So stellen Sie mit Ihren eigenen Händen ein 12-Volt-Netzteil her - Schaltungsbeispiele

Eine 12-Volt-Konstantspannungsquelle ist ein nützliches Gerät für ein Haus, eine Hütte oder eine Garage. Ein solches Gerät ist einfach selbst herzustellen. Nachfolgend finden Sie ein Diagramm eines 12-V-Netzteils für die Selbstmontage sowie Tipps zur Berechnung und Auswahl von Komponenten.

Arten von Netzteilen

Bis heute sind gepulste Spannungsquellen weit verbreitet. Sie haben einen erheblichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Transformatorschaltungen in Bezug auf Energieeffizienz sowie Gewicht und Größe. Es wird angenommen, dass sie bei Lastströmen von mehr als 5 Ampere unbestreitbare Vorlieben haben. Sie haben aber auch Nachteile – zum Beispiel die Generierung von HF-Störungen in das Versorgungsnetz und in die Last.Und das Haupthindernis für die Selbstmontage ist die Komplexität der Schaltungen und die Notwendigkeit besonderer Fähigkeiten für die Herstellung von Wicklungsteilen. Daher ist es für einen mittelmäßigen Heimmeister besser, eine Stromversorgung nach dem üblichen Prinzip mit einem Netzabwärtstransformator herzustellen.

Wo wird die Spannungsquelle verwendet

Der Anwendungsbereich eines solchen Netzteils im Haushalt ist groß:

• Stromversorgung von Niederspannungslampen;
• Batterieladung;
• Stromversorgung für Audiogeräte.

Sowie viele andere Zwecke, die eine konstante Spannung von 12 Volt erfordern.

Schema einer Transformatorstromversorgung

Schematische Darstellung der Stromversorgung.

Ein 12-Volt-Stromversorgungskreis, der von einem 220-V-Netz aus betrieben wird, besteht aus den folgenden Knoten:

1. Ein Abwärtstransformator. Es besteht aus Eisen, Primär- und Sekundärwicklungen (es können mehrere sein). Ohne näher auf das Funktionsprinzip einzugehen, sei darauf hingewiesen, dass die Ausgangsspannung vom Windungsverhältnis der Primärwicklung (n1) und der Sekundärwicklung (n2) abhängt. Um 12 Volt zu erhalten, muss die Sekundärwicklung 220/12 = 18,3-mal weniger Windungen enthalten als die Primärwicklung.
2. Gleichrichter. Am häufigsten in Form einer Vollwellenschaltung (Diodenbrücke) ausgeführt. Wandelt Wechselspannung in pulsierende um. Der Strom fließt zweimal in die gleiche Richtung durch die Last.
   Funktionsweise eines Vollweggleichrichters.
3. Filter. Wandelt pulsierende Spannung in Gleichstrom um. Es lädt sich bei angelegter Spannung auf und entlädt sich in Pausen. Er besteht aus einem hochkapazitiven Oxidkondensator, dem häufig ein Keramikkondensator mit einer Kapazität von etwa 1 μF parallel geschaltet ist. Um die Notwendigkeit dieses zusätzlichen Elements zu verstehen, muss daran erinnert werden, dass der Oxidkondensator in Form von zu einer Rolle gerollten Folienstreifen angeordnet ist.Diese Walze hat eine parasitäre Induktivität, die die Qualität der Hochfrequenz-Rauschfilterung erheblich verschlechtert. Dazu wird ein zusätzlicher Kondensator zum Kurzschließen der HF-Pulse zugeschaltet.
   Ersatzschaltbild des Filters mit Oxid und zusätzlichen Kondensatoren.
4. Stabilisator. Kann fehlen. Schemata von einfachen, aber effektiven Knoten werden unten diskutiert.

In den folgenden Abschnitten wird erläutert, wie jedes Element einer 12-Volt-Gleichstromquelle ausgewählt und berechnet wird.

Transformatorauswahl

Es gibt zwei Möglichkeiten, einen geeigneten Transformator zu erhalten. Eigenständige Herstellung eines Reduzierblocks und Auswahl eines geeigneten im Werk. Denken Sie in jedem Fall daran:

• am Ausgang der Abwärtswicklung des Transformators zeigt das Voltmeter bei der Spannungsmessung die effektive Spannung an (1,4-mal kleiner als die Amplitude).
• am Filterkondensator ohne Last entspricht die konstante Spannung ungefähr der Amplitude (sie sagen, dass die Spannung am Kondensator um das 1,4-fache „ansteigt“).
• wenn kein Stabilisator vorhanden ist, fällt die Spannung an der Kapazität unter Last abhängig vom Strom ab.
• Damit der Stabilisator funktioniert, ist ein gewisser Überschuss der Eingangsspannung über der Ausgangsspannung erforderlich, deren Verhältnis den Wirkungsgrad der gesamten Stromversorgung begrenzt.

Aus den letzten beiden Punkten folgt, dass für den normalen Betrieb des Netzteils die Spannung des Transformators 12 V überschreiten muss.

Transformator mit Selbstwicklung

Die vollständige Berechnung und Herstellung eines selbstgebauten Leistungstransformators ist komplex, zeitaufwändig und erfordert Werkzeuge und Fähigkeiten. Daher wird ein vereinfachter Weg betrachtet - die Auswahl eines für Eisen geeigneten Blocks und die Änderung auf 12 V.

Wenn es einen vorgefertigten Transformator gibt, aber kein Anschlussplan vorhanden ist, müssen Sie den Wicklungstester mit einem Tester anrufen.Die Wicklung mit dem höchsten Widerstand ist wahrscheinlich die Netzwicklung. Die restlichen Wicklungen müssen entfernt werden.

Als nächstes müssen Sie die Dicke des Eisensatzes b und die Breite der Mittelplatte a messen und multiplizieren. Die Querschnittsfläche des Kerns ergibt sich aus S \u003d a * b (in cm²). Sie bestimmt die Leistung des Transformators P=. Als nächstes wird der maximale Strom in Ampere berechnet, der einer Wicklung mit einer Spannung von 12 Volt entnommen werden kann: I \u003d P / 12.

Bestimmung der Kernfläche.

Als nächstes wird die Anzahl der Windungen pro Volt mit der Formel n=50/S berechnet. Für 12 Volt müssen 12 * n Windungen mit einem Spielraum von etwa 20% für Verluste in Kupfer und am Stabilisator gewickelt werden. Und wenn nicht, dann der Spannungsabfall unter Last. Und der letzte Schritt besteht darin, den Querschnitt des Wickeldrahts gemäß dem Diagramm für eine Stromdichte von 2-3 mA / mm² auszuwählen.

Auswahl an Kupferdraht.

Zum Beispiel gibt es einen Transformator mit einer Primärwicklung von 220 V mit einem Eisensatz von 3,5 cm Dicke und einer mittleren Zungenbreite von 2,5 cm, also ist S = 2,5 * 3,5 = 8,75 und die Leistung des Transformators =3 W (ungefähr). Dann beträgt der maximal mögliche Strom bei 12 Volt I=P/U=3/12=0,25 A. Zum Wickeln können Sie einen Draht mit einem Durchmesser von 0,35..0,4 mm² wählen. Für 1 Volt sind es 50 / 8,75 = 5,7 Windungen, es müssen 12 * 5,7 = 33 Windungen gewickelt werden. Unter Berücksichtigung des Bestands - etwa 40 Umdrehungen.

Auswahl eines fertigen Transformators

Wenn es einen vorgefertigten Transformator mit einer für Strom und Spannung geeigneten Sekundärwicklung gibt, können Sie versuchen, einen vorgefertigten zu nehmen. Beispielsweise gibt es in der CCI-Serie geeignete Produkte mit einer Sekundärwicklungsspannung nahe 12 Volt.

Der Vorteil dieser Lösung ist die minimale Arbeitsintensität und Zuverlässigkeit der Fabrikausführung. Minus - der Transformator enthält andere Wicklungen, die Gesamtleistung wird auch für ihre Last berechnet.Daher wird ein solcher Transformator in Bezug auf Gewicht und Größe verlieren.

Diodenauswahl und Gleichrichterherstellung

Dioden im Gleichrichter werden nach drei Parametern ausgewählt:

• die höchste zulässige Durchlassspannung;
• die höchste Sperrspannung;
• maximaler Betriebsstrom.

Nach den ersten beiden Parametern sind 90 Prozent der verfügbaren Halbleiterbauelemente für den Betrieb in einem 12-Volt-Stromkreis geeignet, die Auswahl erfolgt hauptsächlich nach dem maximalen Dauerstrom. Auch das Design des Diodengehäuses und das Herstellungsverfahren des Gleichrichters hängen von diesem Parameter ab.

Wenn der Laststrom 1 A nicht überschreitet, können ausländische und inländische Ein-Ampere-Dioden verwendet werden:

• 1N4001-1N4007;
• HER101–HER108;
• KD258 („Tröpfchen“);
• KD212 und andere.

Für niedrigere Ströme (bis 0,3 A) sind die Geräte KD105 (KD106) ausgelegt. Alle aufgeführten Dioden können sowohl vertikal als auch horizontal auf einer Leiterplatte oder Platine oder einfach auf Stiften montiert werden. Heizkörper brauchen sie nicht.

Diodenbrücke aus Low-Power-Elementen.

Wenn Sie große Betriebsströme benötigen, müssen Sie andere Dioden verwenden (KD213, KD202, KD203 usw.). Diese Geräte sind für den Betrieb an Kühlkörpern ausgelegt, ohne sie halten sie nicht mehr als 10 % des auf dem Typenschild angegebenen maximalen Stroms aus. Daher müssen Sie vorgefertigte Kühlkörper auswählen oder diese selbst aus Kupfer oder Aluminium herstellen.

Ein anderes Design der Diodenbrücke.

Es ist auch bequem, fertige Brückendiodenbaugruppen KTS405, KVRS oder ähnliches zu verwenden. Sie müssen nicht zusammengebaut werden - es reicht aus, eine Wechselspannung an die entsprechenden Ausgänge anzulegen und die Konstante zu entfernen.

Montage von KVRS3510.

Kapazität des Kondensators

Die Kapazität eines Kondensators hängt von der Last und der zulässigen Welligkeit ab.Um die Kapazität genau zu berechnen, gibt es Formeln und Online-Rechner, die im Internet zu finden sind. Zum Üben können Sie sich auf die Zahlen konzentrieren:

• bei niedrigen Lastströmen (zig Milliampere) sollte die Kapazität 100..200 uF betragen;
• bei Strömen bis 500 mA wird ein 470..560 uF Kondensator benötigt;
• bis 1 A - 1000..1500 uF.

Bei höheren Strömen steigt die Kapazität proportional an. Der allgemeine Ansatz lautet: Je größer der Kondensator, desto besser. Sie können seine Kapazität beliebig erweitern, begrenzt nur durch Größe und Kosten. In Bezug auf die Spannung ist es notwendig, einen Kondensator mit einem erheblichen Spielraum zu nehmen. Für einen 12-Volt-Gleichrichter ist es also besser, ein 25-Volt-Element als ein 16-Volt-Element zu nehmen.

Diese Überlegungen gelten für nicht stabilisierte Quellen. Bei einem Netzteil mit Kapazitätsstabilisator kann es um ein Vielfaches reduziert werden.

Stabilisierung der Ausgangsspannung

Ein Stabilisator am Ausgang des Netzteils ist nicht immer erforderlich. Wenn also ein Netzteil in Verbindung mit Tonwiedergabegeräten verwendet werden soll, muss der Ausgang eine stabile Spannung haben. Und wenn das Heizelement als Last dient, ist der Stabilisator eindeutig überflüssig. Zum Stromversorgung für LED-Streifen Auf aufwendigste Netzteilmodule kann verzichtet werden, andererseits sorgt eine stabile Spannung für die Unabhängigkeit von der Helligkeit des Glimmens bei Stromstößen und verlängert die Lebensdauer der LED-Lampe.

Wenn die Entscheidung getroffen wird, einen Stabilisator zu installieren, ist es am einfachsten, ihn auf einem speziellen LM7812-Chip (KR142EN5A) zu montieren. Der Schaltkreis ist einfach und erfordert keine Einstellung.

Stabilisator auf 7812.

An den Eingang eines solchen Stabilisators kann eine Spannung von 15 bis 35 Volt angelegt werden. Am Eingang muss ein Kondensator C1 mit einer Kapazität von mindestens 0,33 Mikrofarad installiert werden, am Ausgang mindestens 0,1 Mikrofarad.Der Kondensator des Filterblocks fungiert normalerweise als C1, wenn die Länge der Anschlussdrähte 7 cm nicht überschreitet. Wenn diese Länge nicht eingehalten werden kann, muss ein separates Element installiert werden.

Chip 7812 hat Schutz gegen Überhitzung und Kurzschluss. Aber sie mag keine Polaritätsumkehr am Eingang und die Zufuhr einer externen Spannung an den Ausgang - ihre Lebenszeit wird in solchen Situationen in Sekunden berechnet.

Wichtig! Bei Lastströmen über 100 mA ist der Einbau eines integrierten Stabilisators auf einem Kühlkörper zwingend erforderlich!

Erhöhung des Ausgangsstroms des Stabilisators

Mit dem obigen Schema können Sie den Stabilisator mit einem Strom von bis zu 1,5 A belasten. Wenn dies nicht ausreicht, können Sie den Knoten mit einem zusätzlichen Transistor versorgen.

Schaltung mit einem Transistor mit n-p-n-Struktur

Externer Transistor n-p-n.

Diese Schaltung wird von den Entwicklern empfohlen und ist im Datenblatt des Chips enthalten. Der Ausgangsstrom darf den maximalen Kollektorstrom des Transistors nicht überschreiten, der mit einem Kühlkörper versehen werden muss.

P-n-p-Transistorschaltung

Wenn keine Halbleitertriode mit n-p-n-Struktur vorhanden ist, kann der Stabilisator mit einer p-n-p-Halbleitertriode verstärkt werden.

Externer Transistor p-n-p.

Die Low-Power-Siliziumdiode VD erhöht die Ausgangsspannung des 7812 um 0,6 V und kompensiert den Spannungsabfall am Emitterübergang des Transistors.

Parametrischer Stabilisator

Wenn der integrierte Regler aus irgendeinem Grund nicht verfügbar ist, können Sie den Knoten an der Zenerdiode betreiben. Es ist notwendig, eine Zenerdiode mit einer Stabilisierungsspannung von 12 V zu wählen, die für den entsprechenden Laststrom ausgelegt ist. Der höchste Strom für einige inländische und importierte 12-Volt-Zenerdioden ist in der Tabelle angegeben.

Schema eines einfachen parametrischen Stabilisators.

Der Widerstandswert wird nach folgender Formel berechnet:

R \u003d (Uin min-Ust) / (In max + Ist min), wobei:

• Uin min - minimale unstabilisierte Eingangsspannung (sollte mindestens 1,4 Ust betragen), Volt;
• Ust - Stabilisierungsspannung der Zenerdiode (Referenzwert), Volt;
• In max - der höchste Laststrom;
• Ist min - minimaler Stabilisierungsstrom (Referenzwert).

Wenn für die gewünschte Spannung keine Zenerdiode vorhanden ist, kann sie aus zwei in Reihe geschalteten bestehen. In diesem Fall sollte die Gesamtspannung 12 V betragen (z. B. D815A bei 5,6 Volt plus D815B bei 6,8 Volt ergibt 12,4 V).

Wichtig! Es ist nicht möglich, Zenerdioden (auch gleichen Typs) parallel zu schalten, "um den Stabilisierungsstrom zu erhöhen"!

Zenerdioden sind nicht parallel geschaltet.

Sie können den parametrischen Stabilisator auf die gleiche Weise einschalten - indem Sie einen externen Transistor einschalten.

Schema eines starken Stabilisators.

Für einen leistungsstarken Transistor muss ein Strahler vorgesehen werden. Die Versorgungsspannung ist in diesem Fall um 0,6 V kleiner als Ust der Zenerdiode. Bei Bedarf kann die Ausgangsspannung durch Einschalten einer Siliziumdiode (oder einer Diodenkette) nach oben angepasst werden. Jedes Element in der Kette erhöht Vout um etwa 0,6 V.

Stabilisatorschaltung mit einer Zenerdiode und einer Diode.

Ausgangsspannungsregelung

Wenn die Spannung der Stromversorgung von Null aus geregelt werden muss, wäre die optimale Schaltung ein parametrischer Stabilisator mit einem zusätzlichen variablen Widerstand.

Reibungslose Spannungsregelung.

Ein 1-kΩ-Widerstand, der zwischen der Basis des Transistors und dem gemeinsamen Draht angeschlossen ist, schützt die Triode vor einem Ausfall, wenn der Stromkreis des Potentiometermotors unterbrochen wird.Wenn der Knopf des variablen Widerstands gedreht wird, ändert sich die Spannung an der Basis des Transistors von 0 auf Ust der Zenerdiode mit einer Verzögerung von etwa 0,6 Volt. Es sollte berücksichtigt werden, dass die Parameter des Knotens durch die Verwendung eines Potentiometers schlechter werden - das Vorhandensein eines beweglichen Kontakts (auch von guter Qualität) verringert zwangsläufig die Spannungsstabilität an der Basis des Transistors.

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Das Erreichen einer 0- bis 12-Volt-Regelung mit dem integrierten Regler der Serie 78XX ist viel schwieriger. Wenn ein Regelbereich von 5 bis 12 V ausreicht, können Sie den 7805-Chip verwenden und ihn gemäß der Potentiometerschaltung einschalten. Die Zenerdiode sollte eine Spannung von etwa 7 Volt haben (KS168 mit oder ohne Diode, KS175 usw.). In der unteren Position des Potentiometer-Schiebereglers ist der GND-Pin mit dem gemeinsamen Draht verbunden und der Ausgang beträgt 5 Volt. Wenn der Motor auf den oberen Ausgang geschaltet wird, steigt die Spannung an ihm auf Ust der Zenerdiode und summiert sich mit der Stabilisierungsspannung der Mikroschaltung.

Stufenlose Regulierung von 5 bis 12 Volt.

Sie können den LM317-Chip verwenden. Es hat auch drei Terminals und wurde speziell entwickelt, um regulierte Quellen zu schaffen. Dieser Stabilisator hat jedoch eine niedrigere Spannungsschwelle, die bei 1,25 Volt beginnt. Es gibt viele Schaltungen im Internet auf dem LM317 mit Einstellung von Null, aber über 90 Prozent dieser Schaltungen funktionieren nicht.

Standardschaltplan LM317.

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Instrumentenlayout

Nachdem alle Knoten ausgewählt wurden oder eine klare Vorstellung davon besteht, was sie sein werden, können Sie mit dem Layout des Geräts fortfahren. Es ist auch wichtig zu verstehen, wie das zukünftige Gehäuse des Geräts aussehen wird.Sie können vorgefertigte auswählen, Sie können es selbst tun, wenn Sie über Materialien und Fähigkeiten verfügen.

Es gibt keine besonderen Regeln für die Anordnung von Knoten innerhalb des Gehäuses. Es ist jedoch wünschenswert, die Knoten so anzuordnen, dass sie wie im Diagramm durch Leiter in Reihe und auf kürzestem Weg verbunden sind. Die Ausgangsklemmen werden am besten auf der dem Netzkabel gegenüberliegenden Seite platziert. Es ist besser, den Netzschalter und die Sicherung auf der Rückseite des Geräts zu befestigen. Zur rationellen Nutzung des Raums zwischen den Gehäusen können einige Knoten vertikal installiert werden, es ist jedoch besser, die Diodenbrücke horizontal zu befestigen. Bei vertikaler Montage werden die oberen Elemente durch Konvektionsströme heißer Luft von den unteren Dioden umströmt und zusätzlich erwärmt.

Für diejenigen, die es nicht verstehen, sehen Sie sich das Video an: Ein einfaches Netzteil zum Selbermachen.

Die Montage eines Gleichstromnetzteils mit fester Leistung ist einfach. Dies liegt in der Macht eines durchschnittlichen Meisters, Sie benötigen nur elementare Kenntnisse in Elektrotechnik und minimale Installationskenntnisse.