1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Простой регулируемый стабилизированный блок питания

Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Различают два типа выпрямителей:

  • Однополупериодный . Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.
  • Двухполупериодный . Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Основные величины переменного напряжения — амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов .

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Читать еще:  Цветы для декора из полимерной глины

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере.

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

Лабораторный блок питания своими руками

Сегодня вы узнаете как собрать надёжный лабораторный блок питания с регулировкой тока и напряжения. Использоваться будут готовые компоненты и модули, поэтому, если следовать схеме и инструкции, сложностей в сборке возникнуть не должно. Основным компонентом в схеме, будет модуль DC-DC преобразователя, который можно приобрести на Алиэкспресс, все ссылки будут в конце статьи.

Основные характеристики DC-DC преобразователя:

— Входное напряжение 5 — 40 Вольт;

— Выходное напряжение 1.2 — 35 Вольт;

— Выходной ток (мах) 9 Ампер, желательно установить кулер.

Схема блока питания:

Как уже говорилось выше, схема простая, сетевое напряжение поступает на трансформатор, имеется сетевой выключатель и предохранитель, напряжение понижается трансформатором, верхняя честь схемы силовая. Переменное напряжение поступает на диодный мост и сглаживающий конденсатор. Далее поступает на DC-DC преобразователь, с преобразователя напряжение поступает на выходные клеммы. Минус схемы разрывается приборчиком, для удобства, регулировочные резисторы вынесены с платы.

Читать еще:  Как заделать дыру в межкомнатной двери

Нижняя предназначена для питания вольтамперметра. Трансформатор имеет отдельную обмотку, как и с силовой обмоткой, переменное напряжение поступает на диодный мост и фильтрующий конденсатор. Далее установлен линейный стабилизатор на 5 Вольт.

Со схемой разобрались, теперь переходим к компонентам.

Корпусом лабораторного блока питания будет служить старый корпус от регулятора паяльника. Регулятор паяльника еще времен СССР, очень добротный.

Передняя панель будет из композитного пластика. Состоит пластик из двух пластин алюминия и пластика между ним, с одной стороны, он белый, с второй черный. Черная сторона будет лицевой.

Понижающий трансформатор от старого оборудования, уже не помню какого. Его пришлось слегка доработать, сделал отвод на 22 Вольта, полная обмотка на 27 Вольт. Если оставить, то после диодного моста напряжение более 30 Вольт. Это много для стабилизатора 7805, установленного на DC-DC преобразователе. Он питает операционный усилитель схемы. Хоть и заявлено 40 Вольт, при учете максимального для 7805 в 30 Вольт.

Понижающий преобразователь постоянного тока.

Так же понадобятся клеммы, с данном случаи используются стары советские.

Конденсатор на 4700 мкф*63 Вольта. Из расчета 1000 мкф на 1 Ампер. На модуле установлены еще 2*470 мкф.

Диодный мост можно взять и единый, но у меня остался от старого проекта. Собран на 4-х диодах Д242.

Изготовление блока питания

На дне корпуса размечаем, сверлим отверстия под: трансформатор, диодный мост, модуль. Все спаиваем соответственно схемы. С модуля выпаял два подстроечных резистора. Вместо них припаял провода. На токовый 3 провода, на напряжение два.

Питать Вольтамперметр буду через линейный стабилизатор на 5 Вольт. Диодный мост КЦ402 и конденсатор небольшой емкости.

На задней панели делаю разметку под сетевой разъем и предохранитель. Все аккуратно выпиливаю и устанавливаю.

На передней панели размечаю и вырезаю все отверстия. Тут будут: выходные клеммы, сетевой выключатель, резисторы тока и напряжения, Вольтамперметр.

Распаял все элементы устанавливаемые изнутри. Сетевой выключатель коммутирует оба сетевых провода. Первоначально хотел применить другой.

Устанавливаем все элементы передней панели. Плюсовая клемма отмечена красной краской. Ручки резисторов разного цвета. Красная по цвету отображения Вольт. Желтая по току. Пока что не подписывал где ток и напряжение. Позже буду менять резисторы на многооборотные, ручки возможно тоже поменяю.

Верхнюю крышку покрасил. Между передней панелью и крышкой была слишком большая щель, ее закрыл небольшим уголком. При проверке блок выдал 9 Ампер на коротком, при 28 Вольтах, что составило чуть больше 250 Ватт.

Такой вот Лабораторный Блок Питания получился. Им можно как питать разного рода устройства, также заряжать аккумуляторы. Первоначально хотел применить импульсный источник на 24 Вольта, но попался трансформатор нужных габаритов. Так же, стараюсь собирать устройство из того что есть. Всем спасибо за внимание!

Это не надёжный блок питания, если выставить напряжение и нагрузка будет потреблять ток неравномерно, то напряжение тоже будет плясать

Не так сильно, но да, тоже отличие от AC-DC нормального импульсного.

Китайский вольт-амперметр за 100 рублей, как бы уже намекает на погрешность показаний :))

Конкретно с фото меряет весьма точно, главное проверять нормальным прибором — нормальный ли прислали сначала, 2 знака после запятой, да, реальны+-пара процентов.

А вот это — отстой. Транс слабенький и даже половину мощности DC-DC данных не выдаст. Да и вообще транс не одобряю, лучше его продать туда где он нужен реально и купить китайский AC-DC на нормальную мощность.

Собственно основа и начало мыслей было тут

Блок питания

Доброго времени суток, уважаемые пикабушники! Начну с небольшой предыстории. Недавно собрал себе стереоусилитель для двух колонок от музыкального центра. Звук радовал но всё же не хватало низкочастотной составляющей. Так как конструировать сабвуфер для меня не самое простое дело, то нужно было что-то думать. Мне повезло и в гараже нашёлся старенький автомобильный активный (со встроенным усилителем) саб, со всей проводкой.

Но подключить его дома, в розетку, само собой не представлялось возможным, т.к. питается он от 12 В. Тут и решено было изготовить блок питания, который бы решил эту проблему.

Началось всё с печатной платы. Я далеко не профессионал в проектировании, поэтому решил взять готовую плату и переразвести под свои нужды. Далее фото этапов изготовления печатной платы методом лут (Если коротко, печатаем дорожки на лазерном принтере, желательно использовать глянцевую бумагу. Потом переносим с помощью нагретого утюга изображение на кусок фольгированного стеклотекстолита. Подробности узнайте у гугла).

Лабораторный блок питания своими руками

Подача напряжения питания для различной электронной аппаратуры может осуществляться не только от заводских устройств. Блок питания (БП) своими руками можно сделать и в домашних условиях. В том случае, когда такой аппарат нужен для постоянной работы с различными напряжениями при регулировке: усилителей, генераторов и других самодельных схем, желательно, чтобы он был лабораторным.

Схемы блоков питания

Напряжение лабораторного БП располагается в интервале от 0 до 35 вольт. Для этой цели подходят схемы, по которым можно собрать следующие БП:

  • однополярный;
  • двуполярный;
  • лабораторный импульсный.

Конструкции подобных устройств обычно собраны либо на обычных трансформаторах напряжения (ТН), либо на импульсных трансформаторах (ИТ).

Внимание! Отличие ИТ от ТН в том, что на обмотки ТН подается синусоидальное переменное напряжение, а на обмотки ИТ приходят однополярные импульсы. Схема включения обоих абсолютно идентична.

Простой лабораторный

Однополярный БП с возможностью регулировать выходное напряжение можно собрать по схеме, в которую входят:

  • понижающий трансформатор Tr ( 220/12…30 В);
  • диодный мост Dr для выпрямления пониженного переменного напряжения;
  • электролитический конденсатор С1 (4700 мкФ*50В) для сглаживания пульсации переменной составляющей;
  • потенциометр для регулировки выходного напряжения Р1 5 кОм;
  • сопротивления R1, R2, R3 номиналом 1кОм, 5,1 кОм и 10 кОм, соответственно;
  • два транзистора: Т1 КТ815 и Т2 КТ805, которые желательно установить на теплоотводы;
  • для контроля напряжения на выходе устанавливают цифровой вольтамперметр, с интервалом измерений от 1,5 до 30 В.
Читать еще:  Подсветка дверей автомобиля

В коллекторную цепь транзистора Т2 включены: С2 10 мкф * 50 В и диод Д1.

К сведению. Диод устанавливают для защиты С2 от переполюсовки при подключении к аккумуляторам для подзарядки. Если такая процедура не предусмотрена, можно заменить его перемычкой. Все диоды должны выдерживать ток не менее 3 А.

Двухполярный источник питания

Для питания усилителей низкой частоты (УНЧ), имеющих два “плеча” усиления возникает необходимость в применении двухполярного БП.

Важно! Если монтировать лабораторный БП, стоит остановить внимание именно на аналогичной схеме. Источник питания должен поддерживать любые форматы выдаваемого постоянного напряжения.

Для такой схемы допустимо применять трансформатор с двумя обмотками на 28 В и одной на 12 В. Первые две – для усилителя, третья – для питания охлаждающего вентилятора. Если таковой не окажется, то достаточно двух обмоток равного напряжения.

Для регулировки выходного тока применены наборы резисторов R6-R9, подключаемые с помощью сдвоенного галетного переключателя (5 положений). Резисторы подбирают такой мощности, чтобы они выдерживали ток более 3 А.

Внимание! Установленные светодиоды гаснут при срабатывании защиты по току, если он превышает значение 3 А.

Переменный резистор R нужно брать сдвоенный номиналом 4.7 Ом. Так проще осуществлять регулировку по обоим плечам. Стабилитроны VD1 Д814 соединены последовательно для получения 28 В (14+14).

Для диодного моста можно взять диоды подходящей мощности, рассчитанные на ток до 8 А. Допустимо устанавливать диодную сборку типа KBU 808 или аналогичную. Транзисторы КТ818 и КТ819 необходимо установить на радиаторы.

Подбираемые транзисторы должны иметь коэффициент усиления от 90 до 340. БП после сборки не требует специальной наладки.

Лабораторный импульсный бп

Отличительной чертой ИПБ является рабочая частота, которая в сто раз выше частоты сети. Это дает возможность получить большее напряжение при меньшем количестве витков обмотки.

Информация. Чтобы получить 12 В на выходе ИПБ с током 1 А для сетевого трансформатора достаточно 5 витков при сечении провода 0,6-0,7 мм.

Простой полярный ИП можно собрать, используя импульсные трансформаторы от компьютерного БП.

Лабораторный блок питания своими руками можно собрать по схеме приведенной ниже.

Данный источник питания собран на микросхеме TL494.

Важно! Для управления Т3 и Т4 используется схема, в которую входит управляющий Тr2. Это связано с тем, что встроенные ключевые элементы микросхемы не имеют достаточной мощности.

Трансформатор Тr1 (управляющий) берут от компьютерного БП, он «раскачивается» при помощи транзисторов Т1 и Т2.

Особенности сборки схемы:

  • для минимизации потерь при выпрямлении используют диоды Шоттки;
  • ESR электролитов в фильтрах на выходе должен быть как можно ниже;
  • дроссель L6 от старых БП применяют без изменения обмоток;
  • дроссель L5 перематывают, намотав на ферритовое кольцо медный провод диаметром 1,5 мм, набрав 50 витков;
  • Т3, Т4 и D15 крепят на радиаторы, предварительно отформатировав выводы;
  • для питания микросхемы, управления током и напряжением применяют отдельную схему на Tr3 BV EI 382 1189.

Вторичная обмотка выдает 12 В, которые выпрямляются и сглаживаются при помощи конденсатора. Микросхема линейного стабилизатора 7805 стабилизирует его до 5 В для питания схемы индикации.

Внимание! Допустимо использовать в этом БП любую схему вольтамперметра. В таком случае микросхема для стабилизации 5 В не понадобится.

Изготовление печатной платы и сборка

Схема подразумевает изготовление трёх печатных плат. Платы подбираются для корпуса Kradex Z4A.

Платы выполнены из фольгированного гетинакса путем фотопечати и протравки дорожек.

Настройка блока питания

Правильно собранное устройство не нуждается в особой регулировке. Необходимо лишь подстроить диапазоны регулировки тока и напряжения.

Четыре операционных усилителя в микросхеме LM324 осуществляют регулировку тока и напряжения. Микросхема питается через фильтр, собранный на L1, C1 и С2.

Чтобы настроить схему регулировки, нужно подобрать элементы, помеченные звёздочкой, для маркировки регулирующих диапазонов.

Индикация

Для индикации обычно используются устройства индикации и модуль измерения на микроконтроллерах. Питание таких контроллеров лежит в пределах 3-5 В.

Рекомендации по улучшению надежности

Лабораторный бп должен простоять под нагрузкой не менее 2 часов. После этого проверяют температуру корпусов трансформаторов, работу теплоотводов. При намотке трансформаторов для снижения шума при работе намотку обмоток осуществляют плотно виток к витку. Готовую конструкцию заливают парафином. При установке элементов на радиаторы места контактов промазывают теплопроводящей пастой.

В корпусе просверливают ряд отверстий, напротив теплоотводов, сверху дополнительно устанавливают кулер.

Защита блока питания

Токовая стабилизация (защита) микросхемы LM324 срабатывает при превышении установленного токового порога. В этом случае на микросхему приходит сигнал о понижении напряжения. Красный светодиод служит индикатором повышения напряжения или возникновения короткого замыкания. В рабочем режиме светится зеленый светодиод.

Советы по оформлению корпуса

Корпус Kradex Z4A позволяет выводить элементы управления и индикации, как на лицевую, так и на боковые панели. Ручки регулировки, индикатор лучше всего устанавливать на лицевую панель. Разъем для выходного напряжения можно крепить где угодно.

Собранный своими руками лабораторный блок питания с использованием мощных полевых транзисторов и импульсных трансформаторов незаменим для работы. В качестве индикаторов желательно использовать цифровые электронные ампервольтметры.

Видео

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector