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

Источник постоянного напряжения 12 вольт — полезный прибор для дома, дачи или гаража. Такое приспособление изготовить несложно. Ниже представлена ​​схема блока питания 12 В для сборки своими руками, а также советы по расчету и выбору комплектующих.

Виды блоков питания

На сегодняшний день широко используются источники импульсного напряжения. По сравнению с традиционными трансформаторными схемами они имеют значительное преимущество с точки зрения энергоэффективности, а также веса и габаритов. Считается, что при токах нагрузки выше 5 ампер у них есть неоспоримые предпочтения. Но у них также есть недостатки, такие как генерация радиочастотных помех в источнике питания и в нагрузке. А главное препятствие на пути к домашней сборке — сложность схем и необходимость специальных навыков изготовления деталей обмотки. Поэтому рядовому домашнему мастеру лучше изготовить блок питания по обычному принципу с сетевым понижающим трансформатором.

Где используется источник напряжения

Сфера применения такого блока питания в доме широка:

  • питание ламп низкого напряжения;
  • блок питания для устройств воспроизведения звука.
  • аккумулятор заряжается;

А также многие другие цели, требующие постоянного напряжения 12 вольт.

Схема трансформаторного БП

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

Принципиальная схема блока питания.

Схема 12-вольтового блока питания, работающего от сети 220 В, состоит из следующих узлов:

  1. Понижающий трансформатор. Он состоит из обмоток из железа, первичной и вторичной (их может быть несколько). Не углубляясь в принцип работы, следует отметить, что выходное напряжение зависит от соотношения витков первичной (n1) и вторичной (n2) обмоток. Для получения 12 вольт необходимо, чтобы вторичная обмотка содержала в 220/12 = 18,3 раза меньше витков, чем первичная.
  2. Выпрямитель. Чаще всего он выполняется в виде двухполупериодной схемы (диодного моста). Преобразует переменное напряжение в пульсирующее. Ток проходит через нагрузку дважды в одном направлении за период.

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

    Двухполупериодный выпрямительный режим.

  3. Фильтр. Преобразует пульсирующее напряжение в постоянное напряжение. Он заряжается при подаче напряжения и разряжается во время перерывов. Он состоит из оксидного конденсатора большой емкости, параллельно с которым часто включается керамический конденсатор емкостью около 1 мкФ. Чтобы понять необходимость этого дополнительного элемента, необходимо помнить, что оксидный конденсатор устроен в виде лент пленки, свернутых в рулон. Этот ролик имеет паразитную индуктивность, которая значительно ухудшает качество фильтрации высокочастотных помех. Для этого активируется дополнительный конденсатор, замыкающий ВЧ-импульсы.

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

    Эквивалентная схема фильтра с дополнительным оксидом и конденсаторами.

  4. Стабилизатор. Может и отсутствовать. Ниже рассматриваются простые, но эффективные узоры.

В следующих разделах рассматривается процедура выбора и расчета каждого элемента источника постоянного напряжения 12 В.

Выбор трансформатора

Получить подходящий трансформатор можно двумя способами. Самостоятельное изготовление понижающего блока и подбор подходящего заводского исполнения. В любом случае нужно иметь в виду:

  • на выходе понижающей обмотки трансформатора при замере напряжения вольтметр покажет фактическое напряжение (в 1,4 раза меньше амплитуды);
  • для работы стабилизатора требуется некоторое превышение входного напряжения над выходным, их соотношение ограничивает КПД блока питания в целом.
  • на конденсаторе фильтра без нагрузки постоянное напряжение будет примерно равно амплитуде (говорят, что напряжение на конденсаторе «увеличивается» в 1,4 раза);
  • при отсутствии стабилизатора под нагрузкой напряжение на емкости будет уменьшаться в соответствии с током;

Из двух последних пунктов следует, что для нормальной работы блока питания напряжение трансформатора должно превышать 12 В.

Самостоятельная намотка трансформатора

Комплексный расчет и изготовление силового трансформатора своими руками — сложная задача, требующая времени, инструментов и навыков. Поэтому будет рассмотрен упрощенный способ — подбор блока подходящего под железо и переделка его на 12 В.

Если есть готовый трансформатор, но схемы подключения к нему нет, необходимо вызвать тестер его обмотки. Обмотка с наибольшим сопротивлением, вероятно, будет сетью. Остальные обмотки необходимо снять.

Затем вам нужно измерить толщину набора утюгов b и ширину центральной пластины a и умножить их. Получите площадь поперечного сечения жилы S = a * b (в кв. См.). Определить мощность трансформатора P=

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

… Далее рассчитывается максимальный ток в амперах, который можно снять с обмотки напряжением 12 вольт: I = P / 12.

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

Определение центральной площади.

Далее рассчитывается количество витков на вольт по формуле n = 50 / S. Для 12 вольт необходимо намотать 12 * n витков с запасом около 20% на потери в меди и на стабилизаторе. А если нет, то падение напряжения под нагрузкой. И последний шаг — это выбор сечения обмоточного провода по программе на плотность тока 2-3 ма / ммк.

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

Выбор медной проволоки.

Например, есть трансформатор с первичной обмоткой на 220 В с железным комплектом толщиной 3,5 см и центральным выступом шириной 2,5 см. Итак, S = 2,5 * 3,5 = 8,75 и мощность трансформатора 

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

= 3Вт (приблизительно) Итак, максимально возможный ток при 12 В I = P / U = 3/12 = 0,25 А. Для намотки можно выбрать провод диаметром 0,35..0,4 мм2. На 1 вольт 50 / 8,75 = 5,7 витка, нужно намотать 12 * 5,7 = 33 витка. С учетом запаса — около 40 патронов.

Подбор готового трансформатора

Если есть готовый трансформатор с подходящей по току и напряжению вторичной обмоткой, можно попробовать выбрать уже готовый. Например, в серии TPP есть подходящие изделия с вторичным напряжением близким к 12 вольт.

Трансформатор Обозначение клеммы вторичной обмотки Напряжение, В Допустимый ток, А
CCI48 11–12, 13–14, 15–16, 17–18 13,8 0,27
CCI209 11–12, 13–15 11,5 0,0236
CCI216 11–12, 13–14, 15–16, 17–18 11,5 0,072

Преимущество такого решения — минимальная трудоемкость и надежность заводской конструкции. Минус — трансформатор содержит другие обмотки, общая мощность также рассчитана на их нагрузку. Поэтому по весу и габаритам такой трансформатор проиграет.

Выбор диодов и изготовление выпрямителя

Диоды в выпрямителе подбираются по трем параметрам:

  • максимально допустимое прямое напряжение;
  • максимальный рабочий ток.
  • максимальное обратное напряжение;

По первым двум параметрам 90 процентов имеющихся полупроводниковых приборов подходят для работы в цепи 12 вольт, выбор делается в основном исходя из максимально допустимого тока в долгосрочной перспективе. От этого параметра также зависит конструкция корпуса диода и способ изготовления выпрямителя.

Если ток нагрузки не превышает 1 А, могут применяться импортные и отечественные одноусилительные диоды:

  • 1N4001-1N4007;
  • КД212 и другие.
  • HER101-HER108;
  • КД258 («капля”);

Устройства КД105 (КД106) рассчитаны на меньшие токи (до 0,3 А). Все перечисленные диоды могут быть установлены вертикально или горизонтально на печатной плате или схеме или просто на выводах. Им не нужны радиаторы.

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

Диодный мост, состоящий из маломощных элементов.

Если требуются большие рабочие токи, необходимо использовать другие диоды (КД213, КД202, КД203 и т.д.). Эти устройства предназначены для работы на теплоотводящих радиаторах, без них они выдерживают не более 10% от максимального номинального тока. Поэтому нужно выбирать готовые радиаторы или делать их своими руками из меди или алюминия.

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

Еще одна конструкция диодного моста.

также удобно использовать готовые мостовые диодные сборки КЦ405, КВРС или им подобные. Собирать их не нужно — достаточно подать переменное напряжение на соответствующие клеммы и снять постоянное.

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

Сборка КВРС3510.

Емкость конденсатора

Емкость конденсатора зависит от нагрузки и допустимой пульсации. Существуют онлайн-формулы и калькуляторы, которые можно найти в Интернете для точного расчета емкости. Чтобы потренироваться, вы можете сосредоточиться на цифрах:

  • при малых токах нагрузки (десятки миллиампер) емкость должна составлять 100..200 мкФ;
  • до 1 А — 1000..1500 мкФ.
  • при токах до 500 мА требуется конденсатор емкостью 470..560 мкФ;

При больших токах емкость увеличивается пропорционально. Общий подход заключается в том, что чем больше конденсатор, тем лучше. Его емкость может быть увеличена до любого предела, ограниченного только размером и стоимостью. По напряжению нужно брать конденсатор с серьезным запасом. Так, для выпрямителя на 12 вольт лучше взять элемент на 25 вольт, чем на 16 вольт.

Это рассуждение справедливо для нестабилизированных источников. Для блока питания со стабилизатором мощности ее можно значительно уменьшить.

Стабилизация выходного напряжения

Стабилизатор на выходе блока питания не всегда требуется. Таким образом, если предполагается использование источника питания вместе со звуковоспроизводящей аппаратурой, на выходе должно быть стабильное напряжение. А если ТЭН выступает в роли нагрузки, то стабилизатор явно лишний. Для питания светодиодной ленты можно обойтись без более сложного модуля питания, но с другой стороны стабильное напряжение обеспечивает независимость яркости свечения при изменении сети и продлевает срок службы светодиодной лампы.

Если принято решение об установке стабилизатора, проще всего собрать его на специализированной микросхеме LM7812 (КР142ЕН5А). Схема подключения проста и не требует настройки.

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

Стабилизатор на 7812.

На вход такого стабилизатора можно подавать напряжение от 15 до 35 вольт. На входе необходимо установить конденсатор С1 емкостью не менее 0,33 мкФ, на выходе — не менее 0,1 мкФ. Конденсатор фильтрующего блока обычно действует как С1, если длина соединительных проводов не превышает 7 см. Если такая длина не может быть выдержана, потребуется установить отдельный элемент.

Микросхема 7812 защищена от перегрева и коротких замыканий. Но ей не нравится переполюсовка на входе и подача внешнего напряжения на выходе: ее жизненное время в таких ситуациях исчисляется секундами.

Важно! При токах нагрузки более 100 мА требуется установка встроенного стабилизатора на радиаторе!

Увеличение выходного тока стабилизатора

Приведенная выше схема позволяет нагружать стабилизатор током до 1,5 А. Если этого недостаточно, можно запитать узел дополнительным транзистором.

Схема с транзистором структуры n-p-n

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

Внешний npn-транзистор.

Данная схема рекомендована разработчиками и включена в техпаспорт микросхемы. Выходной ток не должен превышать максимальный ток коллектора транзистора, который должен быть оборудован радиатором.

Схема с транзистором p-n-p

Если нет полупроводникового триода структуры npn, стабилизатор можно запитать от полупроводникового триода pnp.

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

Внешний pnp-транзистор.

Маломощный кремниевый диод VD увеличивает выходное напряжение 7812 на 0,6 В и компенсирует падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора.

Параметрический стабилизатор

Если по какой-либо причине интегральный стабилизатор недоступен, можно сделать сборку стабилитрона. Необходимо выбрать стабилитрон с напряжением стабилизации 12 В и рассчитанный на соответствующий ток нагрузки. Максимальный ток у некоторых отечественных и импортных стабилитронов на 12 вольт указан в таблице.

Тип стабилитрона D814G D815D КС620А 1N4742A BZV55C12 1N5242B
Ток нагрузки 5 мА 0,5 А 50 мА 25 мА 5 мА 40 мА
Напряжение стабилизации 12 вольт

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

Простая схема параметрического стабилизатора.

Номинал резистора рассчитывается по формуле:

R = (Uin min-Ust) / (In max + Ist min), где:

  • Uin min — минимальное нестабилизированное входное напряжение (должно быть не менее 1,4 Uст), вольт;
  • Ist min — минимальный ток стабилизации (контрольное значение).
  • Ust — напряжение стабилизации стабилитрона (эталонное значение), вольт;
  • In max — максимальный ток нагрузки;

Если нет стабилитрона на необходимое напряжение, он может состоять из двух последовательно соединенных. В этом случае общее напряжение должно составлять 12 В (например, D815A на 5,6 В плюс D815B на 6,8 В даст 12,4 В).

Важно! Нельзя подключать стабилитроны (даже однотипные) параллельно «для увеличения тока стабилизации!

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

Стабилитроны не включены параллельно.

Таким же образом можно включить параметрический стабилизатор, включив внешний транзистор.

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

Схема мощного стабилизатора.

Для мощного транзистора необходимо предусмотреть радиатор. Напряжение питания в этом случае будет меньше Ust стабилитрона на 0,6 В. При необходимости выходное напряжение можно отрегулировать в сторону увеличения включением кремниевого диода (или цепочки диодов). Каждый элемент в цепочке увеличивает Uout примерно на 0,6 В.

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

Схема стабилизатора с стабилитроном и диодом.

Регулирование выходного напряжения

Если напряжение блока питания нужно отрегулировать от нуля, оптимальной схемой будет параметрический стабилизатор с добавлением переменного резистора.

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

Регулярная регулировка натяжения.

Резистор 1 кОм, подключенный между базой транзистора и общим проводом, защитит триод от выхода из строя при разрыве цепи двигателя потенциометра. При повороте ручки переменного резистора напряжение на базе транзистора изменится от 0 до Ust стабилитрона с задержкой примерно 0,6 вольт. Следует учитывать, что параметры узла будут хуже из-за использования потенциометра: наличие подвижного контакта (даже хорошего качества) неизбежно снизит стабильность напряжения на базе транзистора.

с микросхемой серии 78XX гораздо труднее добиться стабилизации цепи от 0 до 12 вольт. Если диапазона регулировки от 5 до 12 В достаточно, можно использовать микросхему 7805 и включить ее по схеме с потенциометром. На стабилитроне должно быть примерно 7 вольт (КС168 с диодом или без, КС175 и т.д.). В нижнем положении ползунка потенциометра вывод GND подключается к общему проводу и на выходе будет 5 вольт. Когда двигатель перемещается к верхнему выводу, напряжение на нем повышается до Ust стабилитрона и складывается с напряжением стабилизации микросхемы.

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

Штатное регулирование от 5 до 12 вольт.

Можно использовать микросхему LM317. Он также имеет три кабеля и специально разработан для создания регулируемых источников. Но для этого стабилизатора нижний порог напряжения начинается с 1,25 вольт. В Интернете есть много цепей LM317 с нулевым регулированием, но более 90% этих цепей не работают.

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

Стандартная электрическая схема для LM317.

Компоновка прибора

После того, как все узлы выбраны или есть четкое представление, какими они будут, можно переходить к разводке устройства. Также важно понимать, как будет выглядеть будущий корпус устройства. Можно взять уже готовый, можно сделать самому, если есть материалы и навыки.

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

Особых правил сборки узлов внутри туловища нет. Но желательно расположить узлы так, чтобы они соединялись проводниками последовательно, как на схеме, и по кратчайшему расстоянию. Выходные клеммы лучше всего размещать на стороне, противоположной сетевому кабелю. Лучше всего подключить выключатель питания и предохранитель к задней части устройства. Для рационального использования межтелового пространства некоторые узлы можно установить вертикально, но диодный мост лучше закрепить горизонтально. При вертикальной установке потоки горячего воздуха за счет конвекции от нижних диодов обтекают верхние элементы и нагревают их дальше.

Для непонятливых смотрите видео: Простой блок питания своими руками.

Собрать блок питания постоянного тока с фиксированным блоком питания несложно. Это под силу среднему мастеру, требуются только базовые знания в области электротехники и минимальные навыки установки.

Оцените статью
Добавить комментарий