Проектирование простых схем электропитания

В статье подробно рассказывается, как спроектировать и построить простую схему источника питания - от базовой конструкции до достаточно сложного источника питания с расширенными функциями.

Блок питания незаменим

Будь то электронщик или опытный инженер, всем требуется этот незаменимый элемент оборудования, называемый блоком питания.

Это связано с тем, что никакая электроника не может работать без питания, а точнее, источника постоянного тока низкого напряжения, а блок питания - это устройство, которое специально предназначено для выполнения этой цели.

Если это оборудование так важно, всем в этой области необходимо изучить все мельчайшие подробности этого важного члена семейства электроники.

Давайте начнем и узнаем, как спроектировать схему источника питания, сначала простейшую, вероятно, для новичков, которые сочтут эту информацию чрезвычайно полезной.
К базовая схема питания принципиально потребует трех основных компонентов для достижения желаемых результатов.
Трансформатор, диод и конденсатор. Трансформатор - это устройство, которое имеет два набора обмоток, одна первичная, а другая вторичная.

Сеть 220 В или 120 В подается на первичную обмотку, которая передается на вторичную обмотку, чтобы создать там более низкое наведенное напряжение.

Низкое пониженное напряжение, доступное на вторичной обмотке трансформатора, используется для предполагаемого применения в электронных схемах, однако, прежде чем это вторичное напряжение может быть использовано, его необходимо сначала выпрямить, то есть сначала преобразовать напряжение в постоянный ток.

Например, если вторичная обмотка трансформатора рассчитана на 12 вольт, то полученные 12 вольт от вторичной обмотки трансформатора будут составлять 12 вольт переменного тока через соответствующие провода.

Электронная схема никогда не может работать с переменным током, поэтому это напряжение должно быть преобразовано в постоянное.

Диод - это одно устройство, которое эффективно преобразует переменный ток в постоянный, есть три конфигурации, с помощью которых могут быть сконфигурированы основные конструкции источника питания.

Вы также можете узнать как сконструировать стендовый блок питания

Использование одного диода:

Самая простая и грубая форма конструкции источника питания - это тот, в котором используется единственный диод и конденсатор. Поскольку один диод выпрямляет только половину цикла сигнала переменного тока, для этого типа конфигурации требуется большой конденсатор выходного фильтра для компенсации вышеуказанного ограничения.

Конденсатор фильтра гарантирует, что после выпрямления на участках падения или убывания результирующей схемы постоянного тока, где напряжение имеет тенденцию к падению, эти участки заполняются и доводятся до уровня запасенной энергии внутри конденсатора.

Вышеупомянутая компенсация за счет накопленной энергии конденсаторов помогает поддерживать чистый и свободный от пульсаций выход постоянного тока, что было бы невозможно только с помощью диодов.

Для конструкции источника питания с одним диодом вторичная обмотка трансформатора должна иметь только одну обмотку с двумя концами.

Однако вышеупомянутая конфигурация не может считаться эффективной конструкцией источника питания из-за ее грубого полуволнового выпрямления и ограниченных возможностей формирования выходного сигнала.

Использование двух диодов:

Использование пары диодов для создания источника питания требует трансформатора с центральной вторичной обмоткой с ответвлениями. На схеме показано, как диоды подключаются к трансформатору.

Хотя два диода работают в тандеме и обрабатывают обе половины сигнала переменного тока и производят двухполупериодное выпрямление, используемый метод неэффективен, поскольку в любой момент используется только одна половина обмотки трансформатора. Это приводит к плохому насыщению сердечника и ненужному нагреву трансформатора, что делает этот тип конфигурации источника питания менее эффективной и обычной конструкцией.

Использование четырех диодов:

Это лучшая и общепринятая форма конфигурации источника питания с точки зрения процесса исправления.

Продуманное использование четырех диодов делает все очень простым, требуется только одна вторичная обмотка, насыщение сердечника идеально оптимизировано, что приводит к эффективному преобразованию переменного тока в постоянный.

На рисунке показано, как делается двухполупериодный выпрямленный источник питания с использованием четырех диодов и конденсатора фильтра с относительно низким номиналом.

Этот тип диодной конфигурации широко известен как мостовая сеть, вы можете узнать как построить мостовой выпрямитель .

Все вышеперечисленные конструкции источников питания обеспечивают выходы с обычным регулированием и, следовательно, не могут считаться идеальными, они не обеспечивают идеальных выходов постоянного тока и поэтому нежелательны для многих сложных электронных схем. Кроме того, эти конфигурации не включают функции управления переменным напряжением и током.

Однако вышеупомянутые функции могут быть просто интегрированы в вышеуказанные конструкции, а не в последнюю двухполупериодную конфигурацию источника питания за счет введения одной ИС и нескольких других пассивных компонентов.

Используя IC LM317 или LM338:

IC LM 317 - это универсальное устройство, которое обычно объединяется с источниками питания для получения хорошо регулируемых и регулируемых выходов напряжения / тока. Немного Примеры схем питания с использованием этой ИС

Поскольку указанная выше ИС может поддерживать максимум 1,5 А, для более высоких выходных токов может использоваться другое аналогичное устройство, но с более высокими номиналами. IC LM 338 работает точно так же, как LM 317, но может выдерживать ток до 5 ампер. Ниже показан простой дизайн.

Для получения фиксированных уровней напряжения ИС серии 78ХХ могут использоваться с описанными выше схемами источника питания. В ИС 78XX подробно описаны для вашей ссылки

Настоящее время бестрансформаторные источники питания SMPS становятся фаворитами среди пользователей благодаря своей высокой эффективности, высокой мощности и удивительно компактным размерам.
Хотя создание схемы источника питания SMPS в домашних условиях, безусловно, не для новичков в этой области, инженеры и энтузиасты, обладающие всесторонними знаниями в этой области, могут заняться построением таких схем дома.

Вы также можете узнать о небольшом конструкция импульсного источника питания.

Есть несколько других форм источников питания, которые могут быть построены даже начинающими любителями электроники и не требуют трансформаторов. Хотя эти типы цепей питания очень дешевы и просты в изготовлении, они не могут поддерживать большой ток и обычно ограничиваются 200 мА или около того.

Конструкция бестрансформаторного источника питания

В следующих двух постах обсуждаются две концепции вышеупомянутых схем безтрансформаторного источника питания:

Используя высоковольтные конденсаторы,

Используя микросхемы Hi-End и полевые транзисторы

Отзыв одного из преданных читателей этого блога

Дорогой Свагатам Маджумдар,

Я хочу сделать psu для микроконтроллера и его зависимых компонентов ...

Я хочу получить стабильные + 5 В и + 3,3 В от блока питания, я не уверен в мощности усилителя, но я думаю, что всего 5 А должно быть достаточно, также будут мышь 5 В и клавиатура 5 В и 3 x ИС SN74HC595 тоже и 2 x 512 Кбайт SRAM ... Так что я действительно не знаю, к какому возрасту усилителя стремиться ....

Думаю, 5А достаточно? .... Мой ГЛАВНЫЙ вопрос - какой ТРАНСФОРМАТОР и какие ДИОДЫ использовать? Я выбрал трансформатор после того, как прочитал где-то в Интернете, что мостовой выпрямитель вызывает ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ на 1,4 В в целом, и в вашем блоге выше вы утверждаете, что мостовой выпрямитель вызывает повышение напряжения? ...

Так что я не уверен (в любом случае не уверен, что новичок в электронике) ..... ПЕРВЫЙ трансформатор, который я выбрал, был этот. Пожалуйста, посоветуйте мне, какой из них ЛУЧШЕ для моих нужд и какие ДИОДЫ тоже использовать .... Я бы хотел использовать блок питания для платы, очень похожей на эту ....

Пожалуйста, помогите мне и подскажите лучший способ сделать подходящий сетевой блок питания 220/240 В, который дает мне СТАБИЛЬНЫЕ 5 В и 3,3 В для использования с моим дизайном. Заранее спасибо.

Как получить постоянные 5 В и 3 В от цепи питания

Здравствуйте, вы можете добиться этого, просто используя микросхему 7805 для получения 5 В и добавив пару диодов 1N4007 к этим 5 В для получения примерно 3,3 В.

5 ампер выглядят слишком высокими, и я не думаю, что вам потребуется такой большой ток, если вы также не используете этот источник питания с внешним каскадом драйвера, несущим более высокие нагрузки, такие как светодиод высокой мощности или двигатель и т. Д.

Поэтому я уверен, что ваше требование может быть легко выполнено с помощью вышеупомянутых процедур.

для питания MCU с помощью вышеуказанной процедуры вы можете использовать 0-9 В или 0-12 В trafo с током 1 ампер, диоды могут быть 1N4007 x 4nos

Диоды упадут на 1,4 В, когда на входе будет постоянный ток, но когда это будет переменный ток, например, от сети, выход будет повышен в 1,21 раза.

Обязательно используйте крышку 2200 мкФ / 25 В после моста для фильтрации

Надеюсь, эта информация просветит вас и ответит на ваши вопросы.

На изображении выше показано, как получить постоянные 5 В и 3,3 В от данной цепи питания.

Как получить переменное напряжение 9 В от IC 7805

Обычно IC 7805 рассматривается как фиксированный стабилизатор напряжения 5 В. Однако с помощью основного обходного пути ИС можно превратить в схему переменного регулятора напряжения от 5 В до 9 В, как показано выше.

Здесь мы видим, что предустановка на 500 Ом добавлена ​​к центральному контакту заземления ИС, что позволяет ИС выдавать повышенное выходное значение до 9 В при токе 850 мА. Предустановку можно было отрегулировать для получения выходных сигналов в диапазоне от 5 до 9 В.

Изготовление фиксированной схемы регулятора 12 В

На приведенной выше диаграмме мы можем увидеть, как обычную ИС регулятора 7805 можно использовать для создания фиксированного регулируемого выхода 5 В.

Если вы хотите получить фиксированный регулируемый источник питания 12 В, ту же конфигурацию можно применить для получения требуемых результатов, как показано ниже:

Регулируемый источник питания 12 В, 5 В

Теперь предположим, что у вас есть схемы, которые нуждаются в двойном источнике питания в диапазоне фиксированных 12 В и стабилизированных источников 5 В.

Для таких приложений описанная выше конструкция может быть просто модифицирована с помощью микросхемы 7812, а затем микросхемы 7805 для одновременного получения требуемых выходных регулируемых источников питания 12 В и 5 В, как показано ниже:

Разработка простого двойного источника питания

Во многих схемных приложениях, особенно в тех, которые используют операционные усилители, двойной источник питания становится обязательным для включения питания +/- и заземления в цепи.

Создание простого двойной источник питания на самом деле включает только источник питания центрального отвода и мостовой выпрямитель, а также пару конденсаторов фильтра высокой емкости, как показано ниже:

Однако для достижения регулируемого двойного источника питания с желаемым уровнем двойного напряжения на выходе обычно требуется сложная конструкция. используя дорогостоящие ИС .

Следующая конструкция показывает, как просто и дискретно можно сконфигурировать двойной источник питания с использованием нескольких BJT и нескольких резисторов.

Здесь Q1 и Q3 настроены как эмиттерный повторитель. пройти транзисторы , которые определяют количество тока, который может проходить через соответствующие выходы +/-. Здесь около 2 ампер

Выходное напряжение на соответствующих шинах двойного питания определяется транзисторами Q2 и Q4 вместе с их базовым резистивным делителем.

Уровни выходного напряжения можно соответствующим образом регулировать и настраивать, регулируя значения делителей потенциала, образованных резисторами R2, R3 и R5, R6.

Разработка источника питания LM317 с фиксированными резисторами

Чрезвычайно простой источник напряжения / тока на основе LM317T, который можно использовать для зарядки никель-кадмиевых элементов или в любое время, когда необходим практический источник питания, показан ниже.

Это несложная затея для новичка, которая предназначена для использования со съемным сетевым адаптером, обеспечивающим нерегулируемый постоянный ток. выход. IC1 на самом деле представляет собой регулируемый регулятор типа LM317T.

Поворотный переключатель S1 выбирает настройку (постоянный ток или постоянное напряжение) вместе со значением тока или напряжения. Регулируемое напряжение может быть получено на SK3, а ток - на SK4.

Обратите внимание на наличие регулируемой настройки (положение 12), которая позволяет настраивать переменное напряжение с помощью потенциометра VR1.

Значения резисторов должны быть получены из ближайших возможных фиксированных значений, при необходимости размещенных последовательно.

Резистор R6 рассчитан на 1 Вт, а R7 на 2 Вт, хотя оставшаяся часть может составлять 0,25 Вт. Регулятор напряжения IC1 317 необходимо установить на какой-нибудь радиатор, размер которого определяется необходимыми входными и выходными напряжениями и токами.