Een 12-volt gelijkspanningsregelaar is een nuttig apparaat voor in huis, in de tuin of in de garage. Het is niet moeilijk om zelf zo'n apparaat te maken. Hieronder staat een schema van de 12V-voeding om zelf in elkaar te zetten, alsmede tips voor het berekenen en selecteren van onderdelen.

Soorten voedingen

Tegenwoordig worden schakelende voedingen veel gebruikt. Zij hebben een aanzienlijk voordeel ten opzichte van traditionele transformatorcircuits wat betreft energie-efficiëntie en massa-afmetingen. Zij worden geacht een onbetwistbaar voordeel te hebben bij belastingsstromen van meer dan 5 ampère. Zij hebben echter ook nadelen, zoals het ontstaan van RF-interferentie op het elektriciteitsnet en op de belasting. En het grootste obstakel voor thuisassemblage is de complexiteit van de schakelingen en de noodzaak van speciale vaardigheden om de wikkelende onderdelen te vervaardigen. Daarom is het voor de gemiddelde thuisklusser beter om op de gebruikelijke manier een stroomvoorziening te maken met een netverzwakkingstransformator.

Wanneer de spanningsbron wordt gebruikt

De toepassingsmogelijkheden voor een dergelijke PSU in huis zijn groot:

Voeding voor laagspanningsarmaturen;
Opladen van oplaadbare batterijen;
Stroomvoorziening voor audio-afspeelapparatuur.

En vele andere doeleinden waarvoor 12 volt gelijkspanning nodig is.

Schematisch diagram van een transformatorvoeding

Hoe maak je een 12 volt voeding met je eigen handen - voorbeeldschakelingen

Schematisch diagram van een stroomvoorziening.

Een schematisch schema van een 12 volt voeding die werkt op het 220 V net bestaat uit de volgende knooppunten:

Verkleiningstransformator. Hij bestaat uit ijzeren, primaire en secundaire (er kunnen er meerdere zijn) wikkelingen. Zonder in te gaan op het werkingsprincipe, moet worden opgemerkt dat de uitgangsspanning afhangt van de verhouding tussen de primaire (n1) en secundaire (n2) wikkelingen. Om 12 volt te verkrijgen, moet de secundaire wikkeling 220/12=18,3 maal minder wikkelingen bevatten dan de primaire wikkeling.
Gelijkrichter. De gelijkrichter wordt meestal ontworpen als een circuit met twee halve perioden (diodebrug). Zet een wisselspanning om in een pulserende spanning. De stroom vloeit tweemaal per periode in dezelfde richting door de belasting.
Werking van een half-golf gelijkrichter.
Filter.. Zet de pulserende spanning om in een gelijkspanning. Hij wordt opgeladen op de momenten dat de spanning wordt aangelegd, en ontladen tijdens de pauzes. Hij bestaat uit een oxidecondensator met hoge capaciteit, waaraan parallel vaak een keramische condensator met een capaciteit van ongeveer 1 µF is toegevoegd. Om de noodzaak van dit extra element te begrijpen, zij eraan herinnerd dat de oxidecondensator is opgesteld in de vorm van stroken folie die op een rol zijn opgerold. Deze rol heeft een parasitaire inductie, die merkbaar afbreuk doet aan de kwaliteit van de hoogfrequente storingsfiltering. Voor dit doel is een extra RF-kortsluitcondensator opgenomen.
Gelijkwaardige filterkring met oxide- en hulpcondensatoren.
Stabilisator. Mag weggelaten worden. De schema's van de eenvoudige maar doeltreffende eenheden worden hieronder besproken.

In de volgende secties wordt de selectie en berekening van elk element van de 12 volt gelijkspanningsbron besproken.

Transformator selectie

Om een geschikte transformator te verkrijgen zijn er twee mogelijkheden. De step-down unit zelf maken of een geschikte in de fabriek geassembleerde unit vinden. In beide gevallen moet u in gedachten houden:

aan de uitgang van de step-down transformator zal een voltmeter bij het meten van de spanning de effectieve spanning aangeven (1,4 maal minder dan de amplitudespanning);
aan de filtercondensator bij onbelaste toestand zal de gelijkspanning ongeveer gelijk zijn aan de amplitudespanning (men zegt dat de condensatorspanning met een factor 1,4 "stijgt");
Als er geen regulator is, zal onder belasting de spanning over de condensator dalen als functie van de stroom;
De ingangsspanning moet hoger zijn dan de uitgangsspanning, wil de regelaar werken, en hun verhouding beperkt de efficiëntie van de voedingseenheid als geheel.

Uit de laatste twee punten volgt dat de transformatorspanning hoger moet zijn dan 12 V om de PSU goed te laten werken.

Zelf de transformator wikkelen

De volledige berekening en fabricage van een zelfgemaakte energietransformator is ingewikkeld, tijdrovend, en vereist gereedschap en vaardigheden. Daarom zullen wij een vereenvoudigde manier overwegen - een geschikte strijkijzerunit kiezen en deze ombouwen naar 12V.

Als u een kant-en-klare transformator hebt, maar geen bedradingsschema, moet u een tester gebruiken om de wikkeling te testen. De wikkeling met de hoogste weerstand is waarschijnlijk die van het lichtnet. De andere wikkelingen moeten worden verwijderd.

Vervolgens moet u de dikte van het ijzerset b en de breedte van de centrale plaat a meten en vermenigvuldigen. Het resultaat is de doorsnede van de kern S=a*b (in vierkante cm). Dit bepaalt het vermogen van de transformator P=. Bereken vervolgens de maximale stroom in ampère die uit een wikkeling van 12 volt kan worden getrokken: I=P/12.

Bepaal het kerngebied.

Vervolgens wordt het aantal windingen per volt berekend met de formule n=50/S. Voor 12 volt moet u 12*n windingen wikkelen met ongeveer 20% reserve voor verliezen in koper en in de regulator. En als je die niet hebt, dan daalt de spanning onder belasting. En de laatste stap is het kiezen van de doorsnede van de wikkeldraad volgens het diagram voor een stroomdichtheid van 2-3 ma/sq.mm.

Selectie van koperdraad.

Wij hebben bijvoorbeeld een transformator met een 220V primaire met een ijzerset van 3,5cm dik en een middentong van 2,5cm breed. Dus S=2.5*3.5=8.75 en het transformator vermogen =3W (ongeveer). Dan is de maximaal mogelijke stroom bij 12 volt I=P/U=3/12=0,25 A. Voor het wikkelen kunt u een draad kiezen met een diameter van 0,35...0,4 mm². Voor 1 volt heb je 50/8,75=5,7 windingen nodig, je hebt 12*5,7=33 windingen nodig. Met een reserve van ongeveer 40 beurten.

Keuze van een voorgemonteerde transformator

Als er een kant-en-klare transformator is met een geschikte secundaire wikkeling voor stroom en spanning, kunt u proberen een kant-en-klare transformator te kiezen. De TPP-serie heeft bijvoorbeeld geschikte producten met secundaire spanningen in de buurt van 12 volt.

Transformator	Aanduiding van de secundaire zijde	Spanning, V	Stroomsterkte, A
TPP48	11-12, 13-14, 15-16, 17-18	13,8	0,27
TPP209	11-12, 13-15	11,5	0,0236
TPP216	11-12, 13-14, 15-16, 17-18	11,5	0,072

Het voordeel van deze oplossing is de minimale inspanning en de betrouwbaarheid van het fabrieksontwerp. Het nadeel is dat de transformator andere wikkelingen bevat, en dat het totale vermogen ook voor hun belasting is ontworpen. Daarom zal deze transformator het onderspit delven wat betreft gewicht en afmetingen.

Keuze van diodes en gelijkrichterconstructie

De diodes in de gelijkrichter worden gekozen aan de hand van drie parameters:

Hoogst toelaatbare voorwaartse spanning;
hoogste sperspanning;
De hoogste bedrijfsstroom.

Voor de eerste twee parameters is 90 % van de beschikbare halfgeleiders geschikt voor gebruik in een 12-volt circuit, waarbij de keuze hoofdzakelijk is gebaseerd op de continue stroomlimiet. Het ontwerp van de diodebehuizing en de wijze waarop de gelijkrichter wordt vervaardigd, zijn eveneens afhankelijk van deze parameter.

Als de belastingsstroom niet meer dan 1 A bedraagt, kunnen buitenlandse en binnenlandse diodes met één ampère worden gebruikt:

1N4001-1N4007;
HER101-HER108;
KD258 ("drop");
KD212 en anderen.

Voor kleinere stromen (tot 0,3 A) zijn KD105 (KD106) toestellen ontworpen. Alle bovengenoemde diodes kunnen verticaal of horizontaal op een gedrukte schakeling of montageplaat worden gemonteerd, of gewoon op pennen. Ze hebben geen koellichamen nodig.

De diodebrug is gemaakt van elementen met een laag vermogen.

Als u meer bedrijfsstroom nodig hebt, moet u andere diodes gebruiken (KD213, KD202, KD203, enz.). Deze apparaten zijn ontworpen voor gebruik op koellichamen; zonder koellichamen zijn ze niet bestand tegen meer dan 10% van de maximale nominale stroom. Daarom moet worden gekozen voor kant-en-klare koellichamen of moeten deze zelf worden gemaakt van koper of aluminium.

Nog een diode brug ontwerp.

Het is ook handig om gebruik te maken van kant-en-klare brugdiode-samenstellingen KTs405, KVRS of dergelijke. Het is niet nodig ze te assembleren, sluit gewoon wisselspanning aan op de overeenkomstige pennen en verwijder de gelijkspanning.

KVRS3510 montage.

Capaciteit condensator

De capaciteit van een condensator hangt af van de belasting en de rimpel die hij toelaat. Er zijn op het internet formules en online calculators te vinden om de capaciteit nauwkeurig te berekenen. Om te oefenen, kunt u de figuren raadplegen:

Voor kleine belastingsstromen (tientallen milliampères) moet de capaciteit 100...200 µF bedragen;
Bij stromen tot 500 mA is een condensator van 470...560 uF nodig;
tot 1 A - 1000...1500 uF.

Bij hogere stromen neemt de capaciteit evenredig toe. De algemene benadering is dat hoe groter de condensator, hoe beter. De capaciteit kan tot elke grens worden opgevoerd, slechts beperkt door de grootte en de kosten. Wat spanning betreft, moet een condensator een aanzienlijke reserve hebben. Voor een gelijkrichter van 12 volt is het bijvoorbeeld beter een element van 25 volt te gebruiken dan een element van 16 volt.

Dit geldt voor niet-gestabiliseerde voedingen. Voor PSU's met regelaars kunnen de condensatoren met een factor twee worden verminderd.

Stabiliseren van de uitgangsspanning

Stabilisator is niet altijd nodig op de uitgang van een voeding. Als u van plan bent de voeding te gebruiken in combinatie met apparatuur voor het produceren van geluid, is het noodzakelijk een stabiele spanning aan de uitgang te hebben. Maar als een verwarming als last wordt gebruikt, is een stabilisator uiteraard overbodig. Voor LED-strips kan zonder de meest complexe module van de PSU, maar aan de andere kant zorgt een stabiele spanning voor onafhankelijkheid van de lichtsterkte bij schommelingen in het netwerk en voor een langere levensduur van de LED-verlichting.

Als besloten wordt een regelaar te installeren, is het het gemakkelijkst deze te monteren op een gespecialiseerde LM7812 (KR142EN5A) chip. De schakeling is eenvoudig en behoeft geen aanpassing.

De regulator op de 7812.

Op de ingang van een dergelijke regelaar kan een spanning van 15 tot 35 volt worden gezet. Aan de ingang moet een condensator C1 met een capaciteit van ten minste 0,33 μF worden geïnstalleerd en aan de uitgang ten minste 0,1 μF. C1 is gewoonlijk een condensator van een filtereenheid als de aansluitdraden niet langer zijn dan 7 cm. Indien deze lengte niet kan worden aangehouden, zal een afzonderlijk element moeten worden gemonteerd.

De 7812 is beveiligd tegen oververhitting en kortsluiting. Maar hij houdt niet van de polariteitsomkering aan de ingang en de externe spanning die op de uitgang wordt gezet - zijn levensduur in dergelijke situaties wordt in seconden geteld.

Belangrijk! Bij belastingsstromen boven 100 mA is installatie van de AVR op het koellichaam verplicht!

Verhogen van de uitgangsstroom van de AVR

Met bovenstaand schema kan een stroom van maximaal 1,5 A op de AVR worden gezet. Als dit niet voldoende is, kan een extra transistor worden gebruikt om het knooppunt op te laden.

Schema met n-p-n transistor

Externe n-p-n transistor.

Deze schakeling wordt aanbevolen door de ontwerpers en is opgenomen in het gegevensblad van de chip. De uitgangsstroom mag niet hoger zijn dan de maximale collectorstroom van de transistor, die van een koellichaam moet zijn voorzien.

Circuit met een p-n-p transistor

Indien een halfgeleidertriode van de n-p-n-structuur niet beschikbaar is, kan een p-n-p halfgeleidertriode worden gebruikt om de stabilisator op te laden.

Externe p-n-p transistor.

Een silicium diode VD verhoogt de uitgangsspanning van de 7812 met 0,6 V en compenseert de spanningsval over de emitter junctie van de transistor.

Parametrische regelaar

Indien om een of andere reden geen integrale regelaar beschikbaar is, is het mogelijk een aftakking met een regelaar te ontwerpen. Kies een regelaar met een stabilisatiespanning van 12 V en een nominale belasting voor de juiste stroom. De maximale stroom voor sommige 12 V binnenlandse en geïmporteerde regelaars wordt in de onderstaande tabel gegeven.

Stabilitron type	D814G	D815D	KS620A	1N4742A	BZV55C12	1N5242B
Belastingsstroom	5 mA	0,5 А	50 mA	25 mA	5 mA	40 mA
Stabilisatiespanning	12 volt

Schematisch diagram van een eenvoudige parametrische stabilisator.

Het weerstandsvermogen wordt berekend volgens de formule:

R= (Uin min-Ust)/(In max+Ist min), waarbij:

Uin min - minimale ongestabiliseerde ingangsspanning (moet ten minste 1,4 Ust bedragen), volt;
Ust - gestabiliseerde spanning van de regelaar (referentiewaarde), volt;
In max - maximale belastingsstroom;
Ist min - minimale stabilisatiestroom (referentiewaarde).

Indien er geen stabilistor is voor de vereiste spanning, kan deze worden samengesteld uit twee in serie geschakelde exemplaren. De totale spanning moet 12 V zijn (b.v. D815A op 5,6 volt plus D815B op 6,8 volt geeft 12,4 V).

Belangrijk! Stabilitrons (zelfs van hetzelfde type) mogen niet parallel worden geschakeld "om de stabilisatiestroom te verhogen"!

Stabiele werpers worden niet parallel geschakeld.

Stabilitrons zijn niet parallel geschakeld.

U kunt een parametrische AVR op dezelfde manier opladen - door een externe transistor aan te sluiten.

Een schema van een vermogensstabilisator.

Voor de vermogenstransistor moet een koellichaam worden voorzien. De voedingsspanning zal dan 0,6V lager zijn dan de Ust regelaar. Indien nodig kan de uitgangsspanning worden verhoogd door een siliciumdiode (of een keten van diodes) op te nemen. Elk element in de keten verhoogt Uf met ongeveer 0,6 V.

Schematisch diagram van een regulator met een regulator-diode.

Regeling uitgangsspanning

Indien de voedingsspanning vanaf nul moet worden geregeld, is een parametrische regelaar met toevoeging van een variabele weerstand het beste schema.

Soepele spanningsregeling.

Een weerstand van 1kΩ tussen de basis van de transistor en de gemeenschappelijke draad beschermt de triode tegen uitval als het potentiometer-schuifcircuit defect raakt. Door aan de knop van de variabele weerstand te draaien, verandert de basisspanning van de transistor van 0 naar Ustabilisator met een vertraging van ongeveer 0,6 volt. Merk op dat de knooppuntparameters slechter zullen zijn door het gebruik van een potentiometer - de aanwezigheid van een bewegend contact (zelfs een van goede kwaliteit) zal onvermijdelijk de stabiliteit van de basisspanning van de transistor verminderen.

Apparaatindeling

Zodra alle knooppunten zijn geselecteerd, of u een duidelijk idee hebt van wat ze zullen zijn, kunt u beginnen met het samenstellen van het apparaat. Het is ook belangrijk om de toekomstige behuizing van het toestel te begrijpen. U kunt een geprefabriceerde eenheid kiezen, of u kunt er zelf een maken als u over de materialen en de vaardigheden beschikt.

Er zijn geen speciale regels voor de opstelling van de assemblages binnen de behuizing. Het is echter raadzaam de componenten zo te rangschikken dat zij in serie worden geschakeld, zoals in het schema is aangegeven, en over een zo kort mogelijke afstand. De uitgangsklemmen moeten bij voorkeur aan de kant tegenover het netsnoer zitten. De stroomschakelaar en de zekering moeten bij voorkeur op de achterkant van het toestel worden gemonteerd. Om de ruimte tussen de behuizingen beter te benutten, kunnen sommige componenten verticaal worden gemonteerd, maar de diodebrug moet horizontaal worden gemonteerd. Indien verticaal gemonteerd, zullen convectie warme luchtstromen van de onderste diodes rond de bovenste elementen stromen en deze extra verhitten.

Voor degenen die het niet begrijpen, bekijk deze video: Een eenvoudige voeding met je eigen handen.

Het is gemakkelijk om een gelijkstroomvoeding met een vaste voeding te monteren. Dit ligt binnen het bereik van de gemiddelde klusser, die slechts een basiskennis van elektrotechniek en minimale installatievaardigheden nodig heeft.

Met je eigen handen