Характеристика и как сделать своими руками трансформаторный блок питания на 12в

Правила выбора комплектующих

Чтобы сделать своими руками блок питания с трансформатором необходимо правильно подобрать комплектующие. В данной статье мы разобрались как подсчитать значения необходимых элементов устройства, какие трансформаторы, выпрямители и фильтры можно использовать в блока питания этой разновидности. Для удобства предлагаю таблицу ниже, она поможет при выборе комплектующих:

В данной таблице приведены оптимальные значения и соотношения мощности устройства и технических характеристик всех компонентов, используемых в конструкции. Емкость конденсаторов должна обеспечивать заданную пульсацию в расчете 1мкФ на 1Вт в показателях мощности на выходе. Электролитический конденсатор должен выбираться для напряжения от 350В.

Схема блока питания

Схема блока питания в классическом исполнении включает: сетевой трансформатор, диодный мост, конденсаторный фильтр, стабилизатор и светодиод. Последний выполняет роль индикатора и подключается через токоограничивающий резистор.

Поскольку в данной схеме лимитирующим по тока элементов является стабилизатор LM7805 (допустимое значение 1 А), то все остальные компоненты должны быть рассчитаны на ток не менее 1 А. Поэтому и вторичная обмотка трансформатора выбирается на ток от одного ампера. Напряжение ее должно быть не ниже стабилизированного значения. А по хорошему его следует выбирать из таких соображений, что после выпрямления и сглаживания U должно быть на 2 – 3 В выше, чем стабилизированное, т.е. на вход стабилизатора следует подавать на пару вольт больше его выходного значения. Иначе он будет работать некорректно. Например, для LM7805 входное U = 7 – 8 В; для LM7805 → 15 В. Однако следует учитывать, что при слишком завышенном значении U, микросхема будет сильно нагреваться, поскольку «лишнее» напряжение гасится на ее внутреннем сопротивлении.

Диодный мост можно сделать из диодов типа 1N4007, или взять готовый на ток не менее 1 А.

Сглаживающий конденсатор C1 должен иметь большую емкость 100 – 1000 мкФ и U = 16 В.

Конденсаторы C2 и C3 предназначены для сглаживания высокочастотных пульсаций, которые возникают при работе LM7805. Они устанавливаются для большей надежности и носят рекомендательный характер от производителей стабилизаторов подобных типов. Без таких конденсаторов схема также нормально работает, но поскольку они практически ничего не стоят, то лучше их поставить.

Стабилизатор напряжения LM7805, LM7809, LM7812

Вы наверное замечали, что величина напряжения в розетке не равна 220 В, а изменяется в некоторых пределах. Особенно это ощутимо при подключении мощной нагрузки. Если не применять специальных мер, то оно и на выходе блока питания будет изменяться в пропорциональном диапазоне. Однако такие колебания крайне не желательны, а иногда и недопустимы для многих электронных элементов. Поэтому напряжение после конденсаторного фильтра подлежит обязательной стабилизации. В зависимости от параметров питаемого устройства применяются два варианта стабилизации. В первом случае используются стабилитрон, а во втором – интегральный стабилизатор напряжения. Рассмотрим применение последнего.

В радиолюбительской практике широкое применение получили стабилизаторы напряжения серии LM78xx и LM79xx. Две буквы указывают на производителя. Поэтому вместо LM могут быть и другие буквы, например CM. Маркировка состоит из четырех цифр. Первые две – 78 или 79 означают соответственно положительно или отрицательное напряжение. Две последние цифры, в данном случае вместо них два икса: хх, обозначают величину выходного U. Например, если на позиции двух иксов будет 12, то данный стабилизатор выдает 12 В; 08 – 8 В и т.д.

Для примера расшифруем следующие маркировки:

LM7805 → 5 В, положительное напряжение

LM7912 → 12 В, отрицательное U

Интегральные стабилизаторы имеют три вывода: вход, общий и выход; рассчитаны на ток 1А.

Если выходное U значительно превышает входное и при этом потребляется предельный ток 1 А, то стабилизатор сильно нагревается, поэтому его следует устанавливать на радиатор. Конструкция корпуса предусматривает такую возможность.

Если ток нагрузки гораздо ниже предельного, то можно и не устанавливать радиатор.

Что такое трансформатор

Трансформаторы, используемые для выпрямителей, имеют следующие компоненты:

1. Сердечник (магнитопровод, изготовленный из металла либо ферромагнетика).
2. Сетевую обмоту (первичная). Запитывается от 220 Вольт.
3. 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.

Выбор напряжения

Необходимое напряжение определяется устройством, для питания которого будет использоваться блок питания. Можно использовать напряжение в 12В, 3.3В, 5В и 9В. Это самые популярные значения напряжения на выходе, при этом оно может иметь и другие значения. Все зависит от конструкции трансформатора, количества обмоток и размер сечения, используемого магнитопровода.

12В

Блок питания с напряжением на выходе в 12В широко используются в быту с конца прошлого столетия. Их применяют для питания котлов отопления, светодиодных лент, игровых устройств, сварочных аппаратов, телевизионных приставок и различных бытовых приборов.

3.3 В

Блоки с напряжением этого уровня используются преимущественно в персональных компьютерах, но могут использоваться и для подзарядки других устройств, например, в сварочных аппаратах.

9В

Эта разновидность блоков для питания устройств широко применяется для работы со строительной техникой и различных бытовых устройств. Например, им подпитывается дрель, болгарка или перфоратор.

Вспомогательные узлы

В конструкции можно реализовать вспомогательные узлы, например, индикаторы или переключатели напряжения. Главное не переусердствовать и делать устройство согласно всем нормам и рекомендациям.

Индикаторные светодиоды

В конструкции можно продумать светодиодные индикаторы, которые применяются в заводских блоках и подзарядных устройствах. Светодиоды служат сигнализатором о том, что полезная работа трансформатора производится и напряжение соответствует требуемому значению.

Амперметр и вольтметр

Для произведения расчетов и подбора элементов, а также для правильной сборки блока питания необходимо использовать амперметр и вольтметр.

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.

Как правильно подключать

Чтобы при самостоятельной сборке трансформаторного блока питания на 12В конденсаторы правильно работали, на выходе устройство укомплектовывается резистором с сопротивлением от 3 до 5 Мом.

Стабилизатор напряжения или тока

Источник питания стандартного типа собирается с использованием электролитического конденсатора с емкостью не более 10000 мкФ, двухполупериодного выпрямителя мостового типа из диодов с обратным напряжением в 50 вольт и прямым током 3А, а также с предохранителем 0,5А. В роли интегрального стабилизатора напряжения на 12В используется конденсатор 7912, либо 7812.

Интегральный стабилизатор напряжения

Без использования стабилизатора напряжения блок питания не сможет правильно функционировать. В роли этих компонентов используются конденсаторы серий LM 78xx и LM 79xx. Стабилитроны подбираются по подходящей величине параметров тока и напряжения, на рынке их большое множество, но самым продвинутым считается элемент типа КР142ЕН12.

Серия LM 78xx

Данные регуляторы напряжения имеют выходной ток до 1А, и выходное напряжение: 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18, 24. Кроме того в этих конденсаторах есть тепловая защита от перегрузок и защита от коротких замыканий.

Серия LM 79xx

Эти регуляторы напряжения имеют значения схожие с серией 78xx. В них также реализована тепловая защита от больших перегрузок и защита от замыканий.

Выпрямитель

В трансформаторном блоке питания используется обычно мостовой выпрямитель с одним, двумя или четырьмя диодами.

Использование мостового выпрямителя показано на данной схеме:

Как работает

Принцип работы у выпрямителя мостового типа следующий: во время течения в полупериоде, электрический ток идет через два диода, которые включены в прямом направлении. Это позволяет конденсатору получать напряжение с пульсацией в два раза большей частотой от питания.

Выше представлена схема как использовать выпрямитель мостового типа в конструкции. Чтобы понять, как работает выпрямитель с постоянным и переменным напряжением мостового типа можно использовать для ознакомления данную схему:

Треугольники на схеме – это диоды, которые позволяют работать мостовому выпрямителю.

Трансформаторные БП

Самые простые по конструкции – это трансформаторные блоки питания. Основной элемент в нем – это катушечный трансформатор. С его помощью происходит снижение напряжения с 220 В до 12..15 В (или 24, 36 В). Напряжение, которое вырабатывается на вторичной обмотке, подается на вход мостового выпрямителя на полупроводниковых диодах. Затем происходит фильтрация при помощи цепочки, состоящей обычно из электролитического конденсатора, резистора, дросселя. Иногда устанавливают стабилитроны или микросборки для того, чтобы зафиксировать выходное напряжение на одном уровне.

Преимущество трансформаторных БП заключается в том, что они работают даже без подключения нагрузки (так называемый режим холостого хода). Кроме того, имеется гальваническая развязка с сетью 220 В. Но, несмотря на простоту конструкции, есть и ряд недостатков: очень низкий КПД, большие габариты, высокая чувствительность к перепадам напряжения. А самое главное неудобство – это большая масса. Именно из-за этих недостатков многие используют для светодиодной ленты бестрансформаторные блоки питания.

Схема выпрямителя тока на 12 вольт

Далее решил не усложнять дело всякими хитроумными зарядными на микросхемах, а собрать простой и надежный выпрямитель на диодах. Взял диоды Д242. Они очень надежные, но немного греются, следует установить на радиаторы.

Спаял по стандартной схеме диодного моста. Подключил — все отлично работало, на выходе теперь было 13.7В. Как и должно быть, немного увеличилось напряжение после выпрямления. Но ничего страшного. Для аккумуляторов ведь надо не строго 12, а примерно 14 вольт для нормального заряда.

Все аккуратно вместил в новый корпус. Сделал выход на выпрямитель. Подключаю и с удовольствием пользуюсь. Сделал еще индикатор наличия электроэнергии — просто подключил к сети 220В обычный светодиод через резистор. Получился простой и надёжный выпрямитель для ЗУ на 12 вольт .

Как самому собрать простой блок питания и мощный источник напряжения. Порой приходится подключать различные электронные приборы, в том числе самодельные, к источнику постоянного напряжения 12 вольт. Блок питания несложно собрать самостоятельно в течении половины выходного дня. Поэтому нет необходимости приобретать готовый блок, когда интереснее самостоятельно изготовить необходимую вещь для своей лаборатории. Блок питания 12в Каждый, кто захочет сможет изготовить 12 – ти вольтовый блок самостоятельно, без особых затруднений. Кому-то необходим источник для питания усилителя, а кому запитать маленький телевизор или радиоприемник . Шаг 1: Какие детали необходимы для сборки блока питания . Для сборки блока, заранее подготовьте электронные компоненты, детали и принадлежности из которого будет собираться сам блок . -Монтажная плата. -Четыре диода 1N4001, или подобные. Мост диодный. -Стабилизатор напряжения LM7812. -Маломощный понижающий трансформатор на 220 в, вторичная обмотка должна иметь 14В – 35В переменного напряжения, с током нагрузки от 100 мА до 1А, в зависимости от того какую мощность необходимо получить на выходе. -Электролитический конденсатор емкостью 1000мкФ – 4700мкФ. -Конденсатор емкостью 1uF. -Два конденсатора емкостью 100nF. -Обрезки монтажного провода. -Радиатор, при необходимости. Если необходимо получить максимальную мощность от источника питания, для этого необходимо подготовить соответствующий трансформатор, диоды и радиатор для микросхемы. Шаг 2: Инструменты . Для изготовления блока необходимы инструменты для монтажа: -Паяльник или паяльная станция -Кусачки -Монтажный пинцет -Кусачки для зачистки проводов -Устройство для отсоса припоя. -Отвертка. И другие инструменты, которые могут оказаться полезными. Шаг 3: Схема и другие . Для получения 5 вольтового стабилизированного питания, можно заменить стабилизатор LM7812 на LM7805. Для увеличения нагрузочной способности более 0,5 ампер, понадобится радиатор для микросхемы, в противном случае он выйдет из строя от перегрева. Однако, если необходимо получить несколько сотен миллиампер (менее, чем 500 мА) от источника, то можно обойтись без радиатора, нагрев будет незначительным. Кроме того, в схему добавлен светодиод, чтобы визуально убедиться, что блок питания работает, но можно обойтись и без него.

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.

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 резиновых перчатках, 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 печатной платы.

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 перманентным маркером. 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.

Устройство и принцип работы

От обычного блока питания трансформаторный отличается наличием понижающего устройства, который позволяет снизить подаваемое в сети напряжение с 220В до 12В. Также в этих устройствах используется выпрямитель, который изготавливают из 1, 2 или 4 диодов полупроводникового типа – в зависимости от разновидности схемы.

В блоках питания этой категории используются трансформаторы в которых используется три основных компонента:

• Сердечник специального сплава металлов или из ферромагнетика;
• Сетевая первичная обмотка которая питается от 220В;
• Вторичную обмотку применяют с понижающим действием – к ней подключается выпрямитель.

В остальном данный блок совпадает по принципу работы, строению и устройству с обычным блоком питания. Благодаря этому есть возможность подключать устройства различных категорий.

Применяемый выпрямитель определяется схематическим устройством, которое зависит от того, до каких значений нужно довести уровень напряжения. Например, в случае удвоения напряжения, используется два полупроводника. После проводника необходимо в устройстве конструкции использовать электролитический конденсатор.

Как выбрать трансформатор

Первый элемент – это преобразователь напряжения. Трансформатор способствует преобразованию переменного напряжения 220 Вольт в такое же по амплитуде, только со значением, намного меньше. По крайней мере, вам нужно меньшее значение. Для мощных блоков питания за основу можно взять трансформатор типа ТС-270. У него высокая мощность, даже имеются 4 обмотки, которые выдают по 6,3 Вольт каждая. Они использовались для питания накала радиоламп. Без особого труда из него можно сделать блок питания 12 Вольт 12 Ампер, который сможет даже АКБ автомобиля заряжать.

Но если вас полностью не устраивают его обмотки, то можно вторичные все убрать, оставить только сетевую. И провести намотку провода. Проблема в том, как посчитать необходимое количество витков. Для этого можно воспользоваться простой схемой вычисления – посчитайте, сколько витков содержит вторичная обмотка, которая выдает 6,3 Вольт. Теперь просто разделите 6,3 на число витков. И вы получите величину напряжения, которое можно снять с одного витка провода. Осталось только высчитать, сколько нужно намотать витков, чтобы на выходе получить 12,5-13 Вольт. Будет даже лучше, если на выходе окажется на 1-2 Вольт напряжение выше требуемого.

Общая структура

Структурная схема блока питания с трансформаторным действием имеет следующий тип:

При этом в некоторых зарядных устройствах трансформаторного типа не используются последние два элемента. По сути основными являются трансформатор и выпрямитель, именно они отвечают за снижение напряжения, но фильтр и стабилизатор обеспечивают дополнительную защиту и регулировку значений в подаваемом на устройство напряжении.

На рынке электроники сегодня наиболее популярными являются однополярные трансформаторные блоки питания. Схема данного устройства выглядит следующим образом:

О конструкции самого трансформатора и принципах его работы поговорим далее. Двухполюсный блок питания данной категории имеет следующую схему:

В отличии от первой схемы, в этой применяется трансформатор с одинаковыми парными вторичными обмотками, которые последовательно соединяются.

Трансформатор

Один из основных элементов конструкции трансформатора – сердечник. В блоках питания он может быть Ш-образный либо U-образный, в редких случаях применяются тороидальные сердечники. На них располагаются трансформаторные обмотки из двух слоев: вторичная поверх первичной.

Конструкция

При сборке конструкции используется специальная формула, которая позволяет вычислить необходимые габариты трансформатора:

(1/N)~F*S*B

В этой формуле используются следующие значения:

• N – число витков на 1 вольт;
• F – уровень частоты в переменном напряжении;
• S – сечение магнитопровода;
• B – индукция магнитного поля в магнитопроводе.

Их внешний вид представлен на картинке ниже:

Для расчета вторичной обмотки можно использовать следующий прием. Наматывается 10 витков, собирается трансформатор и с соблюдением техники безопасности, стандартным методом первичная обмотка подключается к электросети. Затем производятся замеры уровня напряжения на выводе из вторичной обмотки. Полученные значения делятся на 10, после этого 12 делится на 10. Так определяется число витков необходимое для выработки напряжения в 12В.