets rekommenderas av utvecklarna och ingår i databladet för chippet. Utströmmen får inte överstiga transistorns maximala kollektorström, som måste förses med kylfläns.

P-n-p transistorkrets

Om det inte finns någon halvledartriod med n-p-n-strukturen kan stabilisatorn förstärkas med en p-n-p-halvledartriod.

Extern transistor p-n-p.

Kiseldioden VD med låg effekt ökar utspänningen från 7812 med 0,6 V och kompenserar för spänningsfallet över transistorns emitterövergång.

Parametrisk stabilisator

Om den integrerade regulatorn av någon anledning inte är tillgänglig kan du köra noden på zenerdioden. Det är nödvändigt att välja en zenerdiod med en stabiliseringsspänning på 12 V och utformad för lämplig belastningsström. Den högsta strömmen för vissa 12-volts inhemska och importerade zenerdioder anges i tabellen.

Schema för en enkel parametrisk stabilisator.

Motståndsvärdet beräknas med formeln:

R \u003d (Uin min-Ust) / (I max + Ist min), där:

• Uin min - lägsta ostabiliserad ingångsspänning (bör vara minst 1,4 Ust), volt;
• Ust - stabiliseringsspänning för zenerdioden (referensvärde), volt;
• I max - den högsta belastningsströmmen;
• Ist min - minimal stabiliseringsström (referensvärde).

Om det inte finns någon zenerdiod för önskad spänning kan den bestå av två seriekopplade. I det här fallet bör den totala spänningen vara 12 V (till exempel ger D815A vid 5,6 volt plus D815B vid 6,8 ​​volt 12,4 V).

Viktig! Det är omöjligt att parallellkoppla zenerdioder (även av samma typ) "för att öka stabiliseringsströmmen"!

Zenerdioder är inte parallellkopplade.

Du kan slå på den parametriska stabilisatorn på samma sätt - genom att slå på en extern transistor.

Schema för en kraftfull stabilisator.

För en kraftfull transistor måste en radiator tillhandahållas. Matningsspänningen i detta fall kommer att vara mindre än Ust för zenerdioden med 0,6 V. Vid behov kan utspänningen justeras uppåt genom att slå på en kiseldiod (eller en kedja av dioder). Varje element i kedjan kommer att öka Vout med cirka 0,6 V.

Stabilisatorkrets med en zenerdiod och en diod.

Reglering av utspänning

Om spänningen på strömförsörjningen måste regleras från noll, skulle den optimala kretsen vara en parametrisk stabilisator med tillägg av ett variabelt motstånd.

Smidig spänningsreglering.

Ett 1 kΩ motstånd anslutet mellan basen av transistorn och den gemensamma ledningen kommer att skydda trioden från fel om potentiometermotorns krets går sönder.När vredet på det variabla motståndet vrids, kommer spänningen vid basen av transistorn att ändras från 0 till Ust på zenerdioden med en fördröjning på cirka 0,6 volt. Det bör beaktas att nodens parametrar kommer att bli sämre på grund av användningen av en potentiometer - närvaron av en rörlig kontakt (även av god kvalitet) kommer oundvikligen att minska spänningsstabiliteten vid basen av transistorn.

Läs också

Hur man gör en strömförsörjning från en energibesparande lampa

 

Att uppnå 0 till 12 volts reglering med den integrerade regulatorn i 78XX-serien är mycket svårare. Om ett reglerområde på 5 till 12 V är tillräckligt kan du använda 7805-chippet och slå på det enligt potentiometerkretsen. Zenerdioden ska ha en spänning på ca 7 volt (KS168 med eller utan diod, KS175 etc.). I det nedre läget av potentiometerreglaget är GND-stiftet anslutet till den gemensamma ledningen, och utgången blir 5 volt. När motorn växlas till den övre utgången kommer spänningen på den att växa upp till Ust för zenerdioden och läggas ihop med mikrokretsens stabiliseringsspänning.

Smidig reglering från 5 till 12 volt.

Du kan använda LM317-chippet. Den har också tre terminaler och är speciellt utformad för att skapa reglerade källor. Men denna stabilisator har en lägre spänningströskel som börjar på 1,25 volt. Det finns många kretsar på Internet på LM317 med justering från noll, men 90+ procent av dessa kretsar fungerar inte.

Standard LM317 kopplingsschema.

Läs också:Hemmagjord strömförsörjning med spännings- och strömreglering 0 till 30V

Instrumentlayout

När alla noder har valts, eller det finns en tydlig uppfattning om vad de kommer att vara, kan du fortsätta till enhetens layout. Det är också viktigt att förstå hur det framtida fallet med enheten kommer att se ut.Du kan välja färdigt, du kan göra det själv om du har material och kompetens.

Det finns inga speciella regler för layouten av noder inuti fallet. Men det är önskvärt att arrangera noderna så att de är anslutna med ledare i serie, som i diagrammet, och längs det kortaste avståndet. Utgångsterminalerna placeras bäst på sidan mittemot nätkabeln. Det är bättre att fixa strömbrytaren och säkringen på baksidan av enheten. För rationell användning av mellanrumsutrymmet kan några av noderna installeras vertikalt, men det är bättre att fixera diodbryggan horisontellt. När den är monterad vertikalt kommer konvektionsströmmar av varm luft från de nedre dioderna att flöda runt de övre elementen och dessutom värma dem.

För den som inte förstår, se videon: En enkel gör-det-själv-strömförsörjning.

Det är enkelt att montera en likströmskälla med fast effekt. Detta ligger inom kraften hos en genomsnittlig mästare, du behöver bara grundläggande kunskaper i elektroteknik och minimal installationsförmåga.