Стабилизатор 5 вольт 5 ампер своими руками
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 16.09.2024
Для поддержания стабильной работы и сохранения заявленных параметров электрооборудования его питание в большинстве случаев должно осуществляться постоянным и неподконтрольным никаким внешним воздействиям напряжением. Как правило, эта функция возлагается на устройства, называемые стабилизатором напряжения.
Стабилизатор напряжения - это преобразователь электрической энергии, предназначенный для поддержания уровня выходного напряжения в заданных пределах при изменениях следующих величин: входного напряжения, сопротивления нагрузки, а также в идеале - температуры и иных внешних воздействий.
Ещё не так давно подобные узлы строились на стабилитронах и транзисторах, однако с появлением специализированных микросхем, необходимость в самостоятельном конструировании подобных схем скоротечно отпочковалась, ввиду очевидной простоты реализации стабилизаторов, выполненных на интегральных микросхемах. А зря!
Там, где значения коэффициента стабилизации Кст допустимо исчислять десятками, а не сотнями-тысячами, простейший параметрический стабилизатор не только имеет право на существование, но и выигрывает у своих интегральных собратьев по такому важному параметру, как чистота выходного напряжения и отсутствие импульсных помех в момент резкого изменения тока нагрузки.
Давайте рассмотрим такие простейшие устройства стабилизаторов напряжения.
Рис.1 а) Простейшая схема б) С эмиттерным повторителем в) С регулируемым вых. напряжением
Схема стабилизатора напряжения, приведённая на Рис.1 а), используется в основном с устройствами, через которые не протекает существенных токов. От номинала резистора Rст зависит величина тока Iвх, протекающего как через стабилитрон, так и через нагрузку. Величина этого тока рассчитывается по формуле: Rст = (Uвх - Uст)/ Iвх ,
а Iвх должен удовлетворять условию Iвх ≥ Iн. макс + Iст. мин , где Iн. макс - максимальный ток в нагрузке при заданном выходном напряжении, а Iст. мин - минимальный ток стабилизации стабилитрона, указанный в характеристиках полупроводника. В стабилитронах отечественных производителей параметр Iст. мин , как правило, задан в явном виде, у зарубежных может быть не указан вообще. Куда податься бедному еврею? Я бы рекомендовал в этом случае ориентироваться на значение тока из datasheet-ов "Izk" (значение при котором стабилитрон обладает максимальным импедансом) и увеличить эту величину в 2. 3 раза. Хотя, по большому счёту, оптимальным (с точки зрения достижения максимальных параметров) током для стабилитрона является тестовый ток, при котором измеряются основные характеристики полупроводника.
Для наиболее эффективного выполнения своих задач стабилитрону довольно важно, чтобы мощность нагрузки не превышала мощности, рассеиваемой на полупроводнике. Поэтому если возникает потребность стабилизации напряжения в нагрузках, потребляющих значительную мощность, используется дополнительный усилитель тока - эмиттерный повторитель (Рис.1 б)). В этом случае нагрузкой для стабилитрона является входное сопротивление повторителя Rвх ≈ Rн x (1 + β) , т.е. ток нагрузки можно увеличить в β раз. Тут важно учитывать падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора, в связи с чем напряжение на выходе стабилизатора будет на 0,6. 0,7 В (на 1,2. 1,4 В для составного транзистора) меньше напряжения стабилизации стабилитрона .
Установив параллельно стабилитрону переменный резистор (Рис.1 в)), возникает возможность изменять напряжение стабилизации в нагрузке от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона (за вычетом падения напряжения Uбэ на переходе транзистора). Естественно, что ток, протекающий через переменник, также необходимо учитывать, задаваясь его значением - не меньшим, чем входной ток эмиттерного повторителя.
Сдобрим пройденный материал калькулятором.
ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ ЛИНЕЙНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Схемы компенсационных линейных стабилизаторов являются основой большинства интегральных микросхем, выполняющих функцию стабилизации напряжений и токов, и в простейшем виде могут быть выполнены на стабилитроне и паре транзисторов (Рис.2).
Рис.2 Схемы компенсационных линейных стабилизаторов напряжения
Здесь стабилитрон является источником опорного напряжения, а транзистор Т2 - устройством сравнения выходного напряжения, поступающего через резистивный делитель на его базу, с опорным значением напряжения на его эмиттере. Повысилось выходное напряжение, а вместе с ним напряжение на базе Т2, транзистор приоткрывается и притягивает напряжение на базе регулирующего транзистора Т1 к минусовой (земляной) шине, тем самым, уменьшая напряжение на его эмиттере, а соответственно и на выходе схемы. Снизилось выходное напряжение - всё то же самое, только наоборот. Компенсационные стабилизаторы на транзисторах имеют более высокий коэффициент стабилизации по сравнению с устройствами, представленными на Рис.1, но в связи наличием обратной связи имеют и свои недостатки.
В связи с этим подробно останавливаться на них мы не будем, а перейдём сразу к интегральным стабилизаторам, имеющим похожий принцип действия, но значительно более сложным по структуре, обладающих более высокими характеристиками и при этом - очень простых и удобных в реализации.
Существует два типа подобных интегральных микросхем: регулируемые стабилизаторы напряжения и стабилизаторы с фиксированным значением выходного напряжения. Во втором случае схема стабилизатора приобретает неприлично примитивный вид, незаслуживающий какого-то серьёзного обсуждения.
В случае же стабилизаторов с регулируемым выходным напряжением, схема всё ещё остаётся достаточно простой, но требует некоторых умственных манипуляций, связанных с расчётом резистивного делителя для получения требуемого выходного напряжения.
Типовая схема включения большинства регулируемых микросхем приведена на Рис.3.
Формула для расчёта выходного напряжения имеет вид Vout = Vref x (1+R2/R1) + Iadj x R2 ,
причём номинал сопротивления R1, как правило, задаётся производителем микросхемы для достижения наилучших параметров выходных характеристик.
Отдельные бойцы для снижения пульсаций ставят дополнительные электролиты значительных величин параллельно резистору R2. Оно, конечно, бойцы эти герои, но зачем же стулья ломать?
Любое резкое увеличение тока нагрузки, приводящее к снижению выходного напряжения, не сможет моментально отработаться схемой автоматической регулировки из-за задержки в цепи обратной связи, обусловленной данным конденсатором, а это в значительной степени снизит быстродействие устройства.
И если для статических нагрузок параметр быстродействия стабилизатора по барабану, то для динамических (к примеру, таких как УНЧ) - очень даже немаловажен. Поэтому - либо эти электролиты вообще не нужны, либо (если их настоятельно рекомендует Datasheet) ставить конденсаторы небольших номиналов в строгом соответствии с рекомендациями производителя.
Для начала - справочная таблица с основными техническими характеристиками наиболее часто используемых интегральных стабилизаторов с регулировкой выходного напряжения.
Приведённая ниже таблица позволяет рассчитать номиналы резисторов делителя некоторых популярных типов микросхем регулируемых стабилизаторов, представленных разными производителями.
ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОСХЕМ - СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Если не хотите, чтобы вдруг "раздался мощный пук" - послеживайте за полярностью включения конденсатора С2. Она должна совпадать с полярностью входного (выходного) напряжения.
Отдельно хочу остановиться на МИКРОМОЩНЫХ СТАБИЛИЗАТОРАХ С МАЛЫМ СОБСТВЕННЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ.
Такого рода стабилизаторы окажутся совсем не лишними в хозяйстве, так как смогут обеспечить такой важнейший показатель радиоэлектронной аппаратуры с автономным питанием, как экономичность входящих в её состав узлов.
Здесь выбор интегральных микросхем заметно беднее, а цены, как правило, заметно ощутимей, чем на аналоги со стандартным потреблением, поэтому начну я с простой, но проверенной временем схемы на дискретных элементах.
Чем хорош КТ315 в данном включении?
На обратно смещённом переходе КТ315 при напряжении 6 - 7,5В, в зависимости от экземпляра транзистора, возникает электрический (не побоюсь этого слова) пробой, что позволяет использовать его в качестве стабилитрона на эту-же самую величину напряжения пробоя. При этом транзистор в таком включении, в отличие от многих промышленных стабилитронов, хорошо работает и при малых токах стабилизации, порядка 100 мкА.
Из относительно гуманных по цене интегральных стабилизаторов с малым собственным потреблением, могу порекомендовать LP2950, LP2951, LM2931, LM2936 и им подобные.
В нашей статье мы рассмотрим стабилизаторы напряжения семейства LM78ХХ. Серия 78ХХ выпускается в металлических корпусах ТО-3 (слева) и в пластмассовых корпусах ТО-220 (справа). Такие стабилизаторы имеют три вывода: вход, земля (общий) и вывод.
Схема подключения
А вот и схема подключения таких стабилизаторов. Эта схема подходит ко всем стабилизаторам семейства 78ХХ.
На схеме мы видим два конденсатора, которые запаиваются с каждой стороны. Это минимальные значения конденсаторов, можно, и даже желательно поставить большего номинала. Это требуется для уменьшения пульсаций как по входу, так и по выходу. Кто забыл, что такое пульсации, можно заглянуть в статью как получить из переменного напряжения постоянное.
Характеристики стабилизаторов
Какое же напряжение подавать, чтобы стабилизатор работал как надо? Для этого ищем даташит на стабилизаторы и внимательно изучаем. Нас интересуют вот эти характеристики:
Output voltage — выходное напряжение
Input voltage — входное напряжение
Ищем наш 7805. Он выдает нам выходное напряжение 5 Вольт. Желательным входным напряжением производители отметили напряжение в 10 Вольт. Но, бывает так, что выходное стабилизированное напряжение иногда бывает или чуть занижено, или чуть завышено.
Рассеиваемая мощность на стабилизаторе может достигать до 15 Ватт — это приличное значение для такой маленькой радиодетали. Поэтому, если нагрузка на выходе такого стабилизатора будет кушать приличный ток, думаю, стоит подумать об охлаждении стабилизатора. Для этого ее надо посадить через пасту КПТ на радиатор. Чем больше ток на выходе стабилизатора, тем больше по габаритам должен быть радиатор. Было бы вообще идеально, если бы радиатор еще обдувался вентилятором.
Работа стабилизатора на практике
Давайте рассмотрим нашего подопечного, а именно, стабилизатор LM7805. Как вы уже поняли, на выходе мы должны получить 5 Вольт стабилизированного напряжения.
Соберем его по схеме
Берем нашу Макетную плату и быстренько собираем выше предложенную схемку подключения. Два желтеньких — это конденсаторы, хотя их ставить необязательно.
Итак, провода 1,2 — сюда мы загоняем нестабилизированное входное постоянное напряжение, снимаем 5 Вольт с проводов 3 и 2.
На Блоке питания мы ставим напряжение в диапазоне 7,5 Вольт и до 20 Вольт. В данном случае я поставил напряжение 8,52 Вольта.
И что же у нас получилось на выходе данного стабилизатора? 5,04 Вольта! Вот такое значение мы получим на выходе этого стабилизатора, если будем подавать напряжение в диапазоне от 7,5 и до 20 Вольт. Работает великолепно!
Давайте проверим еще один наш стабилизатор. Думаю, Вы уже догадались, на сколько он вольт.
Собираем его по схеме выше и замеряем входное напряжение. По даташиту можно подавать на него входное напряжение от 14,5 и до 27 Вольт. Задаем 15 Вольт с копейками.
А вот и напряжение на выходе. Блин, каких то 0,3 Вольта не хватает для 12 Вольт. Для радиоаппаратуры, работающей от 12 Вольт это не критично.
Как сделать блок питания на 5, 9,12 Вольт
Как же сделать простой и высокостабильный источник питания на 5, на 9 или даже на 12 Вольт? Да очень просто. Для этого Вам нужно прочитать вот эту статейку и поставить на выход стабилизатор на радиаторе! И все! Схема будет приблизительно вот такая для блока питания 5 Вольт:
Два электролитических конденсатора для для устранения пульсаций и высокостабильный блок питания на 5 вольт к вашим услугам! Чтобы получить блок питания на большее напряжение, нам нужно также на выходе трансформатора тоже получить большее напряжение. Стремитесь, чтобы на конденсаторе С1 напряжение было не меньше, чем в даташите на описываемый стабилизатор.
Для того, чтобы стабилизатор напряжения не перегревался, подавайте на вход минимальное напряжение, указанное в даташите. Например, для стабилизатора 7805 это напряжение равно 7,5 Вольт, а для стабилизатора 7812 желательным входным напряжением можно считать напряжение в 14,5 Вольт. Это связано с тем, разницу напряжения, а следовательно и мощность, стабилизатор будет рассеивать на себе.
Как вы помните, формула мощности P=IU, где U — напряжение, а I — сила тока. Следовательно, чем больше входное напряжение стабилизатора, тем больше мощность, потребляемая им. А излишняя мощность — это и есть нагрев. В результате нагрева такой стабилизатор может перегреться и войти в состояние защиты, при котором дальнейшая работа стабилизатора прекращается или вовсе сгореть.
Заключение
Все большему числу электронных устройств требуется качественное стабильное питание без всяких скачков напряжения. Сбой того или иного модуля электронной аппаратуры может привести к неожиданным и не очень приятным последствиям. Используйте же на здоровье достижения электроники, и не парьтесь по поводу питания своих электронных безделушек.
Где купить стабилизатор напряжения
Купить дешево эти интегральные стабилизаторы можно сразу целым набором на Алиэкспрессе по этой ссылке. Здесь есть абсолютно любые значения даже для отрицательного напряжения.
А в видео можете посмотреть как сделать самый простой стабилизатор на LM 317:
В этой статье мы рассмотрим возможности и способы питания цифровых устройств собранных своими руками, в частности на микроконтроллерах. Ни для кого не секрет, что залогом успешной работы любого устройства, является его правильное запитывание. Разумеется, блок питания должен быть способен выдавать требуемую для питания устройства мощность, иметь на выходе электролитический конденсатор большой емкости, для сглаживания пульсаций и желательно быть стабилизированным.
Стабилизированное зарядное устройство
Последнее подчеркну особенно, разные нестабилизированные блоки питания типа зарядных устройств от сотовых телефонов, роутеров и подобной техники не подходят для питания микроконтроллеров и других цифровых устройств напрямую. Так как напряжение на выходе таких блоков питания меняется, в зависимости от мощности подключенной нагрузки. Исключение составляют стабилизированные зарядные устройства, с выходом USB, выдающие на выходе 5 вольт, вроде зарядок от смартфонов.
Измерение мультиметром напряжения на блоке питания
Многих начинающих изучать электронику, да и просто интересующихся, думаю шокировал тот факт: на адаптере питания например от приставки Денди, да и любом другом подобном нестабилизированном может быть написано 9 вольт DC (или постоянный ток), а при измерении мультиметром щупами подключенными к контактам штекера БП на экране мультиметра все 14, а то и 16. Такой блок питания может использоваться при желании для питания цифровых устройств, но должен быть собран стабилизатор на микросхеме 7805, либо КРЕН5. Ниже на фото микросхема L7805CV в корпусе ТО-220.
Такой стабилизатор имеет легкую схему подключения, из обвеса микросхемы, то есть из тех деталей которые необходимы для её работы нам требуются всего 2 керамических конденсатора на 0.33 мкф и 0.1 мкф. Схема подключения многим известна и взята из Даташита на микросхему:
Схема подключения 7805
Соответственно на вход такого стабилизатора мы подаем напряжение, или соединяем его с плюсом блока питания. А минус соединяем с минусом микросхемы, и подаем напрямую на выход.
Схема снижения с 12 вольт до 5
И получаем на выходе, требуемые нам стабильные 5 Вольт, к которым при желании, если сделать соответствующий разъем, можно подключать кабель USB и заряжать телефон, mp3 плейер или любое другое устройство с возможностью заряда от USB порта.
Стабилизатор снижение с 12 до 5 вольт – схема
Автомобильное зарядное устройство с выходом USB всем давно известно. Внутри оно устроено по такому же принципу, то есть стабилизатор, 2 конденсатора и 2 разъема.
Автомобильное зарядное устройство в прикуриватель
Как пример для желающих собрать подобное зарядное своими руками или починить существующее приведу его схему, дополненную индикацией включения на светодиоде:
Схема автомобильной зарядки на 7805
Цоколевка микросхемы 7805 в корпусе ТО-220 изображена на следующих рисунках. При сборке, следует помнить о том, что цоколевка у микросхем в разных корпусах отличается:
При покупке микросхемы в радиомагазине, следует спрашивать стабилизатор, как L7805CV в корпусе ТО-220. Эта микросхема может работать без радиатора при токе до 1 ампера. Если требуется работа при больших токах, микросхему нужно установить на радиатор.
Радиатор для стабилизаторов
Разумеется, эта микросхема существует и в других корпусах, например ТО-92, знакомый всем по маломощным транзисторам. Этот стабилизатор работает при токах до 100 миллиампер. Минимальное напряжение на входе, при котором стабилизатор начинает работать, составляет 6.7 вольт, стандартное от 7 вольт. Фото микросхемы в корпусе ТО-92 приведено ниже:
Цоколевка микросхемы, в корпусе ТО-92, как уже было написано выше, отличается от цоколевки микросхемы в корпусе ТО-220. Её мы можем видеть на следующем рисунке, как из него становится ясно, что ножки расположены зеркально, по отношению к ТО-220:
Маломощный стабилизатор 78l05 цоколевка
Разумеется, стабилизаторы выпускают на разное напряжение, например 12 вольт, 3.3 вольта и другие. Главное не забывать, что входное напряжение, должно быть минимум на 1.7 – 3 вольта больше выходного.
Микросхема 7833 – схема
На следующем рисунке приведена цоколевка стабилизатора 7833 в корпусе ТО-92. Такие стабилизаторы применяются для запитывания в устройствах на микроконтроллерах дисплеев, карт памяти и другой периферии, требующей более низковольтного питания, чем 5 вольт, основное питание микроконтроллера.
Стабилизатор для питания МК
Я пользуюсь для запитывания собираемых и отлаживаемых на макетной плате устройств на микроконтроллерах, стабилизатором в корпусе, как на фото выше. Питание подается от нестабилизированного адаптера через гнездо на плате устройства. Его принципиальная схема приведена на рисунке далее:
Схема стабилизатор на 7805 для 5В
При подключении микросхемы нужно строго соответствовать цоколевке. Если ножки спутать, даже одного включения достаточно, чтобы вывести стабилизатор из строя, так что при включении нужно быть внимательным. Автор материала – AKV.
Я человек ленивый и люблю комфорт, поэтому люблю всяческого рода автоматизацию. В машине у меня есть видеорегистратор, иногда использую навигатор, часто нужно зарядить телефон или планшет себе или семье/знакомым. Как результат указанных потребностей — вся машина окутана проводами и зарядками, при этом всегда надо думать, что выдернуть из тройника прикуривателя и не потеряла ли контакт в прикуривателе очередная зарядка. Конечно, потихоньку в машине образовался клубок проводов и зарядок, а это мало того, что не эстетично, так еще и может привлечь наркоманов.
В один прекрасный момент это всё достало и было принято решение сделать что-то универсальное.
Задача:
- Выходное напряжение 5.1V
- Ток не менее 3A (телефон, 0.6А, видеорегистратор — 0.3А, iPad — 2A)
- Автоматическое включение БП при запуске двигателя
- Ручное включение БП
- Автоматическое отключение БП через 15-30 минут после выключения двигателя (с возможностью продлить это время). Чтобы можно было оставить регистратор в машине без необходимости каждый раз его выключать/включать.
- Автоматическое отключение БП при сильном разряде аккумулятора
- Ручное выключение БП
Свистелки и перделкиСветовая и звуковая сигнализация- Достаточное количество USB-разъемов (хотя бы 4 шт.) в легкодоступном месте но без извращения над салоном
- Нормальный (как родной зарядкой) заряд устройств Samsung и Apple
- Без занимания прикуривателя.
Решение:
Решение вполне очевидное. Микроконтроллер для автоматизации и какой-нибудь преобразователь напряжения, но у преобразователя должна быть возможность включения/выключения работы логическими уровнями.
С размещением в машине было немного сложнее, сначала хотел вставить USB в подстаканник, но потом откинул эту идею, т.к. не эстетично плюс стакан будет не поставить да и очередные мотки проводов не радовали. Потом я обратил внимание на подлокотник и ящичек находящий в нём. Это было то, что нужно! Сам ящичек вытаскивается — значит можно легко обслуживать, в самом подлокотнике много места — значит спокойно влезет электроника. USB разъемы легко врезать в боковину ящичка и не нужные провода зарядок можно не вытаскивая из разъемов прятать в ящик.
Помимо USB разъемов для зарядок, требовалось питание для видеорегистратора. Для этого был протянут провод от подлокотника до зеркала заднего вида, на зеркале был наклеен еще один USB-разъем и выведен разъем для видеорегистратора.
Если с размещением разъемов, всё было довольно понятно, то с электроникой возникли небольшие проблемы.
Сначала была LM2596.
Чуть ранее я заказал на eBay несколько платок регулируемых блоков питания, собранных на микросхеме LM2596. Мне нужно было сделать зарядку для iPad, чтобы заряжала большим током (как родная — 10W). Зарядку я сделал, всё прекрасно работало, зарядка выдавала что-то около 2.1A на 5.1V (при входном напряжении около 12-13V — аккумулятор ИБП), но был один минус — она жутко грелась! Вся плата грелась так, что расплавила пластиковую коробочку, в которой была и сама плата потемнела (несмотря на то, что туда был приколхожен радиатор). После замеров КПД выяснилось, что при большом токе КПД около 60%, что нам совершенно не подходило.
Дополнительным нехорошим моментом было то, что у таких китайских платок не выведена отдельно ножка управления и пришлось бы отпаивать одну ножку микросхемы от платы и подпаивать к ней проводки.
Шерстя eBay, я часто встречал некие модули KIS-3R33S, в описании которых указывалось, что они выдают 3A. Стоимость модулей тоже внушала — при покупке 10 штук, каждый модуль обходится около 50-90 центов с бесплатной доставкой. Почитав Яндекс стало ясно, что это довольно хороший модуль на микросхеме MP2307, который можно переделать в регулируемый преобразователь, а из навесных элементов нужно только два конденсатора — на вход и на выход.
И что важно — даже при нагрузке 2A он совершенно не греется!
Все продающиеся модули — паянные. Откуда они их берут в таком количестве совершенно непонятно ;)
Вообщем за какие-то пять копеек кучка модулей была приобретена и работа закипела.
Подготовка БП.
В принципе, уже всё работает и может заряжать, если не нужна автоматика, то можно закончить читать :)
Читайте также: