Блок питания своими руками с регулировкой напряжения и тока

Обновлено: 21.11.2024

Привет. Надеюсь, вы хорошо проводите время. В этом посте я делюсь своими знаниями о регулируемом блоке питания.

Регулируемый — это общий термин, используемый для обозначения любого типа источника питания со стабильным выходным напряжением или током, не зависящим от входа или нагрузки. Это может быть линейный источник питания, регулируемый источник питания или регулируемый источник питания.

Единственным условием является то, что выходное напряжение или ток не должны зависеть от входной (напряжения) или выходной нагрузки (сопротивления или тока).

Если вы искали просто узнать, что такое регулируемый блок питания, я уже дал вам ответ. Но если вы хотите изучить его полностью, вы можете следить за моим обучением вместе со мной.

Оглавление

Зачем нужен регулируемый блок питания?

В большинстве случаев блоки питания предназначены для определенной нагрузки и среды. Но иногда напряжение сети, нагрузка и температура окружающей среды продолжают изменяться, изменяя параметры компонентов и, следовательно, изменяя выходное напряжение. Изменения выходного напряжения нежелательны.

Поясню, почему изменения выходного напряжения нежелательны. Устройства имеют минимальные и максимальные пороги входного напряжения и тока. И вы должны соблюдать эти пороговые значения, иначе вы можете повредить устройство.

Если выходное напряжение вашего блока питания изменится, есть вероятность, что оно превысит эти пороговые значения. Вот почему нам нужно постоянное выходное напряжение. И достигается это за счет регулируемого блока питания.

Регулируемым источником питания может быть любой источник питания, так как я сказал, что качество, которым он должен обладать, — это постоянное выходное напряжение. Линейный источник питания, или регулируемый источник питания, или регулируемый источник питания может быть регулируемым источником питания. Он может иметь любое значение напряжения, например 5 В, 10 В, 12 В и т. д.

Важно помнить, что регулируемый блок питания не всегда рассчитан только на постоянное выходное напряжение, он может быть рассчитан на постоянный выходной ток.

Благодаря этому вы можете понять, в чем реальная разница между регулируемыми и нерегулируемыми источниками питания. Позвольте мне еще раз похвалить его за ваши примечания:

Нерегулируемый источник питания не имеет выходного напряжения или выходного тока, независимого от входного сетевого напряжения или нагрузки.

Общая конструкция регулируемого источника питания

Если вы попросите меня разработать регулируемый источник питания. Сразу спрошу, это регулируемый линейный блок питания с фиксированным напряжением, или регулируемый блок питания, или регулируемый блок питания?

Изучение, в общем, было бы идеальным решением для этого, так как основной принцип работы всех регулируемых источников питания одинаков.

Общая блок-схема

Проектирование любой схемы начинается с хорошо составленной общей блок-схемы. Это помогает нам проектировать участки схемы по отдельности, а затем соединять их вместе, чтобы получить полную схему, готовую к использованию.

Общая блок-схема этого проекта приведена ниже. Это очень просто. Вам нужно понять, какой блок что делает.

Сначала мы спроектируем каждую секцию, а затем соберем каждую из них, чтобы наш блок питания постоянного тока был готов для питания наших проектов.

Входной преобразователь

Трансформатор — это устройство, которое может повышать или понижать уровень напряжения в соответствии с законом преобразования энергии. В зависимости от вашей страны переменный ток, поступающий в ваш дом, имеет уровень напряжения 220/120 В.

Нам нужен входной трансформатор для понижения входящего переменного тока до требуемого уровня.

Будьте осторожны, играя с этим устройством. Поскольку вы используете основное напряжение питания, которое может быть слишком опасным. Никогда не прикасайтесь ни к одному из терминалов голыми руками или плохими инструментами.

Имейте хороший и достойный бесконтактный тестер напряжения и используйте его, чтобы всегда быть уверенным в том, какая линия является проводом под напряжением, идущим к трансформатору.

Схема выпрямителя

Если вы думаете, что трансформатор только что понизил напряжение до желаемого регулируемого напряжения постоянного тока.

Извините, вы ошибаетесь, как когда-то ошибался я.

Пониженное напряжение остается переменным. Чтобы преобразовать его в постоянный, вам нужна хорошая схема выпрямителя.

Схема выпрямителя преобразует переменный ток в постоянный. В основном существует два типа схемы выпрямителя; полуволна и полная волна.

Однако нас интересует полный выпрямитель, поскольку он более энергоэффективен, чем половинный выпрямитель.

Сглаживающий конденсатор/фильтр

В практической электронике нет ничего идеального. Схема выпрямителя преобразует входящую сеть в постоянный ток, но, к сожалению, не может сделать его чистым постоянным током.

Выпрямленный DC не очень чистый и имеет пульсации.Работа фильтра состоит в том, чтобы отфильтровать эти пульсации и сделать напряжение совместимым для регулирования.

Практическое правило заключается в том, что напряжение постоянного тока должно иметь пульсации менее 10 процентов, чтобы обеспечить идеальную регулировку.

Лучший фильтр в нашем случае — это конденсатор. Возможно, вы слышали, что конденсатор — это устройство для накопления заряда.

Но на самом деле его лучше всего использовать в качестве фильтра. Это самый недорогой фильтр для нашего базового блока питания 5 В.

Регулятор

Регулятор — это линейная интегральная схема, используемая для обеспечения регулируемого постоянного выходного напряжения.

Регулировка напряжения очень важна, потому что нам не нужно изменение выходного напряжения при изменении нагрузки. Всегда требуется нагрузка, независимая от выходного напряжения.

ИС регулятора не только делает выходное напряжение независимым от переменных нагрузок, но и от изменений сетевого напряжения.

Надеюсь, вы разработали базовую концепцию конструкции регулируемого источника питания.

Давайте обратимся к фактической принципиальной схеме нашего конкретного регулируемого источника питания 5 В, чтобы у вас было очень четкое представление о проектировании.

Я буду использовать программу NI Multisim, надеюсь, вы с ней знакомы. Если вы не знакомы с ним, не проблема. Это не обязательно. Вы можете использовать любое программное обеспечение. Основная цель – изучение дизайна, а не программного обеспечения для моделирования.

Конструкция регулируемого источника питания (с фиксированным напряжением)

Следующие этапы проектирования охватывают проектирование регулируемого источника питания с фиксированным выходным напряжением или регулируемого/переменного источника питания. С помощью этих шагов вы сможете спроектировать регулируемый источник питания.

Я приведу конкретный пример 5 В, потому что думаю, что таким образом будет лучше всего понять весь процесс проектирования.

Сейчас, думаете вы, я бы начал объяснение с трансформатора, но это не так. Трансформер не выбран в самом начале.

Ниже приведена принципиальная схема указанного проекта. Вы получаете основное питание, напряжение и частота могут зависеть от вашей страны; предохранитель для защиты цепи; трансформатор, выпрямитель, конденсаторный фильтр, светодиодный индикатор и микросхема регулятора.

Блок-схема реализована в NI Multisim, хорошей программе моделирования для студентов и новичков в области электроники. Я призываю провел некоторое время, играя с ним. Поскольку, на мой взгляд, вы должны хорошо разбираться в программном обеспечении для моделирования, чтобы получать удовольствие от изучения основ электроники.

Пошаговый метод проектирования источника питания 5 В постоянного тока

Вы думаете, я бы начал объяснение конструкции с трансформатора, но это не так. Трансформер не выбран в самом начале.

Шаг 1: Выбор микросхемы регулятора

Выбор микросхемы стабилизатора зависит от вашего выходного напряжения. В нашем случае мы проектируем для выходного напряжения 5В, мы выберем микросхему линейного стабилизатора LM7805.

Следующее, нам нужно знать номинальные значения напряжения, тока и мощности выбранной микросхемы стабилизатора.

Это делается с помощью таблицы данных регулятора IC. Ниже приведены номиналы и схема контактов для LM7805.

Технический паспорт 7805 также предписывает использовать конденсатор 0,1 мкФ на выходе, чтобы избежать переходных изменений напряжения из-за изменений нагрузки.

И 0,1 мкФ на входе регулятора, чтобы избежать пульсаций, если фильтр находится далеко от регулятора.

Шаг 2. Выбор трансформатора

Правильный выбор трансформатора означает большую экономию денег. Мы узнали, что минимальное входное напряжение выбранной нами микросхемы регулятора составляет 7 В. Итак, нам нужен трансформатор, чтобы понизить основной переменный ток хотя бы до этого значения.

Но между регулятором и трансформатором также есть выпрямительный диодный мост. Выпрямитель имеет собственное падение напряжения на нем, т.е. 1,4В. Нам также необходимо компенсировать это значение.

Это означает, что мы должны выбрать трансформатор со значением вторичного напряжения, равным 9 В или по крайней мере на 10% больше, чем 9 В.

Исходя из этих соображений, для конструкции источника питания постоянного тока 5 В мы можем выбрать трансформатор с номинальным током 1 А и вторичным напряжением 9 В или 12 В.

Шаг 3. Выбор диодов для моста

Видите ли, выпрямитель состоит из диодов, расположенных по определенной схеме. Чтобы сделать выпрямитель, нам нужно подобрать для него соответствующие диоды. При выборе диода для мостовой схемы.

Учитывайте выходной ток нагрузки и максимальное пиковое вторичное напряжение трансформатора, т. е. 9 В в нашем случае. Вместо отдельных диодов вы также можете использовать один отдельный мост, который входит в комплект микросхемы.

Но я не хочу, чтобы вы использовали это здесь, только для обучения и игры с отдельными диодами.

Выбранный диод должен иметь номинальный ток больше, чем ток нагрузки. И пиковое обратное напряжение (PIV) больше, чем пиковое вторичное напряжение трансформатора.

Мы выбрали диод IN4001, потому что его номинальный ток на 1 А больше, чем хотелось бы, и пиковое обратное напряжение составляет 50 В.

Шаг 4. Выбор сглаживающего конденсатора и расчеты

При выборе подходящего емкостного фильтра необходимо помнить о его напряжении, номинальной мощности и емкости. Т

Номинальное напряжение рассчитывается на основе вторичного напряжения трансформатора. Эмпирическое правило гласит, что номинальное напряжение конденсатора должно быть как минимум на 20 % больше вторичного напряжения.

Итак, если вторичное напряжение составляет 17 В (пиковое значение), то номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 50 В.

Во-вторых, нам нужно рассчитать правильное значение емкости. Это зависит от выходного напряжения и выходного тока. Чтобы найти правильное значение емкости, используйте приведенную ниже формулу:

Io = ток нагрузки, т. е. 500 мА в нашей конструкции, Vo = выходное напряжение, т. е. в нашем случае 5 В, f = частота

Частота 50 Гц, потому что в нашей стране переменный ток 220 при 50 Гц. У вас может быть сеть переменного тока 120 В @ 60 Гц. Если да, то поставьте соответствующие значения. Затем, используя формулу конденсатора, практический стандарт, близкий к этому значению, то есть 3,1847E-4, составляет 470 мкФ.

Еще одна важная формула из книги «Электронные устройства Томаса Л. Флойда» приведена ниже. Это также можно использовать для расчета емкости конденсатора.

В данном случае R — сопротивление нагрузки. А Rf — это коэффициент пульсаций, который для хорошей конструкции должен быть меньше 10%. На этом мы заканчиваем разработку блока питания 5 В.

Защитите блок питания

Каждый дизайн должен иметь функцию безопасности, чтобы защитить его от возгорания. Точно так же наш простой источник питания должен иметь один, то есть входной предохранитель. Входной предохранитель защитит наше питание в случае перегрузки. Например, наша желаемая нагрузка может выдерживать 500 мА.

Если в случае, если наша загрузка начнет промахиваться, есть вероятность заусенцев компонентов. Предохранитель защитит наш запас. Эмпирическое правило выбора номинала предохранителя заключается в том, что он должен быть как минимум на 20 % больше, чем ток нагрузки.

Простой блок питания, который мы разработали, может выдавать ток силой 1 А, и ​​в некоторых случаях вы можете его использовать. Если вы решите использовать его для таких случаев, то не забудьте прикрепить к микросхеме регулятора теплоотвод.

Комплект источника питания 5 В (сделай сам)

Итак, мы получили некоторые базовые знания о том, как устроен простой блок питания 5 В.

С моей точки зрения, если вы любитель электроники или новичок, изучающий основы электроники, я бы порекомендовал вам разработать собственный лабораторный блок питания. Это было бы очень хорошим решением.

Это поможет вам изучить электронику, а также даст вам лучший лабораторный блок питания.

Я называю его лучшим, потому что вы сделаете его сами. И я не могу передать словами, как весело играть с электроникой в ​​безопасной среде. Это как учиться на практике.

Для начала я рекомендую блок питания Elenco (Amazon Link). Он доступен по цене, имеет высокое качество и хорошо документирован, чтобы помочь вам с каждым шагом. Поверьте, вы многому научитесь. Вы научитесь паять, собирать и делать конечный продукт, который вы всегда видите в разных магазинах.

Конструкция регулируемого источника питания (с регулируемой/переменной мощностью)

В большинстве случаев нам не требуется фиксированное напряжение. Иногда нам нужен переменный источник питания.

Например, чтобы проверить токи коллектора транзистора при различных напряжениях базы, нам нужен регулируемый источник питания. И это переменное напряжение должно регулироваться.

Процедура проектирования такая же, как я объяснил выше, с небольшими изменениями в выходных регуляторах.

На этот раз нам потребуется переменный резистор, чтобы, изменяя его сопротивление, мы получали разные напряжения. Ниже приведена схема регулируемого источника питания или регулируемого источника питания:

Вплоть до светодиодной части схема такая же, как и для регулируемого источника питания на 5 В при 500 мА. Схема усложняется после светодиодной части, не так ли? Не бояться. Это очень просто. Переменный резистор предназначен для изменения выходного напряжения.

Диоды используются для защиты цепи от обратного тока. Теперь давайте посмотрим в следующем видео, как изменение резистора меняет выходное напряжение.

Преимущества регулируемого источника питания

Питание с регулируемой мощностью имеет много преимуществ. Следующие пункты имеют ключевое значение.

  • низкий уровень шума
  • недорого
  • простота
  • надежность

Регулируемый блок питания очень прост в конструкции, вы могли почувствовать это в этом посте. Простая конструкция делает его очень экономичным. Эти блоки питания имеют низкую стоимость и очень надежны.

Они относительно бесшумны. ИС линейных стабилизаторов, которые используются на выходе, имеют низкие пульсации выходного напряжения, что делает их наиболее подходящими для приложений, где важна чувствительность к шуму.

Заключение

Разработанный блок питания подойдет для питания других ваших небольших проектов или принесет вам хорошие оценки/деньги, если вы назначены на аналогичный проект. Я не знаю почему, но я уверен, что если вы выполните те же самые простые шаги со мной, у вас будет ваш первый разработанный блок питания.

Пожалуйста, не указывайте только источник питания 500 мА. Это может быть ваш источник питания 5 В постоянного тока с током до 500 мА.

Просто для дополнительных знаний, для положительного выходного напряжения используйте LM78XX. XX указывает на значение выходного напряжения, а 78 указывает на положительный выход. Для выхода с отрицательным напряжением используйте LM79XX, 79 указывает отрицательное напряжение, а XX указывает значение выхода.

На этом разработка регулируемого источника питания подошла к концу. Надеюсь, вам понравилось.

Спасибо и удачной жизни.

Другие полезные сообщения:

Привет. Я очень счастлив увидеть тебя. Я люблю электронику с детства, получил степень бакалавра в области электроники, степень магистра в области ВЧ и СВЧ.
В этом блоге я делюсь своими знаниями об электронике, проектировании схем микроволновых печей, и вместе мы отлично проводим время. Надеюсь, это будет полезно для вас, и вам понравится.

Введение. Создайте собственный регулируемый источник питания

Регулируемый источник питания — очень важный компонент, если вы строите электронные проекты. Но покупка хорошего регулируемого блока питания может обойтись дорого. Итак, в этой инструкции я покажу вам, как создать собственный регулируемый блок питания, зачем его покупать, если вы можете его собрать.

Этот проект очень прост в сборке и требует базовых навыков работы с электроникой. В Интернете есть хорошие руководства по пайке.

Вы также можете посмотреть обучающее видео ниже.

Шаг 1. Инструменты и компоненты

Список материалов для этого урока очень прост, все, что вам нужно для этого проекта

  • Регулятор напряжения 0–30 В
  • Старое зарядное устройство для ноутбука (или любой другой блок питания)
  • Зажимы типа "крокодил" (необязательно)
  • Мультиметр
  • Паяльник
  • Проволока для пайки

Шаг 2: Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный Lm2596

Для этого проекта мы будем использовать понижающий преобразователь Lm2596, это дешевый стабилизатор напряжения, который можно найти на eBay. Вы также можете использовать линейный стабилизатор напряжения, такой как L7805, но он имеет низкую эффективность по сравнению с понижающим преобразователем. Lm2596 способен преобразовывать напряжение до 30 В, обеспечивая максимальный ток 3 А.

Но недостатком понижающего преобразователя является то, что он имеет катушку индуктивности на борту, поэтому, если ваш проект основан на каком-либо чувствительном к радио или электромагнитному излучению. Тогда я бы порекомендовал вам использовать подходящий линейный стабилизатор напряжения.

Шаг 3: ввод

Во-первых, нам нужно выбрать подходящий источник питания. Я использую блок питания для ноутбука, так как он обеспечивает напряжение 16,5 В и номинальную мощность 65 Вт. Вы можете использовать любой другой блок питания, просто убедитесь, что блок питания может обеспечить напряжение, необходимое для вашего проекта.

Нужно отрезать концы, которыми он втыкается в ноутбук или выходную сторону источника питания, снять изоляцию и пропаять места соединения. После этого нужно припаять клеммы питания к входным клеммам платы. Убедитесь, что вы правильно припаяли полярность.

Шаг 4. Вывод

У меня был двусторонний зажим типа «крокодил», который я припаял к выходному разъему понижающего преобразователя. Вы можете использовать провода разного цвета, как это сделал я, чтобы не запутаться с полярностью клемм.

После пайки клемм подсоедините концы зажимов типа "крокодил" к мультиметру и настройте мультиметр на измерение напряжения.

Шаг 5. Тестирование

И вот вы завершили свой проект, и теперь пришло время протестировать ваш блок питания. Подключите блок питания к сетевой розетке, и теперь вы должны увидеть показания мультиметра. Отрегулируйте переменный резистор на плате, чтобы изменить выходное напряжение.

Диапазон напряжения ограничен диапазоном напряжения источника питания, а максимальное выходное напряжение, которое может обеспечить понижающий преобразователь, составляет 30 В.

Этот проект создали 2 человека!

Вы сделали этот проект? Поделитесь с нами!

Рекомендации

Конкурс по благоустройству дома

Вызов пирога

Конкурс "Сделай это ярким"

26 комментариев

Мой вопрос: будет ли напряжение одинаковым на любой нагрузке, на которую оно подается?

Отличная идея, но схемы были бы лучше для начинающих и продолжающих. . . Те модули, которые мы можем купить сегодня в любом месте более дешевой цене и хорошего качества. Продолжай свою работу, мой друг.

Вы говорите, что используете блок питания мощностью 65 Вт, но доллар не позволяет использовать мощность. Какова максимальная мощность, которую вы можете использовать с вашим понижающим регулятором?

Ответить 5 лет назад

Блок питания мощностью 65 Вт, используемый с преобразователем с КПД 85%, должен обеспечить около 55 Вт, в то время как lm2596 теоретически может обеспечить мощность 90 Вт. Однако эта плата lm2596 не похожа на то, что она может выдерживать около 90 Вт. Точный предел будет зависеть от вашего максимального напряжения, теплоотвода и т. д. Ключевым фактором является правильное тестирование!

Ответить 5 лет назад

Обычно питание ноутбука дает около 19В. LM2596, являющийся долларом, потребляет минимум 1 В и может обеспечить 3 А, поэтому вы можете вытащить из этого регулятора около 54 Вт в лучшем случае. Также более 1,5А греется довольно сильно. Любой радиатор подойдет. Я использую кусок алюминия толщиной 4 мм, оставшийся немного больше, чем плата, приклеенная термоклеем. Только будьте осторожны, чтобы ничего не закоротить под платой.

Ответить 5 лет назад

Спасибо за ответ. Это то, чему я научился, увидев это руководство: этот регулятор, как он есть, не может потреблять 65 Вт (что огромно), цифры, приведенные в руководстве, являются только теоретическими и не работают в реальном мире.Важно не вводить читателей в заблуждение, читатели могут смотреть на эти цифры, не зная, что они не являются реальными рабочими характеристиками, и могут быть введены в заблуждение, если сделают свою собственную схему. Если я правильно понимаю, вы использовали его с 4-мм радиатором на 19В 1,5А, то есть 38Вт максимум? Я лично не использую такие преобразователи выше 10 Вт как хорошую практику, а скорее использую их для сигнальных линий, а не для линий электропередач.

Ответить 5 лет назад

Вы можете потреблять 1,5 А без радиатора. Я использовал базовый радиатор для приложений, требующих более 1,5 А. Точно не проверял 3А, но я уверен, что время от времени потреблял больше 3А только в течение коротких периодов времени. Это импульсный источник питания, и мощность, теряемая за счет тепла, намного ниже, чем у линейных регуляторов. Блок питания ноутбука дает 19 В, но преобразователь потребляет 1 В, поэтому вы можете получить от него максимум 18 В и 3 А (только если блок питания ноутбука может обеспечить 3 А), поэтому я сказал 54 Вт. Этот преобразователь хорош для приложений, требующих малых токов и относительно высоких напряжений (редко используется более 15 В). Отлично подходит для экспериментов: 90% моих самодельных экспериментов и схем требуют менее 1 А.

В посте подробно рассказывается, как спроектировать и построить простую схему блока питания, начиная с базовой схемы и заканчивая достаточно сложным блоком питания с расширенными функциями.

Блок питания незаменим

Будь то новичок в электронике или опытный инженер, всем требуется этот незаменимый элемент оборудования, называемый блоком питания.

Это связано с тем, что никакая электроника не может работать без питания, а точнее без питания постоянного тока низкого напряжения, а блок питания — это устройство, которое специально предназначено для выполнения этой цели.

Если это оборудование так важно, всем, кто работает в этой области, необходимо изучить все тонкости этого важного члена электронной семьи.

Давайте начнем и узнаем, как спроектировать схему источника питания, сначала самую простую, вероятно, для новичков, которым эта информация будет чрезвычайно полезна.
Базовая схема источника питания потребует трех основных компонентов для обеспечения ожидаемых результатов.
Трансформатор, диод и конденсатор. Трансформатор — это устройство, имеющее два набора обмоток: первичную и вторичную.

Сеть 220В или 120В подается на первичную обмотку, которая передается на вторичную обмотку для создания в ней более низкого наведенного напряжения.

Низкое пониженное напряжение, доступное на вторичной обмотке трансформатора, используется для предполагаемого применения в электронных схемах, однако, прежде чем можно будет использовать это вторичное напряжение, его необходимо сначала выпрямить, то есть напряжение необходимо преобразовать в Сначала округ Колумбия.

Например, если вторичная обмотка трансформатора рассчитана на 12 В, то полученные 12 В от вторичной обмотки трансформатора будут 12 В переменного тока по соответствующим проводам.

Электронная цепь никогда не сможет работать с переменным током, поэтому это напряжение должно быть преобразовано в постоянное.

Диод – это одно из устройств, которое эффективно преобразует переменный ток в постоянный. Существует три конфигурации, с помощью которых можно настроить базовые конструкции источников питания.

Вы также можете узнать, как спроектировать настольный блок питания

Использование одного диода:

Самая простая и грубая форма конструкции блока питания — это схема, в которой используется один диод и конденсатор. Поскольку один диод будет выпрямлять только один полупериод сигнала переменного тока, для этого типа конфигурации требуется большой конденсатор выходного фильтра для компенсации вышеуказанного ограничения.

Конденсатор фильтра гарантирует, что после выпрямления в падающих или уменьшающихся участках результирующей диаграммы постоянного тока, где напряжение имеет тенденцию к падению, эти участки заполняются и перекрываются за счет накопленной энергии внутри конденсатора.

Вышеупомянутая компенсация за счет накопленной в конденсаторах энергии помогает поддерживать чистоту и отсутствие пульсаций на выходе постоянного тока, что было бы невозможно при использовании только диодов.

Для конструкции блока питания с одним диодом вторичная обмотка трансформатора должна иметь одну обмотку с двумя концами.

Однако приведенная выше конфигурация не может считаться эффективной конструкцией источника питания из-за грубого однополупериодного выпрямления и ограниченных возможностей формирования выходного сигнала.

Использование двух диодов:

Для использования пары диодов для создания источника питания требуется трансформатор со вторичной обмоткой с отводом от середины. На схеме показано, как диоды подключены к трансформатору.

Хотя два диода работают в тандеме и охватывают обе половины сигнала переменного тока и производят двухполупериодное выпрямление, используемый метод неэффективен, поскольку в любой момент используется только половина обмотки трансформатора. Это приводит к плохому насыщению сердечника и ненужному нагреву трансформатора, что делает этот тип конфигурации источника питания менее эффективным и обычной конструкцией.

Использование четырех диодов:

Это наилучшая и общепринятая форма конфигурации источника питания с точки зрения процесса выпрямления.

Умное использование четырех диодов упрощает задачу: требуется только одна вторичная обмотка, насыщение сердечника идеально оптимизировано, что обеспечивает эффективное преобразование переменного тока в постоянный.

На рисунке показано, как создается блок питания с двухполупериодным выпрямлением с использованием четырех диодов и относительно маломощного фильтрующего конденсатора.

Этот тип диодной конфигурации широко известен как мостовая сеть. Возможно, вы захотите узнать, как сконструировать мостовой выпрямитель.

Все приведенные выше конструкции блоков питания обеспечивают выходы с обычным регулированием и, следовательно, не могут считаться идеальными, они не могут обеспечить идеальные выходы постоянного тока и, следовательно, нежелательны для многих сложных электронных схем. Кроме того, эти конфигурации не включают функции управления переменным напряжением и током.

Однако вышеуказанные функции могут быть просто интегрированы в вышеупомянутые конструкции, а не в последнюю конфигурацию двухполупериодного источника питания за счет введения одной ИС и нескольких других пассивных компонентов.

Полномостовой нестабилизированный источник питания с формулами

На приведенной ниже схеме показан источник питания с одной шиной. Предохранитель устанавливается на пути токоведущего провода к трансформатору в целях безопасности. Провод под напряжением также подключен к клемме 240 В трансформатора; этот участок первичной обмотки находится достаточно далеко от вторичной, что повышает безопасность устройства.

Заземление должно быть соединено с любым открытым металлом и, если применимо, с экраном трансформатора. Упомянутые напряжения указаны в вольтах (среднеквадратичное значение) и являются напряжениями переменного тока. Под нагрузкой выход трансформатора составляет 6 В (среднеквадратичное значение). Когда трансформатор не используется, напряжение может возрасти до 25%.

Пульсации на выходе можно рассчитать по следующей формуле:

Vrip ≅ Iload / C [ 7 x 10 -3 ]

Использование микросхемы LM317 или LM338:

IC LM 317 — это очень универсальное устройство, которое обычно подключается к источникам питания для получения хорошо регулируемых и регулируемых выходных сигналов напряжения/тока. Несколько примеров схем источника питания, использующих эту микросхему

Поскольку указанная выше микросхема может поддерживать ток не более 1,5 А, для большей выходной мощности можно использовать другое аналогичное устройство, но с более высокими характеристиками. IC LM 338 работает точно так же, как LM 317, но способен выдерживать ток до 5 ампер. Ниже показан простой дизайн.

Поэтому я уверен, что ваше требование может быть легко выполнено с помощью вышеупомянутых процедур.

для питания MCU с помощью описанной выше процедуры вы можете использовать трансформатор 0-9 В или 0-12 В с током 1 ампер, диоды могут быть 1N4007 x 4nos

Диоды будут падать на 1,4 В, когда на вход подается постоянный ток, но когда это переменный ток, например, от трансформатора, выходное напряжение увеличивается в 1,21 раза.

не забудьте использовать конденсатор 2200 мкФ / 25 В после перемычки для фильтрации

Надеюсь, эта информация поможет вам и ответит на ваши вопросы.

На изображении выше показано, как получить постоянное напряжение 5 В и 3,3 В от заданной цепи питания.

Как получить переменное напряжение 9 В от IC 7805

Обычно IC 7805 считается стабилизатором напряжения с фиксированным напряжением 5 В. Однако с помощью базового обходного пути микросхему можно превратить в схему переменного регулятора напряжения от 5 В до 9 В, как показано выше.

Здесь мы видим, что предустановка 500 Ом добавлена ​​к центральному контакту заземления ИС, что позволяет ИС создавать выходное значение с повышенным значением до 9 В при токе 850 мА. Предустановку можно настроить для получения выходного напряжения в диапазоне от 5 В до 9 В.

Чтобы получить повышенное выходное напряжение от микросхемы 7812, вы можете обратиться к этому сообщению!

Создание фиксированной схемы стабилизатора 12 В

На приведенной выше диаграмме видно, как можно использовать обычную микросхему регулятора 7805 для создания регулируемого выхода с фиксированным напряжением 5 В.

Если вы хотите получить фиксированный регулируемый источник питания 12 В, для получения требуемых результатов можно применить ту же конфигурацию, как показано ниже:

Регулируемый источник питания 12 В, 5 В

Теперь предположим, что у вас есть схемные приложения, которым требуется двойное питание в диапазоне фиксированных 12 В, а также фиксированных регулируемых источников 5 В.

Для таких приложений описанную выше конструкцию можно просто изменить, используя микросхему 7812, а затем микросхему 7805 для получения необходимого выходного напряжения регулируемого источника питания 12 В и 5 В, как показано ниже:

Проектирование простого двойного блока питания

Во многих схемных приложениях, особенно в тех, где используются операционные усилители, двойной источник питания становится обязательным для включения питания +/- и заземления схемы.

Проектирование простого двойного источника питания на самом деле включает в себя только источник питания с центральным отводом и мостовой выпрямитель, а также пару фильтрующих конденсаторов высокой емкости, как показано ниже:

Однако для получения регулируемого двойного источника питания с желаемым уровнем двойного напряжения на выходе обычно требуется сложная конструкция с использованием дорогостоящих ИС.

Следующая схема показывает, как просто и дискретно можно настроить двойной источник питания, используя несколько BJT и несколько резисторов.

Здесь Q1 и Q3 настроены как проходные транзисторы эмиттерного повторителя, которые определяют количество тока, которое может проходить через соответствующие +/- выходы. Здесь это около 2 ампер

Выходное напряжение на соответствующих шинах двойного питания определяется транзисторами Q2 и Q4 вместе с их базовой резистивной делительной сетью.

Уровни выходного напряжения можно соответствующим образом отрегулировать и настроить, регулируя значения делителей потенциала, образованных резисторами R2, R3 и R5, R6.

Двойное питание с одним операционным усилителем

Если в вашей схеме остался дополнительный операционный усилитель, который требует двойного питания от одного источника, то, возможно, можно попробовать следующую простую конфигурацию двойного питания от одного операционного усилителя.

Сопротивления R1 и R2 работают как высокоимпедансные и, следовательно, экономичные делители напряжения сети. Операционный усилитель гарантирует, что потенциал искусственной земли всегда идентичен потенциалу между соединением резисторов R1 и R2. Соединение между R1 и R2 устанавливает соотношение между парой выходных напряжений; если R1 и R2 имеют одинаковое значение, для обоих выходных напряжений будет обеспечено точно такое же значение, которое будет совершенно симметричным.

Это позволяет нам получить наиболее желательную особенность схемы, а именно то, что партнерство R1/R2 не зависит от напряжения батареи! Дополнительным преимуществом этого активного делителя потенциала является то, что (в отличие от базовой цепочки резисторных делителей) он хорошо адаптируется к изменяющимся токам нагрузки, движущимся к линии заземления и от нее, особенно в отношении несимметричных ситуаций тока нагрузки. Вероятно, вы можете подумать об использовании различных вариантов операционных усилителей для этой схемы. 3140 и 324, как правило, являются фантастическим выбором, несмотря на то, что у них напряжение батареи составляет всего 4,5 В. Имейте в виду, что максимальное напряжение, которое могут выдержать эти ИС, не превышает 30 В, а максимальный ток нагрузки, который может быть допускаемый операционным усилителем, также будет зависеть от типа операционного усилителя.

Разработка блока питания LM317 с постоянными резисторами

Чрезвычайно простой источник напряжения/тока на основе LM317T, который можно использовать для зарядки никель-кадмиевых элементов или в любое время, когда необходим практический источник питания, показан ниже.

Это несложное занятие для новичка, и он предназначен для использования с подключаемым сетевым адаптером, обеспечивающим нерегулируемый постоянный ток. выход. IC1 на самом деле представляет собой регулируемый регулятор типа LM317T.

Поворотный переключатель S1 выбирает настройку (постоянный ток или постоянное напряжение) вместе со значением тока или напряжения. Регулируемое напряжение можно получить на SK3, а ток на SK4.

Обратите внимание, что предусмотрена регулируемая настройка (позиция 12), которая позволяет регулировать переменное напряжение с помощью потенциометра VR1.

Номиналы резисторов должны быть изготовлены из ближайших достижимых фиксированных значений, при необходимости расположенных последовательно.

Мощность резистора R6 составляет 1 Вт, а резистора R7 — 2 Вт, хотя остальные резисторы могут иметь номинальную мощность 0,25 Вт. Регулятор напряжения IC1 317 должен быть установлен на какой-либо радиатор, размер которого определяется необходимыми входными и выходными напряжениями и токами.

Линейный источник питания — это блок питания (БП), который не содержит коммутационных или цифровых компонентов. Он обладает некоторыми выдающимися характеристиками по сравнению с импульсными блоками питания, такими как очень низкий уровень шума и пульсаций, устойчивость к сетевым помехам, простота, надежность, простота конструкции и ремонта. Они также могут генерировать очень высокие напряжения (тысячи вольт) и очень низкие напряжения (менее 1 В). Они могут легко генерировать несколько выходных напряжений. С другой стороны, они большие по размеру и тяжелые, и нуждаются в большем теплоотводе. Линейные источники питания существуют уже несколько десятилетий, задолго до появления полупроводников.

Линейные блоки питания могут быть фиксированными, например, как источник питания 5 В, который может понадобиться для логической схемы, или несколько фиксированных источников питания, необходимых для ПК (+5, +12 или -12 В). На настольном блоке питания лабораторного типа вы хотели бы использовать переменный блок питания. В дополнение к одиночным источникам питания вы также можете получить двойные источники питания, скажем, для схем операционных усилителей ±15 В, и даже двойные источники слежения, синхронизированные по напряжению друг с другом в источниках питания, где дрейф не является незначительным.

  • Логические и микропроцессорные схемы +5 В
  • Светодиодное освещение +12 В, общая электроника
  • Схемы операционных усилителей ±15 В
  • Питание для стендовых испытаний 0–30 В
  • Зарядное устройство +14,5 В

В этой статье мы рассмотрим отдельные компоненты блока питания, затем с нуля разработаем небольшой источник питания 12 В и регулируемый двойной источник питания 1–30 В.

Разборка линейного блока питания

  • Секция ввода сети содержит соединения с сетью, обычно выключатель, предохранитель и своего рода контрольную лампу. Используйте надежное заземление и изолируйте все сетевые части внутренней проводки с помощью изоляции для защиты от случайного прикосновения.
  • Трансформатор выбирается в соответствии с требуемым выходным напряжением и эффективно изолирует все остальные цепи от сети. Трансформатор может иметь несколько ответвлений на первичной обмотке, чтобы обеспечить различные входные напряжения сети, и несколько ответвлений на вторичной обмотке, соответствующие требуемому выходному напряжению. Кроме того, между первичным и вторичным ответвлениями имеется экран из медной фольги, который помогает уменьшить емкостную связь с высокочастотным сетевым шумом.
  • Выпрямитель может быть простым однорядным диодом (не подходит), двухполупериодным мостом с отводом от средней точки или двухполупериодным мостом. Необходимо указать используемые диоды (выпрямители). Они дешевы и малы, и используют более здоровенные, чем предполагалось. По моему опыту ремонта многих неисправных блоков питания, проблемы обычно вызваны выходом из строя диода либо из-за слишком большого тока, либо из-за скачков напряжения в сети. Учитывая это, выберите диод с высоким PIV (пиковое обратное напряжение). Когда вы монтируете диоды, держите выводы на длинной стороне, так как именно здесь рассеивается большая часть их тепла. В высоковольтных источниках питания обычно используются небольшие конденсаторы, подключенные параллельно диодам, чтобы помочь им быстрее восстановиться.
  • Конденсатор является очень трудолюбивым компонентом и должен заряжаться до пика вторичного напряжения (Vsec * 1,414), а затем быстро разряжаться на нагрузку. Конденсаторы из алюминиевой фольги представляют собой рулон туалетной бумаги и алюминия, наполненный маслом, и они имеют репутацию высыхающих и, следовательно, теряющих емкость. Если возможно, разместите их подальше от любых источников тепла в вашем макете. Танталовые конденсаторы имеют гораздо более низкое ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), поэтому лучше справляются с пульсациями. Вы можете использовать их в схеме регулятора. При разводке старайтесь свести все земли к одной точке. Конденсатор - хорошая точка для использования. На рисунке ниже показан резистор, который отлично подходит для продувки этого колпачка, когда блок питания выключен. Регулятор также должен иметь небольшой выходной ток, когда он не находится под нагрузкой; 1k будет достаточно.

На приведенном ниже рисунке зеленая кривая — это то, как выглядел бы сигнал без конденсатора, а кривая красного цвета — это «заполнение» конденсатора в каждом полупериоде, а затем разряд из-за тока нагрузки. Результирующий сигнал представляет собой пульсирующее напряжение.

  • Регулятор бывает разных типов: последовательный, шунтирующий, простой и сложный. О регуляторах будет отдельная статья, но в этом руководстве мы сосредоточимся на разработке двух простых стабилизаторов на основе ИС с фиксированным регулятором 7812 и регулируемым регулятором LM317.

Проектирование линейного источника питания

Разработка блока питания похожа на чтение на иврите: вы начинаете с конца и возвращаетесь к началу. Ключевой спецификацией является напряжение, которое мы хотим получить на выходе, и то, какой ток мы можем извлечь из него, не снижая напряжения. Для этого проекта давайте нацелимся на 12 В при 1 А и 3 В на регуляторе. Любой регулятор будет иметь определенную необходимую разницу между входным и выходным напряжениями для правильной работы. Если не указано, предположим, что это минимум 3 В. Некоторые регуляторы, которые мы здесь используем, рассчитаны только на 2 В.

Если на выходе нам нужно 12В, то на конденсаторе нужно 12+3=15В. Теперь, когда этот конденсатор заряжается и разряжается, должна присутствовать составляющая переменного тока, и это напряжение пульсаций (Vripple). Чем больше ток, потребляемый конденсатором, тем сильнее пульсации, и это также необходимо указать. При выборе 10 %, т. е. 1,2 В размах, ограничение рассчитывается следующим образом:

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

Это возвращает нас к диодам. Поскольку диоды обеспечивают не только ток нагрузки, но и ток заряда конденсатора, они потребляют больше тока.

В двухполупериодном мосту ток составляет 1,8 * Iнагрузка. В центральном положении это 1,2 * Iнагрузка. Учитывая это, мы должны использовать диоды не менее 2А.

Теперь это возвращает нас к вторичной обмотке трансформатора и ее удельному напряжению. В любой надежной системе мы должны учитывать допуски. Если мы будем следовать только минимальным конструктивным требованиям, входной сигнал регулятора может упасть ниже нуля, что в значительной степени повлияет на сеть. В коммерческих проектах обычно указывается ±10 %, поэтому, если наше питание составляет 230 В, это означает, что оно может упасть до 207 В.

Таким образом, напряжение на вторичной обмотке должно быть следующим:

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

Vreg – падение напряжения регулятора, Vпрямое – падение напряжения на двух диодах, которое составляет 2 * 0,7 для схемы с центральным отводом и 4 * 0,7 для полного моста. . Vпульсация была указана как 10 % от 12 В, или 1,2 В, поэтому

Всек = 15,03 В

Это означает, что стандартного трансформатора на 15 В должно хватить. Иногда вы не можете найти подходящий трансформатор и вам нужно выбрать другой с более высоким напряжением. Недостатком этого является то, что регулятор будет иметь более высокое напряжение на нем, и, как следствие, больше энергии будет рассеиваться в его радиаторе.

Последнее, что нужно указать сейчас, это размер трансформатора в ВА. Это простая и распространенная ошибка – думать, что ВА будет равно Всек*Iнагрузка, то есть 15*1 = 15 ВА. Но мы не должны забывать, что трансформатор также заряжает конденсатор, поэтому в зависимости от конфигурации 1,2 или 1,8 * Iнагрузка означает большую разницу, т. е. 1,8 * 1 * 15 = 27 ВА.

На этом дизайн завершается. Но как быть с предохранителем? Это целая наука сама по себе, но для этого простого блока питания я бы оценил его в 2 раза больше первичного входного тока. Таким образом, в этом случае VA равно 27, а напряжение сети Vin равно 230 В, а I = 2 * 27/230 = 250 мА.

Теперь мы можем добавить в регулятор несколько последних компонентов:

Для C1 мы разработали его на 4200 мкФ. Но поскольку регулятор удалит большую часть пульсаций, она может быть меньше или вдвое меньше, чем 2200 мкФ. Назначение С2 и С3 - обеспечить стабильность и помехозащищенность регулятора. National Linear обычно делает C2 10 мкФ и C1 1 мкФ. В идеале это должны быть танталовые типы, но если вы вынуждены использовать алюминий, вам следует удвоить значение.

D3 часто игнорируют, но он важен. Если на входе регулятора произойдет короткое замыкание, любая накопленная емкость в нагрузке Vcc, включая C3, разрядится на заднюю часть регулятора и, возможно, уничтожит его. Но D3 обходит это.

Теперь давайте заменим фиксированный регулятор на регулируемый, основанный на популярном и простом в использовании LM317, и добавим дополнительную отрицательную версию, LM337, чтобы сформировать блок питания с двойной регулировкой.Обратите внимание, что мы использовали трансформатор с отводом от средней точки, а также мостовой выпрямитель. Следующие примечания в равной степени относятся к отрицательной половине блока питания. Осталось разработать R6 и R7.

Если сделать R6 = 220, то для любого напряжения между Vmax и Vmin, R7 = (176*Vout) – 220. Итак, если вы хотите 9 В, R7 будет 176 * 9 – 220 = 1k4. Вы можете использовать двойной потенциометр от 5 до 10k (линейный), чтобы настроить обе стороны одновременно. Трансформатор со вторичной обмоткой 25/0/25 подойдет. С8 и С9 дают помехоустойчивость и могут быть 10мкФ. C10 и C11 - 1 мкФ, C4 и C7 - 1000 мкФ. Минимальное выходное напряжение составляет около 1,25 В.

Несколько примеров небольших линейных блоков питания своими руками

Надеемся, что эта статья ответила на все ваши вопросы о линейных источниках питания, но оставьте комментарий ниже, если вам нужны дополнительные пояснения!

Читайте также: