Выпрямитель напряжения 12 вольт своими руками

Как работает блок питания трансформаторного типа на 12В. Устройство, конструкция, принцип работы. Как собрать своими руками, выбор напряжения и конденсатора.

Какие бывают виды стабилизаторов напряжения?

Различают такие типы:

  1. Феррорезонансные. К их достоинствам относят высокую точность стабилизации и скорость регулирования. Но они создают довольно много шума, и качество их работы зависит от величины нагрузки. Благодаря тому, что они по стоимости равны источникам бесперебойного питания (или даже дороже их), то широкого распространения не получили.
  2. Электромеханические. Это автотрансформаторы, которые имеют функцию ручного регулирования выходного напряжения. Недостатком данного устройства является необходимость постоянно следить за показателями прибора и при отклонениях выставлять вручную необходимое значение. Хотя сейчас наибольшей популярностью пользуются экземпляры, которые всё делают автоматически благодаря электродвигателю с редуктором. В качестве преимуществ приводят хорошую точность стабилизации в 2-3%. Но из-за инерционности двигателя мы имеем низкую скорость регулирования и увеличение уровня шума. При этом резкое увеличение сетевого напряжения часто приводит к кратковременному отключению нагрузки.
  3. Электронные. Обеспечивают качественную стабилизацию. Строятся на основании автоматического переключения секций используемого трансформатора благодаря силовым ключам (в качестве которым могут выступать тиристоры, симисторы и реле). Они обладают быстродействием, широким диапазоном входного напряжения, хорошим показателем КПД и точностью стабилизации.

Виды блоков питания, их основные технические характеристики

Блок питания является вторичным источником энергии для технических устройств, преобразующим напряжение питающей электрической сети в их рабочее напряжение.

Наиболее востребованными являются блоки питания, у которых первичное напряжение – это переменное напряжение бытовой электрической сети, равное 220 Вольт, а вторичное − преобразуемое в постоянное, равное 24/12/5/3,3 V. По принципу преобразования напряжения блоки питания (БП) подразделяются на два вида:

  • трансформаторные – когда преобразование осуществляется посредством понижающего трансформатора, они называются линейными;
  • импульсные – преобразование осуществляется благодаря наличию электронных компонентов, обеспечивающих преобразование напряжения, они называются инверторными.

Если в схеме БП предусмотрен стабилизатор выходного напряжения, то такое устройство называется стабилизированным блоком питания.

Основными техническими характеристиками, определяющими возможность использования подобных технических устройств, являются:

  • электрическая мощность, измеряемая в Ваттах (Вт или В×А);
  • напряжение на входе и выходе, измеряемое в Вольтах (В);
  • выходной ток, измеряемый в Амперах (А);
  • коэффициент полезного действия – параметр полезный при использовании БП большой мощности, измеряется в %;
  • наличие элементов защиты внутренних электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания.

Компоновка прибора

Если мы хотим сделать приличный прибор, который не стыдно будет потом приделать в качестве постоянного блока питания, допустим, для цепочки светодиодов, нужно начать с трансформатора, платы для монтажа электронных компонентов и коробки, где все это будет закреплено и подключено. При выборе коробки важно учесть, что электрические схемы при работе разогреваются. Поэтому коробку хорошо найти подходящую по размерам и с отверстиями для вентиляции. Можно купить в магазине или взять корпус от блока питания компьютера. Последний вариант может оказаться громоздким, но в нем как упрощение можно оставить уже имеющийся трансформатор, даже вместе с вентилятором охлаждения.

Корпус блока питанияКорпус блока питанияКорпус блока питанияКорпус блока питания

На трансформаторе нас интересует низковольтная обмотка. Если она дает понижение напряжения с 220 В до 16 В – это идеальный случай. Если нет, придется ее перемотать. После перемотки и проверки напряжения на выходе трансформатора его можно закрепить на монтажной плате. И сразу продумать, как монтажная плата будет крепиться внутри коробки. У нее для этого имеются посадочные отверстия.

Низковольтная обмоткаНизковольтная обмоткаМонтажная платаМонтажная плата

Дальнейшие действия по монтажу будут проходить на этой монтажной плате, значит, она должна быть достаточной по площади, длине и допускать возможную установку радиаторов на диоды, транзисторы или микросхему, которые должны еще поместиться в выбранную коробку.

Диодный мостДиодный мост

Диодный мост собираем на монтажной плате, должен получиться такой ромбик из четырех диодов. Причем левая и правая пары состоят одинаково из диодов, подключенных последовательно, а обе пары параллельны друг другу. Один конец каждого диода маркирован полоской – это обозначен плюс. Сначала паяем диоды в парах друг к другу. Последовательно – это значит плюс первого соединен с минусом второго. Свободные концы пары тоже получатся – плюс и минус. Параллельно соединить пары – значит спаять оба плюса пар и оба минуса. Вот теперь имеем выходные контакты моста – плюс и минус. Или их можно назвать полюсами – верхним и нижним.

Схема диодного мостаСхема диодного моста

Остальные два полюса – левый и правый – используются как входные контакты, на них подается переменное напряжение с вторичной обмотки понижающего трансформатора. А на выходы моста диоды подадут пульсирующее знакопостоянное напряжение.

Если теперь подключить параллельно с выходом моста конденсатор, соблюдая полярность – к плюсу моста – плюс конденсатора, он напряжение начнет сглаживать, причем настолько хорошо, насколько велика у него емкость. 1 000 мкФ будет достаточно, и даже ставят 470 мкФ.

Внимание! Электролитический конденсатор – прибор небезопасный. При неверном подключении, при подаче на него напряжения вне рабочего диапазона или при большом перегреве он может взорваться. При этом разлетается по округе все его внутреннее содержимое – лохмотья корпуса, металлической фольги и брызги электролита. Что весьма опасно.

Ну вот и получился у нас самый простой (если не сказать, примитивный) блок питания для приборов напряжением 12 V DC, то есть постоянного тока.

Регулятор напряжения генератора

Генератор преобразует электричество. Без генератора не работала бы вся бортовая система машины. К обмотке магнита подключён специальный датчик. Простые пружины являются задающим устройством. Для устройства сравнения используется маленький рычаг. Группа контактов играет роль исполнительного устройства. Постоянное сопротивление представляет собой орган регулировки, который часто используется в машинах.

Во время работы генератора на его выходе возникает ток. Возникший ток переходит в обмотку магнитного реле. В результате появляется магнитное поле и под его воздействием плечо рычага раздвигается. На него начинает действовать пружина, и играет роль сравнивающего устройства. Когда ток превышает положенные значения, на магнитном реле контакты раздвигаются. В это время отключается постоянное сопротивление в цепи. Меньший ток поступает на обмотку.

Пожалуй, всем полезно знать, что такое класс точности электросчетчика.

Область применения

Блоки питания с вторичным напряжением в 12 Вольт импульсного типа используются для подключения к бытовой электрической сети:

  • персональных компьютеров различного типа – для зарядки их аккумуляторных батарей и работы непосредственно от сети;
  • для зарядки электронных гаджетов, в том числе сотовых телефонов и смартфонов, плееров и видеокамер, а также прочих устройств, имеющих в своей конструкции аккумуляторные батареи;
  • для зарядки ручного переносного электрического инструмента – шуруповёрт, болгарка и т.д.;
  • для подключения LED светотехнических приборов (светодиодные светильники и ленты);
  • для использования прочих устройств, предполагающих работу от сети постоянного тока с напряжением 12 В и до 5 ампер, – автомагнитола или автоприёмник в условиях дома или гаража.

Схема трансформаторного БП

Как сделать блок питания на 12 вольт своими руками — примеры схем

Принципиальная схема источника питания.

Схема блока питания на 12 вольт, работающего от сети 220 В, состоит из следующих узлов:

  1. Понижающий трансформатор. Состоит из железа, первичной и вторичной (их может быть несколько) обмоток. Не вдаваясь глубоко в принцип действия, надо отметить, что выходное напряжение зависит от соотношения витков первичной (n1) и вторичной (n2) обмоток. Для получения 12 вольт надо, чтобы вторичная обмотка содержала в 220/12=18,3 раза меньше витков, чем первичная.
  2. Выпрямитель. Чаще всего выполняется в виде двухполупериодной схемы (диодного моста). Преобразует переменное напряжение в пульсирующее. Ток за период дважды проходит через нагрузку в одном направлении.
    Как сделать блок питания на 12 вольт своими руками — примеры схем

    Работа двухполупериодного выпрямителя.

  3. Фильтр. Преобразует пульсирующее напряжение в постоянное. Он заряжается в моменты подачи напряжения, и разряжается в паузах. Состоит из оксидного конденсатора большой емкости, параллельно с которым часто включают керамический конденсатор емкостью около 1 мкФ. Для понимания необходимости этого дополнительного элемента надо вспомнить, что оксидный конденсатор устроен в виде полос фольги, свернутых в рулон. Этот рулон имеет паразитную индуктивность, которая заметно ухудшает качество фильтрации высокочастотных помех. Для этого включается дополнительный конденсатор замыкания ВЧ-импульсов.
    Как сделать блок питания на 12 вольт своими руками — примеры схем

    Эквивалентная схема фильтра с оксидным и дополнительным конденсаторами.

  4. Стабилизатор. Может отсутствовать. Схемы простых, но эффективных узлов рассмотрены ниже.

В последующих разделах рассмотрен порядок выбора и расчета каждого элемента источника постоянного напряжения на 12 вольт.

Климатические условия

Большинство рыночных стабилизатором рассчитаны на работу при температуре от 5 до 35 градусов тепла по Цельсию. Относительная влажность воздуха должна быть в пределах 35-90%. В атмосфере должны отсутствовать водяные брызги, пыль и тому подобное. Если это не предоставляется возможным, используют специальные корпуса. Хотя по отношению к температуре необходимо сказать, что самые передовые образцы могут выдерживать диапазон с -40 до +40 градусов, что смотрится весьма недурно в наших погодных условиях. Но благодаря нагреву самой машины можно использовать и самые распространённые модели, хотя в случае с ними могут быть определённые проблемы с быстрым запуском (возможно, перед активацией придётся подождать).

Как заряжать аккумулятор

Протрите аккумулятор тряпицей смоченной в растворе соды, затем насухо. Выверните пробки и проконтролируйте уровень электролита, если необходимо, долейте дистиллированную воду. Пробки во время заряда должны быть вывернуты. Внутрь аккумулятора не должны попадать мусор и грязь. Помещение, в котором происходит заряд аккумулятора должно хорошо проветриваться.

Подключите аккумулятор к зарядному устройству и включите устройство в сеть. Во время заряда напряжение будет постепенно расти до 14.5 вольт, ток будет со временем уменьшаться. Аккумулятор можно условно считать заряженным, когда зарядный ток упадет до 0.6 – 0.7 А.

Защита

Стабилизатор должен решать две проблемы – устранение возможности короткого замыкания и перегрузки. В первом случае необходимо будет установить причину срабатывания прибора и только после этого включать его. При перегрузке (которая в промышленных образцах обычно устанавливается в рамках 5-50 процентов от номинала) спустя определённый период времени (как правило, до одной минуты) срабатывает система защиты, которая выключит прибор. В промышленных образцах распространённой практикой является установление функции повторного включения. Если никакие проблемы при этом не будут найдены, то после запуска устройство продолжит свою работу в нормальном режиме. Теперь давайте рассмотрим, что нам нужно, если мы хотим сделать стабилизатор напряжения (12 вольт, 1,5 Ампера).

Изготовление выпрямителя

Что такое выпрямитель и для чего он нужен? Это устройство на полупроводниковых диодах, которое является преобразователем. С его помощью переменный ток превращается в постоянный. Для анализа работы выпрямительного каскада нагляднее использовать осциллограф. Если на перед диодами вы увидите синусоиду, то после них окажется практически ровная линия. Но мелкие куски от синусоиды все равно останутся. От них избавитесь после.

К выбору диодов стоит отнестись с максимальной серьезностью. Если блок питания на 12 Вольт будет использоваться в качестве зарядчика аккумулятора, то потребуется использовать элементы, у которых величина обратного тока до 10 Ампер. Если же намерены осуществлять питание слаботочных потребителей, то вполне достаточно окажется мостовой сборки. Вот тут стоит остановиться. Предпочтение стоит отдавать схеме выпрямителя, собранного по типу мост – из четырех диодов. Если применить на одном полупроводнике (однополупериодная схема), то КПД блока питания уменьшается практически вдвое.

Емкость конденсатора

Емкость конденсатора зависит от нагрузки и от пульсаций, которые она допускает. Для точного расчета емкости существуют формулы и онлайн-калькуляторы, которые можно найти в интернете. Для практики можно ориентироваться на цифры:

  • при малых токах нагрузки (десятки миллиампер) емкость должна быть 100..200 мкФ;
  • при токах до 500 мА нужен конденсатор 470..560 мкФ;
  • до 1 А – 1000..1500 мкФ.

Для больших токов емкость увеличивается пропорционально. Общий же подход – чем больше конденсатор, тем лучше. Увеличивать его емкость можно до любых пределов, ограничиваясь лишь габаритами и стоимостью. По напряжению надо брать конденсатор с серьезным запасом. Так, для 12-вольтового выпрямителя лучше взять элемент на 25 вольт, чем на 16.

Эти рассуждения верны для нестабилизированных источников. Для БП со стабилизатором емкости можно уменьшать в разы.

Фото самодельного блока питания на 12 вольт

Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

Монтаж элементов

По окончании протравливания, плату ополаскивают, снимают с дорожек защиту и обезжиривают. Очень тонким сверлом сверлятся отверстия в плате под элементы. Затем элементы вставляют в отверстия и подпаивают к дорожкам, после чего дорожки лудят с помощью олова.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...