В одном из своих я показал как сделать неплохой блок питания самому и жаловался, почему в продаже редко попадаются хорошие блоки питания. Этот блок питания мне понравился уже просто по картинке, но так как картинка бывает обманчива, я решил его рассмотреть поближе и испытать.
В обзоре будет описание, фотки, испытания и анализ небольшой ошибки при проектировке.
Продолжение читайте под катом.
Мои читатели наверняка помнят обзор «12 Вольт 5 Ампер блок питания или как это могло быть сделано.» Этот блок питания мне напомнил тот, что делал я в конце обзора:)
Но тесты и проверки это конечно хорошо, но начну я как всегда с того как это ехало и как приехало.
Приехал блок питания не один, про второй товар я расскажу в другой раз, думаю он будет не менее интересным. Ехал быстро, по треку добрался за 8 дней.
А вот к упаковке была претензия, но так как упаковку любят далеко не все, то я несколько фоток спрячу под спойлером.
Упаковка
Пришел заказ в обычном сером пакете, обмотанный поролоновой лентой.
Вот к такой упаковке у меня и были претензии. Упаковщик просто сложил два моих пакетика, обмотал лентой и склеил скотчем, но края остались открытыми.
В итоге пакетики и рулон ленты ехали отдельно. Очень повезло, что ехали недолго и сами по себе были упакованы в отдельные пакеты, иначе могли прорвать упаковку своими радиаторами и вылезти наружу.
Плата была упакована в привычный многим антистатический пакет, с не менее знакомой наклейкой.
Краткие характеристики:
Входное напряжение 85-265 Вольт
Выходное напряжение - 12 Вольт
Ток нагрузки - 6 Ампер номинальный, 8 Ампер максимальный.
Выходная мощность - 100 Ватт (максимальная)
Размеры платы не очень большие, 107х57х30мм.
Есть чертежик с более точными размерами, думаю он будет полезен.
Сама плата выглядит очень аккуратно, полностью соответствует фотографии в магазине, что меня приятно удивило. 
На плате присутствуют довольно большие радиаторы, а сама плата выполнена в открытом исполнении, т.е. предназначена для установки в какое нибудь устройство и своего корпуса не имеет.
Брал я ее не просто так, а по делу:) Есть идея переделки одного из моих устройств, но так как я был не уверен в качестве данного блока питания, то решил сначала заказать и попробовать только его, так что будет продолжение. Ну по крайней мере я надеюсь на это.
На плате присутствует входной фильтр, ограничитель пускового тока и безвинтовой клеммник по входу 220 Вольт.
На силовом трансформаторе есть наклейка DC12V-8.
Выходная обмотка трансформатора намотана в 5 проводов
Пайка очень аккуратная, выводы обкушены довольно коротко, ничего не торчит, флюс смыт полностью. Отсутствующих компонетов нет.
Плата двухслойная с двухсторонним монтажом.
Но есть мелкое замечание, на каждом из радиаторов припаян только один крепежный вывод.
На мой взгляд это не очень хорошо. Что помешало припаять оба - непонятно.
Причем на фото магазина все абсолютно точно так же.
Отмечу то, что выходное напряжение измеряется в точке, максимально близкой к выходному разъему, за это плюс, влияет на точность удержания выходного напряжения.
Основные компоненты платы поближе.
Установлен ШИМ контроллер CR6842S, который является полным аналогом более известного контроллера
Почти все установленные резисторы точные, не хуже 1%, об этом говорит четырехзначная маркировка.
Силовой транзистор 600 Вольт 20 Ампер, 0.19 Ома производства Infineon.
Еще одно мелкое замечание, слишком сильно закрутили крепежный винт и он вжал изолирующую втулку. Транзистор остался изолированным от радиатора, да и сам радиатор изолирован от других компонентов, но впечатление несколько подпортило.
Транзистор изолирован от радиатора пластинкой из слюды.
Немного отвлекусь, на фото виден мелкий электролитический конденсатор, судя по пайке его или впаивали потом или меняли, на работоспособность это никак не повлияло (ну или почти никак).
Дело в том, что при резком изменении нагрузки от нуля до 4 Ампер или более, БП может отключиться на 0.5 секунды. Я бы советовал заменить этот электролит на что нибудь типа 47мкФх50 В.
Если такие режимы не планируются, то можно оставить и так.
Выходная диодная сборка 100 Вольт 2х20 Ампер производства ST.
Радиатор на самом деле ровный, это он на фото так вышел:)
Так же видно пару выходных конденсаторов 1000мкФ х 35 Вольт, дроссель выходного фильтра и светодиод индикации включения блока питания.
Здесь разъем уже установили обычный, винтовой.
Хотя как по мне, для встраиваемой платы разъемы вообще вещь лишняя.
Выходные конденсаторы установлены с хорошим запасом по напряжению, это очень хорошо.
Попутно я проверил емкость и ESR этих конденсаторов, вышло так же неплохо.
Прибор показал суммарную емкость и ESR, если пересчитать на каждый в отдельности, то будет примерно 1050мкФ и 30мОм.
Конденсаторы врядли фирменные, но характеристики вполне нормальные, порадовало рабочее напряжение в 35 Вольт, Я в своих БП обычно и то применяю конденсаторы на 25 Вольт.
Ну и «что бы два раза не бегать», проверил входной электролит.
Написано 82мкФ 400 Вольт 105 градусов.
Емкость почти в норме, ESR в норме.
Производитель конденсатора Taicon.
Ну и конечно начертил схему этого блока питания. Нумерация большинства компонентов соответствует печатной плате.
Для тестирования блока питания приготовил вот такую кучку всякого разного:)
Ничего необычного:
Нагрузочные резисторы 3 штуки 10 Ом и одна наборка дающая в сумме 3 Ома (5 шт по 15 Ом включенных параллельно) + вентилятор.
Мультиметр
Бесконтактный термометр
Осциллограф
Всякие соединители и провода.
Тестирование блока питания
Процесс тестирования включал в себя последовательное увеличение нагрузки, при этом после каждого повышения нагрузки я ждал около 15 минут, потом измерял температуру основных компонентов и переходил на следующий шаг увеличения нагрузки.
Делитель осциллографа все это время был в положении 1:1.
1. Режим холостого хода. Напряжение 12.29 Вольта.
2. Подключен один резистор 10 Ом, Напряжение немного просело до 12.28 Вольта.
1. Подключено 2 резистора 10 Ом, напряжение 12.28 Вольта.
2. Подключено 3 резистора 10 Ом, напряжение 12.27 Вольта.
1. Подключена наборка сопротивлением 3 Ома + вентилятор, напряжение 12.27 Вольта
2. Наборка 3 Ома + резистор 10 Ом, напряжение 12.27 Вольта.
Небольшое замечание, при подключении нагрузки более 4 ампер БП может отключиться на 0.5 секунды и потом включится опять. Это происходит только при переходе из режима холостого хода, хотя бы небольшая нагрузка убирает этот эффект полностью.
1. Наборка 3 Ома + 2 резистора 10 Ом, напряжение 12.27 Вольта.
2. Режим максимальной нагрузки, наборка 3 Ома + 3 резистора 10 Ом, напряжение 12.27 Вольта.
Как я писал выше, в процессе тестирования я измерял температуры разных компонентов.
Измерялись температуры:
Силового транзистора
Трансформатора
Выходного диода
Первого по схеме выходного конденсатора.
Для более точных показаний измерялась температура непосредственно транзистора и диодной сборки, а не их радиаторов.
При мощности нагрузки 80 Ватт температуру измерил два раза, второе измерение было после дополнительного 10 минутного прогрева.
Резюме:
Плюсы
Качественная сборка
Довольно качественные компоненты с запасом.
Соответствие заявленным параметрам.
Отличная точность стабилизации выходного напряжения
Не вижу необходимости в доработке.
Низкая цена.
Минусы
Замечание к упаковке (минус магазину)
Не пропаяно по одному крепежному контакту на радиаторе.
Мое мнение.
Если честно, то мне этот БП понравился уже внешне на фотке магазина, и была уже некоторая уверенность в том, что я получу в итоге, но одно дело видеть, а другое - попробовать.
БП оставил положительные эмоции, отлично подойдет как встраиваемый в какое то из самодельных устройств.
Конечно не обошлось и без минусов, но они очень малы, в сравнении с плюсами.
Блок питания для обзора был предоставлен магазином banggood.
Надеюсь, что мой обзор будет полезен.
Конечно можно сказать, что я расхваливаю товар, но могу сказать, что блоками питания я занимаюсь около 15 лет, собрал за это время более 1000 штук, сколько отремонтировал и переделал, счет потерял. Потому нормальную вещь не похвалить не могу. Видел вещи и получше, особенно БП пром серии, но там и ценник другой.
Так же можно рассмотреть такого БП, но на меньшую мощность.
Небольшое замечание китайским инженерам
Блок питания показал очень хорошие результаты, но есть небольшое замечание к конструкции, вернее к печатной плате.
Трассировка некоторых цепей выполнена неправильно, и если бы была как надо, то уровень пульсаций можно было бы еще уменьшить.
Покажу на примере.
1. Как сделано в блоке питания, этот участок можно увидеть на плате, я его немного упростил для наглядности.
2. Как это можно сделать лучше без перемещения компонентов на плате
3. как сделать еще лучше, но уже с перемещением компонентов.
Дело в том, что в силовых цепях нежелательно иметь участки, где ток может течь в двух направлениях, так как это увеличивает уровень помех.
Ток должен течь только в одном направлении.
В исходном варианте по одним и тем же дорожкам сначала течет ток заряда конденсатора, потом через них же течет ток разряда.
Блок питания достаточно прост в изготовлении, если немножко разобраться с теоретической частью и понять, как он работает. Все не так сложно, как кажется. Из чего состоит блок питания на 12 вольт, с фото и примерами, а также описание его элементов и принцип работы – далее в статье.
Основные элементы и принцип действия блоков питания
Главной частью является понижающий трансформатор, причем при отсутствии его с необходимыми параметрами, то вторичная обмотка перематывается вручную и получается необходимое выходное напряжение. Посредством трансформатора происходит уменьшение напряжения сети 220 вольт до 12, идущих дальше к потребителю.
Принципиальной разницы между штатными устройствами и с перемотанной вторичной обмоткой нет, главное – правильно рассчитать сечение провода и количество его витков на обмотке.
Далее ток идет на выпрямитель. Состоит из полупроводников, например, диодов. Диодный мост, в разных схемах, может состоять из одного, двух или четырех диодов. После выпрямителя ток поступает на конденсатор, также в схеме для выдачи стабильного напряжения желательно включение стабилитрона с соответствующими характеристиками.
Трансформатор
Состоит трансформатор из сердечника, изготовленного из ферромагнетика, а также первичной и вторичной обмоток. На первичную обмотку приходит 220 вольт, а со вторичной, в данном случае, снимается 12, идущие на выпрямитель. Сердечники в данном типе блоков питания по большей части изготавливают Ш-образной и U-образной формы.
Расположение обмоток допускается как одна на другой на общей катушке, так и по отдельности. К примеру, у U-образного сердечника пара катушек, на каждую из которых намотано по половине обмоток. Выводы при подсоединении трансформатора подключают последовательно.
Как правильно рассчитать число витков
При перемотке вторичной катушки, нужно знать, какому напряжению соответствует виток. Если перематывать первичную обмотку не планируется, нет нужды рассчитывать ни сечение провода, ни его свойства. Проблема с первичной обмоткой заключается в большом количестве витков тонкой проволоки, из которой он состоит.
Для расчета вторичной обмотки, делают 10 витков и подключают трансформатор в сеть. Измеряют напряжение на выводах, после чего делят его на 10, после чего 12 делится на полученное число. Результат и будет необходимым количеством витков, причем рекомендуется увеличить его на 10% для компенсации падения напряжения.
Диоды
Выбор диодов определяется силой тока на вторичной обмотке. Для данных целей подойдут кремниевые полупроводники, только не высокочастотные, поскольку те предназначены для выполнения других задач.
Для того чтобы устройство получилось компактным, хорошим решением будет применение диодных сборок из четырех элементов. На два вывода подается питание с трансформатора, с двух других снимают выпрямленный ток.
После диодного моста настоятельно рекомендуется в схеме предусмотреть стабилитрон с подходящими параметрами, поскольку в течение дня далеко не факт, что входное напряжение будет стабильно 220 вольт. Если подать на первичную обмотку большее напряжение, то выходное тоже будет больше чем 12 вольт.
Корпус
Корпус для блока питания очень удобно делать из алюминия. Сперва собирается каркас из уголков, который затем обшивают алюминиевыми пластинками. Плюсов такого решения как минимум два – во-первых, с алюминием легко работать, во-вторых, он очень хорошо проводит тепло, что предохранит блок питания от перегрева.
Если нет желания собирать каркас самостоятельно, можно позаимствовать его от старой микроволновки. Определенные плюсы у такого решения есть – малый вес, эстетичный вид и вместительность.
Печатная плата для блока питания
Изготавливается из фольгированного текстолита, для чего производят обработку металла соляной кислотой либо аккумуляторным электролитом.
Работы проводятся в резиновых перчатках с соблюдением мер предосторожности. Металл промывают содовым раствором и наносят изображение печатной платы. Существуют специальные компьютерные программы для создания таких изображений.
Протравливают плату, опуская ее в раствор хлорного железа, либо смеси медного купороса с солью.
Монтаж элементов
По окончании протравливания, плату ополаскивают, снимают с дорожек защиту и обезжиривают. Очень тонким сверлом сверлятся отверстия в плате под элементы. Затем элементы вставляют в отверстия и подпаивают к дорожкам, после чего дорожки лудят с помощью олова.
Фото самодельного блока питания на 12 вольт
Те новички, которые только начинают изучение электроники спешат соорудить нечто сверхъестественное, вроде микрожучков для прослушки, лазерный резак из DVD-привода и так далее… и тому подобное… А что насчёт того, чтобы собрать блок питания с регулируемым выходным напряжением? Такой блок питания – это крайне необходимая вещь в мастерской каждого любителя электроники.
С чего же начать сборку блока питания?
Во-первых, необходимо определиться с требуемыми характеристиками, которым будет удовлетворять будущий блок питания. Основные параметры блока питания – это максимальный ток (I max ), который он может отдать нагрузке (питаемому устройству) и выходное напряжение (U out ), которое будет на выходе блока питания. Также стоит определиться с тем, какой блок питания нам нужен: регулируемый или нерегулируемый .
Регулируемый блок питания – это блок питания, выходное напряжение которого можно менять, например, в пределах от 3 до 12 вольт. Если нам надо 5 вольт - повернули ручку регулятора – получили 5 вольт на выходе, надо 3 вольта – опять повернул – получил на выходе 3 вольта.
Нерегулируемый блок питания – это блок питания с фиксированным выходным напряжением – его менять нельзя. Так, например, многим известный и широко распространённый блок питания «Электроника» Д2-27 является нерегулируемым и имеет на выходе 12 вольт напряжения. Также нерегулируемыми блоками питания являются всевозможные зарядники для сотовых телефонов, адаптеры модемов и роутеров. Все они, как правило, рассчитаны на какое-то одно выходное напряжение: 5, 9, 10 или 12 вольт.
Понятно, что для начинающего радиолюбителя наибольший интерес представляет именно регулируемый блок питания. Им можно запитать огромное количество как самодельных, так и промышленных устройств, рассчитанных на разное напряжение питания.
Далее нужно определиться со схемой блока питания. Схема должна быть простая, легка для повторения начинающими радиолюбителями. Тут лучше остановиться на схеме с обычным силовым трансформатором. Почему? Потому что найти подходящий трансформатор достаточно легко как на радиорынках, так и в старой бытовой электронике. Делать импульсный блок питания сложнее. Для импульсного блока питания необходимо изготавливать достаточно много моточных деталей, таких как высокочастотный трансформатор, дроссели фильтров и пр. Также импульсные блоки питания содержат больше радиоэлектронных компонентов, чем обычные блоки питания с силовым трансформатором.
Итак, предлагаемая к повторению схема регулируемого блока питания приведена на картинке (нажмите для увеличения).
Параметры блока питания:
Выходное напряжение (U out ) – от 3,3…9 В;
Максимальный ток нагрузки (I max ) – 0,5 A;
Максимальная амплитуда пульсаций выходного напряжения – 30 мВ.;
Защита от перегрузки по току;
Защита от появления на выходе повышенного напряжения;
Высокий КПД.
Возможна доработка блока питания с целью увеличения выходного напряжения.
Принципиальная схема блока питания состоит из трёх частей: трансформатора, выпрямителя и стабилизатора.
Трансформатор. Трансформатор Т1 понижает переменное сетевое напряжение (220-250 вольт), которое поступает на первичную обмотку трансформатора (I), до напряжения 12-20 вольт, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора (II). Также, по «совместительству», трансформатор служит гальванической развязкой между электросетью и питаемым устройством. Это очень важная функция. Если вдруг трансформатор выйдет из строя по какой-либо причине (скачок напряжения и пр.), то напряжение сети не сможет попасть на вторичную обмотку и, следовательно, на питаемое устройство. Как известно, первичная и вторичная обмотки трансформатора надёжно изолированы друг от друга. Это обстоятельство снижает риск поражения электрическим током.
Выпрямитель. Со вторичной обмотки силового трансформатора Т1 пониженное переменное напряжение 12-20 вольт поступает на выпрямитель. Это уже классика. Выпрямитель состоит из диодного моста VD1, который выпрямляет переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора (II). Для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямительного моста стоит электролитический конденсатор C3 ёмкостью 2200 микрофарад.
Регулируемый импульсный стабилизатор.
Схема импульсного стабилизатора собрана на достаточно известной и доступной микросхеме DC/DC преобразователя – MC34063 .
Чтобы было понятно. Микросхема MC34063 является специализированным ШИМ-контроллером, разработанным для импульсных DC/DC преобразователей. Эта микросхема является ядром регулируемого импульсного стабилизатора, который используется в данном блоке питания.
Микросхема MC34063 снабжена узлом защиты от перегрузки и короткого замыкания в цепи нагрузки. Выходной транзистор, встроенный в микросхему, способен отдать в нагрузку до 1,5 ампер тока. На базе специализированной микросхемы MC34063 можно собрать как повышающие (Step-Up ), так и понижающие (Step-Down ) DC/DC преобразователи. Так же возможно построение регулируемых импульсных стабилизаторов.
Особенности импульсных стабилизаторов.
К слову сказать, импульсные стабилизаторы обладают более высоким КПД по сравнению со стабилизаторами на микросхемах серии КР142ЕН (КРЕНки ), LM78xx, LM317 и др. И хотя блоки питания на базе этих микросхем очень просты для сборки, но они менее экономичны и требуют установки охлаждающего радиатора.
Микросхема MC34063 не нуждается в охлаждающем радиаторе. Стоит заметить, что данную микросхему можно довольно часто встретить в устройствах, которые работают автономно или же используют резервное питание. Использование импульсного стабилизатора увеличивает КПД устройства, а, следовательно, уменьшает энергопотребление от аккумулятора или батареи питания. За счёт этого увеличивается автономное время работы устройства от резервного источника питания.
Думаю, теперь понятно, чем хорош импульсный стабилизатор.
Детали и электронные компоненты.
Теперь немного о деталях, которые потребуются для сборки блока питания.
Силовые трансформаторы ТС-10-3М1 и ТП114-163М
Также подойдёт трансформатор ТС-10-3М1 с выходным напряжением около 15 вольт. В магазинах радиодеталей и на радиорынках можно найти подходящий трансформатор, главное, чтобы он соответствовал указанным параметрам.
Микросхема MC34063 . Микросхема MC34063 выпускается в корпусах DIP-8 (PDIP-8) для обычного монтажа в отверстия и в корпусе SO-8 (SOIC-8) для поверхностного монтажа. Естественно, в корпусе SOIC-8 микросхема обладает меньшими размерами, а расстояние между выводами составляет около 1,27 мм. Поэтому изготовить печатную плату для микросхемы в корпусе SOIC-8 сложнее, особенно тем, кто только недавно начал осваивать технологию изготовления печатных плат. Следовательно, лучше взять микросхему MC34063 в DIP-корпусе, которая больше по размерам, а расстояние между выводами у такого корпуса – 2,5 мм. Сделать печатную плату под корпус DIP-8 будет легче.
Дроссели. Дроссели L1 и L2 можно изготовить самостоятельно. Для этого потребуется два кольцевых магнитопровода из феррита 2000HM типоразмера К17,5 х 8,2 х 5 мм. Типоразмер расшифровывается так: 17,5 мм. – внешний диаметр кольца; 8,2 мм. - внутренний диаметр; а 5 мм. – высота кольцевого магнитопровода. Для намотки дросселя понадобиться провод ПЭВ-2 сечением 0,56 мм. На каждое кольцо необходимо намотать 40 витков такого провода. Витки провода следует распределять по ферритовому кольцу равномерно. Перед намоткой, ферритовые кольца нужно обмотать лакотканью. Если лакоткани нет под рукой, то обмотать кольцо можно скотчем в три слоя. Стоит помнить, что ферритовые кольца могут быть уже покрашены – покрыты слоем краски. В таком случае обматывать кольца лакотканью не надо.
Кроме самодельных дросселей можно применить и готовые. В этом случае процесс сборки блока питания ускориться. Например, в качестве дросселей L1, L2 можно применить вот такие индуктивности для поверхностного монтажа (SMD - дроссель).
Как видим, на верхней части их корпуса указано значение индуктивности – 331, что расшифровывается как 330 микрогенри (330 мкГн). Также в качестве L1, L2 подойдут готовые дроссели с радиальными выводами для обычного монтажа в отверстия. Выглядят они вот так.
Величина индуктивности на них маркируется либо цветовым кодом, либо числовым. Для блока питания подойдут индуктивности с маркировкой 331 (т.е. 330 мкГн). С учётом допуска ±20%, который разрешён для элементов бытовой электроаппаратуры, также подойдут дроссели с индуктивностью 264 - 396 мкГн. Любой дроссель или катушка индуктивности рассчитана на определённый постоянный ток. Как правило, его максимальное значение (I DC max ) указывается в даташите на сам дроссель. Но на самом корпусе это значение не указывается. В таком случае можно ориентировочно определить значение максимально допустимого тока через дроссель по сечению провода, которым он намотан. Как уже говорилось, для самостоятельного изготовления дросселей L1, L2 необходим провод сечением 0,56 мм.
Дроссель L3 самодельный. Для его изготовления необходим магнитопровод из феррита 400HH или 600HH диаметром 10 мм. Найти такой можно в старинных радиоприёмниках. Там он используется в качестве магнитной антенны. От магнитопровода нужно отломать кусок длиной 11 мм. Сделать это достаточно легко, феррит легко ломается. Можно просто плотно зажать необходимый отрезок пассатижами и отломить излишки магнитопровода. Также можно зажать магнитопровод в тисках, а потом резко ударить по магнитопроводу. Если с первого раза аккуратно разломить магнитопровод не получиться, то можно повторить операцию.
Затем получившийся кусок магнитопровода нужно обмотать слоем бумажного скотча или лакоткани. Далее наматываем на магнитопровод 6 витков сложенного вдвое провода ПЭВ-2 сечением 0,56 мм. Для того чтобы провод не размотался, обматываем его сверху скотчем. Те выводы проводов, с которых начиналась намотка дросселя, в последующем впаиваем в схему в том месте, где показаны точки на изображении L3. Эти точки указывают на начало намотки катушек проводом.
Дополнения.
В зависимости от нужд можно внести в конструкцию те или иные изменения.
Например, вместо стабилитрона VD3 типа 1N5348 (напряжение стабилизации – 11 вольт) в схему можно установить защитный диод – супрессор 1,5KE10CA .
Супрессор – это мощный защитный диод, по своим функциям схож со стабилитроном, однако, основная его роль в электронных схемах – защитная. Назначение супрессора – это подавление высоковольтных импульсных помех. Супрессор обладает высоким быстродействием и способен гасить мощные импульсы.
В отличие от стабилитрона 1N5348, супрессор 1.5KE10CA обладает высокой скоростью срабатывания, что, несомненно, скажется на быстродействии защиты.
В технической литературе и в среде общения радиолюбителей супрессор могут называть по-разному: защитный диод, ограничительный стабилитрон, TVS-диод, ограничитель напряжения, ограничительный диод. Супрессоры можно частенько встретить в импульсных блоках питания – там они служат защитой от перенапряжения питаемой схемы при неисправностях импульсного блока питания.
О назначении и параметрах защитных диодов можно узнать из статьи про супрессор .
Супрессор 1,5KE10C A имеет букву С в названии и является двунаправленным – полярность установки его в схему не имеет значения.
Если есть необходимость в блоке питания с фиксированным выходным напряжением, то переменный резистор R2 не устанавливают, а заменяют его проволочной перемычкой. Нужное выходное напряжение подбирают с помощью постоянного резистора R3. Его сопротивление рассчитывают по формуле:
U вых = 1,25 * (1+R4/R3)
После преобразований получается формула, более удобная для расчётов:
R3 = (1,25 * R4)/(U вых – 1,25)
Если использовать данную формулу, то для U вых = 12 вольт потребуется резистор R3 с сопротивлением около 0,42 кОм (420 Ом). При расчётах, значение R4 берётся в килоомах (3,6 кОм). Результат для резистора R3 также получаем в килоомах.
Для более точной установки выходного напряжения U вых вместо R2 можно установить подстроечный резистор и выставить по вольтметру требуемое напряжение более точно.
При этом следует учесть, что стабилитрон или супрессор стоит устанавливать с напряжением стабилизации на 1…2 вольта больше, чем расчётное напряжение на выходе (U вых ) блока питания. Так, для блока питания с максимальным выходным напряжением равным, например, 5 вольт следует установить супрессор 1,5KE6V8 CA или аналогичный ему.
Изготовление печатной платы.
Печатную плату для блока питания можно сделать разными способами. О двух методах изготовления печатных плат в домашних условиях уже рассказывалось на страницах сайта.
Наиболее быстрый и комфортный способ – это изготовление печатной платы с помощью маркера для печатных плат. Применялся маркер Edding 792 . Показал он себя с лучшей стороны. Кстати, печатка для данного блока питания сделана как раз этим маркером.
Второй метод подходит для тех, у кого в запасе есть много терпения и твёрдая рука. Это технология изготовления печатной платы корректирующим карандашом . Это, довольно простая и доступная технология пригодиться тем, кто не смог найти маркер для печатных плат, а делать платы ЛУТом не умеет или не имеет подходящего принтера.
Третий метод похож на второй, только в нём используется цапонлак - Как сделать печатную плату с помощью цапонлака?
В общем, выбрать есть из чего.
Налаживание и проверка блока питания.
Чтобы проверить работоспособность блока питания его для начала нужно, конечно же, включить. Если искр, дыма и хлопков нет (такое вполне реально), то скорее БП работает. Первое время держитесь от него на некотором расстоянии. Если ошиблись при монтаже электролитических конденсаторов или поставили их на меньшее рабочее напряжение, то они могут «хлопнуть» - взорваться. Это сопровождается разбрызгиванием электролита во все стороны через защитный клапан на корпусе. Поэтому не торопитесь. Подробнее об электролитических конденсаторах можно почитать . Не ленитесь это прочитать – пригодиться не раз.
Внимание! Во время работы силовой трансформатор находиться под высоким напряжением! Пальцы к нему не совать! Не забывайте о правилах техники безопасности . Если надо что-то изменить в схеме, то сначала полностью отключаем блок питания от электросети, а потом делаем. По-другому никак – будьте внимательны!
Под занавес всего этого повествования хочу показать готовый блок питания, который был сделан своими руками.
Да, у него ещё нет корпуса, вольтметра и прочих «плюшек», которые облегчают работу с таким прибором. Но, несмотря на это, он работает и уже успел спалить офигенный трёхцветный мигающий светодиод из-за своего бестолкового хозяина, который любит безбашенно крутить регулятор напряжения . Желаю и вам, начинающие радиолюбители, собрать что-нибудь похожее!
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.
Определение
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.
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.
Выходное напряжение
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 в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:
Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:
Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста - 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 , 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.
Сглаживание пульсаций
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 - 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.
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 , 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).
C=3200*Iн/Uн*Kп,
Где Iн - ток нагрузки, Uн - напряжение нагрузки, Kн - коэффициент пульсаций.
Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.
Как сделать блок питания своими руками?
Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:
1. Трансформатор;
3. Конденсатор.
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 , 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 , 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, подробнее об этом мы писали . 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.
С тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.
Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:
Заключение
Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.
Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.
По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.
Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.
Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.
Блок питания 12 Вольт позволит осуществить питание практически любой бытовой техники, включая даже ноутбук. Обратите внимание на то, что на вход ноутбука подается напряжение до 19 Вольт. Но он прекрасно будет работать, если провести запитку от 12. Правда, максимальный ток составляет 10 Ампер. Только до такого значения потребление доходит очень редко, среднее держится на уровне 2-4 Ампер. Единственное, что следует учесть - при замене стандартного на самодельный использовать встроенную батарею не получится. Но все равно блок питания на 12 вольт идеально подходит даже для такого устройства.
Параметры блока питания
Самые главные параметры любого блока питания - это выходное напряжение и ток. Зависят их значения от одного - от используемого провода во вторичной обмотке трансформатора. О том, как провести выбор его, будет рассказано немного ниже. Для себя вы должны заранее решить, для каких целей планируется использовать блок питания 12 Вольт. Если необходимо запитывать маломощную аппаратуру - навигаторы, светодиоды, и прочее, то вполне достаточно на выходе 2-3 Ампер. И то этого будет много.
Но если вы планируете с его помощью осуществлять более серьезные действия - например, заряжать автомобиля, то потребуется на выходе 6-8 Ампер. Ток зарядки должен быть в десять раз меньше емкости АКБ - это требование обязательно учитывается. Если же возникает необходимость в подключении приборов, напряжение питания которых существенно отличается от 12 Вольт, то разумнее установить регулировку.
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.
Изготовление выпрямителя
Что такое выпрямитель и для чего он нужен? Это устройство на полупроводниковых диодах, которое является преобразователем. С его помощью превращается в постоянный. Для анализа работы выпрямительного каскада нагляднее использовать осциллограф. Если на перед диодами вы увидите синусоиду, то после них окажется практически ровная линия. Но мелкие куски от синусоиды все равно останутся. От них избавитесь после.
К выбору диодов стоит отнестись с максимальной серьезностью. Если блок питания на 12 Вольт будет использоваться в качестве зарядчика аккумулятора, то потребуется использовать элементы, у которых величина обратного тока до 10 Ампер. Если же намерены осуществлять питание слаботочных потребителей, то вполне достаточно окажется мостовой сборки. Вот тут стоит остановиться. Предпочтение стоит отдавать схеме выпрямителя, собранного по типу мост - из четырех диодов. Если применить на одном полупроводнике (однополупериодная схема), то КПД блока питания уменьшается практически вдвое.
Блок фильтров
Теперь, когда на выходе имеется постоянное напряжение, то необходимо, чтобы питания на 12 Вольт была немного усовершенствована. Для этой цели нужно использовать фильтры. Для питания бытовой техники достаточно применить LC-цепочку. О ней стоит рассказать более подробно. К плюсовому выходу выпрямительного каскада подключается индуктивность - дроссель. Ток должен проходить через него, это первая ступень фильтрации. Далее идет вторая - электролитический конденсатор с большой емкостью (несколько тысяч микрофарад).
После дросселя к плюсу подключается электролитический конденсатор. Второй его вывод соединяется с общим проводом (минусом). Суть работы электролитического конденсатора в том, что он позволяет избавиться от всей переменной составляющей тока. Помните, на выходе выпрямителя оставались небольшие кусочки синусоиды? Вот, именно от нее нужно избавиться, иначе блок питания 12 Вольт 12 Ампер будет создавать помеху для устройства, подключаемого к нему. Например, магнитола или радиоприемник будет издавать сильный гул.
Стабилизация напряжения на выходе
Для осуществления стабилизации выходного напряжения можно воспользоваться одним всего полупроводниковым элементом. Это может быть как стабилитрон с напряжением рабочим 12 Вольт, так и более современные и совершенные сборки типа LM317, LM7812. Последние рассчитаны на стабилизацию напряжения на уровне 12 Вольт. Следовательно, даже при условии, что на выходе выпрямительного каскада 15 Вольт, после стабилизации останется всего 12. Все остальное уходит в тепло. А это значит, что крайне важно устанавливать стабилизатор на радиатор.
Регулировка напряжения 0-12 Вольт
Для большей универсальности прибора стоит воспользоваться несложной схемой, которую можно соорудить за несколько минут. Такое можно воплотить при помощи ранее упомянутой сборки LM317. Только отличие от схемы включения в режиме стабилизации будет небольшое. В разрыв провода, который идет на минус, включается 5 кОм. Между выходом сборки и переменным резистором включено сопротивление около 220 Ом. А между входом и выходом стабилизатора защита от обратного напряжения - полупроводниковый диод. Таким образом, блок питания 12 Вольт, своими руками собранный, превращается в многофункциональное устройство. Теперь остается только произвести сборку его и градуировку шкалы. А можно и вовсе на выходе поставить электронный вольтметр, по которому и смотреть текущее значение напряжения.