Com fer una font d'alimentació de 12 volts amb les vostres pròpies mans: exemples de circuits

Una font de tensió constant de 12 volts és un dispositiu útil per a una llar, casa de camp o garatge. Aquest dispositiu és fàcil de fer vostè mateix. A continuació es mostra un diagrama d'una font d'alimentació de 12 V per al muntatge de bricolatge, així com consells per calcular i triar components.

Tipus de fonts d'alimentació

Fins ara, les fonts de tensió polsada s'han generalitzat. Tenen un avantatge significatiu sobre els circuits de transformadors tradicionals pel que fa a l'eficiència energètica i el pes i la mida. Es creu que amb corrents de càrrega de més de 5 amperes, tenen preferències innegables. Però també tenen desavantatges, per exemple, la generació d'interferències de RF a la xarxa de subministrament i a la càrrega.I el principal obstacle per al muntatge domèstic és la complexitat dels circuits i la necessitat d'habilitats especials per a la fabricació de peces de bobinat. Per tant, és millor que un mestre domèstic amb capacitat mitjana fabriqui una font d'alimentació segons el principi habitual amb un transformador reductor de xarxa.

On s'utilitza la font de tensió

L'abast d'aquesta PSU a la llar és ampli:

• font d'alimentació de llums de baixa tensió;
• càrrega de la bateria;
• font d'alimentació per a dispositius d'àudio.

Així com moltes altres finalitats que requereixen una tensió constant de 12 volts.

Esquema d'un transformador d'alimentació

Esquema de la font d'alimentació.

Un circuit d'alimentació de 12 volts que funciona des d'una xarxa de 220 V consta dels nodes següents:

1. Un transformador reductor. Es compon de bobinatges de ferro, primaris i secundaris (pot haver-hi diversos). Sense aprofundir en el principi de funcionament, cal tenir en compte que la tensió de sortida depèn de la relació de voltes dels bobinatges primaris (n1) i secundaris (n2). Per obtenir 12 volts, cal que el bobinatge secundari contingui 220/12 = 18,3 vegades menys espires que el primari.
2. Rectificador. Sovint es realitza en forma de circuit d'ona completa (pont de díodes). Converteix la tensió alterna en pulsació. El corrent travessa la càrrega dues vegades en el mateix sentit.
   El funcionament d'un rectificador d'ona completa.
3. Filtre. Converteix la tensió de pols a DC. Es carrega quan s'aplica tensió i es descarrega durant les pauses. Consisteix en un condensador d'òxid d'alta capacitat, en paral·lel amb el qual sovint es connecta un condensador ceràmic amb una capacitat d'aproximadament 1 μF. Per entendre la necessitat d'aquest element addicional, cal recordar que el condensador d'òxid està disposat en forma de tires de làmines enrotllades en un rotlle.Aquest rotlle té inductància paràsit, que degrada significativament la qualitat del filtratge de soroll d'alta freqüència. Per fer-ho, s'activa un condensador addicional per curtir els polsos de RF.
   Circuit equivalent del filtre amb òxid i condensadors addicionals.
4. Estabilitzador. Pot ser que hi falti. A continuació es discuteixen esquemes de nodes simples però efectius.

Les seccions següents expliquen com seleccionar i calcular cada element d'una font de CC de 12 volts.

Selecció del transformador

Hi ha dues maneres d'obtenir un transformador adequat. Producció independent d'un bloc reductor i selecció d'un d'adequat a la fàbrica. En qualsevol cas, tingues en compte:

• a la sortida del bobinatge reductor del transformador, quan es mesura la tensió, el voltímetre mostrarà la tensió efectiva (1,4 vegades menys que l'amplitud);
• al condensador de filtre sense càrrega, la tensió constant serà aproximadament igual a l'amplitud (diuen que la tensió del condensador "puja" 1,4 vegades);
• si no hi ha estabilitzador, sota càrrega, la tensió de la capacitat baixarà en funció del corrent;
• perquè l'estabilitzador funcioni, es requereix un cert excés de tensió d'entrada sobre la tensió de sortida, la seva relació limita l'eficiència de la font d'alimentació en el seu conjunt.

Dels dos últims punts, es dedueix que per al funcionament normal de la PSU, la tensió del transformador ha de superar els 12 V.

Transformador de bobinatge automàtic

El càlcul complet i la fabricació d'un transformador de potència casolà és complex, requereix molt de temps, requereix eines i habilitats. Per tant, es considerarà un camí simplificat: la selecció d'un bloc adequat per al ferro i l'alteració a 12 V.

Si hi ha un transformador preparat, però no hi ha un diagrama de la seva connexió, cal que truqueu al seu provador de bobinatges amb un provador.És probable que el bobinatge amb la resistència més alta sigui la xarxa. La resta de bobinatges s'han de treure.

A continuació, cal mesurar el gruix del conjunt de ferro b i l'amplada de la placa central a i multiplicar-los. L'àrea de la secció transversal del nucli s'obté S \u003d a * b (en cm quadrats). Determina la potència del transformador P=. A continuació, es calcula el corrent màxim en amperes, que es pot treure d'un bobinatge amb una tensió de 12 volts: I \u003d P / 12.

Determinació de l'àrea del nucli.

A continuació, es calcula el nombre de voltes per volt mitjançant la fórmula n=50/S. Per a 12 volts, cal enrotllar 12 * n voltes amb un marge d'un 20% per pèrdues en coure i en l'estabilitzador. I si no, la tensió cau sota càrrega. I l'últim pas és seleccionar la secció transversal del cable de la bobina segons el gràfic per a una densitat de corrent de 2-3 mA / mm quadrat.

Elecció de fil de coure.

Per exemple, hi ha un transformador amb un bobinatge primari de 220 V amb un conjunt de ferro de 3,5 cm de gruix i una amplada de la llengua mitjana de 2,5 cm. Per tant, S = 2,5 * 3,5 = 8,75 i la potència del transformador = 3 W (aproximadament). Aleshores, el corrent màxim possible a 12 volts és I=P/U=3/12=0,25 A. Per a l'enrotllament, podeu triar un cable amb un diàmetre de 0,35...0,4 mm quadrats. Per a 1 volt hi ha 50 / 8,75 = 5,7 voltes, cal enrotllar 12 * 5,7 = 33 voltes. Tenint en compte l'estoc: unes 40 voltes.

Selecció d'un transformador acabat

Si hi ha un transformador ja fet amb un bobinatge secundari adequat per a corrent i tensió, podeu provar d'agafar-ne un de ja fet. Per exemple, a la sèrie CCI hi ha productes adequats amb una tensió de bobinatge secundari propera als 12 volts.

L'avantatge d'aquesta solució és la mínima intensitat laboral i la fiabilitat de l'execució en fàbrica. Menys: el transformador conté altres bobinatges, la potència total també es calcula per a la seva càrrega.Per tant, en termes de pes i mida, aquest transformador perdrà.

Selecció de díodes i fabricació de rectificadors

Els díodes del rectificador es seleccionen segons tres paràmetres:

• el voltatge directe més alt admissible;
• la tensió inversa més alta;
• corrent màxim de funcionament.

Segons els dos primers paràmetres, el 90 per cent dels dispositius semiconductors disponibles són adequats per al funcionament en un circuit de 12 volts, l'elecció es fa principalment pel corrent continu màxim. El disseny de la caixa del díode i el mètode de fabricació del rectificador també depenen d'aquest paràmetre.

Si el corrent de càrrega no supera 1 A, es poden utilitzar díodes estrangers i domèstics d'un ampere:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("gota");
• KD212 i altres.

Per a corrents més baixes (fins a 0,3 A), es dissenyen els dispositius KD105 (KD106). Tots els díodes enumerats es poden muntar tant verticalment com horitzontalment en un circuit imprès o una placa de circuit, o simplement en pins. No necessiten radiadors.

Pont de díodes d'elements de baixa potència.

Si necessiteu corrents de funcionament grans, haureu d'utilitzar altres díodes (KD213, KD202, KD203, etc.). Aquests dispositius estan dissenyats per funcionar en dissipadors de calor, sense ells no aguantaran més del 10% del corrent màxim de la placa d'identitat. Per tant, heu de triar dissipadors de calor ja fets o fer-los vosaltres mateixos amb coure o alumini.

Un altre disseny del pont de díodes.

També és convenient utilitzar conjunts de díodes de pont preparats KTS405, KVRS o similars. No cal muntar-los: n'hi ha prou amb aplicar una tensió alterna a les sortides corresponents i eliminar la constant.

Muntatge de KVRS3510.

Capacitat del condensador

La capacitat d'un condensador depèn de la càrrega i de la ondulació que permet.Per calcular amb precisió la capacitat, hi ha fórmules i calculadores en línia que es poden trobar a Internet. Per a la pràctica, podeu centrar-vos en els números:

• a corrents de càrrega baixes (desenes de mil·liampers), la capacitat ha de ser de 100..200 uF;
• a corrents de fins a 500 mA, es necessita un condensador de 470..560 uF;
• fins a 1 A - 1000..1500 uF.

Per a corrents més altes, la capacitat augmenta proporcionalment. L'enfocament general és que com més gran sigui el condensador, millor. Podeu augmentar la seva capacitat en qualsevol mesura, limitada només per la mida i el cost. Pel que fa a la tensió, cal agafar un condensador amb un marge greu. Per tant, per a un rectificador de 12 volts, és millor prendre un element de 25 volts que un de 16 volts.

Aquestes consideracions són certes per a fonts no estabilitzades. Per a una PSU amb un estabilitzador de capacitat, es pot reduir diverses vegades.

Estabilització de la tensió de sortida

No sempre es necessita un estabilitzador a la sortida de la font d'alimentació. Per tant, si se suposa que s'utilitza una font d'alimentació juntament amb un equip de reproducció de so, la sortida ha de tenir una tensió estable. I si l'element de calefacció serveix com a càrrega, l'estabilitzador és clarament redundant. Per Font d'alimentació de tira LED podeu prescindir del mòdul d'alimentació més complex, però, d'altra banda, una tensió estable garanteix la independència de la brillantor de la resplendor durant les pujades de corrent i allarga la vida útil del llum LED.

Si es pren la decisió d'instal·lar un estabilitzador, la manera més senzilla és muntar-lo en un xip LM7812 especialitzat (KR142EN5A). El circuit de commutació és senzill i no requereix ajust.

Estabilitzador al 7812.

Es pot aplicar una tensió de 15 a 35 volts a l'entrada d'aquest estabilitzador. S'ha d'instal·lar un condensador C1 amb una capacitat d'almenys 0,33 microfarads a l'entrada, almenys 0,1 microfaradis a la sortida.El condensador del bloc de filtre normalment actua com a C1 si la longitud dels cables de connexió no supera els 7 cm. Si aquesta longitud no es pot mantenir, caldrà instal·lar un element separat.

El xip 7812 té protecció contra el sobreescalfament i el curtcircuit. Però no li agrada la inversió de polaritat a l'entrada i el subministrament de tensió externa a la sortida: el seu temps a la vida en aquestes situacions es calcula en segons.

Important! Per a corrents de càrrega superiors a 100 mA, és obligatòria la instal·lació d'un estabilitzador integral en un dissipador de calor!

Augment del corrent de sortida de l'estabilitzador

L'esquema anterior us permet carregar l'estabilitzador amb un corrent de fins a 1,5 A. Si això no és suficient, podeu alimentar el node amb un transistor addicional.

Circuit amb un transistor d'estructura n-p-n

Transistor extern n-p-n.

Aquest circuit és recomanat pels desenvolupadors i s'inclou a la fitxa tècnica del xip. El corrent de sortida no ha de superar el corrent màxim del col·lector del transistor, que ha d'anar proveït d'un dissipador de calor.

Circuit de transistors P-n-p

Si no hi ha un triode semiconductor de l'estructura n-p-n, llavors l'estabilitzador es pot augmentar amb un triode semiconductor p-n-p.

Transistor extern p-n-p.

El díode de silici de baixa potència VD augmenta la tensió de sortida del 7812 en 0,6 V i compensa la caiguda de tensió a través de la unió emissor del transistor.

Estabilitzador paramètric

Si per algun motiu el regulador integrat no està disponible, podeu executar el node al díode zener. Cal triar un díode zener amb una tensió d'estabilització de 12 V i dissenyat per al corrent de càrrega adequat. A la taula s'indica el corrent més alt per a alguns díodes zener nacionals i importats de 12 volts.

Esquema d'un estabilitzador paramètric simple.

El valor de la resistència es calcula amb la fórmula:

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

• Uin min - voltatge d'entrada no estabilitzat mínim (ha de ser almenys 1,4 Ust), volts;
• Ust - tensió d'estabilització del díode zener (valor de referència), volts;
• En màxim - el corrent de càrrega més alt;
• Ist min - corrent d'estabilització mínima (valor de referència).

Si no hi ha díode zener per a la tensió desitjada, pot estar format per dos connectats en sèrie. En aquest cas, la tensió total hauria de ser de 12 V (per exemple, D815A a 5,6 volts més D815B a 6,8 volts donaran 12,4 V).

Important! És impossible connectar díodes zener (fins i tot del mateix tipus) en paral·lel "per augmentar el corrent d'estabilització"!

Els díodes Zener no estan connectats en paral·lel.

Podeu encendre l'estabilitzador paramètric de la mateixa manera: activant un transistor extern.

Esquema d'un potent estabilitzador.

Per a un transistor potent, s'ha de proporcionar un radiador. La tensió d'alimentació en aquest cas serà inferior a Ust del díode zener en 0,6 V. Si cal, la tensió de sortida es pot ajustar cap amunt activant un díode de silici (o una cadena de díodes). Cada element de la cadena augmentarà Vout uns 0,6 V.

Circuit estabilitzador amb un díode zener i un díode.

Regulació de la tensió de sortida

Si la tensió de la font d'alimentació s'ha de regular des de zero, el circuit òptim seria un estabilitzador paramètric amb l'addició d'una resistència variable.

Regulació suau de tensió.

Una resistència d'1 kΩ connectada entre la base del transistor i el cable comú protegirà el triode de fallades si es trenca el circuit del motor del potenciòmetre.Quan es gira el botó de la resistència variable, la tensió a la base del transistor canviarà de 0 a Ust del díode zener amb un retard d'uns 0,6 volts. Cal tenir en compte que els paràmetres del node seran pitjors a causa de l'ús d'un potenciòmetre: la presència d'un contacte mòbil (fins i tot de bona qualitat) reduirà inevitablement l'estabilitat de tensió a la base del transistor.

Llegeix també

Com fer una font d'alimentació amb una làmpada d'estalvi d'energia

 

Aconseguir una regulació de 0 a 12 volts amb el regulador integrat de la sèrie 78XX és molt més difícil. Si un rang de regulació de 5 a 12 V és suficient, podeu utilitzar el xip 7805 i encendre-lo segons el circuit del potenciòmetre. El díode zener ha d'estar a una tensió d'uns 7 volts (KS168 amb o sense díode, KS175, etc.). A la posició inferior del control lliscant del potenciòmetre, el pin GND està connectat al cable comú i la sortida serà de 5 volts. Quan el motor es desplaça a la sortida superior, la tensió augmentarà fins a Ust del díode zener i s'acumularà amb la tensió d'estabilització del microcircuit.

Regulació suau de 5 a 12 volts.

Podeu utilitzar el xip LM317. També disposa de tres terminals i està dissenyat específicament per crear fonts regulades. Però aquest estabilitzador té un llindar de tensió més baix que comença a 1,25 volts. Hi ha molts circuits a Internet a l'LM317 amb ajust de zero, però més del 90% d'aquests circuits no funcionen.

Diagrama de cablejat estàndard LM317.

Llegeix també:Font d'alimentació casolana amb regulació de tensió i corrent de 0 a 30V

Disposició de l'instrument

Després de seleccionar tots els nodes o tenir una idea clara de què seran, podeu procedir a la disposició del dispositiu. També és important entendre com serà el futur cas del dispositiu.Podeu triar ja fets, podeu fer-ho vosaltres mateixos si teniu materials i habilitats.

No hi ha regles especials per a la disposició dels nodes dins del cas. Però és desitjable disposar els nodes de manera que estiguin connectats per conductors en sèrie, com al diagrama, i al llarg de la distància més curta. Els terminals de sortida es col·loquen millor al costat oposat al cable de xarxa. És millor arreglar l'interruptor d'alimentació i el fusible a la part posterior del dispositiu. Per a l'ús racional de l'espai entre casos, alguns dels nodes es poden instal·lar verticalment, però és millor fixar el pont de díodes horitzontalment. Quan es munten verticalment, els corrents de convecció d'aire calent dels díodes inferiors fluiran al voltant dels elements superiors i, a més, els escalfaran.

Per a aquells que no ho entenguin, mireu el vídeo: Una font d'alimentació senzilla per fer-ho vostè mateix.

Muntar una font d'alimentació de CC d'alimentació fixa és fàcil. Això està a la potència d'un mestre mitjà, només necessiteu coneixements elementals en enginyeria elèctrica i habilitats mínimes d'instal·lació.