Двухполярный блок питания: схема для изготовления своими руками

Содержание

схема для изготовления своими руками

Большая часть низковольтных потребителей (радиоэлектронная аппаратура и т.д.) для питания требует напряжения одной полярности. Наряду с этим существуют схемы, для которых необходимо как положительное (относительно общего провода), так и отрицательное напряжение. Источники питания для таких узлов называются двухполярными, они необходимы для запитки схем на операционных усилителях, двухтактных каскадов аудиоусилителей и т.п.

Описание популярных схем двухполярного питания

Проще всего организовать двухполярное питание с помощью резистивного делителя. На вход подается напряжение, равное удвоенному уровню каждого плеча. Общая точка соединения двух резисторов служит общим проводом.

Организация двухполярного питания с помощью резистивного делителя.

Напряжение плеч распределяется пропорционально сопротивлениям каждого резистора. При R1=R2 выход будет симметричным – U1=U2. Недостатком такого делителя является зависимость распределения напряжений от нагрузки – потребитель шунтирует резисторы, и если шунтирование будет различным, то и выходное напряжение также станет несимметричным. Чтобы уменьшить этот эффект, надо, чтобы Rнагрузки было намного больше резистора соответствующего плеча. Соответственно, при росте мощности потребителя придется уменьшать значение каждого сопротивления делителя, что приведет к росту потребляемой мощности по цепи R1R2, и уже скоро она достигнет неприемлемых величин.

Этот недостаток значительно сглаживается, если вместо резисторов применить конденсаторы. Напряжение распределяется пропорционально емкостям, при С 1=С2 на выходе U1=U2.

Емкостный делитель.

Емкость зависит от нагрузки, поэтому в этой схеме применяют оксидные (раньше их называли электролитическими) конденсаторы. В теории через цепь С1С2 ток не течет, мощность не потребляется. На практике оксидные конденсаторы имеют заметный ток утечки. Он не настолько велик, чтобы создать проблемы с потребляемой мощностью, но он для каждого конденсатора индивидуален, и создает изначальную несимметрию плеч. Этот эффект усиливает большой допустимый разброс емкостей электролитов. Поэтому параллельно конденсаторам полезно поставить по резистору одинакового номинала (в несколько сотен ом или несколько килоом). На потребление мощности они почти не повлияют, а распределение уровней выровняют.

Практическая схема источника питания с емкостным делителем.

На практике можно использовать подобную схему совместно с понижающим трансформатором и мостовым двухполупериодным выпрямителем. Конденсаторы служат одновременно сглаживающим фильтром и делителем. Выравнивающие делители не обязательны, если у трансформатора есть отвод от середины вторичной обмотки.

Источник двухполярного питания с трансформатором со средней точкой.

На новый уровень независимость выходного напряжения от нагрузки выводит выполнение источника питания по схеме со стабилизацией. В простом варианте ее можно выполнить на двух транзисторах, на базы которых подана половина питания от резистивного делителя (оба сопротивления должны быть равны).

Стабилизированный источник двухполюсного питания.

Для верхнего (положительного) плеча можно применить транзистор КТ815 (КТ817). Для нижнего (отрицательного) КТ814 (КТ816) или другие соответствующей структуры.

Двухполярный делитель напряжения с операционным усилителем.

Еще лучшие параметры имеет схема с применением операционного усилителя. Цепь отрицательной обратной связи на резисторе R3 обеспечивает хороший коэффициент стабилизации. Делитель на R1R2 задает уровень средней точки.

Двухполярный БП с линейными стабилизаторами в каждом плече.

Несложная и устойчивая схема получается на линейных стабилизаторах серии 78ХХ (79XX для отрицательного плеча). Применен трансформатор со средней точкой, делителем служит цепь С1С3. Микросхемы-стабилизаторы включаются по стандартной схеме, диоды VD1 и VD3 защищают соответствующий канал от напряжения обратной полярности.

По подобной схеме можно построить и лабораторный блок питания, но для него удобнее использовать схему, регулируемую по выходному уровню. Такой источник можно построить на трансформаторе со средним отводом. Если его нет, можно использовать две идентичные вторичные обмотки (домотать или намотать заново) с отдельным выпрямителем для каждого канала или вообще использовать два раздельных трансформатора. Такой источник можно использовать как два отдельных однополярных канала, а соединив перемычкой плюс одного с минусом другого, получить регулируемый двухполярный БП.

Двухполярный лабораторник с раздельными каналами.

Схема такого двухполярного блока питания содержит два раздельных канала, каждый из которых выполнен на микросхеме LM317. Диоды моста и транзистор должны быть рассчитаны на полный ток канала, трансформатор – на суммарную мощность двух трактов. Лабораторник позволяет в каждом из каналов получить напряжение от 1,25 до 35 вольт (зависит от входного напряжения). При необходимости получить двухполярное напряжение, минусовой вывод одного тракта соединяется с плюсовой клеммой другого, образуя среднюю точку.

Импульсный двухполярный блок питания.

Если нужен легкий, но мощный БП, придется прибегнуть к довольно сложной импульсной схемотехнике. Такой блок можно собрать на полевых транзисторах и микросхеме IR2153. Источник обеспечивает мощность около 100 ватт, выходное напряжение задается параметрами трансформатора. При указанном на схеме соотношении витков на выходе будет около 35 вольт в каждом плече.

Читайте также: Переделка компьютерного блока питания в лабораторный

Трансформатор наматывается на каркасе от трансформатора импульсного БП компьютера.

Каркас импульсного трансформатора.

Советы по самостоятельному изготовлению двухполярного блока питания

Большую часть элементов блока питания можно установить на печатной плате, даже трансформатор, если это удобнее. Во многих случаях силовые элементы (транзисторы, диоды, линейные интегральные регуляторы напряжения) снабжаются радиаторами для обеспечения нормального температурного режима. Поэтому надо их монтировать либо на теплоотводе, либо при проектировании платы предусмотрительно устанавливать на краю так, чтобы можно было привинтить внешний радиатор.

При таком расположении элементов одну из микросхем снабдить радиатором не получится.

Плату можно разработать самостоятельно в специальных программах, вроде бесплатной Sprint Layout, либо просто нарисовать на бумаге. Готовое изделие можно заказать через интернет или сделать самостоятельно по одной из домашних технологий:

ЛУТ;
фоторезист;
нарисовать на плате вручную (например, лаком для ногтей).

Правильное расположение силовых элементов БП.

Травится плата либо в классическом растворе хлорного железа, либо в смеси, состоящей из:

100 мл перекиси водорода;
30 г лимонной кислоты;
2-3 чайных ложки поваренной соли.

Двухполярный блок питания постоянного напряжения 5,12 и 15 вольт

Что такое двухполярный блок питания и для чего он нужен? Для корректной работы любой электронной схемы требуется хороший источник питания. Если говорить о аудио устройствах, то они чаще всего получают питание от регулируемых БП постоянного тока. Но некоторые схемы используют двухполярные блоки питания: положительная цепь (+ V), заземляющая (GND) и отрицательная (-V).

Эта статья поможет вам построить схему двухполярного блока питания с использованием понижающего трансформатора и линейных регуляторов напряжения. Для большинства электронных схем и устройств необходимо, чтобы диапазон напряжения постоянного тока составлял 5, 12 и 15 Вольт. Поэтому мы здесь представляем вам три типа схем двойного источника питания, обозначенных как:

Схема двойного питания 5 Вольт
Схема двойного источника питания 12 В
Схема двойного питания 15 Вольт

Все схемы имеют индивидуальный понижающий трансформатор и регуляторы напряжения, при необходимости можно включить светодиодный индикатор.

Принципиальная схема двойного блока питания 5 В

Принципиальная схема двойного блока питания 12 В

Принципиальная схема двойного блока питания 15 В

Обязательные компоненты

Понижающий трансформатор — отвод со вторичной обмотки 6 или 15 или 20 вольт переменного напряжения в зависимости от ваших потребностей
Модуль мостового выпрямителя или (4 диода 1N4007)
Конденсатор 1000 мкФ = 2, 10 мкФ = 2, 0,1 мкФ = 2 (диапазон напряжения зависит от выходного напряжения схемы)
Линейный стабилизатор постоянного напряжения IC ( 78XX = положительный), (79XX = отрицательный) выбор диапазона напряжения зависит от ваших потребностей.

Конструирование и работа

Каждый двухполярный блок питания из трех, схемы которых представлены выше, имеют конструкцию и принцип работы одинаковый, но характеристики компонентов меняются только в зависимости от диапазона выходного напряжения. Понижающий трансформатор снижает амплитуду входного переменного напряжения с 220 В до 6-0-6 В или 15-0-15 В или 20-0-20 В в соответствии от его спецификации.

Низковольтное питание переменного тока от вторичной обмотки трансформатора подается в модуль мостового выпрямителя (1N4007 X 4). Затем выходное выпрямленное постоянное напряжение фильтруется с помощью фильтрующих конденсаторов C1 и C2. А именно, конденсатор C1 во всей схеме фильтрует положительную цепь, а конденсатор C2 фильтрует отрицательную.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизатор напряжения 78XX отвечает за регулирование положительной стороны напряжения постоянного тока, а 79XX контролирует отрицательную цепь постоянного напряжения. Расположение выводов этих двух микросхем напряжения и схема соединения, проиллюстрирована на картинке выше.

Конденсаторы C3, C4 в выходной цепи устраняют любые колебания в питании постоянного тока, а конденсаторы C5, C6 удаляют высокочастотные пульсации, если они есть на положительной и отрицательной стороне выхода постоянного тока. Общая точка заземления берется непосредственно от центрального отвода трансформатора (0) и действует как клемма заземления (GND) для выхода питания +V и -V постоянного тока.

Пояснение к применению

Некоторые аудио усилители, операционные усилители и усилители мощности требуют именно двухполярный блок питания.

Также, для управления направлением двигателя постоянного тока низкого напряжения мы можем использовать эти схемы двухполярного блока питания. Выберите номинал тока трансформатора и диода в зависимости от ваших потребностей.

Учебное пособие по биполярным источникам питания

Рисунок 1

, автор Lewis Loflin

На рисунке 1 показан пример биполярного источника питания , использующего две 9-вольтовые батареи.

Они имеют общую землю, и на выходе может быть любая комбинация полярности или напряжения. Например, блоки питания ATX, используемые сегодня в большинстве ПК, имеют несколько выходов напряжения, но имеют один общий. В питании ATX имеем плюс-минус 5 вольт, плюс-минус 12 и три вольта.

Помимо использования в домашних ПК, биполярные источники питания используются во многих схемах операционных усилителей и мощных аудиоусилителях.

Рисунок 2

На рисунке 2 мы сконструировали двухполярный блок питания с использованием трансформатора на 12,6 В. D2 заряжает C3 в положительный полупериод, а D3 заряжает C4 в отрицательный полупериод. В обоих случаях выходное напряжение будет 17,8 вольт. (12,6 * 1,414.) Полярности будут противоположны по отношению к земле.

Те же правила однополупериодного выпрямления для обеих полярностей остаются в силе. Поскольку конденсаторы C3 и C4 должны быть большими (не менее 3300 мкФ), резистор R1 ограничивает бросок тока при подаче питания.

Значения обычно составляют 1-10 Ом при 5 Вт.

Рисунок 3

На рисунке 3 показано двухполярное питание с использованием диодного моста и центрального ответвления трансформатора в качестве общего. Применяются те же правила, что и раньше, при половинном напряжении и удвоении тока. Это двухполупериодное выпрямление, и для той же нагрузки могут использоваться конденсаторы меньшего размера, чем на рис. 7.

Если мы используем трансформатор на 25,5 В, 3 А, каждое выходное напряжение будет 25,2/2 * 1,414 или 17,8 В.

Рисунок 4

На рисунке 4 показан регулируемый биполярный источник питания для использования в схемах на операционных усилителях.

Быстрая навигация по этому сайту:
Базовое обучение электронике и проекты
Основные проекты твердотельных компонентов
Проекты микроконтроллеров Arduino
Электроника Raspberry Pi, программирование

Сборка автотрансформатора-Variac Источник питания переменного и постоянного тока
Последовательно-параллельное соединение трансформаторов
Создайте регулируемый источник питания 0-34 В с помощью LM317
Исправление источника питания переменного тока
Базовые силовые трансформаторы
Схемы транзисторно-стабилитронного регулятора
Наконечники для регуляторов напряжения серии LM78XX
Биполярные источники питания
Подключение последовательно-параллельных батарей

Тиристоры и симисторы используются для управления системами переменного и постоянного тока.

С помощью микроконтроллера, такого как Arduino, с помощью пересечения нуля можно управлять мощностью переменного тока для управления уровнями освещенности, скоростью двигателя переменного тока и резистивными нагревательными элементами.0040

Твердотельные реле переменного тока с симисторами

Генератор сигналов Diac, цепи запуска

Цепи управления и запуска SIDAC

Светоактивируемый кремниевый управляемый выпрямитель (LASCR)

Примеры цепей оптопар на основе SCR, активируемых светом

Сравнение фотосимисторных и фототиристорных оптронов

Обзор кремниевого управляемого выпрямителя

и схемы

Кремниевые управляемые выпрямители, подключенные как силовые симисторы

Простая тестовая лаборатория Triac-SCR для You Tube

Детекторы пересечения нуля переменного тока для Arduino
Цепи детекторов пересечения нуля

и руководство для Arduino
Подробный обзор управления питанием переменного тока с помощью Arduino
Управление питанием переменного тока Arduino с использованием прерываний

Что такое биполярный источник питания? – Документы – KEYSIGHT TECHNOLOGIES

26 октября 2012 г.

Что такое биполярный (четырехквадрантный) блок питания?

Чтобы ответить на этот вопрос, я должен начать с основного определения соглашений о полярности. На рис. 1 представлена простая схема источника питания (двухполюсник) со стандартной полярностью напряжения и тока. Стандартный блок питания обычно является источником питания. Для подачи питания ток должен протекать от клеммы положительного напряжения. Большинство источников питания получают энергию таким образом, обеспечивая положительное выходное напряжение и положительный выходной ток. Это известно как однополярный источник питания, потому что он обеспечивает напряжение только с одной полярностью. По соглашению термин «полярность» обычно относится к полярности напряжения (а не к направлению тока).

Если ток течет на клемму положительного напряжения, источник питания потребляет ток и действует как электронная нагрузка — он поглощает и рассеивает энергию, а не генерирует ее. Большинство источников питания этого не делают, хотя многие блоки питания Agilent могут потреблять некоторый ток, чтобы быстро снизить выходное напряжение, когда это необходимо — это известно как возможность программирования вниз — см. эту публикацию для получения дополнительной информации: http://powersupplyblog.tm .agilent.com/2012/03/if-you-need-fast-rise-and-fall-times.html.

Для полного определения выходного напряжения и тока источника питания используется декартова система координат. Декартова система координат просто показывает два параметра на перпендикулярных осях. См. рис. 2. По соглашению четыре квадранта системы координат определяются так, как показано на рисунке. Римские цифры обычно используются для обозначения квадрантов. Для источников питания напряжение обычно отображается по вертикальной оси, а ток по горизонтальной оси.

Эта система координат используется для определения допустимых рабочих точек для данного источника питания. График границы, окружающей эти действительные рабочие точки в системе координат, известен как выходная характеристика источника питания.

Как упоминалось ранее, некоторые блоки питания являются однополярными (выдают выходное напряжение только с одной полярностью), но могут подавать и потреблять ток. Эти источники питания могут работать в квадрантах 1 и 2, поэтому их можно назвать двухквадрантными. В квадранте 1 источник питания будет источником питания с током, вытекающим из клеммы с более положительным напряжением. В квадранте 2 источник питания будет потреблять мощность (втекающий ток), при этом ток будет течь на клемму с более положительным напряжением.

Некоторые источники питания могут обеспечивать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах без необходимости переключения внешней проводки на клеммы. Эти источники обычно могут работать во всех четырех квадрантах и поэтому называются четырехквадрантными источниками питания. Другое их название — биполярные, поскольку они могут создавать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах. В квадрантах 1 и 3 биполярный источник питания является источником питания: ток течет от клеммы с более положительным напряжением. В квадрантах 2 и 4 биполярный источник питания потребляет мощность: ток течет в клемму с более положительным напряжением. См. рис. 3.

Agilent N6784A является примером биполярного источника питания. Он может подавать или потреблять ток, а выходное напряжение на его выходных клеммах может быть установлено положительным или отрицательным. Это блок источника/измерителя (SMU) мощностью 20 Вт с несколькими выходными диапазонами. См. рис. 4 для выходной характеристики N6784A.

Подводя итог, можно сказать, что биполярный или четырехквадрантный источник питания — это источник, который может обеспечивать положительное или отрицательное выходное напряжение, а также может создавать или потреблять ток.