Добавил пользователь Alex
Обновлено: 04.10.2024

Как сделать выпрямитель и простейший блок питания

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

Определение

Различают два типа выпрямителей:

Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

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

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

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

Схемы

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

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

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

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

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

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

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

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

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

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

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

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

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

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

Как сделать блок питания своими руками?

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере. О них мы недавно писали большую статью - Как устроен компьютерный блок питания.

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

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

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

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

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

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база, подробнее об этом мы писали в статье о биполярных транзисторах. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

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

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

Регулируемые блоки питания

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

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

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

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

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

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Регулируемый блок питания — полезная и нужная вещь для каждого электронщика.

В сегодняшней статье мы расскажем, как смастерить его своими руками из обычного зарядного устройства для телефона.

Сделать такое устройство в домашних условиях можно в течение 10—15 минут. Причем это под силу даже новичку!

• зарядное устройство с USB-разъемом (технические характеристики — 5 V и 2 А);
• переменный резистор на 100 кОм;
• 2 конденсатора номиналом 470 мкФ.

Обратите внимание: максимально допустимое рабочее напряжение используемых конденсаторов должно быть в пределах 35 V.

Процесс изготовления блока питания

После того как выкрутили винтики, аккуратно разбираем пластиковый корпус и извлекаем из него плату с радиодеталями.

Из всех установленных на плате элементов нас интересует конкретно только одна деталь — интегральная микросхема регулируемого стабилизатора напряжения. В нашем случае это микросхема с маркировкой TL 431.

В принципе, это довольно распространенная микросхема, поэтому она встречается во многих зарядниках.

Обратите внимание : напряжение на выходе микросхемы TL 431 определяется по формуле, приведенной на картинке ниже, и находится в диапазоне от 2,5 до 36 V.

Путем изменения величины отношения резисторов R5 и R6 , можно регулировать напряжение на выходе всего блока питания.

Чтобы сделать из зарядного устройства регулируемый блок питания, для начала необходимо установить вместо постоянного резистора R5 переменный резистор на 100 кОм. Путем изменения его сопротивления можно будет регулировать напряжение на выходе блока питания.

Выпаиваем резистор R5. С обратной стороны платы вместо выводов удаленного резистора необходимо припаять два провода.

К проводам припаиваем переменный резистор: красный провод к левому выводу, а черный провод — к центральному.

На следующем этапе надо будет заменить заводские конденсаторы.

Они имеют номинал 470 мкФ, но рассчитаны на максимальное напряжение 10 V. Вместо них мы устанавливаем конденсаторы такого же номинала, но рассчитанные уже на максимальное напряжение 35 V.

Самодельный регулируемый блок питания готов.

Устанавливаем плату обратно в корпус зарядного устройства. Дополнительно в нем нужно будет высверлить отверстие для ручки переменного резистора и устанавливаем барашек с наружной стороны.

Видео по теме

Пошаговый процесс сборки блока питания, а также испытание его в работе можно посмотреть в видеоролике ниже.

Блок питания необходимая вещь для каждого радиолюбителя, потому, что для питания электронных самоделок нужен регулируемый источник питания со стабилизированным выходным напряжением от 1.2 до 30 вольт и силой тока до 10А, а также встроенной защитой от короткого замыкания. Схема изображенная на этом рисунке построена из минимального количества доступных и недорогих деталей.

Схема регулируемого блока питания на стабилизаторе LM317 с защитой от КЗ

Микросхема LM317 является регулируемым стабилизатором напряжения со встроенной защитой от короткого замыкания. Стабилизатор напряжения LM317 рассчитан на ток не более 1.5А, поэтому в схему добавлен мощный транзистор MJE13009 способный пропускать через себя реально большой ток до 10А, если верить даташиту максимум 12А. При вращении ручки переменного резистора Р1 на 5К изменяется напряжения на выходе блока питания.

Так же имеется два шунтирующих резистора R1 и R2 сопротивлением 200 Ом, через них микросхема определяет напряжение на выходе и сравнивает с напряжением на входе. Резистор R3 на 10К разряжает конденсатор С1 после отключения блока питания. Схема питается напряжением от 12 до 35 вольт. Сила тока будет зависеть от мощности трансформатора или импульсного источника питания.

А эту схему я нарисовал по просьбе начинающих радиолюбителей, которые собирают схемы навесным монтажом.

Схема регулируемого блока питания с защитой от КЗ на LM317

Сборку желательно выполнять на печатной плате, так будет красиво и аккуратно.

Печатная плата регулируемого блока питания на регуляторе напряжения LM317

Печатная плата сделана под импортные транзисторы, поэтому если надо поставить советский, транзистор придется развернуть и соединить проводами. Транзистор MJE13009 можно заменить на MJE13007 из советских КТ805, КТ808, КТ819 и другие транзисторы структуры n-p-n, все зависит от тока, который вам нужен. Силовые дорожки печатной платы желательно усилить припоем или тонкой медной проволокой. Стабилизатор напряжения LM317 и транзистор надо установить на радиатор с достаточной для охлаждения площадью, хороший вариант это, конечно радиатор от компьютерного процессора.

Желательно прикрутить туда и диодный мост. Не забудьте изолировать LM317 от радиатора пластиковой шайбой и тепло проводящей прокладкой, иначе произойдет большой бум. Диодный мост можно ставить практически любой на ток не менее 10А. Лично я поставил GBJ2510 на 25А с двойным запасом по мощности, будет в два раза холоднее и надёжнее.

А теперь самое интересное… Испытания блока питания на прочность.

Регулятор напряжения я подключил к источнику питания с напряжением 32 вольта и выходным током 10А. Без нагрузки падение напряжения на выходе регулятора всего 3В. Потом подключил две последовательно соединенные галогеновые лампы H4 55 Вт 12В, нити ламп соединил вместе для создания максимальной нагрузки в итоге получилось 220 Вт. Напряжение просело на 7В, номинальное напряжение источника питания было 32В. Сила тока потребляемая четырьмя нитями галогеновых ламп составила 9А.

Радиатор начал быстро нагреваться, через 5 минут температура поднялась до 65С°. Поэтому при снятии больших нагрузок рекомендую поставить вентилятор. Подключить его можно по этой схеме. Диодный мост и конденсатор можно не ставить, а подключить стабилизатор напряжения L7812CV напрямую к конденсатору С1 регулируемого блока питания.

Схема подключения вентилятора к блоку питания

Что будет с блоком питания при коротком замыкании?

При коротком замыкании напряжение на выходе регулятора снижается до 1 вольта, а сила тока равна силе тока источника питания в моем случае 10А. В таком состоянии при хорошем охлаждении блок может находится длительное время, после устранения короткого замыкания напряжение автоматически восстанавливается до заданного переменным резистором Р1 предела. Во время 10 минутных испытаний в режиме короткого замыкания ни одна деталь блока питания не пострадала.

Радиодетали для сборки регулируемого блока питания на LM317

• Стабилизатор напряжения LM317
• Диодный мост GBJ2501, 2502, 2504, 2506, 2508, 2510 и другие аналогичные рассчитанные на ток не менее 10А
• Конденсатор С1 4700mf 50V
• Резисторы R1, R2 200 Ом, R3 10K все резисторы мощностью 0.25 Вт
• Переменный резистор Р1 5К
• Транзистор MJE13007, MJE13009, КТ805, КТ808, КТ819 и другие структуры n-p-n

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать регулируемый блок питания своими руками

Незамысловатый и безопасный агрегат питания возможно сделать самостоятельно в домашних условиях. В наше время для этого есть все условия и нет проблем с радиодеталями. Специальных технических знаний для этого тоже не требуется.

Немаловажным аспектом в самостоятельном изготовлении блока питания является незатейливость схемы. Так после сборки конструкции она заработает без вспомогательных настроек.

Содержимое обзора

Особенности создания блока питания

Всем техническим устройствам нужно питание. Разница в силе тока и напряжения, которые дают мощность.

Все устройства электропитания делятся на два вида:

• Трансформаторные. Эти блоки питания весьма просты в производстве для новичков в радиотехническом деле. Невысокий уровень магнитных излучений явное преимущество этих агрегатов. Единственный их недостаток это объемный трансформатор, что делает устройство весьма габаритным;
• Бестрансформаторные. Более миниатюрны, так как отсутствует громоздкий трансформатор в классическом виде. Высокочастотный крохотный трансформатор снижает количество витков и габариты магнитопровода.

Желание радиолюбителей заполучить миниатюрные конструкции явилось причиной возникновения разнообразных микросхем, которые содержат в себе множество электроэлементов.

В основе каждого электроприбора микросхема величиной питания до пяти вольт. Дополнительные элементы при этом могут получать питание до двенадцати вольт постоянного тока.

Всем известно, что напряжение в обычной розетке двести двадцать вольт, а частота напряжения пятьдесят герц, подавать такое напряжение на микросхему нельзя, так как она сразу сломается. В этом случае поможет блок питания, который снизит напряжение до нужного уровня. Конструкция блока питания проста.

Основными элементами являются:

1. Трансформатор.
2. Выпрямитель
3. Фильтр.
4. Стабилизатор.

Простой блок питания

Нередко возникает необходимость в питании нескольких микросхем или транзисторов. В этом случае можно сделать маломощный блок питания.

Эти конструкции рассчитаны на ток в сто миллиампер, хотя весьма миниатюрны и компактны. Их установка на радиатор не требуется.

• Смастерить блок питания самостоятельно просто. Напряжение подается посредствам стабилизатора.
• В этой схеме стабилизатор является ограничителем потока элементов.
• Разрешенное значение один ампер, поэтому остальные элементы блока должны быть рассчитаны на ток более одного ампера.
• То есть после выравнивания, вход стабилизатора нужно подать на несколько вольт больше выхода для слаженной работы.
• Не завышать значение U, чтобы не допустить перегрев микросхемы.

Регулируемый блок питания

Сделать такое устройство можно из недорогих общедоступных деталей. В представленной схеме стабилизатор рассчитан на силу тока не превышающую полтора ампера. В схему входит транзистор, который способен пропускать большое напряжение.

Если вращать ручку переменного резистора, то изменяется напряжение на выходе конструкции. Помимо этого. есть несколько шунтирующих резистора с сопротивлением двести Ом. После отключения блока питания конденсатор разряжается посредствам резистора.

Зарядка из блока питания

Многие, кто немного разбирается в технике задаются вопросом: как из блока питания сделать зарядное устройство для компьютера?

1. Для этого в наличии должен быть блок питания в рабочем состоянии.
2. Подойдет старый мощностью в двести ватт. Ведь главной доработкой будет поднять напряжение.
3. Первое, отпаять провода, выходящие из агрегата, кроме провода зеленого цвета. Этот провод припаять к минусовым контактам.
4. Таким образом, устройство будет включаться автоматически при подключении к электросети.
5. Далее, припаять провода к минусу и двенадцативольтной шине там, где раньше были провода желтого цвета.
6. Дальше работы должны происходить с рабочим режимом широтно-импульсной модуляции, то есть с микросхемой TL494.
7. Из трех резисторов нужно выбрать тот, который соединен с выводами блока +12В. Необходимо отпаять этот резистор и изменить его сопротивление, добавив сопротивление.

Нужно иметь ввиду, что блоки имеют разный номинал резистора. Все зависит от имеющихся деталей и схем. После того, как достигнуто нужное сопротивление, нужно найти резистор с сопротивлением близким по значению.

Импульсивный блок питания

Сделать импульсный блок питания не составляет труда. Это агрегат высокой мощности при небольших габаритах. Применяя импульсную схему есть возможность получить мощность в несколько тысяч ватт.

Особенность этих блоков в повышенных частотах при небольших витках в обмотках, в результате чего получается высокое напряжение. Главное, это трансформаторная намотка. Начальная обмотка должна составлять двести витков.

Потом необходимо поставить изоляцию и намотать еще десять витков. Сверху нужно сделать выходную обмотку. В старых мобилах можно найти сердечник для трансформатора. Две части сердечника склеить скотчем и собрать трансформатор.

Лабораторный блок питания

Схема лабораторного блока питания содержит LM324-микросхему. Она включает в себя четыре усилителя. Лабораторный блок является источником питания с высочайшей точностью выходного сигнала.

Он маленький, но с большим КПД. Этот агрегат должен иметь большой корпус. Необходимо подобрать радиатор под размер корпуса и трансформатор. Также понадобятся конденсаторы и шунт.

Схема агрегата включает в себя:

• Преобразователь;
• Пусковой механизм;
• Разнообразные компоненты.

Основу блока питания составляет ir2153. Схема содержит стабилизатор интенсивности для питания всей схемы. Пусковой механизм является сложным устройством в данном блоке. Устройство функционирует в линейном режиме и обеспечивает плавную регулировку тока и напряжения.

В данной схеме необходимо использовать несколько стабилизаторов. Один принимает напряжение не более тридцати вольт, а второй является более мощным.

Во время функционирования они не нагреваются. Усилитель подпитывается от более сильного стабилизатора. Опорное напряжение подается посредствам операционного усилителя.

Читайте также:

  
• Как сделать расчет земельного налога в 1с 8
  
• Как сделать подсветку салона ваз 21099
  
• Как сделать из стекла бисер
  
• Как сделать коктейль из детского питания
  
• Как сделать интро в blender