Мощные стабилизатор на 12 вольт. Список элементов схемы регулируемого блока питания на LM317
На 1-2 ампера, но более высокий ток получить уже проблематично. Здесь будет описан блок питания повышенной мощности, на стандартное напряжение 13,8 (12) вольт. Схема на 10 ампер, но можно это значение увеличить ещё. В схеме предлагаемого БП нет ничего особенного, за исключением того, что, как показали испытания, она способна выдавать ток до 20 Ампер кратковременно или 10A непрерывно. Для дальнейшего повышения мощности используйте больший трансформатор, выпрямитель диодного моста, более высокую ёмкость конденсаторов и количество транзисторов. Схема блока питания для удобства показана на нескольких рисунках. Транзисторы не обязательно ставить строго те, что в схеме. Были использованы 2N3771 (50В, 20А, 200W) потому, что их много в наличии.
Регулятор напряжения работает в небольших пределах, от 11 В до 13,8 при полной нагрузке. С напряжением холостого хода значение 13,8в (номинальное напряжение батареи 12В), выход упадет на 13,5 около 1.5A, и 12.8В около 13А.
Выходные транзисторы подключены параллельно, с 0,1 ом 5 ватт проволочными резисторами в эмитерных цепях. Чем больше транзисторов, которые вы используете, тем выше пиковый ток возможно снять со схемы.
Светодиоды покажут неправильную полярность, а реле заблокирует стабилизатор БП от выпрямителей. Тиристор большой мощности BT152-400 открывается при перенапряжении и берёт удар тока на себя, приводя к сгоранию предохранителя. Не думайте что симистор сгорит первым, BT152-400R может выдерживать до 200А в течение 10 мс. Данный источник питания может служить и в качестве зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, но во избежании инцедентов, не нужно оставлять АКБ на долгое время подключенным без присмотра .
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.
Это то, как все изменилось. Регулятор напряжения имеет возможность сглаживания пульсации 3 В до менее 1 мв. В то же время он способен доставлять 1 ампер. Еще пять блоков питания с некоторыми полезными заметками от Билла Боудена. Переменный источник питания от 7в до 24 В с регулируемым током от 50 мА до 2 ампер с использованием дискретных компонентов - идеально подходит как запасное устройство. Если вы добавите два диода, напряжение снизится до 0В.
Однако этого должно быть достаточно, чтобы охватить эту тему. Это самый дешевый и простой в использовании. Некоторые из них довольно большие и громоздкие и позволяют использовать только одну точку питания, когда имеется двойная точка питания. Последняя версия представляет собой пакет обновления режима коммутатора. Пакет работает полностью прохладно, так как он эффективен более чем на 85%. Так происходит пакет плагинов. Существует также версия с 5 ампер. Это превосходит трансформатор «руки вниз».
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.
Это в идеальных условиях
Следующим этапом в конструкции источника питания будет режим переключения. Как правило, всегда рекомендуется увеличить мощность электропитания и не превышать 70% максимальной мощности производителя.
Электрическая схема имеет мало комментариев
Электролитические конденсаторы и выпрямитель не включены в диаграмму и будут установлены отдельно. Для электролитических конденсаторов мы выбрали два конденсатора емкостью 700 мкФ параллельно, которые составляют в сумме 400 мкФ.Мы разместили их рядом с печатной платой и в вертикальном положении
Что касается выпрямителя, его можно зафиксировать либо на охлаждающем ребрах, либо на основании металлической коробки. Отрицательный полюс выпрямителя также должен быть подключен к шасси коробки, чтобы избежать напевания. Интегрированный регулятор и силовой транзистор не являются таковыми в схеме, но их соединения. Поэтому при проектировании пластины их отверстия, по-видимому, помещают их под печатную плату . Отдельная глава заслуживает сопротивления датчика.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.
Вы можете увидеть характеристики сопротивления
Если вы не собираетесь использовать наши, вы не можете подключить это сопротивление. Задача этого сопротивления заключается в создании разности потенциалов между его концами в зависимости от тока, подаваемого источником питания. Абсолютно необходимо зафиксировать тело сопротивления охлаждающему плавнику, иначе он будет разрушен теплом. Значение сопротивления составляет 10 Ом и 30 Вт мощности, с допуском 1%, жемчужиной.
Представьте, что блок питания подает 1 ампер
Конечно, некоторые недостатки должны были иметь, а именно, что напряжения, задаваемые источником питания, должны быть измерены до прохождения сопротивления, поэтому погрешность измерения вольт будет составлять 1 вольт на ампер. И это максимальная погрешность измерения фактического измерения напряжения 1-вольтового источника питания, когда мы принимаем 10 ампер.Давайте посмотрим на электрическую схему
То, что больше всего привлекает внимание электрической схемы , - ее нижняя часть. Мы разработали систему «предустановок» или выбор трех напряжений с помощью кнопки. Для этого мы адаптировали наш. Подключенные к реле 2 переменные резисторы и разъем, который перейдет к потенциометру управления, расположенному на передней панели, чтобы изменить напряжение.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)
Конструкция печатной платы
Мы создали «пресет» с 12 и 5 вольтами, которые являются напряженностью, которую мы используем больше всего. Таким образом, при нажатии один раз у нас есть 12 вольт, другая пульсация 5 вольт, другая пульсация, и мы меняем напряжение с помощью потенциометра. Мы сделали массовый план, так что наибольшая возможная часть меди покрыта отрицательным полюсом. В источниках питания это удобно, чтобы не напевать. Наш учебник. По всей видимости, вокруг схемы есть только две линии, красные на «верхнем» лице и синие на «нижней» поверхности. Когда вы нажмете на значок, массовая плоскость будет создана с обеих сторон. Источник питания, который мы описали, интегрирован и адаптирован для. Эта схема позволяет нам контролировать температуру источника питания и активировать вентилятор, когда зонд превышает запрограммированные нами градусы. Для измерения температуры мы можем поместить зонд или внутри коробки, измеряя температуру окружающей среды или, еще лучше, в контакте с охлаждающим ребрами. Кроме того, и как мы разместили выпрямитель под охлаждающим ребрами, он также проветрит его. И, конечно же, перемещение воздуха изнутри наружу будет также охлаждать остальные компоненты.
Сборка не будет полной без «элегантного» зажигания и остановки
Наконец, мы установили два предохранителя для защиты компонентов от возможных коротких замыканий или перенапряжений. Один из 10 ампер для выходного тока и другой из 8 ампер для ввода переменного тока в источник питания.Некоторые фотографии готовой сборки
Задняя часть переменного источника питания 10 ампер уже завершена. Передняя часть блока питания уже завершена, с рабочим дисплеем. Деталь многофункционального дисплея. Фотогальваническая система Устройство батареи Применение с использованием энергии.Что мы понимаем под оптимизацией
Солнечная батарея, как и батарея, по своей природе не «умна».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.
Большинство солнечных панелей предназначены для теоретического создания тока с номинальным напряжением 12 вольт. Фактически, большинство этих панелей могут создавать ток, напряжение которого колеблется между 16 вольтами и 36 вольтами. Проблема заключается в том, что аккумулятор обычно работает с номинальным напряжением 12 вольт. Точнее между 10, 5 В и 12, 7 В в зависимости от его состояния заряда. Для полной зарядки аккумулятора при зарядке требуется 13, 2 вольта при 14, 2 вольта.
Эти значения существенно отличаются от номинальных значений , создаваемых большинством фотоэлектрических солнечных панелей. Пример: рассмотрим, что у нас есть панель 120 Вт. Панель производит 120 Вт под определенным напряжением и током. Почему 120 Вт не равны 120 Вт?
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.
Вопрос: Что произойдет, если вы подключите эту же панель 120 Вт к вашей батарее? Ответ: Вы не получите 120 Ватт! Ваша панель обеспечивает интенсивность 7, 1 ампер. Ваша батарея заряжается на 12 вольт. Отсутствующие 35 ватт не уходили в природе. Они просто не были подготовлены панелью. Действительно, панель и батарея не подходили «умным», чтобы нормально работать вместе.
Это еще хуже с низкой батареей и, следовательно, обеспечивает около 10, 5 вольт. Затем вы можете потерять более 35% ожидаемой мощности. Панель 120 Вт способна производить 120 Вт в очень специфических солнечных и температурных условиях. Если температура панели высокая, у вас не будет 17 вольт. Вы получите меньше 15 вольт в жарких зонах. Если вы начнете с панели, содержащей менее 15 вольт, у вас возникнет проблема, потому что напряжения недостаточно для зарядки аккумулятора.
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.
Прежде всего, мы должны избегать путаницы вокруг термина «отслеживание» или «исследование». Термин «отслеживание панели» используется для описания мобильных механических систем, на которых могут монтироваться солнечные панели. Эти мобильные опоры предназначены для «следования» курсу солнца, чтобы оптимизировать угол наклона панели против солнечных лучей в течение дня. Эти системы работают по тому же принципу, что и подсолнечники, и позволяют добиться повышения энергоэффективности порядка 15% зимой и до 35% летом.
Поиск максимальной точки питания полностью выполняется в электронном виде, без какого-либо устройства или механической системы. Затем он вычисляет максимальный уровень мощности, который. Панель может доставлять аккумулятор, который батарея может принимать. . Из этого значения мощности он определяет наиболее подходящее напряжение, чтобы иметь максимальные ампер в батарее.
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.
Имейте в виду, что аккумуляторные усилители являются наиболее важными. Фактические выгоды могут сильно различаться в зависимости от погоды, температуры, состояния заряда батареи и других факторов. Представим себе, что уровень заряда батареи низкий, скажем, около 11, 5 вольт.
Теперь вы получаете 120 ватт по прибытии. В идеале, чтобы добиться 100-процентной эффективности при преобразовании, вы должны иметь 10 А при напряжении 11, 5 вольт. Но вы должны включить аккумуляторное устройство с более высоким напряжением, чтобы заставить заряд усилителя зарядиться в аккумуляторном устройстве.
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.
График максимальной точки питания. Зеленая кривая имеет пик, соответствующий максимальной точке мощности. Красная кривая имеет «классический» хребет. В условиях очень холодной погоды панель 120 Вт способна производить более 130 Вт, потому что чем ниже температура, тем выше выходная мощность. С другой стороны, при очень жарких температурных условиях, чем выше температура, тем ниже мощность, создаваемая панелью.
Ищете максимальную точку питания?
Короче говоря, когда можно восстановить больше мощности. Этот блок потребляет мощность постоянного тока в солнечных батареях, преобразует его в высокочастотный источник переменного тока и преобразует его обратно в постоянный ток , напряжение и интенсивность которого полностью соответствуют аккумулятору.
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.
Преимущество высокочастотных схем заключается в том, что они могут быть спроектированы с очень эффективными трансформаторами небольшого размера. Эти регуляторы повышают эффективность панелей, но их эффективность очень изменчива. Бывает, что они теряют свою силу, что приводит к очень плохим результатам. Иногда это может произойти, если облако проходит над солнечными батареями. Затем линейная схема ищет следующую точку питания, оседает на ней, но не может вернуться к предыдущей точке, когда облако исчезает и солнце возвращается.
«Интеллектуальные» силовые поисковые системы
К счастью, это происходит не слишком часто. Эти системы действительно не требуют «интеллекта», за исключением фазы преобразования во время управления выходом. Интенсивность солнечного излучения, внешняя температура - напряжение аккумуляторного устройства. Они могут прерывать питание в течение нескольких микросекунд, чтобы проанализировать устройство питания и аккумуляторное устройство, чтобы внести необходимые корректировки.
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 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.
24.06.2015Представляем мощный стабилизированный блок питания на 12 В. Он построен на микросхеме стабилизатора LM7812 и транзисторах TIP2955, что обеспечивает ток до 30 А. Каждый транзистор может давать ток до 5 А, соответственно 6 транзисторов обеспечат ток до 30 А. Можно изменением количества транзисторов и получить желаемое значение тока. Микросхема выдает ток около 800 мА.
На его выходе установлен предохранитель в 1 А для защиты от больших переходных токов. Нужно обеспечить хороший теплоотвод от транзисторов и микросхемы. Когда ток через нагрузку большой, мощность рассеиваемая каждым транзистором также увеличивается, так что избыточное тепло может привести к пробою транзистора.
В этом случае для охлаждения потребуется очень большой радиатор или вентилятор. Резисторы 100 Ом используются для стабильности и предотвращения насыщения, т.к. коэффициенты усиления имеют некоторый разброс у одного и того же типа транзисторов. Диоды моста рассчитаны не менее, чем на 100 А.
Примечания
Наиболее затратным элементом всей конструкции, пожалуй, является входной трансформатор, Вместо него возможно использование двух последовательно соединенных батарей автомобиля. Напряжение на входе стабилизатора должно быть на несколько вольт выше требуемого на выходе (12В), чтобы он мог поддерживать стабильный выход. Если используется трансформатор, то диоды должны выдерживать достаточно большой пиковый прямой ток, обычно, 100А или более.
Через LM 7812 будет проходить не более 1 А, остальная часть обеспечивается транзисторами.Так как схема рассчитана на нагрузку до 30А, то шесть транзисторов соединены параллельно. Рассеиваемая каждым из них мощность – это 1/6 часть общей нагрузки, но все же необходимо обеспечить достаточный теплоотвод. Максимальный ток нагрузки приведет к максимальному рассеиванию, при этом потребуется крупногабаритный радиатор.
Для эффективного отвода тепла от радиатора, может быть хорошей идеей применение вентилятора или радиатора с водяным охлаждением. Если блок питания нагружен на максимальную нагрузку, а силовые транзисторы вышли из строя, то весь ток пройдет через микросхему, что приведет к катастрофическому результату. Для предотвращения пробоя микросхемы на ее выходе стоит предохранитель в 1 А. Нагрузка 400 МОм только для тестирования и не входит в окончательную схему.
Вычисления
Данная схема отличная демонстрация законов Кирхгофа. Входящая в узел сумма токов, должна быть равна сумме токов выходящих из этого узла, а сумма падений напряжений на всех ветвях, любого замкнутого контура цепи должна быть равна нулю. В нашей схеме, входное напряжение 24 вольт, из них 4В падения на R7 и 20 В на входе LM 7812, т.е 24 -4 -20 = 0. На выходе суммарный ток нагрузки 30А, регулятор поставляет 0.866А и 4.855А каждый из 6 транзисторов: 30 = 6 * 4.855 + 0.866.
Ток базы составляет около 138 мА на транзистор, чтобы получить ток коллектора около 4.86А коэффициент усиления по постоянному току для каждого транзистора должен быть не менее 35.
TIP2955 удовлетворяет этим требованиям. Падение напряжения на R7 = 100 Ом при максимальной нагрузке будет 4В. Рассеиваемая на нем мощность, вычисляется по формуле P= (4 * 4) / 100, т.е 0.16 Вт. Желательно, чтобы этот резистор был мощностью 0.5 Вт.
Входной ток микросхемы поступает через резистор в цепи эмиттера и переход Б-Э транзисторов. Еще раз применим законы Кирхгофа. Входной ток регулятора состоит из тока 871 мА, протекающего по цепи базы, и 40.3мА через R = 100 Ом.
871,18 = 40,3 + 830. 88. Входной ток стабилизатора всегда должен быть больше выходного. Мы видим, что он потребляет только около 5 мА и практически не должен греться.
Тестирование и ошибки
Во время первого испытании, не надо подключать нагрузку. Вначале измеряем вольтметром напряжение на выходе, оно должно быть 12 вольт, или не сильно отличающаяся величина. Затем подключаем сопротивление около100 Ом, 3 Вт в качестве нагрузки.Показания вольтметра не должны измениться. Если вы не видите 12 В, то, предварительно выключив питание, следует проверить корректность монтажа и качество пайки.
Один из читателей, получил на выходе 35 В, вместо стабилизированных 12 В. Это было вызвано коротким замыканием силового транзистора. Если есть КЗ любого из транзисторов, придется отпаять все 6 для проверки мультиметром переходов коллектор-эмиттер.
Схемы самодельных импульсных DC-DC преобразователей напряжения на транзисторах, семь примеров.
Благодаря высокому КПД импульсные стабилизаторы напряжения получают в последнее время все более широкое распространение, хотя они, как правило, сложнее и содержат большее число элементов.
Поскольку в тепловую энергию преобразуется лишь малая доля подводимой к импульсному стабилизатору энергии, его выходные транзисторы меньше нагреваются, следовательно, за счет снижения площади теплоотводов снижаются масса и размеры устройства.
Ощутимым недостатком импульсных стабилизаторов является наличие на выходе высокочастотных пульсаций, что заметно сужает область их практического использования — чаще всего импульсные стабилизаторы используют для питания устройств на цифровых микросхемах.
Понижающий импульсный стабилизатор напряжения
Стабилизатор с выходным напряжением, меньшим входного, можно собрать на трех транзисторах (рис. 1), два из которых (VT1, VT2) образуют ключевой регулирующий элемент, а третий (ѴТЗ) является усилителем сигнала рассогласования.
Рис. 1. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД 84%.
Устройство работает в автоколебательном режиме. Напряжение положительной обратной связи с коллектора составного транзистора ѴТ1 через конденсатор С2 поступает в цепь базы транзистора ѴТ2.
Элементом сравнения и усилителем сигнала рассогласования является каскад на транзисторе ѴТЗ. Его эмиттер подключен к источнику опорного напряжения — стабилитрону VD2, а база — к делителю выходного напряжения R5 — R7.
В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент работает в ключевом режиме, поэтому выходное напряжение регулируется изменением скважности работы ключа.
Включением/выключением транзистора VT1 по сигналу транзистора ѴТЗ управляет транзистор ѴТ2. В моменты, когда транзистор ѴТ1 открыт, в дросселе L1, благодаря протеканию тока нагрузки, запасается электромагнитная энергия.
После закрывания транзистора запасенная энергия через диод VD1 отдается в нагрузку. Пульсации выходного напряжения стабилизатора сглаживаются фильтром L1, СЗ.
Характеристики стабилизатора целиком определяются свойствами транзистора ѴТ1 и диода VD1, быстродействие которых должно быть максимальным. При входном напряжении 24 В, выходном — 15 В и токе нагрузки 1 А измеренное значение КПД было равно 84%.
Дроссель L1 имеет 100 витков провода диаметром 0,63 мм на кольце К26х16х12 из феррита с магнитной проницаемостью 100. Его индуктивность при токе подмагничивания 1 А — около 1 мГн.
Step-down DC-DC преобразователь напряжения на +5В
Схема простого импульсного стабилизатора показана на рис. 2. Дроссели L1 и L2 намотаны на пластмассовых каркасах, помещенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ.
Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена прокладка толщиной 0,8 мм.
Активное сопротивление обмотки дросселя L1 27 мОм. Дроссель L2 имеет 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками — 0,2 мм, активное сопротивление обмотки — 13 мОм.
Прокладки можно изготовить из жесткого теплостойкого материала — текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, должен быть из немагнитного материала.
Рис. 2. Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%.
Для налаживания стабилизатора к его выходу подключают нагрузку сопротивлением 5...7 Ом и мощностью 10 Вт. Подбором резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение, затем увеличивают ток нагрузки до 3 А и, подбирая величину конденсатора С4, устанавливают такую частоту генерации (примерно 18...20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторе СЗ минимальны.
Выходное напряжение стабилизатора можно довести до 8...10В, увеличив величину резистора R7 и установив новое значение рабочей частоты. При этом мощность, рассеиваемая на транзисторе ѴТЗ, также увеличится.
В схемах импульсных стабилизаторов желательно использовать электролитические конденсаторы К52-1. Необходимую величину емкости получают параллельным включением конденсаторов.
Основные технические характеристики:
- Входное напряжение, В — 15...25.
- Выходное напряжение, В — 5.
- Максимальный ток нагрузки, А — 4.
- Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем диапазоне входных напряжений, мВ, не более — 50.
- КПД, %, не ниже — 60.
- Рабочая частота при входном напряжении 20 б и токе нагрузки 3А, кГц--20.
Улучшенный вариант импульсного стабилизатора на +5В
В сравнении с предыдущим вариантом импульсного стабилизатора в новой конструкции А. А. Миронова (рис. 3) усовершенствованы и улучшены такие его характеристики, как КПД, стабильность выходного напряжения, длительность и характер переходного процесса при воздействии импульсной нагрузки.
Рис. 3. Схема импульсного стабилизатора напряжения.
Оказалось, что при работе прототипа (рис. 2) возникает так называемый сквозной ток через составной ключевой транзистор. Этот ток появляется в те моменты, когда по сигналу узла сравнения ключевой транзистор открывается, а коммутирующий диод еще не успел закрыться. Наличие такого тока вызывает дополнительные потери на нагревание транзистора и диода и уменьшает КПД устройства.
Еще один недостаток — значительная пульсация выходного напряжения при токе нагрузки, близком к предельному. Для борьбы с пульсациями в стабилизатор (рис. 2) был введен дополнительный выходной LC-фильтр (L2, С5).
Уменьшить нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно только уменьшением активного сопротивления дросселя L2.
Улучшение динамики переходного процесса (в частности, уменьшение его длительности) связано с необходимостью уменьшения индуктивности дросселя, но при этом неизбежно увеличится пульсация выходного напряжения.
Поэтому оказалось целесообразным исключить этот выходной фильтр, а емкость конденсатора С2 увеличить в 5... 10 раз (параллельным соединением нескольких конденсаторов в батарею).
Цепь R2, С2 в исходном стабилизаторе (рис. 6.2) практически не изменяет длительности спада выходного тока, поэтому ее можно удалить (замкнуть резистор R2), а сопротивление резистора R3 увеличить до 820 Ом.
Но тогда при увеличении входного напряжения с 15 6 до 25 6 ток, протекающий через резистор R3 (в исходном устройстве), будет увеличиваться в 1,7 раза, а мощность рассеивания — в 3 раза (до 0,7 Вт).
Подключением нижнего по схеме вывода резистора R3 (на схеме доработанного стабилизатора это резистор R2) к плюсовому выводу конденсатора С2 этот эффект можно ослабить, но при этом сопротивление R2 (рис. 3) должно быть уменьшено до 620 Ом.
Один из эффективных путей борьбы со сквозным током — увеличение времени нарастания тока через открывшийся ключевой транзистор.
Тогда при полном открывании транзистора ток через диод VD1 уменьшится почти до нуля. Этого можно достигнуть, если форма тока через ключевой транзистор будет близка к треугольной.
Как показывает расчет, для получения такой формы тока индуктивность накопительного дросселя L1 не должна превышать 30 мкГч.
Еще один путь — применение более быстродействующего коммутирующего диода VD1, например, КД219Б (с барьером Шотки). У таких диодов выше быстродействие и меньше падение напряжения при одном и том же значении прямого тока по сравнению с обычными кремниевыми высокочастотными диодами. Конденсатор С2 типа К52-1.
Улучшение параметров устройства может быть получено и при изменении режима работы ключевого транзистора. Особенность работы мощного транзистора ѴТЗ в исходном и улучшенном стабилизаторах состоит в том, что он работает в активном режиме, а не в насыщенном, и поэтому имеет высокое значение коэффициента передачи тока и быстро закрывается.
Однако из-за повышенного напряжения на нем в открытом состоянии рассеиваемая мощность в 1,5...2 раза превышает минимально достижимое значение.
Уменьшить напряжение на ключевом транзисторе можно подачей положительного (относительно плюсового провода питания) напряжения смещения на эмиттер транзистора ѴТ2 (см. рис. 3).
Необходимую величину напряжения смещения подбирают при налаживании стабилизатора. Если он питается от выпрямителя, подключенного к сетевому трансформатору, то для получения напряжения смещения можно предусмотреть отдельную обмотку на трансформаторе. Однако при этом напряжение смещения будет изменяться вместе с сетевым.
Схема преобразователя со стабильным напряжением смещения
Для получения стабильного напряжения смещения стабилизатор надо доработать (рис. 4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBыx + U VD1.
Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незначительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямления его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).
Рис. 4. Схема модифицированного импульсного стабилизатора напряжения.
Потери на нагрев снизились в первом варианте доработанного стабилизатора на 14,7%, а во втором — на 24,2%, что позволяет им работать при токе нагрузки до 4 А без установки ключевого транзистора на теплоотвод.
В стабилизаторе варианта 1 (рис. 3) дроссель L1 содержит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из феррита 2000НМ.
Между чашками нужно заложить прокладку из текстолита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дросселя L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35.
Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.
DC стабилизатор напряжения с ШИМ
Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 5) по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в, но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соединенные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потребляемого нагрузкой.
При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзисторами VT.1, VT2, в результате чего в цепи транзистор VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происходит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1.
Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряжение на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.
Рис. 5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%.
Технические характеристики стабилизатора:
- Входное напряжение — 15...25 В.
- Выходное напряжение — 12 В.
- Номинальный ток загрузки — 1 А.
- Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 1 А — 0,2 В. КПД (при UBX =18 6, Ін=1 А) — 89%.
- Потребляемый ток при UBX=18 В в режиме замыкания цепи нагрузки — 0,4 А.
- Выходной ток короткого замыкания (при UBX =18 6) — 2,5 А.
По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конденсатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приведет к закрыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.
Конденсатор С3, снижающий частоту колебательного процесса, повышает эффективность стабилизатора.
При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, открыванию транзистора ѴТ4 и закрыванию ключевого элемента.
Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки. Транзистор ѴТ1 следует установить на теплоотводе размерами 40x25 мм.
Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.
Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавливают выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагрузки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора ѴТ4 небольшого тока от отдельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.
Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используемому в схеме на рис. 2.
Импульсный стабилизатор напряжения с КПД преобразования 69...72%
Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6) состоит из узла запуска (R3, VD1, ѴТ1, VD2), источника опорного напряжения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянного тока (ѴТ2, DD1.2, ѴТ5), транзисторного ключа (ѴТЗ, ѴТ4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4, С5, L3, С6). Частота переключения индуктивного накопителя энергии в зависимости от тока нагрузки находится в пределах 1,3...48 кГц.
Рис. 6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69...72%.
Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм.
Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 б и КПД преобразования 69...72%. Коэффициент стабилизации — 500.
Амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теплоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.
Импульсный стабилизатор напряжения на 12В
Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.7) при входном напряжении 20...25 В обеспечивает на выходе стабильное напряжение 12 В при токе нагрузки 1,2 А.
Пульсации на выходе до 2 мВ. Благодаря высокому КПД в устройстве не используются теплоотводы. Индуктивность дросселя L1 — 470 мкГч.
Рис. 7. Схема импульсного стабилизатора напряжения с малыми пульсациями.
Аналоги транзисторов: ВС547 — КТ3102А] ВС548В — КТ3102В. Приблизительные аналоги транзисторов ВС807 — КТ3107; BD244 — КТ816.
От 0 до 12 вольт и током нагрузки до 1-го ампера представлен на рисунке 1.
Переменное напряжение 12 вольт выпрямляется диодным мостиком VD1…VD4, сглаживается фильтром С1 С2, подается на параметрический стабилизатор на стабилитроне VD1. Напряжение 12 вольт, выделенное на стабилитроне, приложено к резистору R2. С движка переменного резистора R2 напряжение подается на аналоговый ключ VT1 VT2, включенного по схеме составного транзистора. Степень открытия ключа зависит от положения движка переменного резистора R2, т.е. в нижнем по схеме положении регулятора, напряжение на базе равно нулю и транзисторы VT1 VT2 закрыты, напряжение в нагрузку не поступает. В верхнем по схеме положении регулятора R2, напряжение не базе максимально. Транзисторы открыты полностью, а напряжение с выпрямителя приложено к нагрузке, за исключением падения на переходе коллектор – эмиттер транзистора VT1.
В схеме регулируемого стабилизатора на рисунке 1 заложена схема по току на транзисторе VT3. ток на резисторе R4 превысит значение 1,2 ампера, за счет падения на нем открывается транзистор VT3, шунтируя тем самым переходом коллектор – эмиттер резистор R2, напряжение на R2 уменьшается, вызывая закрытие VT1 VT2.
Порог срабатывания по току подбирается сопротивлением R4, и при его сопротивлении 0,5 ома примерно равен 1,1…1,25 ампера.
Регулируемый стабилизатор от 0 до 12 вольт 3 ампера
Исключив из на рисунке 1 узел по току и заменив транзисторы VT1 VT2 на более мощные, можно построить регулируемый стабилизатор от 0 до 12 вольт с током в нагрузке до 3-х ампер. Схема такого стабилизатора представлена на рисунке 2.
