Cómo hacer una fuente de alimentación de 12 voltios con sus propias manos: ejemplos de circuitos

Una fuente de voltaje constante de 12 voltios es un dispositivo útil para una casa, casa de campo o garaje. Tal dispositivo es fácil de hacer usted mismo. A continuación se muestra un diagrama de una fuente de alimentación de 12 V para el montaje de bricolaje, así como consejos para calcular y elegir componentes.

Tipos de fuentes de alimentación

Hasta la fecha, las fuentes de voltaje pulsado se han generalizado. Tienen una ventaja significativa sobre los circuitos de transformadores tradicionales en términos de eficiencia energética y peso y tamaño. Se cree que con corrientes de carga de más de 5 amperios, tienen preferencias innegables. Pero también tienen desventajas, por ejemplo, la generación de interferencias de RF en la red de suministro y en la carga.Y el principal obstáculo para el ensamblaje en el hogar es la complejidad de los circuitos y la necesidad de habilidades especiales para la fabricación de piezas de bobinado. Por lo tanto, es mejor que un maestro doméstico medianamente calificado fabrique una fuente de alimentación de acuerdo con el principio habitual con un transformador reductor de red.

¿Dónde se utiliza la fuente de voltaje?

El alcance de tal PSU en el hogar es amplio:

• fuente de alimentación de lámparas de bajo voltaje;
• Bateria cargando;
• Fuente de alimentación para dispositivos de audio.

Así como muchos otros propósitos que requieren un voltaje constante de 12 voltios.

Esquema de una fuente de alimentación del transformador.

Diagrama esquemático de la fuente de alimentación.

Un circuito de suministro de energía de 12 voltios que opera desde una red de 220 V consta de los siguientes nodos:

1. Un transformador reductor. Se compone de devanados de hierro, primario y secundario (puede haber varios). Sin profundizar en el principio de funcionamiento, cabe señalar que la tensión de salida depende de la relación de espiras de los devanados primario (n1) y secundario (n2). Para obtener 12 voltios, es necesario que el devanado secundario contenga 220/12 = 18,3 veces menos vueltas que el primario.
2. Rectificador. La mayoría de las veces se realiza en forma de circuito de onda completa (puente de diodo). Convierte voltaje alterno a pulsante. La corriente pasa a través de la carga dos veces en la misma dirección.
   El funcionamiento de un rectificador de onda completa.
3. Filtrar. Convierte el voltaje pulsante a CC. Se carga cuando se aplica voltaje y se descarga durante las pausas. Consiste en un condensador de óxido de alta capacidad, en paralelo con el que a menudo se conecta un condensador cerámico con una capacidad de aproximadamente 1 μF. Para comprender la necesidad de este elemento adicional, debe recordarse que el condensador de óxido está dispuesto en forma de tiras de lámina enrolladas en un rollo.Este rollo tiene inductancia parásita, lo que degrada significativamente la calidad del filtrado de ruido de alta frecuencia. Para hacer esto, se enciende un condensador adicional para acortar los pulsos de RF.
   Circuito equivalente del filtro con óxido y condensadores adicionales.
4. Estabilizador. Puede faltar. Los esquemas de nodos simples pero efectivos se discuten a continuación.

Las siguientes secciones discuten cómo seleccionar y calcular cada elemento de una fuente de CC de 12 voltios.

Selección de transformador

Hay dos formas de obtener un transformador adecuado. Producción independiente de bloque reductor y selección de uno adecuado en fábrica. En cualquier caso, tenga en cuenta:

• a la salida del devanado reductor del transformador, al medir el voltaje, el voltímetro mostrará el voltaje efectivo (1,4 veces menos que la amplitud);
• en el condensador de filtro sin carga, el voltaje constante será aproximadamente igual a la amplitud (dicen que el voltaje en el condensador "aumenta" 1,4 veces);
• si no hay estabilizador, entonces, bajo carga, el voltaje en la capacitancia caerá dependiendo de la corriente;
• para que el estabilizador funcione, se requiere un cierto exceso de voltaje de entrada sobre el voltaje de salida, su relación limita la eficiencia de la fuente de alimentación en su conjunto.

De los dos últimos puntos se deduce que para el funcionamiento normal de la fuente de alimentación, la tensión del transformador debe superar los 12 V.

Transformador de bobinado automático

El cálculo completo y la fabricación de un transformador de potencia casero es complejo, requiere mucho tiempo, herramientas y habilidades. Por lo tanto, se considerará una ruta simplificada: la selección de un bloque adecuado para hierro y su modificación a 12 V.

Si hay un transformador listo para usar, pero no hay un diagrama de su conexión, debe llamar a su probador de bobinado con un probador.Es probable que el devanado con la mayor resistencia sea el principal. El resto de los devanados deben ser removidos.

A continuación, debe medir el grosor del juego de hierro b y el ancho de la placa central a y multiplicarlos. El área de la sección transversal del núcleo se obtiene S \u003d a * b (en cm cuadrados). Determina la potencia del transformador P=. A continuación, se calcula la corriente máxima en amperios que se puede eliminar de un devanado con un voltaje de 12 voltios: I \u003d P / 12.

Determinación del área del núcleo.

A continuación, se calcula el número de vueltas por voltio mediante la fórmula n=50/S. Para 12 voltios, es necesario enrollar 12 * n vueltas con un margen de alrededor del 20% por pérdidas en el cobre y en el estabilizador. Y si no, entonces la caída de voltaje bajo carga. Y el último paso es seleccionar la sección transversal del cable de bobinado de acuerdo con el gráfico para una densidad de corriente de 2-3 mA / mm2.

Elección de alambre de cobre.

Por ejemplo, hay un transformador con un devanado primario de 220 V con un conjunto de hierro de 3,5 cm de espesor y una lengüeta intermedia de 2,5 cm de ancho, por lo tanto, S = 2,5 * 3,5 = 8,75 y la potencia del transformador =3 W (aproximadamente). Entonces, la corriente máxima posible a 12 voltios es I=P/U=3/12=0,25 A. Para el devanado, puede elegir un cable con un diámetro de 0,35...0,4 mm cuadrados. Para 1 voltio hay 50 / 8,75 = 5,7 vueltas, es necesario enrollar 12 * 5,7 = 33 vueltas. Teniendo en cuenta el stock, alrededor de 40 vueltas.

Selección de un transformador terminado.

Si hay un transformador listo para usar con un devanado secundario adecuado para la corriente y el voltaje, puede intentar elegir uno listo para usar. Por ejemplo, en la serie CCI hay productos adecuados con un voltaje de devanado secundario cercano a los 12 voltios.

La ventaja de esta solución es la mínima intensidad de mano de obra y la fiabilidad de la ejecución de la fábrica. Menos: el transformador contiene otros devanados, la potencia total también se calcula para su carga.Por lo tanto, en términos de peso y tamaño, dicho transformador perderá.

Selección de diodos y fabricación de rectificadores.

Los diodos en el rectificador se seleccionan de acuerdo con tres parámetros:

• el voltaje directo más alto permitido;
• el voltaje inverso más alto;
• corriente máxima de funcionamiento.

De acuerdo con los dos primeros parámetros, el 90 por ciento de los dispositivos semiconductores disponibles son adecuados para operar en un circuito de 12 voltios, la elección se realiza principalmente por la corriente continua máxima. El diseño de la caja del diodo y el método de fabricación del rectificador también dependen de este parámetro.

Si la corriente de carga no supera 1 A, se pueden usar diodos de un amperio domésticos y extranjeros:

• 1N4001-1N4007;
• HER101-HER108;
• KD258 ("gota");
• KD212 y otros.

Para corrientes más bajas (hasta 0,3 A), los dispositivos KD105 (KD106) están diseñados. Todos los diodos enumerados se pueden montar tanto vertical como horizontalmente en un circuito impreso o placa de circuito, o simplemente en pines. No necesitan radiadores.

Puente de diodos a partir de elementos de baja potencia.

Si necesita grandes corrientes de operación, entonces necesita usar otros diodos (KD213, KD202, KD203, etc.). Estos dispositivos están diseñados para operar en disipadores de calor, sin ellos no soportarán más del 10 % de la corriente máxima de la placa de identificación. Por lo tanto, debe elegir disipadores de calor listos para usar o hacerlos usted mismo con cobre o aluminio.

Otro diseño del puente de diodos.

También es conveniente utilizar conjuntos de diodos de puente prefabricados KTS405, KVRS o similares. No es necesario ensamblarlos; basta con aplicar un voltaje alterno a las salidas correspondientes y eliminar la constante.

Montaje de KVRS3510.

Capacidad del condensador

La capacitancia de un capacitor depende de la carga y de la ondulación que permite.Para calcular con precisión la capacidad, existen fórmulas y calculadoras en línea que se pueden encontrar en Internet. Para practicar, puedes concentrarte en los números:

• con corrientes de carga bajas (decenas de miliamperios), la capacitancia debe ser de 100 a 200 uF;
• a corrientes de hasta 500 mA, se necesita un condensador de 470..560 uF;
• hasta 1 A - 1000..1500 uF.

Para corrientes más altas, la capacitancia aumenta proporcionalmente. El enfoque general es que cuanto mayor sea el condensador, mejor. Puede aumentar su capacidad en cualquier medida, limitada solo por el tamaño y el costo. En términos de voltaje, es necesario tomar un condensador con un margen importante. Entonces, para un rectificador de 12 voltios, es mejor tomar un elemento de 25 voltios que uno de 16 voltios.

Estas consideraciones son válidas para fuentes no estabilizadas. Para una fuente de alimentación con estabilizador de capacidad, se puede reducir varias veces.

Estabilización de voltaje de salida

No siempre se necesita un estabilizador en la salida de la fuente de alimentación. Por lo tanto, si se supone que debe usar una fuente de alimentación junto con un equipo de reproducción de sonido, la salida debe tener un voltaje estable. Y si el elemento calefactor sirve como carga, el estabilizador es claramente redundante. Para Fuente de alimentación de tira de LED puede prescindir del módulo de fuente de alimentación más complejo, pero, por otro lado, un voltaje estable garantiza la independencia del brillo del brillo durante las subidas de tensión y prolonga la vida útil de la lámpara LED.

Si se toma la decisión de instalar un estabilizador, la forma más fácil es ensamblarlo en un chip LM7812 especializado (KR142EN5A). El circuito de conmutación es simple y no requiere ajuste.

Estabilizador en 7812.

Se puede aplicar un voltaje de 15 a 35 voltios a la entrada de dicho estabilizador. Se debe instalar un condensador C1 con una capacidad de al menos 0,33 microfaradios en la entrada, al menos 0,1 microfaradios en la salida.El condensador del bloque de filtro generalmente actúa como C1 si la longitud de los cables de conexión no supera los 7 cm, si no se puede mantener esta longitud, será necesario instalar un elemento separado.

El chip 7812 tiene protección contra sobrecalentamiento y cortocircuito. Pero a ella no le gusta la inversión de polaridad en la entrada y el suministro de voltaje externo a la salida: su tiempo de vida en tales situaciones se calcula en segundos.

¡Importante! ¡Para corrientes de carga superiores a 100 mA, es obligatoria la instalación de un estabilizador integral en un disipador de calor!

Aumento de la corriente de salida del estabilizador.

El esquema anterior le permite cargar el estabilizador con una corriente de hasta 1,5 A. Si esto no es suficiente, puede alimentar el nodo con un transistor adicional.

Circuito con un transistor de estructura n-p-n

Transistor externo n-p-n.

Este circuito es recomendado por los desarrolladores y está incluido en la hoja de datos del chip. La corriente de salida no debe exceder la corriente máxima del colector del transistor, que debe estar provisto de un disipador de calor.

Circuito transistor pnp

Si no hay un triodo semiconductor de estructura n-p-n, entonces el estabilizador puede reforzarse con un triodo semiconductor p-n-p.

Transistor externo p-n-p.

El diodo de silicio de baja potencia VD aumenta el voltaje de salida del 7812 en 0,6 V y compensa la caída de voltaje en la unión del emisor del transistor.

Estabilizador paramétrico

Si por alguna razón el regulador integrado no está disponible, puede ejecutar el nodo en el diodo zener. Es necesario elegir un diodo zener con una tensión de estabilización de 12 V y diseñado para la corriente de carga adecuada. La corriente más alta para algunos diodos zener nacionales e importados de 12 voltios se indica en la tabla.

Esquema de un estabilizador paramétrico simple.

El valor de la resistencia se calcula mediante la fórmula:

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

• Uin min: voltaje de entrada mínimo no estabilizado (debe ser al menos 1,4 Ust), voltios;
• Ust - voltaje de estabilización del diodo zener (valor de referencia), voltios;
• En max - la corriente de carga más alta;
• Ist min - corriente mínima de estabilización (valor de referencia).

Si no hay un diodo zener para el voltaje deseado, puede estar formado por dos conectados en serie. En este caso, el voltaje total debe ser de 12 V (por ejemplo, D815A a 5,6 voltios más D815B a 6,8 voltios darán 12,4 V).

¡Importante! ¡Es imposible conectar diodos zener (incluso del mismo tipo) en paralelo "para aumentar la corriente de estabilización"!

Los diodos Zener no están conectados en paralelo.

Puede encender el estabilizador paramétrico de la misma manera, encendiendo un transistor externo.

Esquema de un poderoso estabilizador.

Para un transistor potente, se debe proporcionar un radiador. La tensión de alimentación en este caso será inferior a Ust del diodo zener en 0,6 V. Si es necesario, la tensión de salida se puede ajustar hacia arriba encendiendo un diodo de silicio (o una cadena de diodos). Cada elemento de la cadena aumentará Vout en aproximadamente 0,6 V.

Circuito estabilizador con un diodo zener y un diodo.

Regulación de voltaje de salida

Si el voltaje de la fuente de alimentación debe regularse desde cero, entonces el circuito óptimo sería un estabilizador paramétrico con la adición de una resistencia variable.

Regulación de voltaje suave.

Una resistencia de 1 kΩ conectada entre la base del transistor y el cable común protegerá al triodo de fallas si se rompe el circuito del motor del potenciómetro.Cuando se gira la perilla de la resistencia variable, el voltaje en la base del transistor cambiará de 0 a Ust del diodo zener con un retraso de aproximadamente 0,6 voltios. Debe tenerse en cuenta que los parámetros del nodo empeorarán debido al uso de un potenciómetro: la presencia de un contacto móvil (incluso de buena calidad) reducirá inevitablemente la estabilidad del voltaje en la base del transistor.

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Lograr una regulación de 0 a 12 voltios con el regulador integrado de la serie 78XX es mucho más difícil. Si un rango de regulación de 5 a 12 V es suficiente, puede usar el chip 7805 y encenderlo de acuerdo con el circuito del potenciómetro. El diodo zener debe tener una tensión de unos 7 voltios (KS168 con o sin diodo, KS175, etc.). En la posición inferior del control deslizante del potenciómetro, el pin GND está conectado al cable común y la salida será de 5 voltios. Cuando el motor se cambia a la salida superior, el voltaje crecerá hasta Ust del diodo zener y se sumará al voltaje de estabilización del microcircuito.

Regulación suave de 5 a 12 voltios.

Puede utilizar el chip LM317. También tiene tres terminales y está diseñado específicamente para crear fuentes reguladas. Pero este estabilizador tiene un umbral de voltaje más bajo a partir de 1,25 voltios. Hay muchos circuitos en Internet en el LM317 con ajuste desde cero, pero más del 90 por ciento de estos circuitos no funcionan.

Diagrama de cableado estándar LM317.

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Disposición del instrumento

Después de seleccionar todos los nodos, o si tiene una idea clara de lo que serán, puede continuar con el diseño del dispositivo. También es importante entender cómo será la futura carcasa del dispositivo.Puede elegir confeccionado, puede hacerlo usted mismo si tiene materiales y habilidades.

No hay reglas especiales para el diseño de los nodos dentro de la caja. Pero es deseable disponer los nodos de modo que estén conectados por conductores en serie, como en el diagrama, y ​​a lo largo de la distancia más corta. Los terminales de salida se colocan mejor en el lado opuesto al cable de alimentación. Es mejor arreglar el interruptor de encendido y el fusible en la parte posterior del dispositivo. Para el uso racional del espacio entre cajas, algunos de los nodos se pueden instalar verticalmente, pero es mejor fijar el puente de diodos horizontalmente. Cuando se monta verticalmente, las corrientes de convección de aire caliente de los diodos inferiores fluirán alrededor de los elementos superiores y los calentarán adicionalmente.

Para aquellos que no entienden, miren el video: Una simple fuente de alimentación de bricolaje.

El montaje de una fuente de alimentación de CC de potencia fija es fácil. Esto está al alcance de un maestro promedio, solo necesita conocimientos elementales en ingeniería eléctrica y habilidades mínimas de instalación.