Como fazer uma fonte de alimentação de 12 volts com suas próprias mãos - exemplos de circuitos

Uma fonte de tensão constante de 12 volts é um dispositivo útil para uma casa, casa de campo ou garagem. Tal dispositivo é fácil de fazer você mesmo. Abaixo está um diagrama de uma fonte de alimentação de 12V para montagem do tipo faça você mesmo, além de dicas sobre como calcular e escolher os componentes.

Tipos de fontes de alimentação

Até à data, as fontes de tensão pulsada tornaram-se generalizadas. Eles têm uma vantagem significativa sobre os circuitos de transformadores tradicionais em termos de eficiência energética, peso e tamanho. Acredita-se que em correntes de carga superiores a 5 amperes, eles tenham preferências inegáveis. Mas eles também têm desvantagens - por exemplo, a geração de interferência de RF na rede de alimentação e na carga.E o principal obstáculo para a montagem doméstica é a complexidade dos circuitos e a necessidade de habilidades especiais para a fabricação de peças de enrolamento. Portanto, é melhor para um mestre doméstico com qualificação média fabricar uma fonte de alimentação de acordo com o princípio usual com um transformador abaixador de rede.

Onde é a fonte de tensão usada

O escopo de tal PSU na casa é amplo:

• alimentação de lâmpadas de baixa tensão;
• carregamento da bateria;
• fonte de alimentação para dispositivos de áudio.

Assim como muitas outras finalidades que requerem uma tensão constante de 12 volts.

Esquema de uma fonte de alimentação do transformador

Diagrama esquemático da fonte de alimentação.

Um circuito de alimentação de 12 volts operando a partir de uma rede de 220 V consiste nos seguintes nós:

1. Um transformador abaixador. Consiste em enrolamentos de ferro, primários e secundários (pode haver vários). Sem se aprofundar no princípio de operação, deve-se notar que a tensão de saída depende da relação de espiras dos enrolamentos primário (n1) e secundário (n2). Para obter 12 volts, é necessário que o enrolamento secundário contenha 220/12 = 18,3 vezes menos espiras que o primário.
2. Retificador. Na maioria das vezes realizado na forma de um circuito de onda completa (ponte de diodo). Converte a tensão alternada em pulsante. A corrente passa pela carga duas vezes no mesmo sentido.
   A operação de um retificador de onda completa.
3. Filtro. Converte a tensão pulsante em DC. Ele carrega quando a tensão é aplicada e descarrega durante as pausas. Consiste em um capacitor de óxido de alta capacidade, em paralelo ao qual um capacitor cerâmico com capacidade de cerca de 1 μF é frequentemente conectado. Para entender a necessidade desse elemento adicional, deve-se lembrar que o capacitor de óxido é disposto na forma de tiras de papel alumínio enroladas em um rolo.Este rolo possui indutância parasita, o que degrada significativamente a qualidade da filtragem de ruído de alta frequência. Para fazer isso, um capacitor adicional para curto-circuitar os pulsos de RF é ligado.
   Circuito equivalente do filtro com óxido e capacitores adicionais.
4. Estabilizador. Pode estar faltando. Esquemas de nós simples, mas eficazes, são discutidos abaixo.

As seções a seguir discutem como selecionar e calcular cada elemento de uma fonte de 12 volts CC.

Seleção do transformador

Existem duas maneiras de obter um transformador adequado. Produção independente de um bloco abaixador e seleção de um adequado na fábrica. De qualquer forma, lembre-se:

• na saída do enrolamento abaixador do transformador, ao medir a tensão, o voltímetro mostrará a tensão efetiva (1,4 vezes menor que a amplitude);
• no capacitor de filtro sem carga, a tensão constante será aproximadamente igual à amplitude (eles dizem que a tensão no capacitor “aumenta” em 1,4 vezes);
• se não houver estabilizador, sob carga, a tensão na capacitância cairá dependendo da corrente;
• para que o estabilizador funcione, é necessário um certo excesso de tensão de entrada sobre a tensão de saída, sua relação limita a eficiência da fonte de alimentação como um todo.

Dos dois últimos pontos, segue-se que para operação normal da PSU, a tensão do transformador deve exceder 12 V.

Transformador de enrolamento automático

O cálculo completo e a fabricação de um transformador de potência caseiro é complexo, demorado, requer ferramentas e habilidades. Portanto, um caminho simplificado será considerado - a seleção de um bloco adequado para ferro e alterá-lo para 12 V.

Se houver um transformador pronto, mas não houver diagrama de sua conexão, você precisará chamar o testador de enrolamento com um testador.O enrolamento com a maior resistência provavelmente será o da rede. Os demais enrolamentos devem ser removidos.

Em seguida, você precisa medir a espessura do conjunto de ferro b e a largura da placa central a e multiplicá-las. A área da seção transversal do núcleo é obtida S \u003d a * b (em cm quadrados). Determina a potência do transformador P=. Em seguida, é calculada a corrente máxima em amperes, que pode ser removida de um enrolamento com uma tensão de 12 volts: I \u003d P / 12.

Determinando a área do núcleo.

Em seguida, o número de voltas por volt é calculado usando a fórmula n=50/S. Para 12 volts, é necessário enrolar 12 * n voltas com margem de cerca de 20% para perdas no cobre e no estabilizador. E se não, então a queda de tensão sob carga. E o último passo é selecionar a seção transversal do fio do enrolamento de acordo com o gráfico para uma densidade de corrente de 2-3 mA / sq. mm.

Escolha do fio de cobre.

Por exemplo, existe um transformador com um enrolamento primário de 220 V com um conjunto de ferro de 3,5 cm de espessura e uma largura de lingueta média de 2,5 cm. Portanto, S = 2,5 * 3,5 = 8,75 e a potência do transformador =3 W (aproximadamente). Então a corrente máxima possível em 12 volts é I=P/U=3/12=0,25 A. Para enrolamento, você pode escolher um fio com um diâmetro de 0,35..0,4 sq. mm. Para 1 volt existem 50 / 8,75 = 5,7 voltas, é necessário enrolar 12 * 5,7 = 33 voltas. Levando em conta o estoque - cerca de 40 voltas.

Seleção de um transformador acabado

Se houver um transformador pronto com um enrolamento secundário adequado para corrente e tensão, você pode tentar pegar um pronto. Por exemplo, na série CCI existem produtos adequados com uma tensão de enrolamento secundário próxima de 12 volts.

A vantagem desta solução é a intensidade mínima de trabalho e confiabilidade de execução da fábrica. Menos - o transformador contém outros enrolamentos, a potência geral também é calculada para sua carga.Portanto, em termos de peso e tamanho, esse transformador perderá.

Seleção de diodos e fabricação de retificadores

Os diodos no retificador são selecionados de acordo com três parâmetros:

• a tensão direta mais alta permitida;
• a tensão reversa mais alta;
• corrente máxima de operação.

De acordo com os dois primeiros parâmetros, 90 por cento dos dispositivos semicondutores disponíveis são adequados para operação em um circuito de 12 volts, a escolha é feita principalmente pela corrente contínua máxima. O projeto da caixa do diodo e o método de fabricação do retificador também dependem desse parâmetro.

Se a corrente de carga não exceder 1 A, diodos de um ampere estrangeiros e domésticos podem ser usados:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 (“gota”);
• KD212 e outros.

Para correntes mais baixas (até 0,3 A), dispositivos KD105 (KD106) são projetados. Todos os diodos listados podem ser montados vertical e horizontalmente em um circuito impresso ou placa de circuito, ou simplesmente em pinos. Eles não precisam de radiadores.

Ponte de diodos de elementos de baixa potência.

Se você precisar de grandes correntes de operação, precisará usar outros diodos (KD213, KD202, KD203 etc.). Esses dispositivos são projetados para operação em dissipadores de calor, sem eles não suportarão mais de 10% da corrente máxima de placa. Portanto, você precisa escolher dissipadores de calor prontos ou fazê-los de cobre ou alumínio.

Outro projeto da ponte de diodos.

Também é conveniente usar conjuntos de diodos de ponte prontos KTS405, KVRS ou similares. Eles não precisam ser montados - basta aplicar uma tensão alternada nas saídas correspondentes e remover a constante.

Montagem do KVRS3510.

Capacidade do capacitor

A capacitância de um capacitor depende da carga e da ondulação que ela permite.Para calcular com precisão a capacidade, existem fórmulas e calculadoras online que podem ser encontradas na Internet. Para praticar, você pode se concentrar nos números:

• em correntes de baixa carga (dezenas de miliamperes), a capacitância deve ser 100..200 uF;
• em correntes de até 500 mA, é necessário um capacitor de 470..560 uF;
• até 1 A - 1000..1500 uF.

Para correntes mais altas, a capacitância aumenta proporcionalmente. A abordagem geral é que quanto maior o capacitor, melhor. Você pode aumentar sua capacidade em qualquer extensão, limitada apenas pelo tamanho e custo. Em termos de tensão, é necessário levar um capacitor com uma margem séria. Portanto, para um retificador de 12 volts, é melhor usar um elemento de 25 volts do que um de 16 volts.

Essas considerações são verdadeiras para fontes não estabilizadas. Para uma PSU com estabilizador de capacidade, ela pode ser reduzida várias vezes.

Estabilização da tensão de saída

Nem sempre é necessário um estabilizador na saída da fonte de alimentação. Portanto, se for necessário usar uma fonte de alimentação em conjunto com um equipamento de reprodução de som, a saída deve ter uma tensão estável. E se o elemento de aquecimento serve como carga, o estabilizador é claramente redundante. Por Fonte de alimentação de tira de LED você pode prescindir do módulo de fonte de alimentação mais complexo, mas, por outro lado, uma tensão estável garante a independência do brilho do brilho durante os picos de energia e prolonga a vida útil da lâmpada LED.

Se for tomada a decisão de instalar um estabilizador, a maneira mais fácil é montá-lo em um chip LM7812 especializado (KR142EN5A). O circuito de comutação é simples e não requer ajuste.

Estabilizador em 7812.

A tensão de 15 a 35 volts pode ser aplicada à entrada desse estabilizador. Um capacitor C1 com capacidade de pelo menos 0,33 microfarads deve ser instalado na entrada, pelo menos 0,1 microfarads na saída.O capacitor do bloco de filtro geralmente atua como C1 se o comprimento dos fios de conexão não exceder 7 cm. Se esse comprimento não puder ser mantido, será necessário instalar um elemento separado.

O chip 7812 possui proteção contra superaquecimento e curto-circuito. Mas ela não gosta de inversão de polaridade na entrada e no fornecimento de tensão externa à saída - seu tempo de vida em tais situações é calculado em segundos.

Importante! Para correntes de carga acima de 100 mA, é obrigatória a instalação de um estabilizador integral em um dissipador de calor!

Aumentando a corrente de saída do estabilizador

O esquema acima permite carregar o estabilizador com uma corrente de até 1,5 A. Se isso não for suficiente, você pode alimentar o nó com um transistor adicional.

Circuito com um transistor de estrutura n-p-n

Transistor externo n-p-n.

Este circuito é recomendado pelos desenvolvedores e está incluído na ficha técnica do chip. A corrente de saída não deve ultrapassar a corrente máxima de coletor do transistor, que deve ser provido de dissipador de calor.

Circuito de transistor P-n-p

Se não houver triodo semicondutor da estrutura n-p-n, o estabilizador pode ser reforçado com um triodo semicondutor p-n-p.

Transistor externo p-n-p.

O diodo de silício de baixa potência VD aumenta a tensão de saída do 7812 em 0,6 V e compensa a queda de tensão na junção do emissor do transistor.

Estabilizador Paramétrico

Se por algum motivo o regulador integrado não estiver disponível, você pode executar o nó no diodo zener. É necessário escolher um diodo zener com uma tensão de estabilização de 12 V e projetado para a corrente de carga apropriada. A corrente mais alta para alguns diodos zener nacionais e importados de 12 volts é indicada na tabela.

Esquema de um estabilizador paramétrico simples.

O valor do resistor é calculado pela fórmula:

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

• Uin min - tensão mínima de entrada não estabilizada (deve ser de pelo menos 1,4 Ust), volts;
• Ust - tensão de estabilização do diodo zener (valor de referência), volt;
• Em max - a corrente de carga mais alta;
• Ist min - corrente mínima de estabilização (valor de referência).

Se não houver diodo zener para a tensão desejada, ele pode ser composto por dois conectados em série. Neste caso, a tensão total deve ser de 12 V (por exemplo, D815A a 5,6 volts mais D815B a 6,8 volts dará 12,4 V).

Importante! É impossível conectar diodos zener (mesmo do mesmo tipo) em paralelo "para aumentar a corrente de estabilização"!

Os diodos Zener não são conectados em paralelo.

Você pode ligar o estabilizador paramétrico da mesma maneira - ligando um transistor externo.

Esquema de um estabilizador poderoso.

Para um transistor poderoso, um radiador deve ser fornecido. A tensão de alimentação neste caso será menor que Ust do diodo zener em 0,6 V. Se necessário, a tensão de saída pode ser ajustada para cima ligando um diodo de silício (ou uma cadeia de diodos). Cada elemento na cadeia aumentará Vout em cerca de 0,6 V.

Circuito estabilizador com um diodo zener e um diodo.

Regulagem de tensão de saída

Se a tensão da fonte de alimentação deve ser regulada a partir de zero, o circuito ideal seria um estabilizador paramétrico com a adição de um resistor variável.

Regulagem de tensão suave.

Um resistor de 1 kΩ conectado entre a base do transistor e o fio comum protegerá o triodo de falhas se o circuito do motor do potenciômetro quebrar.Quando o botão do resistor variável é girado, a tensão na base do transistor mudará de 0 a Ust do diodo zener com um atraso de cerca de 0,6 volts. Deve-se levar em consideração que os parâmetros do nó serão piores devido ao uso de um potenciômetro - a presença de um contato móvel (mesmo de boa qualidade) inevitavelmente reduzirá a estabilidade da tensão na base do transistor.

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Alcançar a regulação de 0 a 12 volts com o regulador integrado da série 78XX é muito mais difícil. Se uma faixa de regulagem de 5 a 12 V for suficiente, você pode usar o chip 7805 e ligá-lo de acordo com o circuito do potenciômetro. O diodo zener deve estar em uma tensão de cerca de 7 volts (KS168 com ou sem diodo, KS175, etc.). Na posição inferior do controle deslizante do potenciômetro, o pino GND é conectado ao fio comum e a saída será de 5 volts. Quando o motor é deslocado para a saída superior, a tensão nele crescerá até Ust do diodo zener e se somará à tensão de estabilização do microcircuito.

Regulagem suave de 5 a 12 volts.

Você pode usar o chip LM317. Ele também possui três terminais e é projetado especificamente para criar fontes regulamentadas. Mas este estabilizador tem um limite de tensão mais baixo a partir de 1,25 volts. Existem muitos circuitos na Internet no LM317 com ajuste de zero, mas mais de 90% desses circuitos estão inoperantes.

Diagrama de fiação padrão LM317.

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Layout do instrumento

Depois que todos os nós forem selecionados ou houver uma ideia clara de quais serão, você poderá prosseguir para o layout do dispositivo. Também é importante entender como será o futuro case do aparelho.Você pode escolher pronto, pode fazer você mesmo se tiver materiais e habilidades.

Não há regras especiais para o layout dos nós dentro do caso. Mas é desejável organizar os nós de modo que sejam conectados por condutores em série, como no diagrama, e ao longo da distância mais curta. Os terminais de saída são melhor colocados no lado oposto ao cabo de alimentação. É melhor consertar o interruptor e o fusível na parte de trás do dispositivo. Para o uso racional do espaço entre caixas, alguns dos nós podem ser instalados verticalmente, mas é melhor fixar a ponte de diodos horizontalmente. Quando montado verticalmente, as correntes de convecção de ar quente dos diodos inferiores fluirão ao redor dos elementos superiores e os aquecerão adicionalmente.

Para quem não entendeu, assista ao vídeo: Uma fonte de alimentação simples faça você mesmo.

A montagem de uma fonte de alimentação CC de energia fixa é fácil. Isso está dentro do poder de um mestre médio, você só precisa de conhecimento elementar em engenharia elétrica e habilidades mínimas de instalação.