Простейшая схема блока питания: Блок питания своими руками ⋆ diodov.net

В посте рассказывается, как спроектировать и построить хорошую схему электропитания на рабочем месте, начиная с базовой конструкции и заканчивая достаточно сложным источником питания с расширенными функциями.

Проектирование источника питания рабочего места необходимо

Независимо от того, является ли это электронным новичком или опытным инженером, всем требуется этот незаменимый элемент оборудования, называемый источником питания.

Это связано с тем, что ни одна электроника не может работать без питания, а точнее с помощью источника постоянного тока низкого напряжения, а блок питания – это устройство, специально предназначенное для этой цели.

Если это оборудование так важно, для всех на местах становится необходимым изучить все мелочи этого важного члена электронного семейства.

Давайте начнем и узнаем, как спроектировать схему питания, в первую очередь простую, вероятно, для новичков, которые считают эту информацию чрезвычайно полезной.
Базовая схема источника питания в основном потребует трех основных компонентов для обеспечения ожидаемых 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 для создания там более низкого индуцированного напряжения.

Низкое пониженное напряжение, имеющееся на вторичной обмотке трансформатора, используется для использования по назначению в электронных цепях, однако, прежде чем использовать это вторичное напряжение, его необходимо сначала выпрямить, то есть напряжение должно быть преобразовано в постоянный ток. первый.

Например, если вторичная обмотка трансформатора рассчитана на 12 вольт, то полученные 12 вольт от вторичной обмотки трансформатора будут 12-вольтовым переменным током через соответствующие провода.

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

Диод – это одно устройство, которое эффективно преобразует переменный ток в постоянный. Существуют три конфигурации, с помощью которых можно конфигурировать базовые конструкции источников питания.

с использованием одного диода:

Наиболее простой и грубый вариант конструкции блока питания – это тот, который использует один диод и конденсатор.Поскольку один диод выпрямляет только один полупериод сигнала переменного тока, для этого типа конфигурации требуется большой выходной фильтрующий конденсатор для компенсации вышеуказанного ограничения.

Фильтрующий конденсатор следит за тем, чтобы после выпрямления в падающих или убывающих участках результирующей структуры постоянного тока, где напряжение имеет тенденцию к падению, эти участки заполнялись и заполнялись накопленной энергией внутри конденсатора.

Вышеуказанный акт компенсации, выполняемый накопленной энергией конденсаторов, помогает поддерживать чистый и свободный от пульсаций выход постоянного тока, который не был бы возможен только одними диодами.

Для конструкции с одним диодным источником питания 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 выпрямления на полуволнах и ограниченных возможностей преобразования выходной мощности.

Использование двух диодов:

Использование пары диодов для питания требует трансформатора с вторичной обмоткой с отводом в центре. Диаграмма показывает, как диоды подключены к трансформатору.

Хотя два диода работают в тандеме и охватывают 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 эффективным и обычной конструкцией.

Использование четырех диодов:

Это наилучшая и общепринятая форма конфигурации источника питания, что касается процесса выпрямления.

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

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

Этот тип конфигурации диодов обычно известен как мостовая сеть, вы можете узнать, как построить мостовой выпрямитель.

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

Однако вышеперечисленные функции могут быть просто интегрированы в вышеупомянутые конструкции, а не с последней двухполупериодной конфигурацией источника питания за счет введения одной ИС и нескольких других пассивных компонентов.

Использование IC 317 или LM338:

IC LM 317 – это универсальное устройство, которое обычно используется с источниками питания для получения хорошо регулируемых и переменных выходов напряжения / тока. Несколько примеров схем электропитания, использующих эту ИС

Поскольку вышеуказанная ИС может поддерживать максимум 1,5 А, для больших токовых выходов можно использовать другое подобное устройство, но с более высокими номинальными характеристиками. Микросхема LM 338 работает точно так же, как и LM 317, но способна выдерживать ток до 5 А.Простой дизайн показан ниже.

Для получения фиксированных уровней напряжения могут использоваться микросхемы серии 78XX с вышеописанными цепями электропитания. Микросхемы 78XX подробно описаны для вашего использования.

В настоящее время бестрансформаторные источники питания SMPS становятся фаворитами среди пользователей благодаря их высокой эффективности и мощным характеристикам при удивительно компактных размерах.
Хотя создание цепи электропитания SMPS в домашних условиях, безусловно, не для новичков в этой области, инженеры и энтузиасты, обладающие обширными знаниями в этой области, могут заняться созданием таких схем в домашних условиях.

Вы также можете узнать о аккуратном дизайне небольшого переключателя питания.

Существует несколько других видов блоков питания, которые могут быть созданы даже любителями электроники и не требуют трансформаторов. Несмотря на то, что эти типы цепей электропитания очень дешевы и просты в сборке, они не могут выдерживать большой ток и обычно ограничены 200 мА или около того.

Конструкция бестрансформаторного источника питания

Две концепции вышеупомянутого трансформаторного бестипового типа цепей питания обсуждаются в следующей паре постов:

с использованием высоковольтных конденсаторов,

с использованием микросхем Hi-End и полевого транзистора

Обратная связь От одного из посвященных читателей этого блога

Уважаемый Swagatam Majumdar,

Я хочу сделать блок питания для микроконтроллера и его зависимых компонентов…

Я хочу получить стабильный + 5В и + 3,3В от блока питания, я не уверен в возрасте усилителя, но я думаю, что всего 5А должно быть достаточно, также будет 5В мышь и 5В Клавиатура и 3 микросхемы SN74HC595 тоже и 2 x 512 Кбайт SRAM … Так что я действительно не знаю возраст усилителя, к которому нужно стремиться ….

Я полагаю, 5Ампер достаточно? использовать и какие диоды использовать? Я выбрал трансформатор после чтения где-то в сети, что мостовой выпрямитель вызывает падение напряжения на 1.4 В в целом, и в своем блоге выше вы утверждаете, что выпрямитель на мосту вызовет повышение напряжения? …

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

Пожалуйста, помогите и направьте меня лучший способ сделать подходящий блок питания от сети 220/240 В, который дает мне СТАБИЛЬНОСТЬ 5 В и 3,3 В для использования с моим дизайном.Заранее спасибо.

Как получить постоянные 5 В и 3 В от цепи электропитания

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

5 ампер выглядит слишком высоким, и я не думаю, что вам понадобится такой большой ток, если вы не используете этот источник питания со ступенью внешнего драйвера, несущей более высокие нагрузки, такие как светодиод высокой мощности или двигатель и т. Д.

Итак, я Я уверен, что ваши требования могут быть легко выполнены с помощью вышеупомянутых процедур.

для питания MCU через описанную выше процедуру, вы можете использовать 0-9 В или 0-12 В trafo с током 1 А, диоды могут быть 1N4007 x 4nos. Как и в случае с trafo, выходной сигнал будет увеличен в 1,21 раза.

Обязательно используйте крышку 2200 мкФ / 25 В после перемычки для фильтрации.

Надеюсь, эта информация поможет вам и ответит на ваши вопросы.

На следующем рисунке показано, как получить 5 В и 3.3 В постоянная от данной цепи питания.

Получение переменного напряжения 9 В от микросхемы 7805

Обычно микросхема 7805 рассматривается как устройство с фиксированным напряжением 5 В. Тем не менее, с помощью базового обходного пути, ИС может быть преобразована в схему переменного регулятора напряжения от 5 до 9 В, как показано выше. Здесь мы можем видеть, что предустановка на 500 Ом добавлена ​​с центральным выводом заземления микросхемы, что позволяет микросхеме создавать повышенное выходное значение до 9 В с током 850 мА. Предварительная установка может быть настроена для получения выходов в диапазоне от 5 В до 9 В.

Создание фиксированной цепи регулятора 12 В

На приведенной выше диаграмме мы видим, как обычная ИС регулятора 7805 может использоваться для создания фиксированного 5 В регулируемого выхода.

В случае, если вы хотите получить фиксированный стабилизированный источник питания 12 В, можно использовать ту же конфигурацию для получения требуемых результатов, как показано ниже:

12 В, стабилизированный источник питания 5 В

Теперь предположим, что у вас есть схемные приложения, которые нуждались в Двойное питание в диапазоне 12 В фиксированной и 5 В фиксированной регулируемых источников.

Для таких применений рассмотренную выше конструкцию можно просто изменить, используя интегральную схему 7812, а затем интегральную схему 7805 для получения требуемой выходной мощности регулируемого источника питания 12 В и 5 В, как указано ниже:

Понимание источников питания и простых цепей

Понимание источников питания и простых цепей

Ключевые условия

• Электропитание
• Электрическая схема
• Выключатель
• Замкнутая цепь
• Разомкнутая цепь

Цели

• Распознавание функции и представление простого источника питания
• Анализ простой электрической цепи
• Определение функции переключателей в цепи

Источники питания

Электрический источник питания – это устройство или система, которая преобразует некоторую форму энергии в электрическую энергию. Например, батарея преобразует химическую энергию в электрическую с помощью химических реакций, которые создают напряжение на двух клеммах (один из которых помечен «+», а другой «-»).В случае вашей компании по электроснабжению электростанция сжигает уголь или использует ядерное топливо для вращения турбины, которая с помощью магнитов генерирует напряжение, которое линии электропередачи подают на ваш дом. Солнечные панели преобразуют энергию света в электрическую энергию.

Независимо от источника, источник питания преобразует некоторую форму накопленной или иным образом доступной энергии в электрическую энергию. (Согласно фундаментальному принципу физики, энергия не создается и не разрушается – она ​​может только изменять формы.) Но как выглядит источник питания при обсуждении напряжения и тока? Ниже приведен пример простого источника питания с положительной клеммой и отрицательной клеммой. Положительный терминал имеет чистый положительный заряд, а отрицательный терминал имеет чистый отрицательный заряд. Мы назовем отрицательный терминал заземлением.

Из-за избыточного положительного заряда на положительной клемме и избыточного отрицательного заряда на отрицательной клемме положительный заряд будет отталкиваться от положительной клеммы и притягиваться к отрицательной клемме.

Для наглядности рассмотрим батарею 1,5 В – это разность потенциалов между двумя клеммами батареи на кулон заряда. Мы все равно будем называть отрицательную клемму заземлением, потому что положительный заряд будет «падать» от положительной клеммы к отрицательной клемме, как показано выше. На диаграмме ниже мы просто предполагаем, что батарея окружена воздухом, который является изолятором (он не проводит заряд).

Но что, если мы подключим проводящий материал, такой как медный провод, к клеммам батареи? Тогда у нас есть обе разности потенциалов между двумя терминалами и , которые определяют путь для зарядки. В результате ток будет течь от положительной клеммы к отрицательной клемме.

В этот момент вы можете быть немного озадачены тем, почему мы показываем поток положительного заряда.Напомним, что проводники допускают свободный поток слабо связанных электронов – таким образом, мы ожидаем, что случится так, что отрицательный заряд будет течь от отрицательного конца (где он находится в избытке) к положительному концу (чтобы сбалансировать положительный заряд там ). Это действительно то, что происходит, но по исторической случайности положительный заряд был связан с протонами, а не электронами (заряд электронов можно было бы с полным основанием назвать положительным). Как оказалось, данный поток положительного заряда в одном направлении эквивалентен тому же потоку отрицательного заряда в противоположном направлении.

Но чтобы привести наше исследование в соответствие с условностями физики, мы обычно будем говорить о положительном токе, то есть положительном заряде, протекающем от более высокого напряжения (положительный вывод) к более низкому напряжению (заземление). Между прочим, вы не должны таким образом подключать к батарее только провод или другой хороший проводник – он очень быстро разряжает батарею.

A Простая электрическая схема

То, что мы видим выше, где две клеммы источника питания (например, батареи) соединены друг с другом, представляет собой простую электрическую цепь . Электрическая цепь, как вы, вероятно, можете судить по приведенному выше примеру и названию, представляет собой замкнутый контур, по которому может протекать ток. Поскольку схема выше не содержит никаких других компонентов, кроме батареи, это не очень интересный пример.

Обратите внимание, что электроны могут течь только из одной точки в материале (или комбинации материалов) в другую, если существует непрерывный путь через проводящий материал (проводник) между точками. В приведенной выше простой схеме такой путь существует между клеммами батареи.Но что, если мы введем разрыв в провод? Тогда, конечно, ток не будет течь. Если мы можем «разорвать» и «разорвать» цепь по желанию, тогда мы сможем включать и выключать поток заряда: другими словами, мы ввели в цепь переключатель . Обратите внимание, что когда переключатель замкнут (подключен провод), конфигурация называется замкнутой цепью . Когда переключатель разомкнут, он называется разомкнутой цепью.

Наконец, давайте заменим нашу громоздкую батарею на более условный символ для источника питания – тот, который вы обычно будете видеть на реальных схемах электрических цепей.

Обратите внимание, что положительный вывод находится на стороне с более длинной горизонтальной планкой; отрицательный терминал находится на стороне с более короткой полосой. Оба обозначены выше, но эти ярлыки, как правило, не показаны. Таким образом, наша простая схема переключения выглядит следующим образом.

Итак, мы сделали первый шаг в мир электрических цепей. Опять же, даже с переключателем, эта схема не так уж интересна: все, что она делает, это быстро истощает энергию, запасенную в батарее, когда цепь замкнута.Однако важно отметить, что, «разорвав» цепь, мы можем контролировать, течет ли ток. Этот полезный подход позволяет нам, например, включать и выключать свет на настенных выключателях.

Практическая задача : Определите, как будет течь ток в простой замкнутой цепи, показанной ниже.

Решение: Мы узнали, что условно мы интерпретируем ток как поток положительного заряда от положительной (положительно заряженной) клеммы к отрицательной (отрицательно заряженной) клемме.Аккумулятор в простой схеме выше ориентирован так, что положительный вывод находится слева. Таким образом, ток будет течь в направлении против часовой стрелки

Практическая задача : Будет ли протекать ток в цепи ниже? Почему или почему нет?

Решение : Хотя эта схема немного сложнее, чем простые схемы, которые мы видели до сих пор, мы можем применять те же принципы, которые мы уже использовали.Помните, что ток течет только при наличии проводящего пути от более высокого напряжения (положительная клемма источника питания) к более низкому напряжению (или заземление – отрицательная клемма). В этом случае обратите внимание, что переключатели, выделенные ниже, оба разомкнуты, что не дает току достичь отрицательной клеммы. Таким образом, в этой цепи ток не течет.

Основные компоненты блока питания

Источник питания – это электронная схема, которая преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. В основном он состоит из следующих элементов: цепи трансформатора, выпрямителя, фильтра и регулятора. Блоки питания (БП) используются в компьютерах, любительских радиопередатчиках и приемниках и во всем другом электронном оборудовании, которое использует напряжение постоянного тока в качестве входа. Источник бесперебойного питания является обязательным для компьютеров, которые время от времени хранят изменчивые данные.Это предотвращает повреждение данных из-за сбоя питания и низкого напряжения.

Трансформатор

Трансформатор представляет собой статическое устройство, которое передает электрическую энергию от первичной обмотки к вторичной обмотке, не влияя на частоту. Он используется для повышения или понижения уровня переменного напряжения и изолирует остальную часть электронной системы от источника переменного тока.

Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения, который вырабатывает переменный ток, а вторичная – к нагрузке.Первичная и вторичная обмотки физически не связаны друг с другом, но из-за электромагнитной индукции, следуя закону Фарадея, во вторичной обмотке имеется наведенное напряжение. Существуют три основные функции трансформаторов, а именно: повышение напряжения, понижение напряжения и обеспечение изоляции между первичной и вторичной цепями.

Выпрямитель

Выпрямитель – это устройство, используемое для преобразования мощности переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Основным выпрямителем является диод.Этот диод является однонаправленным устройством, которое работает как выпрямитель в прямом направлении. Три основные выпрямительные схемы, использующие диоды, представляют собой полуволновой, двухполупериодный центральный отвод и двухполупериодный мостовой тип.

Фильтр источника питания используется для предотвращения появления пульсаций на выходе. Он предназначен для преобразования пульсирующего постоянного тока из цепей выпрямителя в соответствующий плавный уровень постоянного тока. Два основных типа фильтров электропитания – это емкостный фильтр (C-фильтр) и RC-фильтр.C-фильтр является самым простым и экономичным из доступных фильтров. С другой стороны, RC-фильтр используется для уменьшения количества пульсаций напряжения на конденсаторном фильтре. Его основная функция – пропускать большую часть компонента постоянного тока, одновременно ослабляя компонент переменного тока сигнала.

Коэффициент пульсации и пульсации

Ripple – это нежелательная переменная составляющая сигнала после выпрямления. Это нежелательно, поскольку может разрушить или повредить груз. Это главная причина, по которой фильтры устанавливаются в блок питания – для предотвращения сильных пульсаций.Работа фильтра состоит в том, чтобы сгладить сигнал и подавить переменный компонент или изменения. Коэффициент пульсации – это отношение среднеквадратичного значения напряжения пульсаций к значению компонента постоянного тока при выходном напряжении. Иногда это выражается в процентах или в размахе. Коэффициент пульсации определяет эффективность фильтра, используемого в цепи.

Регуляторы напряжения

Регулятор напряжения предназначен для обеспечения очень стабильного или хорошо регулируемого выхода постоянного тока. Всегда идеально иметь стабильное выходное напряжение, чтобы нагрузка работала правильно.Выходной уровень поддерживается независимо от изменения входного напряжения. Обычно используемые транзисторные регуляторы напряжения представляют собой последовательный регулятор напряжения и шунтирующий регулятор напряжения.

Последовательный элемент контролирует количество нерегулируемого входного напряжения, которое поступает на выход в качестве регулируемого выхода. Регулируемое выходное напряжение измеряется схемой, которая обеспечивает обратную связь со схемой компаратора, и сравнивается с опорным напряжением.

Шунтирующий регулятор напряжения

Шунтирующий регулятор напряжения обеспечивает регулирование путем шунтирования тока от нагрузки для регулирования выходного напряжения.

Блок интегральных микросхем регулятора содержит схему – эталонный источник, компаратор, усилитель, устройство управления и устройство защиты от перегрузки – внутри одной микросхемы. Существуют также регулируемые регуляторы напряжения, которые позволяют пользователю устанавливать желаемый выходной уровень.Другие регуляторы IC имеют фиксированные выходные значения. Говорят, что регуляторы IC превосходят транзисторные регуляторы напряжения, когда речь идет о линейности выходного напряжения.

– PocketMagic

Импульсный источник питания – это электронный источник питания, который эффективно преобразовывает электроэнергию. Они работают, подавая постоянное напряжение (сначала выпрямленное от переменного тока, где необходимо), к ферритовому высокочастотному трансформатору через управляемый генератор. Выходной выпрямитель преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. Механизм обратной связи (обычно осуществляется через оптопару, регулирует выход). При таком подходе переменный коэффициент заполнения колебаний и параметров трансформатора может использоваться для управления выходным напряжением и током.

Создать простой коммутируемый источник питания легко! Схемы ниже были разработаны Дэниелом. Вся заслуга ему. Я не проверял эти расходные материалы, но, глядя на схемы, они кажутся правильными. Мало что может пойти не так с простыми конструкциями, для более сложных вы должны перепроверить. Вы можете найти больше его проектов на его веб-странице. Не пугайтесь его грязных тестовых досок, у него действительно есть очень интересные идеи!

1.Простейший SMPS . Подробности здесь:

Это маломощный источник питания, использующий оптопару для регулирования выхода. Легко и прямо.

2. Одиночный биполярный транзистор SMPS . Подробности здесь.

Используется высоковольтный транзистор в простом генераторе Armstrong с катушкой обратной связи. Выход регулируется с помощью оптопары.
А вот второй вариант, в котором используется улучшенное выпрямление:

Наконец, еще один вариант, в котором используется еще меньше деталей, без оптопары:

3.Мосфет управляемый 90W SMPS . Подробности здесь.

Сюда также входит базовая защита от короткого замыкания.

4. UC3842 SMPS . Подробности здесь.

Отличный, но простой пример использования специальной микросхемы UC3842 SMPS. Он не использует оптопару, поэтому регулирование не является идеальным. Вместо этого он использует катушку обратной связи.
Вот лучший вариант с использованием оптопары:

5. IR2153 SMPS . Подробности здесь.

Это более мощный источник питания, поскольку он использует полумост для привода ферритового трансформатора.К сожалению, это не регулируется ограничениями IR2153 (без обратной связи), но все же отличная схема.
Другой вариант доступен здесь.

Вот очень высокий ток питания:

Отлично подходит для некоторых экзотических применений, эта схема использует несколько мощных параллельных драйверов IR2153 через полюсы тотема. Командная часть схемы нуждается в достаточном токе, чтобы можно было открыть врата всех мосфитов. Я не рекомендую этот подход.

6. UC3844 SMPS с оптопарой .Подробности здесь.

Улучшенный SMPS, поскольку он использует как выделенную ИС, так и правильный механизм обратной связи с оптопарой.

7. Мощный SMPS для сварки . Подробности здесь.

Даниэль неправильно назвал этот «инвертор». Это все еще источник высокого и низкого напряжения, с плохим регулированием напряжения, но способный на большой ток.
Вот еще один вариант, который поставляется с переменным контролем напряжения и лучшей регулировкой!

Приведенные выше схемы явно построены в режиме DIY.Отличное начало, чтобы узнать о дизайне SMPS.