Всем радиолюбителям привет, в этой статье хочу представить вам блок питания с регулировкой напряжения от 0 до 12 вольт. На нем очень легко выставить нужное напряжение, даже в милливольтах. Схема не содержит никаких покупных деталей - всё это можно вытащить из старой техники, как импортной, так и советской.
Принципиальная схема БП (уменьшенная)
Корпус изготовлен из дерева, в середине прикручен трансформатор на 12 вольт, конденсатор на 1000 мкФ х 25 вольт и плата, которая регулирует напряжение.
Конденсатор С2 нужно брать с большой емкостью, например чтобы подключать к блоку питания усилитель и чтобы напряжение не проваливалось на низких частотах.
Транзистор VT2 лучше установить на небольшой радиатор. Потому что при длительной работе он может нагреться и сгореть, у меня уже 2 штуки сгорело, пока не поставил приличный по размерам радиатор.
Резистор R1 можно ставить постоянный он большой роли не играет. Сверху на корпусе есть переменный резистор, которым регулируется напряжение, и красный светодиод, который показывает есть ли напряжение на выходе БП.
На выходе устройства, чтобы постоянно не прикручивать проводки к чему-нибудь, я припаял крокодильчики - с ними очень удобно. Схема не требует никаких настроек и работает надёжно и стабильно, ее действительно может сделать любой радиолюбитель. Спасибо за внимание, всем удачи! .
На 1-2 ампера, но более высокий ток получить уже проблематично. Здесь будет описан блок питания повышенной мощности, на стандартное напряжение 13,8 (12) вольт. Схема на 10 ампер, но можно это значение увеличить ещё. В схеме предлагаемого БП нет ничего особенного, за исключением того, что, как показали испытания, она способна выдавать ток до 20 Ампер кратковременно или 10A непрерывно. Для дальнейшего повышения мощности используйте больший трансформатор, выпрямитель диодного моста, более высокую ёмкость конденсаторов и количество транзисторов. Схема блока питания для удобства показана на нескольких рисунках. Транзисторы не обязательно ставить строго те, что в схеме. Были использованы 2N3771 (50В, 20А, 200W) потому, что их много в наличии.
Регулятор напряжения работает в небольших пределах, от 11 В до 13,8 при полной нагрузке. С напряжением холостого хода значение 13,8в (номинальное напряжение батареи 12В), выход упадет на 13,5 около 1.5A, и 12.8В около 13А.
Выходные транзисторы подключены параллельно, с 0,1 ом 5 ватт проволочными резисторами в эмитерных цепях. Чем больше транзисторов, которые вы используете, тем выше пиковый ток возможно снять со схемы.
Светодиоды покажут неправильную полярность, а реле заблокирует стабилизатор БП от выпрямителей. Тиристор большой мощности BT152-400 открывается при перенапряжении и берёт удар тока на себя, приводя к сгоранию предохранителя. Не думайте что симистор сгорит первым, BT152-400R может выдерживать до 200А в течение 10 мс. Данный источник питания может служить и в качестве зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, но во избежании инцедентов, не нужно оставлять АКБ на долгое время подключенным без присмотра . 24.06.2015
Представляем мощный стабилизированный блок питания на 12 В. Он построен на микросхеме стабилизатора LM7812 и транзисторах TIP2955, что обеспечивает ток до 30 А. Каждый транзистор может давать ток до 5 А, соответственно 6 транзисторов обеспечат ток до 30 А. Можно изменением количества транзисторов и получить желаемое значение тока. Микросхема выдает ток около 800 мА.
На его выходе установлен предохранитель в 1 А для защиты от больших переходных токов. Нужно обеспечить хороший теплоотвод от транзисторов и микросхемы. Когда ток через нагрузку большой, мощность рассеиваемая каждым транзистором также увеличивается, так что избыточное тепло может привести к пробою транзистора.
В этом случае для охлаждения потребуется очень большой радиатор или вентилятор. Резисторы 100 Ом используются для стабильности и предотвращения насыщения, т.к. коэффициенты усиления имеют некоторый разброс у одного и того же типа транзисторов. Диоды моста рассчитаны не менее, чем на 100 А.
Примечания
Наиболее затратным элементом всей конструкции, пожалуй, является входной трансформатор, Вместо него возможно использование двух последовательно соединенных батарей автомобиля. Напряжение на входе стабилизатора должно быть на несколько вольт выше требуемого на выходе (12В), чтобы он мог поддерживать стабильный выход. Если используется трансформатор, то диоды должны выдерживать достаточно большой пиковый прямой ток, обычно, 100А или более.
Через LM 7812 будет проходить не более 1 А, остальная часть обеспечивается транзисторами.Так как схема рассчитана на нагрузку до 30А, то шесть транзисторов соединены параллельно. Рассеиваемая каждым из них мощность – это 1/6 часть общей нагрузки, но все же необходимо обеспечить достаточный теплоотвод. Максимальный ток нагрузки приведет к максимальному рассеиванию, при этом потребуется крупногабаритный радиатор.
Для эффективного отвода тепла от радиатора, может быть хорошей идеей применение вентилятора или радиатора с водяным охлаждением. Если блок питания нагружен на максимальную нагрузку, а силовые транзисторы вышли из строя, то весь ток пройдет через микросхему, что приведет к катастрофическому результату. Для предотвращения пробоя микросхемы на ее выходе стоит предохранитель в 1 А. Нагрузка 400 МОм только для тестирования и не входит в окончательную схему.
Вычисления
Данная схема отличная демонстрация законов Кирхгофа. Входящая в узел сумма токов, должна быть равна сумме токов выходящих из этого узла, а сумма падений напряжений на всех ветвях, любого замкнутого контура цепи должна быть равна нулю. В нашей схеме, входное напряжение 24 вольт, из них 4В падения на R7 и 20 В на входе LM 7812, т.е 24 -4 -20 = 0. На выходе суммарный ток нагрузки 30А, регулятор поставляет 0.866А и 4.855А каждый из 6 транзисторов: 30 = 6 * 4.855 + 0.866.
Ток базы составляет около 138 мА на транзистор, чтобы получить ток коллектора около 4.86А коэффициент усиления по постоянному току для каждого транзистора должен быть не менее 35.
TIP2955 удовлетворяет этим требованиям. Падение напряжения на R7 = 100 Ом при максимальной нагрузке будет 4В. Рассеиваемая на нем мощность, вычисляется по формуле P= (4 * 4) / 100, т.е 0.16 Вт. Желательно, чтобы этот резистор был мощностью 0.5 Вт.
Входной ток микросхемы поступает через резистор в цепи эмиттера и переход Б-Э транзисторов. Еще раз применим законы Кирхгофа. Входной ток регулятора состоит из тока 871 мА, протекающего по цепи базы, и 40.3мА через R = 100 Ом.
871,18 = 40,3 + 830. 88. Входной ток стабилизатора всегда должен быть больше выходного. Мы видим, что он потребляет только около 5 мА и практически не должен греться.
Тестирование и ошибки
Во время первого испытании, не надо подключать нагрузку. Вначале измеряем вольтметром напряжение на выходе, оно должно быть 12 вольт, или не сильно отличающаяся величина. Затем подключаем сопротивление около100 Ом, 3 Вт в качестве нагрузки.Показания вольтметра не должны измениться. Если вы не видите 12 В, то, предварительно выключив питание, следует проверить корректность монтажа и качество пайки.
Один из читателей, получил на выходе 35 В, вместо стабилизированных 12 В. Это было вызвано коротким замыканием силового транзистора. Если есть КЗ любого из транзисторов, придется отпаять все 6 для проверки мультиметром переходов коллектор-эмиттер.
Изготовить блок питания 12В своими руками несложно, но для этого вам потребуется изучить немного теории. В частности, из каких узлов состоит блок, за что отвечает каждый элемент изделия, основные параметры каждого. Также важно знать, какие трансформаторы необходимо использовать. Если нет подходящего, то можно перемотать вторичную обмотку самостоятельно для получения нужного напряжения на выходе. Нелишним будет узнать о методах травления печатных плат, а также про изготовление корпуса блока питания.
Компоненты блока питания
Основной элемент любого блока питания - это При его помощи происходит снижение напряжения в сети (220 Вольт) до 12 В. В конструкциях, рассмотренных ниже, можно использовать как самодельные трансформаторы с перемотанной вторичной обмоткой, так и готовые изделия, без модернизации. Нужно только учитывать все особенности и проводить правильный расчет сечения провода и количества витков.
Второй элемент по важности - это выпрямитель. Изготовляется он из одного, двух либо четырех полупроводниковых диодов. Все зависит от типа схемы, по которой собирается самодельный блок питания. Например, для реализации нужно использовать два полупроводника. Для выпрямления без увеличения достаточно одного, но лучше применить мостовую схему (все пульсации тока сглаживаются). После выпрямителя обязательно наличие электролитического конденсатора. Желательна установка стабилитрона с подходящими параметрами, он позволяет на выходе сделать стабильное напряжение.
Что такое трансформатор
Трансформаторы, используемые для выпрямителей, имеют следующие компоненты:
- Сердечник (магнитопровод, изготовленный из металла либо ферромагнетика).
- Сетевую обмоту (первичная). Запитывается от 220 Вольт.
- Вторичную обмотку (понижающую). Служит для подключения выпрямителя.
Теперь обо всех элементах более подробно. Сердечник может иметь любую форму, но наиболее распространены Ш-образные и U-образные. Реже встречаются тороидальные, но у них специфика иная, чаще применяются в инверторах (преобразователях напряжения, например, из 12 в 220 Вольт), нежели в обычных выпрямительных устройствах. Блок питания 12В 2А целесообразнее делать с использованием трансформатора, имеющего Ш-образный или U-образный сердечник.
Обмотки могут располагаться как друг на друге (сначала первичная, а после вторичная), на одном каркасе, так и на двух катушках. В качестве примера можно привести трансформатор с U-образным сердечником, на котором имеются две катушки. На каждой из них произведена намотка половины первичной и вторичной обмоток. При подключении трансформатора требуется соединять выводы последовательно.
Как произвести расчет трансформатора
Допустим, вы решили намотать вторичную обмотку трансформатора самостоятельно. Для этого вам надо будет узнать величину главного параметра - напряжения, которое можно будет снять с одного витка. Это самый простой способ, которым можно воспользоваться при изготовлении трансформатора. Намного сложнее вычислить все параметры, если требуется намотка не только вторичной, но и первичной обмотки. Необходимо для этого знать сечение магнитопровода, его проницаемость и свойства. Если рассчитывать блок питания 12В 5А самому, то этот вариант получается более точным, нежели подстраиваться под готовые параметры.
Первичную обмотку наматывать сложнее, чем вторичную, так как в ней может быть несколько тысяч витков тонкого провода. Можно упростить задачу и самодельный блок питания изготовить при помощи специального станка.
Чтобы рассчитать вторичную обмотку, нужно намотать 10 витков тем проводом, который планируете использовать. Соберите трансформатор и, соблюдая технику безопасности, подключите его первичную обмотку к сети. Проведите замер напряжения на выводах вторичной обмотки, полученное значение разделите на 10. Теперь число 12 разделите на полученное значение. И получаете количество витков, необходимое для вырабатывания 12 Вольт. Можно добавить немного, чтобы компенсировать (достаточно увеличить на 10%).
Диоды для блока питания
Выбор полупроводниковых диодов, используемых в выпрямителе блока питания, напрямую зависит от того, какие значения параметров трансформатора необходимо получить. Чем больше сила тока на вторичной обмотке, тем мощнее диоды необходимо использовать. Предпочтение стоит отдавать тем деталям, которые изготовлены на основе кремния. Но не стоит брать высокочастотные, так как они не предназначены для использования в выпрямительных устройствах. Их основное предназначение - детектирование высокочастотного сигнала в радиоприемных и передающих устройствах.
Идеальное решение для маломощных блоков питания - это применение диодных сборок, 12В 5А с их помощью можно разместить в гораздо меньшем корпусе. Диодные сборки - это набор из четырех полупроводниковых диодов. Используются они исключительно для выпрямления переменного тока. Работать с ними гораздо удобней, не нужно делать много соединений, достаточно на два вывода подать напряжение от вторичной обмотки трансформатора, а с оставшихся снять постоянное.
Стабилизация напряжения
После изготовления трансформатора обязательно проведите замер напряжения на выводах его вторичной обмотки. Если оно превышает значение 12 Вольт, то необходимо провести стабилизацию. Даже самый простой блок питания 12В плохо будет работать без этого. Следует учесть, что в питающей сети величина напряжения непостоянна. Подключите вольтметр к розетке и проведите замеры в разное время. Так, например, днем оно может подскочить до 240 Вольт, а вечером опуститься даже до 180. Все зависит от нагрузки на линию электропередач.
Если у вас в первичной обмотке трансформатора изменяется напряжение, то оно будет нестабильно и во вторичной. Чтобы компенсировать это, нужно применить устройства, называемые стабилизаторами напряжения. В нашем случае можно использовать стабилитроны с подходящей величиной параметров (тока и напряжения). Стабилитронов множество, подберите необходимые элементы до того, как делать 12В блок питания.
Существуют и более «продвинутые» элементы (типа КР142ЕН12), которые представляют собой комплект из нескольких стабилитронов и пассивных элементов. Их характеристики намного лучше. Также встречаются и зарубежные аналоги подобных устройств. Необходимо познакомиться с этими элементами до того, как сделать12В блок питания вы решите самостоятельно.
Особенности импульсных блоков питания
Блоки питания такого типа нашли широкое применение в персональных компьютерах. У них на выходе имеется два значения напряжения: 12 Вольт - для питания приводов дисководов, 5 Вольт - для функционирования микропроцессоров и иных устройств. Отличие от простых блоков питания состоит в том, что на выходе сигнал не постоянный, а импульсный - по форме похож на прямоугольники. В первый период времени сигнал появляется, во второй он равен нулю.
Также имеются отличия и в схеме устройства. Для нормального функционирования самодельный импульсный блок питания нуждается в выпрямлении сетевого напряжения без предварительного понижения его значения (на входе отсутствует трансформатор). Использовать импульсные блоки питания можно как самостоятельные устройства, так и их модернизированные аналоги - аккумуляторные батареи. В итоге можно получить простейший бесперебойник, причем его мощность будет зависеть от параметров блока питания и типа используемых батарей.
Как получить бесперебойное питание?
Блок питания достаточно подключить параллельно аккумуляторной батарее, чтобы при выключении электричества все устройства продолжили работать в нормальном режиме. При подключенной сети блок питания производит зарядку батареи, принцип схож с работой электроснабжения автомобиля. А когда бесперебойный блок питания 12В отключаете от сети, происходит подача напряжения на всю аппаратуру от аккумулятора.
Но бывают случаи, когда необходимо на выходе получить сетевое напряжение 220 Вольт, например, для питания персональных компьютеров. В этом случае потребуется внедрение в схему инвертора - устройства, которое преобразует постоянное напряжение 12 Вольт в переменное 220. Схема оказывается сложнее, нежели у простого блока питания, но собрать его можно.
Фильтрация и отсечение переменной составляющей
Важное место в выпрямительной технике занимают фильтры. Взгляните на блок питания 12В, схема которого наиболее распространена. Она состоит из конденсатора, сопротивления. Фильтры отсекают все лишние гармоники, оставляя на выходе блока питания постоянное напряжение. Например, простейший фильтр - это электролитический конденсатор с большой емкостью. Если взглянуть на его работу при постоянном и переменном напряжениях, то становится ясен его принцип функционирования.
В первом случае он имеет определенное сопротивление и в схеме замещения он может быть заменен на постоянный резистор. Актуально это для проведения расчетов по теоремам Кирхгофа.
Во втором случае (при протекании переменного тока) конденсатор становится проводником. Другими словами, его можно заменить перемычкой, у которой нет сопротивления. Она соединит оба выхода. При более подробном изучении можно увидеть, что переменная составляющая уйдет, ведь выходы замыкаются во время протекании тока. Останется только постоянное напряжение. Кроме того, для быстрого разряда конденсаторов собираемый блок питания 12В своими руками необходимо на выходе укомплектовать резистором с большим сопротивлением (3-5 МОм).
Изготовление корпуса
Для изготовления корпуса блока питания идеально подойдут алюминиевые уголки и пластины. Сначала необходимо сделать своеобразный скелет конструкции, который впоследствии можно обшить листами из алюминия подходящей формы. Для уменьшения веса блока питания можно в качестве обшивки использовать более тонкий металл. Изготовить блок питания 12В своими руками из таких подручных материалов несложно.
Идеально подойдет корпус от микроволновой печи. Во-первых, металл достаточно тонкий и легкий. Во-вторых, если сделать все аккуратно, то лакокрасочное покрытие не повредится, поэтому внешний вид останется привлекательным. В-третьих, размер обшивки микроволновой печи довольно большой, что позволяет сделать практически любой корпус.
Изготовление печатной платы
Подготовьте фольгированный текстолит, для этого обработайте металлический слой раствором соляной кислоты. Если такового нет, то можно использовать электролит, заливаемый в аккумуляторные батареи автомобилей. Эта процедура позволит обезжирить поверхность. Работайте в чтобы исключить попадание растворов на кожу, ведь можно получить сильнейший ожог. После этого промойте водой с добавлением соды (можно мыла, чтобы нейтрализовать кислоту). И можно наносить рисунок
Сделать рисунок можно как с помощью специальной программы для компьютеров, так и вручную. Если вы изготовляете обычный блок питания 12В 2А, а не импульсный, то количество элементов минимально. Тогда при нанесении рисунка можно обойтись без программ для моделирования, достаточно нанести его на поверхность фольги Желательно сделать два-три слоя, дав предыдущему высохнуть. Неплохие результаты может дать применение лака (например, для ногтей). Правда, рисунок может выйти неровным из-за кисти.
Как протравить плату
Подготовленную и просушенную плату поместите в раствор хлорного железа. Насыщенность его должна быть такой, чтобы медь как можно быстрее разъедалась. Если процесс идет медленно, то рекомендуется увеличить концентрацию хлорного железа в воде. Если и это не помогает, то попробуйте нагреть раствор. Для этого наберите в емкость воду, установите в нее банку с раствором (не забывайте о том, что его желательно хранить в пластиковой или стеклянной таре) и нагревайте на медленном огне. Теплая вода будет нагревать раствор хлорного железа.
Если у вас много времени либо нет хлорного железа, то воспользуйтесь смесью из соли и медного купороса. Плата подготавливается аналогичным образом, после чего помещается в раствор. Недостаток способа - плата блока питания травится очень медленно, потребуются почти сутки для полного исчезновения всей меди с поверхности текстолита. Но за неимением лучшего, можно использовать и такой вариант.
Монтаж компонентов
После процедуры травления вам потребуется ополоснуть плату, очистить от защитного слоя дорожки, обезжирить их. Наметьте расположение всех элементов, просверлите отверстия для них. Больше 1,2-мм сверло не стоит применять. Установите все элементы и припаяйте их к дорожкам. После этого необходимо все дорожки покрыть слоем олова, т. е. произвести их лужение. Изготовленный блок питания 12В своими руками с лужением монтажных дорожек прослужит вам намного дольше.
Радиолюбителю необходим безопасный источник питания от сети 220 В, с помощью которого можно налаживать и испытывать самостоятельно собранные электронные устройства, а также ремонтировать устройства промышленного изготовления. Такой источник питания при питании от осветительной сети 220 В должен поддерживать работу при токе в нагрузке до 10 А и иметь возможность резервного питания, чтобы обеспечить в случае необходимости бесперебойную работу. Это может потребоваться, например, в условиях сельской местности, когда напряжение в сети нестабильно или периодически отключается. На рис. ниже представлена электрическая схема источника питания, отвечающего всем этим требованиям.
Стабилизатор напряжения на транзисторе ѴТЗ и стабилитронах VD2—VD5 собран по классической схеме. Включение источника питания осуществляется "вручную" переключателем (тумблером) SB1. При подаче питания на реле К1 оно срабатывает и замыкает контактами К1.1 цепь питания первичной обмотки трансформатора Т1. Выпрямленное диодным мостом VD1 напряжение поступает на стабилизатор источника, затем на усилитель тока на транзисторах VT1, ѴТ2 и далее к устройству нагрузки. Одновременно на автомобильную аккумуляторную батарею (АКБ), служащую в качестве источника резервного питания, поступает напряжение подзарядки через диод VD6 и ограничительный резистор R4. Небольшой ток подзарядки АКБ зависит от степени разряженности батареи, учитывая ее большую энергоемкость 55 А/ч, не выводит АКБ из строя даже при длительном (многосуточном) режиме ее подзарядки. При этом переключателем SB2 можно принудительно отключить АКБ от подзарядки.
В аварийном режиме (отсутствие напряжения осветительной сети 220 В) реле К1 обесточивается, и напряжение от источника резервного питания (АКБ) подается через замкнутые контакты 5 и 6 группы контактов К 1.2 реле К1, минуя стабилизатор напряжения, собранный на элементах VT1, ѴТ2, ѴТЗ, VD2, VD3, VD4, VD5, R2, R3. Для защиты источника от перенапряжения и короткого замыкания служат предохранители FU1 и FU2, установленные соответственно на входе и выходе источника питания.
Если необходимости в резервном питании нет, то аккумуляторную батарею не подключают, а используют устройство как стабилизированный мощный источник питания.
В налаживании источник питания не нуждается. Корпус устройства сделан из стеклотекстолита, но может быть выполнен и из другого диэлектрического материала.
Транзисторы VT1, ѴТ2 можно заменить на КТ808, КТ819 с любым буквенным индексом. Желательно применять эти транзисторы в металлическом корпусе с диаметром "шляпки" 23,5 мм. Их устанавливают на теплоотводы с площадью охлаждения не менее 100 см2, изолируя теплоотвод от корпуса устройства. Транзистор ѴТЗ можно заменить на КТ815, КТ817 с любым буквенным индексом.
Трансформатор Т1 стандартный с выходной мощностью не менее 100 Вт должен обеспечивать переменное напряжение на вторичной обмотке (под нагрузкой) 14—16 В. Это напряжение получают с выводов 7 и 16 трансформатора ТН-54-127/220, при этом должны быть установлены перемычки между выводами 8— 9, 10—11 и 13— 14. Первичная обмотка трансформатора Т1 — выводы 1 и 2.
АКБ— стандартная аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 12 В. Реле К1 — на напряжение срабатывания 200— 220 В с двумя и более группами контактов и током коммутации не менее 3 А.
Сетевой предохранитель FU1 типа ВІІ-1-3, ПЦ-30-3 на ток 3 А. Предохранитель FU2 на ток 10 А типа ДПК-1-2. Диодный выпрямительный мост типа КЦ405А, КЦ407А или собранный из дискретных элементов — диодов Д231, Д242 с любым буквенным индексом. Диод VD6 можно заменить на КД202, КД213, КД258 с любым буквенным индексом и аналогичные. Стабилитроны VD2— VD5 желательно установить в соответствии с указанными на схеме. От их параметров зависит стабилизация и уровень выходного напряжения.
Конденсаторы C1, С2 типа К40-У9, К10-17 или аналогичные, рассчитанные на рабочее напряжение не менее 250 В. Оксидные конденсаторы типа К50-ЗБ, К50-24 или аналогичные. Постоянные резисторы R2, R3— типа МЛТ-0,5. Резисторы R1, R4 типа ПЭВ-10, ВЗР-10. Переключатели (тумблеры) SB1 и SB2 любые подходящие, например, ТВ2-1.
Литература: Андрей Кашкаров - Электронные самоделки
