Блок питания 12В своими руками. Самодельный блок питания: схема
Изготовить блок питания 12В своими руками несложно, но для этого вам потребуется изучить немного теории. В частности, из каких узлов состоит блок, за что отвечает каждый элемент изделия, основные параметры каждого. Также важно знать, какие трансформаторы необходимо использовать. Если нет подходящего, то можно перемотать вторичную обмотку самостоятельно для получения нужного напряжения на выходе. Нелишним будет узнать о методах травления печатных плат, а также про изготовление корпуса блока питания.
Компоненты блока питания
Основной элемент любого блока питания – это понижающий трансформатор. При его помощи происходит снижение напряжения в сети (220 Вольт) до 12 В. В конструкциях, рассмотренных ниже, можно использовать как самодельные трансформаторы с перемотанной вторичной обмоткой, так и готовые изделия, без модернизации. Нужно только учитывать все особенности и проводить правильный расчет сечения провода и количества витков.
Второй элемент по важности – это выпрямитель. Изготовляется он из одного, двух либо четырех полупроводниковых диодов. Все зависит от типа схемы, по которой собирается самодельный блок питания. Например, для реализации удвоения напряжения нужно использовать два полупроводника. Для выпрямления без увеличения достаточно одного, но лучше применить мостовую схему (все пульсации тока сглаживаются). После выпрямителя обязательно наличие электролитического конденсатора. Желательна установка стабилитрона с подходящими параметрами, он позволяет на выходе сделать стабильное напряжение.
Что такое трансформатор
Трансформаторы, используемые для выпрямителей, имеют следующие компоненты:
- Сердечник (магнитопровод, изготовленный из металла либо ферромагнетика).
- Сетевую обмоту (первичная). Запитывается от 220 Вольт.
- Вторичную обмотку (понижающую). Служит для подключения выпрямителя.
Теперь обо всех элементах более подробно. Сердечник может иметь любую форму, но наиболее распространены Ш-образные и U-образные. Реже встречаются тороидальные, но у них специфика иная, чаще применяются в инверторах (преобразователях напряжения, например, из 12 в 220 Вольт), нежели в обычных выпрямительных устройствах. Блок питания 12В 2А целесообразнее делать с использованием трансформатора, имеющего Ш-образный или U-образный сердечник.
Обмотки могут располагаться как друг на друге (сначала первичная, а после вторичная), на одном каркасе, так и на двух катушках. В качестве примера можно привести трансформатор с U-образным сердечником, на котором имеются две катушки. На каждой из них произведена намотка половины первичной и вторичной обмоток. При подключении трансформатора требуется соединять выводы последовательно.
Как произвести расчет трансформатора
Допустим, вы решили намотать вторичную обмотку трансформатора самостоятельно. Для этого вам надо будет узнать величину главного параметра – напряжения, которое можно будет снять с одного витка. Это самый простой способ, которым можно воспользоваться при изготовлении трансформатора. Намного сложнее вычислить все параметры, если требуется намотка не только вторичной, но и первичной обмотки. Необходимо для этого знать сечение магнитопровода, его проницаемость и свойства. Если рассчитывать блок питания 12В 5А самому, то этот вариант получается более точным, нежели подстраиваться под готовые параметры.
Первичную обмотку наматывать сложнее, чем вторичную, так как в ней может быть несколько тысяч витков тонкого провода. Можно упростить задачу и самодельный блок питания изготовить при помощи специального станка.
Чтобы рассчитать вторичную обмотку, нужно намотать 10 витков тем проводом, который планируете использовать. Соберите трансформатор и, соблюдая технику безопасности, подключите его первичную обмотку к сети. Проведите замер напряжения на выводах вторичной обмотки, полученное значение разделите на 10. Теперь число 12 разделите на полученное значение. И получаете количество витков, необходимое для вырабатывания 12 Вольт. Можно добавить немного, чтобы компенсировать падение напряжения (достаточно увеличить на 10%).
Диоды для блока питания
Выбор полупроводниковых диодов, используемых в выпрямителе блока питания, напрямую зависит от того, какие значения параметров трансформатора необходимо получить. Чем больше сила тока на вторичной обмотке, тем мощнее диоды необходимо использовать. Предпочтение стоит отдавать тем деталям, которые изготовлены на основе кремния. Но не стоит брать высокочастотные, так как они не предназначены для использования в выпрямительных устройствах. Их основное предназначение – детектирование высокочастотного сигнала в радиоприемных и передающих устройствах.
Идеальное решение для маломощных блоков питания – это применение диодных сборок, блок питания 12В 5А с их помощью можно разместить в гораздо меньшем корпусе. Диодные сборки - это набор из четырех полупроводниковых диодов. Используются они исключительно для выпрямления переменного тока. Работать с ними гораздо удобней, не нужно делать много соединений, достаточно на два вывода подать напряжение от вторичной обмотки трансформатора, а с оставшихся снять постоянное.
Стабилизация напряжения
После изготовления трансформатора обязательно проведите замер напряжения на выводах его вторичной обмотки. Если оно превышает значение 12 Вольт, то необходимо провести стабилизацию. Даже самый простой блок питания 12В плохо будет работать без этого. Следует учесть, что в питающей сети величина напряжения непостоянна. Подключите вольтметр к розетке и проведите замеры в разное время. Так, например, днем оно может подскочить до 240 Вольт, а вечером опуститься даже до 180. Все зависит от нагрузки на линию электропередач.
Если у вас в первичной обмотке трансформатора изменяется напряжение, то оно будет нестабильно и во вторичной. Чтобы компенсировать это, нужно применить устройства, называемые стабилизаторами напряжения. В нашем случае можно использовать стабилитроны с подходящей величиной параметров (тока и напряжения). Стабилитронов множество, подберите необходимые элементы до того, как делать 12В блок питания.
Существуют и более «продвинутые» элементы (типа КР142ЕН12), которые представляют собой комплект из нескольких стабилитронов и пассивных элементов. Их характеристики намного лучше. Также встречаются и зарубежные аналоги подобных устройств. Необходимо познакомиться с этими элементами до того, как сделать 12В блок питания вы решите самостоятельно.
Особенности импульсных блоков питания
Блоки питания такого типа нашли широкое применение в персональных компьютерах. У них на выходе имеется два значения напряжения: 12 Вольт - для питания приводов дисководов, 5 Вольт - для функционирования микропроцессоров и иных устройств. Отличие от простых блоков питания состоит в том, что на выходе сигнал не постоянный, а импульсный – по форме похож на прямоугольники. В первый период времени сигнал появляется, во второй он равен нулю.
Также имеются отличия и в схеме устройства. Для нормального функционирования самодельный импульсный блок питания нуждается в выпрямлении сетевого напряжения без предварительного понижения его значения (на входе отсутствует трансформатор). Использовать импульсные блоки питания можно как самостоятельные устройства, так и их модернизированные аналоги – аккумуляторные батареи. В итоге можно получить простейший бесперебойник, причем его мощность будет зависеть от параметров блока питания и типа используемых батарей.
Как получить бесперебойное питание?
Блок питания достаточно подключить параллельно аккумуляторной батарее, чтобы при выключении электричества все устройства продолжили работать в нормальном режиме. При подключенной сети блок питания производит зарядку батареи, принцип схож с работой электроснабжения автомобиля. А когда бесперебойный блок питания 12В отключаете от сети, происходит подача напряжения на всю аппаратуру от аккумулятора.
Но бывают случаи, когда необходимо на выходе получить сетевое напряжение 220 Вольт, например, для питания персональных компьютеров. В этом случае потребуется внедрение в схему инвертора – устройства, которое преобразует постоянное напряжение 12 Вольт в переменное 220. Схема оказывается сложнее, нежели у простого блока питания, но собрать его можно.
Фильтрация и отсечение переменной составляющей
Важное место в выпрямительной технике занимают фильтры. Взгляните на блок питания 12В, схема которого наиболее распространена. Она состоит из диодного моста, конденсатора, сопротивления. Фильтры отсекают все лишние гармоники, оставляя на выходе блока питания постоянное напряжение. Например, простейший фильтр – это электролитический конденсатор с большой емкостью. Если взглянуть на его работу при постоянном и переменном напряжениях, то становится ясен его принцип функционирования.
В первом случае он имеет определенное сопротивление и в схеме замещения он может быть заменен на постоянный резистор. Актуально это для проведения расчетов по теоремам Кирхгофа.
Во втором случае (при протекании переменного тока) конденсатор становится проводником. Другими словами, его можно заменить перемычкой, у которой нет сопротивления. Она соединит оба выхода. При более подробном изучении можно увидеть, что переменная составляющая уйдет, ведь выходы замыкаются во время протекании тока. Останется только постоянное напряжение. Кроме того, для быстрого разряда конденсаторов собираемый блок питания 12В своими руками необходимо на выходе укомплектовать резистором с большим сопротивлением (3-5 МОм).
Изготовление корпуса
Для изготовления корпуса блока питания идеально подойдут алюминиевые уголки и пластины. Сначала необходимо сделать своеобразный скелет конструкции, который впоследствии можно обшить листами из алюминия подходящей формы. Для уменьшения веса блока питания можно в качестве обшивки использовать более тонкий металл. Изготовить блок питания 12В своими руками из таких подручных материалов несложно.
Идеально подойдет корпус от микроволновой печи. Во-первых, металл достаточно тонкий и легкий. Во-вторых, если сделать все аккуратно, то лакокрасочное покрытие не повредится, поэтому внешний вид останется привлекательным. В-третьих, размер обшивки микроволновой печи довольно большой, что позволяет сделать практически любой корпус.
Изготовление печатной платы
Подготовьте фольгированный текстолит, для этого обработайте металлический слой раствором соляной кислоты. Если такового нет, то можно использовать электролит, заливаемый в аккумуляторные батареи автомобилей. Эта процедура позволит обезжирить поверхность. Работайте в резиновых перчатках, чтобы исключить попадание растворов на кожу, ведь можно получить сильнейший ожог. После этого промойте водой с добавлением соды (можно мыла, чтобы нейтрализовать кислоту). И можно наносить рисунок печатной платы.
Сделать рисунок можно как с помощью специальной программы для компьютеров, так и вручную. Если вы изготовляете обычный блок питания 12В 2А, а не импульсный, то количество элементов минимально. Тогда при нанесении рисунка можно обойтись без программ для моделирования, достаточно нанести его на поверхность фольги перманентным маркером. Желательно сделать два-три слоя, дав предыдущему высохнуть. Неплохие результаты может дать применение лака (например, для ногтей). Правда, рисунок может выйти неровным из-за кисти.
Как протравить плату
Подготовленную и просушенную плату поместите в раствор хлорного железа. Насыщенность его должна быть такой, чтобы медь как можно быстрее разъедалась. Если процесс идет медленно, то рекомендуется увеличить концентрацию хлорного железа в воде. Если и это не помогает, то попробуйте нагреть раствор. Для этого наберите в емкость воду, установите в нее банку с раствором (не забывайте о том, что его желательно хранить в пластиковой или стеклянной таре) и нагревайте на медленном огне. Теплая вода будет нагревать раствор хлорного железа.
Если у вас много времени либо нет хлорного железа, то воспользуйтесь смесью из соли и медного купороса. Плата подготавливается аналогичным образом, после чего помещается в раствор. Недостаток способа – плата блока питания травится очень медленно, потребуются почти сутки для полного исчезновения всей меди с поверхности текстолита. Но за неимением лучшего, можно использовать и такой вариант.
Монтаж компонентов
После процедуры травления вам потребуется ополоснуть плату, очистить от защитного слоя дорожки, обезжирить их. Наметьте расположение всех элементов, просверлите отверстия для них. Больше 1,2-мм сверло не стоит применять. Установите все элементы и припаяйте их к дорожкам. После этого необходимо все дорожки покрыть слоем олова, т. е. произвести их лужение. Изготовленный блок питания 12В своими руками с лужением монтажных дорожек прослужит вам намного дольше.