Как сделать бестрансформаторный блок питания на 12В

Иногда для подключения различной аппаратуры требуется низковольтный источник тока. Модели, реализуемые в магазинах, имеют большие габариты и вес из-за понижающего трансформатора, который входит в их состав. Для некоторых устройств эти параметры могут оказаться критичными, поэтому все чаще пользователи предпочитают собирать бестрансформаторный блок питания на 12 Вольт своими руками.

Пригодность блока питания в быту

У каждого в доме есть различная аппаратура, работающая от батареек или аккумуляторов. Чтобы не менять каждый раз элементы, ее питают от любого источника, подключаемого к сети 220 В.

Большой мощности от полностью бестрансформаторного малогабаритного блока ждать не следует. Аккумуляторные инструменты (шуруповерты, дрели, дисковые пилы), насосы, планшеты и ноутбуки от него работать не будут.

К такому БП можно подключать осветительные приборы и электронную технику, которые потребляют ток до 500 мА:

  • малогабаритные приемники;
  • светодиодные лампы и гирлянды (но не ленты);
  • портативную маломощную медицинскую аппаратуру (наручный тонометр, измеритель пульса и других параметров);
  • зарядные модули телефонов;
  • детские игрушки;
  • моторы магнитофонов, вентиляторы;
  • самодельные устройства;
  • платы от Arduino.

Устройство и конструкция

Простой 12-вольтовый БП без трансформатора можно сделать из нескольких радиоэлементов. Он представляет собой диодный мост VD1-4 и 3 однотипных транзисторных стабилизатора, включенных последовательно.

Схема

Другая схема состоит из следующих деталей:

  • 2 конденсаторов C1 и C2;
  • 4 диодов, образующих мост VD1-4;
  • 1 стабилитрона D1.

C1, подключенный к сети 220 В, гасит большую часть напряжения. Оно выпрямляется диодным мостом VD1-4. Цепочка D1, C2 является параметрическим стабилизатором, с выхода которого снимается постоянное напряжение, питающее нагрузку.

Схема

Более продвинутое устройство содержит на входе сопротивление R1 для подавления броска тока и RC-цепочку — подключенные параллельно гасящая емкость C1 и резистор r2 большого номинала для ее разрядки. Средняя часть схемы такая же. На выходе установлен дополнительный неполярный конденсатор C3.

Схема_2

Дальнейшее усовершенствование предполагает установку на выходе БП стабилизатора VR1 на транзисторах или микросхеме.

Схема_3

Эти блоки опасны, так как их детали находятся под напряжением 220 В. При отсутствии нагрузки (если испорчен стабилизатор) потенциал на выходе будет равен сетевому.

Принцип работы

Бестрансформаторный блок на транзисторах работает следующим образом. 220 В выпрямляется мостом с конденсатором и поступает на стабилизаторы. Они все выполнены по одной схеме, но рассчитаны на разные напряжения. Первый ограничивает потенциал сети на уровне 150-180 В, второй стабилизатор сокращает его примерно в 2-3 раза. Третий выдает нужное напряжение. Меняя стабилитрон D3, можно получить бестрансформаторный БП, например, на 12 или 5 вольт.

Блок с RC-цепочкой является делителем напряжения. В его верхнем (по схеме) плече стоит конденсатор C1, представляющий для переменного тока реактивное (совсем не потребляет энергию) сопротивление. В нижней части расположен диодный мост VD1-4 с нагрузкой (стабилитрон, транзистор, микросхема и пр.).

Входное напряжение приходит на делитель, выпрямляется мостом и поступает на стабилизатор, который ограничивает его до необходимого значения.

Рабочие схемы

Все описанные устройства выполнены на распространенных радиоэлементах. Ниже приведены схемы с обозначением всех деталей.

Схема_4

В БП с транзисторными стабилизаторами КТ940А можно заменить на высоковольтный, выдерживающий более 250 В, а КТ815Г — на другой, с минимальным напряжением 80 В. При указанных деталях устройство может выдать до 300 мА. Для увеличения силы тока надо транзисторы установить на радиаторы. Если вместо стабилитрона КС512А поставить Д814Д, то выходной ток устройства уменьшится до 200 мА.

Схема_5

Традиционный бестрансформаторный блок на 12 В с RC-цепочкой выдает всего 20-40 мА. Если после моста установить мощный стабилитрон Д815Ж, который ограничит напряжение до 16-19 В, и дополнить схему стабилизатором на транзисторе, то выходной ток повысится до 120 мА. Для его увеличения до 180 мА необходимо параллельно конденсаторам C1, C2 припаять еще один такой же.

Схема_6

Более стабилен блок на микросхеме 78L08 (российское обозначение КР142Б). При указанных деталях он выдает до 200 мА.

Расчет параметров

Для предотвращения пробоя деталей бестрансформаторных схем их необходимо правильно рассчитать. Для каждого устройства существует свой метод.

Транзисторный блок считают по закону Ома: U=I×R. Необходимо рассчитать сопротивления R1, R2, R3 исходя из величины, напряжения и тока, которые выдерживает каждый стабилитрон.

R=U макс/I мин.

Расчет балластного конденсатора для блоков с RC-цепочкой производится по следующей формуле C = I эфф/2*3,14*f *√(Uп²-Uв²), где:

  • С — емкость балласта (фарад);
  • Uп и Uв — питающее и выходное напряжения (вольт);
  • I эфф — ток нагрузки;
  • f — частота сигнала на входе устройства (герц).

Так как 1 фарад = 1 млн микрофарад, то формулу можно упростить:

C = 3200*I эфф/√(Uп²-Uв²).

Расчет

Сопротивление R1 (кОм) примерно равняется 0,025 от величины балластного конденсатора. Его мощность не должна быть ниже 1 Вт (оптимально 2-5 Вт).

Если ручной подсчет неудобен, найдите и используйте калькулятор в режиме онлайн.

Создание блока питания на 12В своими руками

Бестрансформаторный блок можно сделать самостоятельно. Сначала необходимо выбрать одну из приведенных схем.

Понадобятся такие инструменты и материалы:

  • паяльник, флюс, припой;
  • радиодетали, указанные на рисунке;
  • провода в изоляции для формирования выводов;
  • фольгированный материал (текстолит, гетинакс) для изготовления печатной платы;
  • дрель с тонким (0,5-1 мм) сверлом;
  • кусачки или ножницы для обрезания выводов;
  • плоскогубцы или пинцет.

Для создания платы понадобится состав для травления, например:

  • раствор хлорного железа;
  • смесь пищевой соли (2 ст. л.), медного купороса (4 ст. л.) и 0,5 л воды.

Платы травятся 2-6 часов. Для уменьшения этого срока раствор рекомендуется подогреть до +50…+60 °С.

Далее выполняют следующие действия:

  1. Рисуют дорожки на плате и вытравляют их.
  2. Сверлят отверстия в нужных местах.
  3. Обрезают ножки деталей и формуют их.
  4. Вставляют их в отверстия и пропаивают.
  5. Устанавливают радиаторы (если нужно).

После сборки платы к ней подсоединяют провода с необходимыми разъемами. Для включения в 220 В применяют сетевую вилку, а на выходе ставят какой-либо разъем или специальный штекер.

Ссылка на основную публикацию