Как увеличить мощность выпрямителя на 12 вольт своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 08.09.2024

В быту и на производстве широко используются электрические и электронные приборы различного назначения. Необходимое условие их функционирования — подключение к электрической сети или иному источнику электрической энергии. Из соображений упрощения создания и последующей эксплуатации сети или источника целесообразно, чтобы выходное напряжение имело определенное значение. Например 220 В бытовой сети переменного тока и 12 В автомобильной сети постоянного тока.

На практике применяются сети как постоянного, так и переменного тока. Например, бытовая 220-вольтовая сеть функционирует на переменном токе, а бортовая автомобильная сеть использует постоянный ток. В зависимости от разновидности сети повышение напряжения до нужного значения решается в них по-разному.

При обращении к современной микроэлектронной элементной базе реализующие эти функции устройства при солидной выходной мощности обладают очень хорошими массогабаритными показателями. Для иллюстрации этого положения на рисунке 1 показан пример платы со снятым корпусом повышающего преобразователя постоянного тока.

Рис. 1. Повышающий преобразователь постоянного тока бестрансформаторного типа

В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и как это делать правильно.

Причины снижения напряжения

Если в электрической сети низкое напряжение, не выходящее за границы допустимых норм, то это вполне нормально, так как при транспортировке энергии на линии теряется ее некоторая часть. При обычных условиях уровень этих потерь должен иметь допустимые значения. Но со временем оборудование изнашивается, и потребление электричества увеличивается.

Повышение расхода энергии заметно в своих домах при увеличении количества электрических устройств. Постепенно возникает такая ситуация, когда сеть не может нормально функционировать и обеспечивать энергией потребителей. При увеличении нагрузки толщина проводов, кабелей и мощность оборудования не изменяется.

Многие электрические устройства должны функционировать при нормальном напряжении 220-230 В. Если эта величина уменьшается, и становится ниже, то эффект от приборов значительно уменьшается, и большинство из них совсем не работают, либо выходят из строя.

Стабилизатор напряжения

Это наиболее приемлемый метод. Стабилизатор может быть с ручным или автоматическим управлением. Стабилизатор с системой автоматики самостоятельно удерживает необходимую мощность, а ручной приходится настраивать своими руками. Раньше такие приборы были во многих домах, так как электричество в сети имело большие перепады, да и в настоящее время подача электроэнергии часто изменяется. Когда люди на работе, то напряжение нормальное, а вечером, когда все дома, и работают многие устройства, то напряжение может давать сбои.

В таких случаях стабилизатор выполняет две задачи – во-первых, он увеличивает неожиданно уменьшившееся напряжение, позволяя приборам непрерывно функционировать, а во-вторых, он создает безопасность, и предотвращает появление замыканий из-за перепадов питания. Стабилизатор является необходимым устройством, но достаточно дорогостоящим, поэтому если у вас нет в доме старого стабилизатора, то лучше его не приобретать, а воспользоваться другим методом.

Чаще всего стабилизатор постоянно находится в подключенном состоянии, защищая устройства. Многие из них имеют световую индикацию, указывающую на уровень напряжения и режима работы.

Принцип работы стабилизатора

Действие этого прибора основывается на изменении числа витков трансформатора, при помощи тиристоров, реле или щеток. Защитная схема от пониженного напряжения очень простая. При нормальной величине напряжения, указанного в руководстве к прибору, стабилизатор может сгладить перепады, выдавая на выходе 220 вольт с допуском не более 8%. При снижении напряжения за допустимые границы, стабилизатор отключает питание, и выдает звуковой и световой сигнал.

Необходимо выяснить, как работает алгоритм действия стабилизатора при низком напряжении. При значительном падении напряжения менее 150 вольт напряжение на выходе может достигать 130% от значения питающей величины. При уменьшении U на выходе стабилизатора до 180 вольт он обесточивает сеть, делая напряжение равным нулю.

При увеличении наибольшего напряжения сети более 260 вольт устройство может поддерживать выходную величину около 90% от значения питания. При увеличении напряжения до 255 вольт, нагрузка также отключается от электрической сети.

Восстановление характеристик напряжения питания дает возможность возобновить подключение питания на нагрузку, однако происходит это при условии, позволяющем предотвратить вредное для потребителя внезапное изменение питания.

Также, стабилизатор обладает определенной заданной эксплуатационной температурой (до 120 градусов). Если этот параметр отклоняется более, чем на 10 градусов, то питание также может отключиться. Когда температура понизится, то допустимой величины (около 85 градусов), то питание автоматически восстановится. Многие регуляторы напряжения сети имеют автоматические системы, производящие аварийное выключение питания, если напряжение превысило допустимую величину тока. Это достигается путем применения регулятора для подсоединения нагрузки, больше разрешенной величины.

Отсюда можно сделать вывод, что увеличить напряжение в сети не настолько трудно, необходимо лишь вникнуть в эту проблему более глубоко.

Как повысить силу тока в блоке питания

В интернете часто можно встретить вопрос, как повысить I в блоке питания, не изменяя напряжение. Рассмотрим основные варианты.

Блок питания на 12 Вольт работает с током 0,5 Ампер. Как поднять I до предельной величины? Для этого параллельно БП ставится транзистор. Кроме того, на входе устанавливается резистор и стабилизатор.

Узнайте больше — как проверить транзистор мультиметром на исправность.

При падении напряжения на сопротивлении до нужной величины открывается транзистор, и остальной ток протекает не через стабилизатор, а через транзистор.

Последний, к слову, необходимо выбирать по номинальному току и ставить радиатор.

Кроме того, возможны следующие варианты:

Увеличить мощность всех элементов устройства. Поставить стабилизатор, диодный мост и трансформатор большей мощности.
При наличии защиты по току снизить номинал резистора в цепочке управления.

Имеется блок питания на U = 220-240 Вольт (на входе), а на выходе постоянное U = 12 Вольт и I = 5 Ампер. Задача — увеличить ток до 10 Ампер. При этом БП должен остаться приблизительно в тех же габаритах и не перегреваться.

Здесь для повышения мощности на выходе необходимо задействовать другой трансформатор, который пересчитан под 12 Вольт и 10 Ампер. В противном случае изделие придется перематывать самостоятельно.

При отсутствии необходимого опыта на риск лучше не идти, ведь высока вероятность короткого замыкания или перегорания дорогостоящих элементов цепи.

Трансформатор придется поменять на изделие большего размера, а также пересчитывать цепочку демпфера, находящегося на СТОКЕ ключа.

Следующий момент — замена электролитического конденсатора, ведь при выборе емкости нужно ориентироваться на мощность устройства. Так, на 1 Вт мощности приходится 1-2 мкФ.

Также рекомендуется поменять диоды с выпрямителями. Кроме того, может потребоваться установка нового диода выпрямителя на низкой стороне и увеличение емкости конденсаторов.

После такой переделки устройство будет греться сильнее, поэтому без установки вентилятора не обойтись.

Повышающий трансформатор

Вторым методом является покупка трансформатора, который способен увеличить напряжение. Но для правильного выбора трансформатора, необходимо ознакомиться с определенными расчетами. Первичная обмотка должна быть рассчитана на 220 вольт, а вторичная – должна выдавать недостающую часть напряжения.

Для определения нужного числа витков следует пользоваться формулами:

Iн = Рн / Uн и Р = U2 x I2

В первом выражении можно определить ток вторичной обмотки. Далее, используя второе выражение, можно определить мощность Р. По таким данным можно узнать, какие параметры трансформатора необходимы. Основными характеристиками при подборе трансформатора являются мощность и напряжение на выходе.

Перед повышением напряжения и монтажа трансформатора, нужно спланировать место установки. Обычно их устанавливаю в подвалах. Если вы живете в квартире, то лучше установить его в кладовке или подсобном помещении, где нет людей.

Повышение переменного напряжения

Разновидности трансформаторов

Наиболее простой способ увеличения переменного напряжения – установка между выходом сети и питаемой нагрузкой повышающего трансформатора. Применяемые на практике устройства делятся на две основные разновидности. Первая — классические трансформаторы, вторая — автотрансформаторы. Схемы этих устройств приведены на рисунке 2.

Рис. 2. Схемы трансформатора и автотрансформатора

Классический трансформатор содержит две обмотки: первичную или входную с числом витков W1, а также вторичную или выходную с числом витков W2. Для трансформатора действует правило Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации. Таким образом, в повышающем трансформаторе количество витков вторичной обмотки превышает таковое у первичной.

Повышающий авторансформатор содержит единственную обмотку с W2 витками. Сеть подключается на часть W1 ее витков. Повышение U происходит за счет того, что магнитное поле, создаваемое при протекании тока через входную часть общей обмотки, наводит ток уже во всей обмотке W2. Расчетная формула автотрансформатора аналогична обычному: Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации.

Особенности трансформаторов

Эффективность функционирования трансформаторов наращивают применением сердечника из электротехнической стали. Этот компонент

увеличивает КПД устройства за счет уменьшения рассеяния магнитного поля в окружающем пространстве;
выполняет функцию несущей силовой основы для обмоток.

Неизбежные потери на вихревые тока уменьшают тем, что сердечник представляет собой наборный пакет из тонких профилированных изолированных пластин.

При прочих равных условиях целесообразно использовать трансформатор. Это связано с тем, что не пропускает постоянный ток, т.е. обеспечивает гальваническую развязку сети от приемника, позволяя добиться большей электробезопасности.

Особенность трансформатора — его обратимый характер, т.е. в зависимости от ситуации он может одинаково успешно выполнять функции повышающего и понижающего устройства. Единственное серьезное ограничение — необходимость соблюдения штатных режимов работы первичной и вторичной обмоток.

В отличие от компьютерных розеток, называемых RJ45, в различных странах при устройстве бытовых сетей электроснабжения устанавливают различные типа розеток. Известны, например, розетки, немецкого, французского, английского и иных стандартов или стилей. Поэтому на трансформатор малой мощности целесообразно возложить функции адаптера, который за счет разных типов вилок и гнезд обеспечивает механическое согласование сети и нагрузки. Пример такого устройства изображен на рисунке 3.

Рис. 3. Пример обратимого маломощного трансформатора с возможностью согласования типов розеток

Лабораторные автотрансформаторы ЛАТР

Сильная сторона автотрансформатора – простота регулирования выходного напряжения простым перемещением токосъемного контакта по обмотке. Устройства, допускающие выполнение этой опции, известны как лабораторные автотрансформаторы ЛАТР. Отличаются характерным внешним видом за счет наличия регулятора напряжения и вольтметра для его контроля, рисунок 4.

ЛАТР востребованы не только в лабораториях. Они массово применяются в гаражах, на садовых участках и других местах, где из-за перегрузки и износа линии напряжение в розетке оказывается ниже минимально допустимого.

При колебаниях сетевого напряжения вместо обычного ЛАТР целесообразно использовать стабилизатор, куда он входит в виде одного из блоков.

Рис. 4. Внешний вид одного из вариантов ЛАТР

Другие способы повышения напряжения

Для того, чтобы увеличить низкое напряжение, существует много разных способов, которыми пользуются многие жильцы квартир и загородных домов.

Применение автотрансформаторов. Их устройство дает возможность увеличить напряжение на 50 вольт. Они применяются чаще всего в электрических сетях с низким напряжением, в деревне, где напряжение падает часто, и считается обычным явлением. Используя автотрансформатор можно также и уменьшать напряжение. При их выборе следует учитывать мощность, в противном случае они будут сильно нагреваться.
Низкое напряжение можно привести в норму путем использования умножителя, который является особым устройством, собранным из конденсаторов и диодов. Такие умножители используются для питания кинескопов, увеличивая напряжение до 27 тысяч вольт.
С помощью электродвижущей силы. Если в источнике энергии можно настраивать ЭДС специальным регулятором, то можно увеличить значение ЭДС этого источника. Повышение напряжения произойдет на столько, на сколько повысится ЭДС.
Низкое напряжение можно повысить, изменяя сопротивление. Зависимость напряжения от сопротивления, следующая: во сколько уменьшится сопротивление, во столько и увеличится напряжение.
Если нельзя повысить напряжение одним из этих способов, то можно использовать их совместно. Например, для увеличения напряжения в цепи в 12 раз, нужно повысить ЭДС источника в два раза, снизить длину проводов в два раза, и повысить площадь их сечения в три раза.

Что делать, если низкое напряжение в электрической сети.

Повышение постоянного напряжения

Общий принцип увеличения постоянного напряжения в произвольное число раз

Трансформаторный способ увеличения напряжения не может применяться в сетях постоянного тока. Поэтому при необходимости решения этой задачи используют более сложные устройства, в основу функционирования которых положена следующая схема: постоянный входной ток используется для питания генератора, с выхода которого снимают переменный сигнал. Переменное напряжение увеличивают тем или иным образом, после чего выпрямляют и сглаживают для получения более высокого постоянного.

Структурная схема такого преобразователя показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Обобщенная структурная схема повышающего преобразователя

Отдельные разновидности схем отличаются между собой:

формой сигнала, снимаемого с выхода генератора (синусоидальное или близкое к нему, пилообразное, импульсное и т.д.);
принципом увеличения генерируемого напряжения (трансформатор, умножитель);
типом выпрямления и сглаживания напряжения перед подачей его на выход устройства.

В продаже доступны микроэлектронная элементная база, которая позволяет собирать преобразователи данной разновидности при наличии даже начальных навыков радиомонтажника.

Умножители

Умножители применяют в тех случаях, когда из переменного входного напряжения нужно получить постоянное, которое в кратное количество раз превышает входное.

Существует большое количество схем умножителей. Одна из них показана на рисунке 6.

Рис. 6. Принципиальная схема умножителя

Коэффициент умножения можно нарастить увеличением количества каскадов.

Рис. 8. Учетверитель напряжения

Переменный ток, имеющий определенную меняющуюся частоту, подается на входные контакты моста. На выходах с положительным и отрицательным значением образуется однополярный ток, обладающий повышенной пульсацией, значительно превышающей частоту тока, подаваемого на вход.

Появляющиеся пульсации нужно обязательно убрать, иначе электронная схема не сможет нормально работать. Поэтому, в схеме присутствуют специальные фильтры, представляющие собой электролитические конденсаторы с большой емкостью.

Сама сборка моста состоит из четырех диодов с одинаковыми параметрами. Они соединены в общую схему и размещаются в общем корпусе.

Диодный мост имеет четыре вывода. К двум из них подключается переменное напряжение, а два остальных являются положительным и отрицательным выводом пульсирующего выпрямленного напряжения.

Выпрямительный мост в виде диодной сборки обладает существенными технологическими преимуществами. Таким образом, на печатную плату устанавливается сразу одна монолитная деталь. Во время эксплуатации, для всех диодов обеспечивается одинаковый тепловой режим. Стоимость общей сборки ниже четырех диодов в отдельности. Однако, данная деталь имеет серьезный недостаток. При выходе из строя хотя-бы одного диода, вся сборка подлежит замене. При желании, любая общая схема может быть заменена четырьмя отдельными деталями.

Конструкция

Встречаются образцы с внушительными габаритами. Например, трёхфазный выпрямительный мост китайского производства. Прибор предназначен для токов в сотни ампер, поэтому имеет винтовой крепёж под силовые провода и плоскую металлическую теплопроводящую поверхность с отверстиями для фиксации на радиаторе охлаждения.

Видео

Печатная плата для блока питания

Изготавливается из фольгированного текстолита, для чего производят обработку металла соляной кислотой либо аккумуляторным электролитом.

Работы проводятся в резиновых перчатках с соблюдением мер предосторожности. Металл промывают содовым раствором и наносят изображение печатной платы. Существуют специальные компьютерные программы для создания таких изображений.

Протравливают плату, опуская ее в раствор хлорного железа, либо смеси медного купороса с солью.

Фотореле для уличного освещения — критерии выбора, советы по подключению и размещению устройства (135 фото)

Устройство импульсной защиты: классификация, схема подключения ограничителя и советы по выбору устройства (155 фото)

Что такое реле контроля фаз — принцип работы, назначение, схема подключения и основные типы реле контроля фаз (125 фото)

Выбор типа сборки

Для каждой задачи существует свой оптимальный вариант выпрямительной диодной сборки. Все их можно условно разделить на 3 вида:

Выпрямитель на одном диоде. Применяется в самых простых и дешёвых схемах, где нет к.л. требований к качеству выходного напряжения, как, например, в ночниках.
Сдвоенный диод. Эти детали внешне похожи на транзисторы, ведь они выпускаются в таких же корпусах. Они также имеют 3 вывода. По сути, это два диода, помещённых в один корпус. Один из выводов – средний. Он может быть общим катодом или анодом внутренних диодов.
Полноценный диодный мост. 4 детали в одном корпусе. Подходит для устройств с большими токами. Применяется в основном на входах и выходах различных блоков питания и зарядных устройств.

Дополнительная информация. Выпрямители используются и в автомобилях. Они нужны для преобразования идущего с генератора переменного напряжения в постоянное. Оно, в свою очередь, необходимо для зарядки аккумулятора. Обычный бензогенератор вырабатывает переменный ток.

Принцип действия полупроводникового диода

Рис. 1 Название описываемого устройства ясно указывает, что эта конструкция состоит из диодов — полупроводниковых приборов, хорошо проводящих электричество в одном направлении и практически не проводящих его в противоположную сторону. Изображение этого прибора (VD1) на принципиальных схемах приведено на рис. 2в. Когда ток по нему течет в прямом направлении — от анода (слева) к катоду (справа), сопротивление его мало. При изменении направления тока на противоположное сопротивление диода многократно возрастает. В этом случае через него течет мало отличающийся от нуля обратный ток.

Увеличение выходного тока стабилизатора

Приведенная схема позволяет нагружать стабилизатор током до 1,5 А. Если этого недостаточно, можно умощнить узел дополнительным транзистором.

Схема с транзистором структуры n-p-n

Внешний транзистор n-p-n.

Эта схема рекомендуется разработчиками и включена в даташит на микросхему. Выходной ток не должен превышать наибольший ток коллектора транзистора, который должен быть обязательно снабжен теплоотводом.

Схема с транзистором p-n-p

Если полупроводниковый триод структуры n-p-n отсутствует, то можно умощнить стабилизатор полупроводниковым триодом p-n-p.

Внешний транзистор p-n-p.

Кремниевый маломощный диод VD увеличивает выходное напряжение 7812 на 0,6 В и компенсирует падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора.

Двухполупериодный выпрямитель, мостовая схема

Схема двухполупериодный выпрямитель мостовая схема

И наконец, рассмотрим схему мостового выпрямителя, самую распространенную схему, по которой сделана большая часть всех выпущенных трансформаторных блоков питания. Сейчас объясню принцип работы диодного моста:

Диодный мост рисунок

Ток у нас на выходе с трансформатора переменный, а переменный ток, как известно, в течение периода дважды меняет свое направление. Говоря другими словам, конечно же упрощенно, при переменном токе с частотой 50 герц, ток у нас 100 раз в секунду меняет свое направление. То есть сначала он течет от вывода диодного моста под цифрой один, ко второму, потом в течение другой полуволны он течет от вывода под номером два к первому.

Объяснение работы диодного моста

Рассмотрим, что происходит с диодным мостом при подаче напряжения, мы видим, на рисунке обозначен красным путь тока, напрямую пройти к выводу диодного моста соединенного с переменным током не позволит диод, который получается у нас включенный в обратном включении, а в обратном включении, как мы помним, диоды не пропускают ток. Току остается только один путь (выделено на рисунке синим), через нагрузку и через диод уйти в провод соединенный с выводом переменного тока. Когда у нас ток меняет свое направление, то вступает в действие вторая часть диодного моста, которая действует аналогично той, что описал выше. В итоге у нас получается на выходе такой же график напряжения, как и у двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

График мостого выпрямителя

При сборке выпрямителя нужно учитывать полярность на выходе диодного моста, если мы подключим электролитический конденсатор неправильно, то рискуем испортить конденсатор и можно считать, что повезло, если этим все ограничится. Поэтому при сборке диодного моста важно помнить одно правило, плюс на выходе с моста всегда будет в точке соединения 2 катодов диодов, а минус в точке соединения анодов. Встречается и такое обозначение на схемах диодного моста:

Еще одно изображение диодного моста

Диодный мост можно собрать как из отдельных диодов, так и взять специальную сборку из 4 диодов, уже соединенных по мостовой схеме, и имеющий 4 вывода. В таком случае остается только подать переменный ток, идущий обычно с вторичной обмотки трансформатора на два вывода моста, а с оставшихся двух выводов снимать плюс и минус. Обычно на самой детали бывает обозначено, где какой вывод у моста. Так выглядит импортный диодный мост:

Фото импортного диодного моста

На фото далее изображен отечественный диодный мост КЦ405.

Фото диодный мост кц405

Выбор диодов и изготовление выпрямителя

Диоды в выпрямитель выбираются по трем параметрам:

наибольшее допустимое прямое напряжение;
наибольшее обратное напряжение;
наибольший рабочий ток.

По первым двум параметрам для работы в 12-вольтовой схеме подойдут 90 процентов доступных полупроводниковых приборов, выбор в основном делается по предельному длительно допустимому току. От этого параметра также зависит исполнение корпуса диода и способ изготовления выпрямителя.

Если ток нагрузки не будет превышать 1 А, можно применить зарубежные и отечественные одноамперные диоды:

1N4001-1N4007;
HER101-HER108;
КД258 (“капелька”);
КД212 и другие.

На меньшие токи (до 0,3 А) рассчитаны приборы КД105 (КД106). Все перечисленные диоды можно монтировать как вертикально, так и горизонтально на печатную или монтажную плату, или просто на штырьки. Радиаторов им не нужно.

Диодный мост из маломощных элементов.

Если нужны большие рабочие токи, то надо применять другие диоды (КД213, КД202, КД203 и т.д.). Эти приборы рассчитаны для эксплуатации на теплоотводящих радиаторах, без них они выдержат не более 10% от максимального паспортного тока. Поэтому надо подобрать готовые теплоотводы или сделать их самостоятельно из меди или алюминия.

Другая конструкция диодного моста.

Также удобно использовать готовые мостовые диодные сборки КЦ405, КВРС или подобные. Их не надо собирать – достаточно подать на соответствующие выводы переменное напряжение и снять постоянное.

Выпрямитель для сварки

Оборудование для сварки на переменном токе обладает существенным минусом при использовании в домашних условиях: оно провоцируют перепады напряжения в сети и помехи для работы электроустройств. По этой причине, при проведении сварных работ своими руками, требуется выпрямитель для сварочного аппарата, позволяющий в некоторой мере сгладить мощные перепады сетевого напряжения.

Принцип работы однофазной мостовой схемы

Процесс протекания переменного тока можно представить в виде волны, колеблющейся с определенной частотой. Это процедура очень быстрая, которую представить можно, как в один определенный момент, проходит ток сначала в одну сторону затем в другую.

Однофазная мостовая схема выпрямления

В сварке специалисты добиваются, чтобы эти перемещения осуществлялись в одностороннем порядке:

Во вторичную обмотку трансформатора впаивают полупроводник, он осуществляет электрический пропуск в нужном направлении, что и является постоянным током. Так как переменный ток с наличием частот, своими волнами создаст паузы, которые недопустимы в рабочем процессе.
В схеме, припаивают электродетали в обратном направлении по отношению друг к другу, тогда, и электронный поток потечет в обратную сторону.
Если создать схему с парами элементов, направленных один к другому, получат поток из волн с колебанием от нулевого значения до максимального. Этот предел рассчитывают на возможность вторичной трансформаторной обмотки.
Таким же способом получают колебания, снижающиеся до минимума, с момента которого начинается новый подъём. При этом вырабатывается плюс полюсного напряжения, а его минус располагается в обмотке трансформатора.
Эту схему применяют с наличием в устройстве вывода, чтобы не разбирать обмотку, его можно создать самостоятельной намоткой. Эта конструкция славится своей экономичностью по отношению к количеству полупроводниковых элементов.
Разделение обмотки на несколько участков позволяет пользоваться только её частью.
Наиболее удобной и применимой у электротехников является мостовое выпрямительное сооружение. Подобный план состоит из квадрата с полупроводниками по сторонам. Одни углы у него выдают постоянный ток, другие показывают выход напряжения от трансформатора.

Этот пример имеет преимущество, он не требует создавать вывод от второй обмотки, но понадобится много полупроводниковых вентилей. Сварка будет с небольшой мощностью, для них подбирают специальных размеров электроды, и сваривают детали ограниченные в параметрах. Следует учесть, уменьшает колебания волн, при работе сварочного аппарата, параллельное включение конденсаторного приспособления.

Защита

Стабилизатор должен решать две проблемы – устранение возможности короткого замыкания и перегрузки. В первом случае необходимо будет установить причину срабатывания прибора и только после этого включать его. При перегрузке (которая в промышленных образцах обычно устанавливается в рамках 5-50 процентов от номинала) спустя определённый период времени (как правило, до одной минуты) срабатывает система защиты, которая выключит прибор. В промышленных образцах распространённой практикой является установление функции повторного включения. Если никакие проблемы при этом не будут найдены, то после запуска устройство продолжит свою работу в нормальном режиме. Теперь давайте рассмотрим, что нам нужно, если мы хотим сделать стабилизатор напряжения (12 вольт, 1,5 Ампера).

Изготовление выпрямителя

Что такое выпрямитель и для чего он нужен? Это устройство на полупроводниковых диодах, которое является преобразователем. С его помощью переменный ток 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.

Как стабилизировать напряжение на выходе

Чтобы стабилизировать выходное напряжение, можно воспользоваться стабилитроном, имеющим силу 12-вольтового показателя. Даже если установить более мощные стабилизаторы, то на выходе получаются те же 12 Вольт.

Куда же уходит оставшееся количество? Остальная часть переходит в тепловую энергию, поэтому этот компонент принято монтировать на поверхность радиатора.

Подключение дифавтомата — схемы, правила монтажа и особенности установки своими руками. Пошаговая инструкция начинающего электрика!

Реле времени: как подключить своими руками? Для чего используется и обзор уровней автоматизации. Виды, маркировка и принцип работы устройства

Знакомые с автобазы маршрутных микроавтобусов попросили сделать зарядное устройство для зарядки аккумуляторов 12 В и 24 В. Поскольку пользоваться им будут абсолютно неподготовленные люди, решено сделать его устойчивой к ошибкам от далёких от электроники юзерам.

Просмотрев несколько разных схем с сайта 2Схемы обнаружилось, что бессмысленно делать какую-то автоматику и электронику. Выпрямитель должен просто давать правильное напряжение и, при необходимости, оптимальный ток. Что как раз нужно автомобильным аккумуляторам.

Схема выпрямителя для АКБ на 12 и 24 В

В общем конструкция тривиальна. Трансформатор, выключатель, диодный мост, светодиоды, амперметр, реле, кнопка. Вот и всё.

Как действует зарядное устройство

Реле действует как “защита от дурака”, такая как случайное замыкание и постоянная перегрузка выпрямителя. Короткое замыкание или большой ток вызывают падение напряжения и реле размыкается, отключая источник питания трансформатор и защищая выпрямитель от повреждения.

Далее тут есть переключатель напряжения в сочетании со светодиодами, которые информируют о текущем напряжении на выходе. Можно было соединить две обмотки параллельно и тогда выходной ток был бы больше, но в наличии был переключатель только однополюсный. Конечно вы можете сделать такую модификацию либо использовать другой трансформатор и получать разные напряжения, например 6 В и 12 В. Нужно только впаять другое реле и светодиоды.

Выходные напряжения 14 В и 28 В. Ток – 3,5 А или чуть выше. Понадобилось всего 5 часов, чтобы собрать и запустить его (с перерывом на обед). Передняя панель напечатана на белой клейкой бумаге для струйной печати.

Аккумулятор должен заряжаться током 1/10 от его емкости, то есть 45 Ач – 4,5 А. Что подразумевает полное время зарядки 10 часов. Полная разрядка кислотной батареи окажет большое влияние на ее работу.

Конечно ошибкой является отсутствие предохранителя на выходе выпрямителя, который защитил бы АКБ в случае пробоя моста. Кроме того, сетевой предохранитель следует обязательно размещать на обмотке.

Что касается отсутствия регулирования тока. Вероятно оно и не нужно при такой текущей эффективности. Максимальный ток составляет 3,5 А, то есть можете легко зарядить авто аккумулятор 36 Ач и выше. Перегрузка тоже не угроза, потому что напряжение низкое и ток будет падать с ростом напряжения. Естественно заряжая аккумулятор не забывайте, что он подключен (автомата тут нет).

Понятно что в идеале зарядный ток должен быть установлен на уровне 10% емкости аккумулятора (например 100 Ач – это 10 A зарядный ток или 50 Ач – это зарядный ток 5 А), после этого зарядное напряжение не должно превышать 13,8 В во время обычной зарядки, а на ускоренном третьем напряжении 15 В должен быть автоматический выключатель зарядки, когда зарядный ток достигает небольшого значения на конечной стадии зарядки и зависит от емкости аккумулятора и его температуры, ну и должно быть защищено от короткого замыкания и перегрузки, но это всё уже из области совсем других ЗУ.

Если трансформатор на напряжение 20 В, то будет ток намного больше, чем 10 А, а если 10 В, ток, вероятно, вообще не будет течь. Для зарядки батареи обычно достаточно 5 А. Помните еще одну вещь: чем больше ток, который заряжаете АКБ, тем быстрее придётся заменить его новым!

Схема защиты зарядного

Самая простая система защиты может быть выполнена на нескольких радиоэлементах. Реле с контактным током, превышающим зарядный ток (например 16 А) – катушка на 5-9 В постоянного тока. Диод – 1 А, резистор Р – в 5 раз больше, чем сопротивление катушки реле. Конденсатор С – например 220 мкФ 25 В. Конечно у схемы есть недостаток – после отсоединения аккумулятора реле продолжает работать, пока не отключится электропитание.

Также советую использовать диоды Шотки, например, от блока питания компьютера. Эти диоды выделяют меньше тепла чем обычные. Дальнейшее снижение потерь мощности в выпрямителе может быть достигнуто с помощью трансформатора с симметричной (двойной) вторичной обмоткой. Трансформатор тут на 50 Вт, нельзя ожидать от него многого, но он всё-же делает свою работу уже долгое время.

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

Проще-блок питания от ноутбука, в плюсовой разрыв, лампочка на 50-100вт от автомобиля,через 30 минут автомобиль заводится!

Блок питания достаточно прост в изготовлении, если немножко разобраться с теоретической частью и понять, как он работает. Все не так сложно, как кажется. Из чего состоит блок питания на 12 вольт, с фото и примерами, а также описание его элементов и принцип работы – далее в статье.

Краткое содержимое статьи:

Основные элементы и принцип действия блоков питания

Главной частью является понижающий трансформатор, причем при отсутствии его с необходимыми параметрами, то вторичная обмотка перематывается вручную и получается необходимое выходное напряжение. Посредством трансформатора происходит уменьшение напряжения сети 220 вольт до 12, идущих дальше к потребителю.

Принципиальной разницы между штатными устройствами и с перемотанной вторичной обмоткой нет, главное – правильно рассчитать сечение провода и количество его витков на обмотке.

Далее ток идет на выпрямитель. Состоит из полупроводников, например, диодов. Диодный мост, в разных схемах, может состоять из одного, двух или четырех диодов. После выпрямителя ток поступает на конденсатор, также в схеме для выдачи стабильного напряжения желательно включение стабилитрона с соответствующими характеристиками.

Трансформатор

Состоит трансформатор из сердечника, изготовленного из ферромагнетика, а также первичной и вторичной обмоток. На первичную обмотку приходит 220 вольт, а со вторичной, в данном случае, снимается 12, идущие на выпрямитель. Сердечники в данном типе блоков питания по большей части изготавливают Ш-образной и U-образной формы.

Расположение обмоток допускается как одна на другой на общей катушке, так и по отдельности. К примеру, у U-образного сердечника пара катушек, на каждую из которых намотано по половине обмоток. Выводы при подсоединении трансформатора подключают последовательно.

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора - необходимое устройство в любом автохозяйстве. Его можно купить в магазине. А можно сделать самостоятельно.

Принцип работы и основные компоненты

Свинцово-кислотные аккумуляторы заряжают постоянным (выпрямленным) напряжением, стабильным по уровню. Чтобы получить ток, втекающий в батарею, зарядное напряжение должно быть выше напряжения АКБ. Ток заряда в таком режиме зависит от разницы напряжений источника и батареи.

Полностью разряженная АКБ автомобиля выдает напряжение 10,5 вольт (ниже разряжать нельзя), полностью заряженная - 12,6 вольт. В процессе уровень на выходе ЗУ остается постоянным, на клеммах батареи плавно повышается. Поэтому в начале зарядки ток будет максимальным, по окончании – минимальным. Снижение уровня тока служит признаком окончания процесса. Также для автоматического завершения зарядки можно использовать достижение напряжения на АКБ значения 12,5..12,6 вольт.

Стандартная схема построения зарядника содержит:

Сетевой трансформатор;
Выпрямитель;
Регулятор тока (напряжения) - стабилизированный или нет.

Очень желательны приборы, индицирующие ток и напряжение. Дополнительно ЗУ может оснащаться:

схемой ограничения тока;
электрическими защитами;
индикацией или автоматическим отключением по окончании зарядки.

Эти функции являются сервисными и повышают удобство работы с ЗУ.

Принципиальные схемы зарядных устройств

Зарядное устройство для автомобильной батареи можно выполнить на разной элементной базе. Все зависит от наличия комплектующих и квалификации мастера.

Простое зарядное устройство для АКБ автомобиля на 12В

Для регулирования тока и напряжения можно применить обычный потенциометр. Вращением его движка можно подстраивать ток в зарядной цепи.

На практике такая схема не используется по двум причинам:

через потенциометр идет полный ток нагрузки, элемент такой мощности найти трудно;
ток нагрузки идет через подвижный контакт движка переменного резистора, это значительно снижает надежность работы устройства.

Зато по этой схеме легко понять принцип работы простых зарядников.

На практике реализуется другая схема зарядного устройства для сборки своими руками. Здесь потенциометр включен в цепь базы транзистора, и ток через него небольшой. Зарядный же ток идет через коллектор-эмиттер транзистора, а полупроводниковый элемент подобной мощности найти гораздо проще. Но в этом и состоит главный недостаток схемы. Сквозной ток идет через регулирующий элемент, вся излишняя мощность рассеивается на нем. Потребуется радиатор значительной площади.

Для нормальной работы такого зарядника на него надо подавать повышенное напряжение – не менее 18 вольт, чтобы обеспечить запас по регулировке. В соответствии с этим требованием надо выбирать сетевой трансформатор.

Зарядное на тиристоре ку202н

Популярна схема самодельного зарядного устройства, где аккумулятор заряжается выпрямленным напряжением, а ток регулируется вручную посредством тиристора (подходит отечественный КУ202Н или зарубежные аналоги).

Сетевое напряжение понижается трансформатором Т1 и выпрямляется мостом VD1..VD4. На однопереходном транзисторе VT2 собран генератор импульсов. Его частота задается цепью из конденсатора C1 и управляемого резистора на VT1. Его сопротивление регулирует потенциометр R5. В начале каждого полупериода генератор запускается через цепь R1VD1, и начинает выдавать импульсы с заданной частотой. Первый импульс открывает тиристор, остальные (следующие до конца полупериода) не имеют значения. Чем раньше открывается ключ на VS1, тем большая часть синусоиды попадает в нагрузку, тем выше усредненное напряжение на аккумуляторе и средний ток, втекающий в него.

Амперметр служит для контроля этого тока. Недостаток схемы в том, что напряжение не стабилизировано, и будет изменяться вслед за изменением напряжения сети 220 вольт (оно может меняться в пределах ±5%). Вслед за напряжением будет меняться ток заряда, потому процесс требует периодического контроля и, при необходимости, подстройки. Кроме того, напряжение на АКБ не измерить обычным вольтметром или мультиметром – они рассчитаны на измерение постоянного напряжения, а зарядник выдает резко отличающуюся от постоянки форму. Погрешность будет очень высокой, поэтому для контроля придется отключать аккумулятор и замерять его напряжение.

Фильтрующие конденсаторы после выпрямителя устанавливать нельзя – схема работает только с выпрямленным, но не с постоянным напряжением на входе.

Если однопереходного транзистора нет, схему можно собрать без него. Она немного усложнится. Но вместо регулируемого сопротивления на транзисторе для задания частоты генерации возможно применить обычный потенциометр.

Существуют различные варианты данной схемы. Например, регулируемое устройство на симисторе. Здесь силовым ключом служит мощный симистор, а тиристор задействован в схеме формирования открывающих импульсов.

Видео версия: Зарядное с десульфатацией на одном тиристоре.

ЗУ для автомобильного аккумулятора на tl494

Микросхема генерирует импульсы, частота которых задается цепью R4C3, а ширина зависит от разницы между уровнями на входах 1 и 2. Импульсы управляют транзистором VT1, который, открываясь, подпитывает энергией дроссель L1. Запасенная энергия расходуется в нагрузку. Чем больше нагрузка, тем быстрее расходуется запас, тем быстрее падает напряжение на выходе, что приводит к увеличению длительности импульсов с выхода 8 микросхемы. К этому же приводит вращение потенциометра R9 - так регулируется выходное напряжение.

Ток заряда регулируется разницей напряжений между АКБ и выходом ЗУ, но микросхема TL494 позволяет выполнить дополнительное ограничение тока. Для этого используется второй усилитель ошибки. Ток ограничителя устанавливается потенциометром R3, а фактический ток замеряется, как падение напряжения на шунте R11. Если ток выше заданного, длительность импульсов уменьшается, напряжение на выходе снижается до достижения необходимого тока. Такой режим полезен при зарядке сильно разряженных батарей, а также позволяет осуществить режим зарядки стабилизированным током. В совокупности с широким диапазоном регулировки напряжения, возможность ограничения тока делает ЗУ универсальным и позволяет заряжать аккумуляторы, сделанные по различным технологиям. Также ограничитель осуществляет защиту силовых элементов от сверхтока.

Номиналы деталей указаны на схеме. Дроссель лучше изготовить на сердечнике из альсифера.

Сердечник обязательно должен иметь воздушный зазор 0,15..1 мм.

При настройке подбирают число витков так, чтобы свист обмотки наблюдался только при среднем токе нагрузки, а при его увеличении исчезал. Если свист исчезает рано (уже при небольших токах) и выходной транзистор греется, количество витков надо увеличить. Ориентироваться надо на 20..100 витков провода диаметром 2 мм. Также при сборке в электросхему надо добавить вольтметр и амперметр (можно цифровой или стрелочный) – пользоваться будет намного удобнее. Напряжение на выходе сглаживается конденсатором C6, его форма близка к постоянному.

Схема с автоматическим отключением

Удобно, чтобы батарея отключалась по окончании процесса пополнения энергии. Один из вариантов схемы такой автоматики приведен на рисунке.

Принцип действия основан на контроле напряжения заряжаемой батареи. Как только оно достигнет номинального уровня (он подстраивается потенциометром), транзистор откроется, сработает реле и отключит напряжение с АКБ. При этом загорится светодиод, сигнализирующий об окончании зарядки. Реле можно применить любое с напряжением срабатывания 12 вольт и током контактов не менее 15 ADC.

Достоинство схемы в том, что ее можно собрать на отдельной плате и использовать совместно с любым готовым зарядником. Недостатком является необходимость измерять напряжение непосредственно на клемме аккумулятора, поэтому цепь измерения (выделена красной линией) надо выполнять отдельным проводом с зажимом и подключать непосредственно к плюсовому выводу АКБ.

От этого недостатка свободны схемы с контролем зарядного тока, отключающие ЗУ при снижении тока ниже установленного предела. Для измерения тока в заряднике должно быть установлено измерительное сопротивление (шунт).

Схема мощного ЗУ с регулировкой тока

Заслуживает внимания еще одна схема ЗУ, обеспечивающая ток не менее 10 А. Ее особенности:

схема управления собрана по стороне 220 вольт;
первичная обмотка трансформатора служит одновременно индуктивностью, накапливающей энергию, а затем отдающей ее в нагрузку через вторичные обмотки.

Принцип регулирования – фазоимпульсный, ключом служит симистор VS1. Ток устанавливается потенциометром R1 и регулируется от нуля до 10 А. Первичная обмотка трансформатора должна иметь достаточную индуктивность. Для его изготовления можно применить ЛАТР-2. Его обмотка будет служить первичкой. Сверху надо обустроить изоляцию (достаточно 3 слоя лакоткани), а поверх намотать вторичную обмотку проводом сечением 3 кв.мм 40+40 витков. Резистор R6 служит нагрузкой выпрямителя и создает импульсы разряда батареи. Считается, что такой режим продлевает период эксплуатации АКБ. Вместо него можно установить автомобильную лампу накаливания на 12 вольт мощностью 10 ватт.

Технология сборки

Большинство электронных компонентов лучше собрать на печатной плате. В домашних условиях плату можно изготовить методом ЛУТ или фотоспособом. Разработать рисунок можно в бесплатных программах, например LayOut или условно-бесплатной Eagle. А можно нарисовать дедовским способом на бумаге и нанести рисунок лаком на поверхность фольги. Плата травится в растворе хлорного железа или в следующем составе:

100 мл аптечной перекиси водорода.
30 г лимонной кислоты.
Две чайные ложки поваренной соли.

Силовые элементы монтируются на радиаторы достаточной площади. Устанавливать их надо на теплопроводящую пасту. Если теплоотводящая поверхность элемента не соединена с общим выводом, на теплоотвод деталь крепят через изолирующую прокладку – слюдяную или из упругого материала. Радиатором может служить металлическая стенка корпуса. Также можно сделать теплоотвод частью конструкции. Можно организовать обдув радиаторов – тогда их площадь можно значительно уменьшить. Для этого понадобится вентилятор на 12 вольт, который можно подключить к выходу диодного моста.

Корпус подбирается готовым или изготавливается самостоятельно. На передней панели крепятся:

измерительные приборы;
органы регулирования напряжения и тока;
индикаторы включенного состояния.

Это не полный обзор схем зарядок для автомобильного аккумулятора – их существует великое множество. По представленным конструкциям можно понять принципы построения ЗУ, требования к ним, разобраться в несложной схемотехнике. Отработав на практике сборку этих зарядных устройств, впоследствии можно перейти к более серьезным схемам, в том числе с использованием микроконтроллеров.

Часто задаваемые вопросы

Изменением уровня напряжения изменяют зарядный ток. Если предстоит зарядка автомобильных свинцово-кислотных батарей, то можно выбрать нижний предел регулировки, равный нижнему напряжению разряженной батареи – 10,5 вольт. Верхний предел надо установить по верхнему уровню 12,5 вольт плюс 1,5..2 вольта. На практике неплохо иметь запас по лимитам регулирования. Пределы от 10 до 16 вольт обеспечиат полный диапазон практически используемых зарядных токов.

Трансформатор можно подобрать промышленного изготовления. Ориентироваться надо на выходное напряжение и ток. Первый параметр должен составлять 12-14 (или 18..24 в зависимости от схемотехники) вольт, второй – от 4 до 10 ампер. Характеристики нескольких подходящих трансформаторов приведены в таблице.

Если есть трансформатор подходящей габаритной мощности, но вторичная обмотка не подходит по току или напряжению, ее можно смотать и намотать новую. Габаритная мощность определяется по сечению железа по формуле P=0,8..0,88*S 2 */14000, где:

P – габаритная мощность, ВА.
0,8..0,88 – коэффициент, учитывающий материал стали (если он неизвестен, выбирается значение 0,8).
S - площадь сечения сердечника в квадратных сантиметрах.

Площадь сечения для тороидального сердечника вычисляется как (D-d)*h/2 (см.рис), для других типов – a*b.

Площадь сечения для разных типов сердечников

Для тока 4..10 А габаритная мощность должна быть не менее, соответственно, 50..120 ВА. Если железо подходит, вторичная обмотка перематывается медным проводом. Его сечение выбирается по упрощенной формуле d=0,72√I, где:

d – диаметр провода в мм;
I – потребный ток в амперах.

Число витков выбирается по формуле N=(50/S)*V (где V – требуемое выходное напряжение в вольтах) или подбирается экспериментально. Также для расчета можно воспользоваться различными программами-калькуляторами, в том числе размещенными на веб-сервисах.

Этого делать не стоит. При зарядке на аккумулятор подается напряжение, уровнем и формой отличающееся от напряжения бортсети машины. Есть риск повреждения автомобильной электроники. Клеммы от АКБ надо отключить. Сам аккумулятор при этом можно не демонтировать, но это не очень удобно, да и длины проводов от ЗУ может не хватить.

Читайте также: