Меню

Возможно ли изготовление источников питания с номиналами выходного напряжения большего чем входное

Конструирование импульсных источников питания – ЧАСТЬ 1

Ю. Владимиров, Москва

Любому электронному устройству необходим источник питания. Для большинства электронных устройств, питающихся от сети 220 В, этот источник должен удовлетворять следующим требованиям:

• гальванически развязать первичную и вторичные цепи;

• выдавать одно или несколько стабилизированных напряжений, причем эти напряжения должны оставаться в пределах нормы при возможных колебаниях напряжения питающей сети и изменениях нагрузки;

• быть защищенным от перегрузок и ; коротких замыканий и автоматически восстанавливать работоспособность при снятии перегрузки;

• не создавать бросков тока в питающей сети при включении или выключении;

• не быть источником помех;

• иметь высокий КПД, что снимает проблемы с отводом тепла; , быть по возможности простым в изготовлении и настройке;

Классический предельно простой линейный стабилизатор является приемлемым решением этой проблемы при выходных токах до сотен мА. Но если требуется выходной ток 1 А и более, то начинаются сложности. КПД линейного стабилизатора редко превышает 50%. При выходном напряжении 5 В и токе 3 А такой стабилизатор рассеивает до 15 Вт — поэтому приходится применять дорогие, громоздкие и тяжелые радиаторы, усложнять конструкцию и т. д.

В настоящее время широко используются импульсные источники питания. В них сетевое напряжение выпрямляется, преобразуется в короткие импульсы, следующие с большой частотой, и в таком виде подаются на трансформатор. Формирование импульсов выполняется транзисторными ключами, что обеспечивает малые потери мощности. Частота преобразования выбирается обычно в пределах десятков-со-

тен кГц. При этом трансформатор оказывается во много раз меньше, чем при частоте сети 50 Гц. После трансформатора напряжение вторичной обмотки выпрямляется и выдается в нагрузку. В таком преобразователе достаточно просто осуществить стабилизацию выходного напряжения за счет изменения длительности формируемых импульсов посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Реально достижимый КПД при этом достигает 90%. Широкий выбор сравнительно недорогих специализированных микросхем для импульсных источников позволяет снизить их стоимость.

К сожалению, в литературе практически нет простых и ясных методик и рекомендаций, позволяющих грамотно проектировать импульсные источники питания. Настоящая статья — это попытка в какой-то степени заполнить пробел. В первую очередь она адресована тем, кто впервые решил изготовить импульсный источник, а также тем, кому некогда разбираться в дебрях теории, а нужен готовый результат. Для чтения статьи требуются знания физики и электроники в объеме средней школы (при условии, конечно, что человек читал «Радио», «Схемотехнику» и прочие подобные издания). При написании основной упор делался не на создание глобальных теорий, а на получение рабочих формул, удобных для инженерного проектирования. Помимо расчетного материала, приводится много практических рекомендаций, основанных на опыте проектирования и изготовления подобных типов источников.

В статье рассматривается самый распространенный класс импульсных источников — обратноходовые преобразователи.

1. Краткая теория работы обратноходовых преобразователей

Основу каждого импульсного источника питания составляет импульсный преобразователь. Импульсный преобразователь — это устройство, в котором входное напряжение посредством периодического замыкания и размыкания силовых ключей превращается в импульсы с достаточно высокой частотой следования (обычно десятки кГц и более). Далее импульсы передаются через импульсный трансформатор во вторичную цепь и выпрямляются. Все силовые элементы импульсного преобразователя работают в ключевом режиме «включен/выключен», поэтому, в отличие от линейных схем, потери невелики, и достигается высокий КПД. Стараниями тысяч разработчиков наработано великое множество типов импульсных преобразователей — однотактные, двухтактные и мостовые, с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ), с возвратными обмотками и без таковых и еще множество других. ДАя преобразователей с выходной мощностью до 100 Вт чаще всего используются однотактные схемы, поскольку для их реализации, кроме схемы управления, требуется всего один мощный транзистор. Существуют две основных схемы однотакгных преобразователей — прямоходовой и обратноходовой преобразователь. Наибольшее распространение получил обратноходовой преобразователь.

Рис. 3.2. Форма напряжений и токов обратноходового преобразователя

Рис. 3.1. Упрощенная схема обратноходового преобразователя

В нем передача энергии в цепь нагрузки осуществляется при разомкнутом состояния ключа («на обратном ходе цикла»). При замкнутом ключе («прямой ход») осуществляется накопление энергии в магнитном поле сердечника. В прямоходовом преобразователе передача энергии в выходную цепь происходит «на прямом ходе цикла» — при замкнутом состоянии ключа.

Упрощенная схема обратноходового преобразователя приведена на рис. 3.1. Форма напряжений и токов показана на рис. 3.2.

Схема состоит из ключа S, трансформатора Тр, диода VD и конденсатора фильтра Сф. Ключ S периодически замыкается и размыкается с периодом переключения Т. Время замкнутого состояния — tp. Первичная обмотка трансформатора Тр содержит п, витков и имеет индуктивность L1. Вторичная — соответственно п2 и L2. Потери в трансформаторе пренебрежи-

мо малы. Чтобы излишне не усложнять анализ работы преобразователя положим, что диод D открывается и закрывается мгновенно и имеет нулевое прямое падение напряжения, а конденсатор Сф имеет такую большую емкость, что за период переключения Т он не успевает заметно перезарядиться, т. е. напряжение на нем практически не изменяется. Положим, что переходные процессы закончились и конденсатор С заряжен до напряжения U^,.

За время открытого состояния ключа tp приращение тока ключа dl, будет равно

При замыкании ключа S через него начинает протекать ток, который увеличивается по закону

Обмотки намотаны таким образом, что напряжение U2 на вторичной обмотке трансформатора при открытом ключе отрицательное. Поэтому диод D закрыт, и ток в цепи вторичной обмотки не течет. При этом в магнитном поле сердечника трансформатора запасается энергия

Когда ключ S размыкается, напряжение на вторичной обмотке становится положительным, напряжение U2 на аноде диода становится положительным, диод D открывается и через него начинает протекать ток Id. Запасенная в магнитном поле энергия передается через диод в нагрузку и конденсатор С:

Запасенная энергия выдается в цепь нагрузки через вторичную обмотку, которая при разомкнутом ключе подключена только к нагрузке (через диод). Первичная обмотка при этом разомкнута и не влияет на вторичную. То есть оказывается, что трансформатор на «обратном ходе» вовсе не трансформатор, а просто индуктивность L2, в магнитном поле которой запасена энергия Е*,, и эта индуктивность отдает запасенную энергию в нагрузку. Говоря проще — трансформатор на «обратном ходе» превращается в дроссель с индуктивностью, равной индуктивности вторичной обмотки. Это одно из достоинств обратноходового преобразователя по сравнению с прямоходовым — в последнем в цепи выпрямительного диода обязательно должен быть включен дроссель. Это достоинство особенно становится заметным, если пре- •^рюсгкйель вырабатывает несколько выходных напряжений и имеет несколько вторичных обмоток и несколько выпрямителей.

Но вернемся к описанию работы обратноходового преобразователя. В установившемся режиме

т. е. сколько энергии запасено магнитным полем за время открытого состояния ключа, столько и передается в нагрузку за время закрытого состояния ключа. Подставляя 1.3 и 1.4 в 1.5 и учитывая, что

нетрудно получить выражения для выходного напряжения UBbIX и напряжения ир (рис. 3.2, а):

! В формулах 1.7,1.8 введена величина рабочего циклакото-

| рая будет использоваться далее. Следует особо отметить, что выходное напряжение иш прямо зависит от величины «добавки напряжения» Up, а не от входного напряжения U„. Изменяя величину рабочего цикла D (т. е. изменяя относительною ширину импульса тока ключа), можно изменять выходное напряжение иш.

Читайте также:  Сглаживает пульсации выпрямленного напряжения

Далее можно вывести выражения для токов. Введем понятия среднего импульсного тока ключа 1„ и среднего импульсного тока диода 1* (рис. 3.2, а). Для этих токов справедливы отношения:

Отсюда средний импульсный ток ключа S:

Средний ток, потребляемый от источника Un:

Средний импульсный ток диода:

Источник: Под редакцией А. Я. Грифа, Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с.: ил. – (Серия «СОЛОН – РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ», вып. 23)

Источник



Линейные блоки питания: простота конструкции и ремонта

Линейные блоки питания-01

Линейные блоки питания — это источник питания, не содержащий никаких коммутационных или цифровых компонентов. Он обладает некоторыми замечательными характеристиками по сравнению с импульсными блоками питания, такими как очень низкий уровень шума и пульсаций, невосприимчивость к помехам от сети, простота, надежность, простота конструкции, расчета и ремонта.

БП также могут генерировать как очень высокие напряжения (тысячи вольт), так и очень низкие напряжения (менее 1V). Линейные блоки питания могут легко генерировать несколько выходных напряжений. С другой стороны, они большие по размеру, тяжелые и требуют большего теплоотвода. Линейные источники питания существуют уже несколько десятилетий, были созданы задолго до появления полупроводников.

Что такое линейные блоки питания

Линейные блоки питания-1

Линейные блоки питания могут быть фиксированными, например, как источник питания 5V, который может потребоваться для логической схемы, или несколько фиксированных блоков питания, необходимых для ПК (+5, +12 или -12V). На настольном лабораторном блоке питания вы можете использовать источник переменного тока. В дополнение к одиночным источникам вы также можете получить двойные схемы питания, например, для схем операционного усилителя ±15V, и даже БП двойного контроля, которые синхронизированы по напряжению друг с другом.

Принципиальная схема

Некоторые примеры:

  • +5V логические и микропроцессорные схемы
  • +12V LED освещение, общая электроника
  • Схемы операционного усилителя ±15V
  • Стендовое испытательное питание 0-30V
  • +14,5V зарядное устройство
  • В этой статье мы рассмотрим отдельные компоненты блока питания, а затем с нуля разработаем небольшой блок питания 12V и регулируемый двойной блок питания 1–30V.

    Компоненты линейного блока питания

    • Секция ввода сети содержит компоненты подключения к электросети, обычно выключатель, предохранитель и контрольную лампочку. Используйте хорошее заземление и изолируйте все силовые части внутренней проводки изоляционным материалом для защиты от случайного контакта.
    • Трансформатор выбирают в соответствии с требуемым выходным напряжением и эффективно изолирует все другие цепи от сетевых контактов. Трансформатор может иметь несколько отводов первичной обмотки, чтобы обеспечить различное входное напряжение сети, и несколько отводов вторичной обмотки, соответствующих требуемому выходному напряжению. Кроме того, между отводами первичной и вторичной обмоток имеется экран из медной фольги, который способствует уменьшению емкостной связи с высокочастотным сетевым шумом.

  • Выпрямитель может быть таким же простым, как одинарный диод (не подходит), двухполупериодный мост с центральным ответвлением или двухполупериодный мост. Следует использовать выпрямительные диоды более мощные, чем рассчитывалось. По моему опыту ремонта многих неисправных блоков питания, проблемы обычно возникают из-за выхода из строя диода, которые горят либо из-за слишком большого тока, либо из-за скачков напряжения в сети.
  • Учитывая это, выберите диод с высоким PIV (пиковое обратное напряжение). При установке диодов держите выводы на длинной стороне, так как именно здесь рассеивается большая часть их тепла. В высоковольтных источниках питания часто встречаются небольшие конденсаторы, подключенные параллельно диодам, чтобы помочь им быстрее восстанавливаться.
  • Конденсатор является постоянно работающим компонентом и должен заряжаться до пика вторичного напряжения (Vsec*1,414), а затем быстро отдавать накопленную энергию в нагрузку. Конденсаторы из алюминиевой фольги представляют собой рулон бумаги из алюминия, заполненный маслом. Однако, они имеют свойство со временем высыхать и, как следствие, терять свою емкость. Если возможно, разместите их подальше от источников тепла при компоновке.
  • Танталовые конденсаторы имеют гораздо более низкое последовательное сопротивление (эквивалентное последовательное сопротивление), поэтому лучше справляются с пульсациями. Вы можете использовать их в цепи регулятора. При разводке схемы, старайтесь свести все заземления в одну точку. Регулятор также должен иметь небольшой выходной ток, когда он не находится под нагрузкой; 1кОм будет достаточно.
  • На рисунке ниже зеленая кривая представляет собой то, как форма волны выглядела бы без конденсатора, а красная форма волны — это «заряд» конденсатора на каждом полупериоде, а затем разряд из-за тока нагрузки. Результирующая форма волны — это пульсирующее напряжение.

    линейные блоки питания-4

  • Регулятор бывает разных типов: последовательный, шунтирующий, простой и сложный. Будет отдельная статья о регуляторах, но в этом руководстве мы сосредоточимся на разработке двух простых регуляторов на основе интегральной микросхеме с фиксированным регулятором 7812 и регулируемым регулятором LM317.
  • Линейные блоки питания — проектирование

    Разработка линейного блока питания похожа на чтение на иврите: вы начинаете с конца и продвигаетесь к началу. Ключевая спецификация — это напряжение на выходе, которое мы хотим иметь, и какую величину тока мы можем получить от него без падения напряжения. В этом проекте давайте нацелимся на 12V при токе 1 А и 3V на регуляторе. У любого регулятора должна быть определенная необходимая разница между входным и выходным напряжениями для правильной работы. Если не указано иное, предположите, что это минимум 3V. Некоторые из используемых здесь регуляторов рассчитаны только на 2V.

    линейные блоки питания-5

    Если на выходе нам нужно 12V, то на конденсаторе нужно 12 + 3 = 15V. Теперь, когда этот конденсатор заряжается и разряжается, в нем должна присутствовать переменная составляющая, то есть пульсация напряжения. Чем больше ток, потребляемый конденсатором, тем хуже пульсации, и это тоже нужно учитывать. При выборе значения 10%, т.е. 1,2V (размах), ограничение рассчитывается следующим образом:

    формула.1

    где f равно 50 или 60 в зависимости от частоты вашей сети. Следовательно, нам необходимы:

    фрмула.2

    Это возвращает нас к диодам. Поскольку диоды подают не только ток нагрузки, но и ток заряда конденсатора, они будут использовать больший ток.

    В двухполупериодном мосту ток составляет 1,8*I нагрузки. На центральном отводе, это 1,2*I нагрузки. Учитывая это, мы должны использовать диоды не менее 2 А.

    Теперь мы переходим обратно к вторичной обмотке трансформатора и ее удельному напряжению. В любой надежной системе мы должны учитывать допуски. Если мы будем следовать только минимальным требованиям к конструкции, вход регулятора может упасть ниже уровня падения напряжения, что окажет значительное влияние на сеть. В коммерческих проектах обычно указывается ± 10%, поэтому, если у нас напряжение 230 В, это означает, что оно может упасть до 207V.

    Таким образом, необходимое напряжение на вторичной обмотке будет следующим:

    где 0,92 — КПД трансформатора, а 0,707 — 1/√2.

    Vreg — падение напряжения регулятора, Vrect — падение напряжения на 2 диодах, которое составляет 2*0,7 для цепи центрального отвода и 4*0,7 для полного моста. Пульсации напряжения V было указано как 10% от 12V или 1,2V, поэтому:

    Читайте также:  Каким напряжением испытывается электрооборудование

    БП-6

    Это означает, что готового трансформатора на 15V должно хватить. Бывает, что вы не можете найти подходящий трансформатор, но есть в наличии другой, с более высоким напряжением. Обратной стороной этого является то, что на стабилизаторе будет более высокое напряжение и, как следствие, большая мощность, рассеиваемая его радиатором.

    Последнее, что нужно сейчас указать, — это габаритная мощность трансформатора в ВА. Это простая и распространенная ошибка — думать, что ВА будет Vsec*Iload, т.е. 15*1 = 15VA. Но мы не должны забывать, что трансформатор также заряжает конденсатор, поэтому в зависимости от конфигурации, нагрузка 1,2 или 1,8*I означает большую разницу, то есть 1,8*1*15 = 27 ВА.

    На этом конструирование завершается. А как насчет предохранителя? Это целая наука, но для этого простого блока питания я бы оценил его в 2 раза больше первичного входного тока. Таким образом, в данном случае ВА равно 27, а напряжение сети составляет 230V, а I=2*27/230 = 250 мА.

    Теперь мы можем добавить в регулятор последние несколько компонентов:

    линейные блоки питания-7

    Для C1 мы рассчитали его на 4200 мкФ. Но поскольку регулятор удалит большую часть пульсации, она может быть меньше или вдвое меньше той, что составляет 2200 мкФ. Назначение C2 и C3 — обеспечение стабильности и помехоустойчивости регулятора. Конденсаторы C2 10 мкФ и C1 1 мкФ. В идеале эти емкости должны быть танталового типа, но если вы вынуждены использовать алюминий, вам следует удвоить значение.

    Шунтирующим диодом D3 часто пренебрегают, но он важен. Если произойдет короткое замыкание на входе регулятора, любая накопленная емкость в нагрузке Vcc, включая C3, разрядится на заднюю часть регулятора и, возможно, спалит его. Но D3 спасает от такой ситуации.

    Теперь давайте заменим фиксированный регулятор на регулируемый на основе популярного и простого в использовании LM317 и добавим дополнительную отрицательную версию LM337, чтобы сформировать двойной регулируемый блок питания. Обратите внимание, что мы использовали трансформатор с центральным отводом, а также полный мостовой выпрямитель. Следующие примечания в равной степени относятся к отрицательной половине блока питания. Единственное, что осталось рассчитать — это R6 и R7.

    Если вы сделаете R6 = 220, тогда для любого напряжения между Vmax и Vmin, R7 = (176*Vout) — 220. Итак, если вы хотите 9V, R7 будет 176*9 — 220 = 1k4. Вы также можете использовать двойной подстроечный резистор от 5 до 10kОм (линейный) для одновременной регулировки обеих сторон. Трансформатор с вторичной обмоткой 25/0/25 подойдет. C8 и C9 обеспечивают помехоустойчивость и могут составлять 10 мкФ. C10 и C11 — 1 мкФ, а C4 и C7 — 1000 мкФ. Минимальное выходное напряжение составляет около 1,25V.

    Источник

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Определение

    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.

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

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

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

    2. Выпрямитель со средней точкой.

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    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 фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    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.

    Читайте также:  Силу напряжения бортовой сети

    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 электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

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

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

    Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

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

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

    Как сделать блок питания своими руками?

    Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    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.

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

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

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    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:

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

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

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

    Регулируемые блоки питания

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

    Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

    Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

    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

    Источник