Jak vyrobit usměrňovač a jednoduchý napájecí zdroj

Usměrňovač je zařízení pro převod střídavého napětí na stejnosměrný proud. Toto je jedna z nejčastějších součástí elektrických spotřebičů, od vysoušeče vlasů po všechny typy zdrojů napájení s výstupním stejnosměrným napětím. Existují různá schémata usměrňovačů a každý z nich do jisté míry odpovídá svému úkolu. V tomto článku si povíme o tom, jak vytvořit jednofázový usměrňovač a proč je to nutné.

Definice

Usměrňovač je zařízení určené k převodu střídavého proudu na stejnosměrný proud. Slovo „konstanta“ není zcela správné, faktem je, že na výstupu usměrňovače v obvodu sinusového střídavého napětí bude v každém případě nestabilizované pulsující napětí. Zjednodušeně řečeno: konstantní ve znamení, ale liší se velikostí.

Existují dva typy usměrňovačů:

• Půlvlna. Usměrňuje pouze jednu půlvlnu vstupního napětí. Vyznačuje se silným zvlněním a sníženým vzhledem k vstupnímu napětí.

• Dvouleté. V souladu s tím jsou narovnány dvě půlvlny. Zvlnění je nižší, napětí je vyšší než na vstupu usměrňovače - to jsou dvě hlavní charakteristiky.

Co znamená stabilizované a nestabilizované napětí?

Stabilizované je napětí, které se nemění ve velikosti nezávisle na zátěži nebo nárůstu vstupního napětí. Pro napájecí zdroje transformátoru je to zvláště důležité, protože výstupní napětí závisí na vstupním napětí a liší se od něj podle doby transformace.

Nestabilizované napětí - liší se v závislosti na přepětí v napájecí síti a charakteristikách zatížení. S takovým napájením může dojít kvůli poklesu, nesprávnému fungování připojených zařízení nebo jejich úplné nefunkčnosti a poruše.

Výstupní napětí

Hlavní hodnoty střídavého napětí jsou amplituda a efektivní hodnota. Když řeknou „v síti 220 V“, znamená to aktuální napětí.

Pokud mluvíme o hodnotě amplitudy, máme na mysli, kolik voltů je od nuly po horní bod půlvlny sinusové vlny.

 

Vynecháme-li teorii a řadu vzorců, můžeme to říci proudové napětí 1,41krát méně než amplituda. Nebo:

Uа = Uд * √2

Amplitudové napětí v síti 220V je:

220*1.41=310

Schémata

Usměrňovač půlvlny sestává z jedné diody. Jenom mu chybí zpáteční vlna. Výstupem je napětí se silným vlněním od nuly po hodnotu amplitudy vstupního napětí.

Když mluvíme velmi jednoduchým jazykem, pak v tomto obvodu vstupuje polovina vstupního napětí do zátěže. Ale to není úplně správné.

Obvody s dvěma vlnami přenášejí obě poloviny vln ze vstupu na zátěž. Výše v článku byla zmíněna hodnota amplitudy napětí, takže napětí na výstupu usměrňovače je stejné nižší než aktivní proměnná na vstupu.

Ale pokud zvlnění vyhladíme pomocí kondenzátoru, čím menší vlnky, tím blíže bude napětí amplitudě.

O vyhlazení vlnků si promluvíme později. Nyní zvažte obvod diodového můstku.

Existují dvě z nich:

1. Usměrňovač podle Gretzova schématu nebo diodový most;

2. Usměrňovač se středem.

První schéma je běžnější. Skládá se z diodového můstku - čtyři diody propojeno „čtvercem“ a zátěž je spojena s jeho rameny. Usměrňovač můstku je sestaven podle níže uvedeného schématu:

Může být připojen přímo k síti 220V, jak je to provedeno v moderní spínací zdroje napájení, nebo k sekundárním vinutím síťového (50 Hz) transformátoru.Podle tohoto schématu mohou být diodové můstky sestaveny z diskrétních (samostatných) diod nebo mohou být použity hotové sestavy diodových můstků v jediném pouzdru.

Druhý obvod je usměrňovač ve středním bodě, který nelze připojit přímo k síti. Jeho smyslem je použití transformátoru s odbočkou ze středu.

V podstatě se jedná o dva poloviční vlnové usměrňovače připojené ke koncům sekundárního vinutí, zátěž s jedním kontaktem je připojena ke spojovacímu bodu diod a druhý ke kohoutku ze středu vinutí.

Jeho výhodou oproti prvnímu obvodu je menší počet polovodičových diod. Nevýhodou je použití transformátoru se středem nebo, jak se tomu říká, větve ze středu. Oni jsou méně obyčejní než konvenční non-tap-druh sekundární transformátory.

Zvlnění vyhlazení

Zvlnění napětí je nepřijatelné pro řadu spotřebitelů, například pro světelné zdroje a audio zařízení. Přípustné pulsace světla jsou navíc regulovány ve státních a průmyslových regulačních dokumentech.

K vyhlazení pulzací použijte filtry - paralelně namontovaný kondenzátor, LC filtr, různé P a G filtry ...

Nejběžnější a nejjednodušší možností je kondenzátor nainstalovaný paralelně se zátěží. Jeho nevýhodou je, že za účelem snížení zvlnění při velmi silné zátěži bude nutné instalovat kondenzátory o velmi velké kapacitě - desítky tisíc mikroffarád.

Princip činnosti spočívá v tom, že se kondenzátor nabíjí, jeho napětí dosáhne amplitudy, napájecí napětí se začne snižovat po dosažení maximální amplitudy, od okamžiku, kdy je zátěž napájena kondenzátorem. Kondenzátor se vybíjí v závislosti na odporu zátěže (nebo jeho ekvivalentním odporu, pokud není odporový). Čím větší je kapacita - tím menší bude zvlnění, ve srovnání s kondenzátorem s nižší kapacitou připojeným ke stejné zátěži.

Zjednodušeně řečeno: čím pomaleji se kondenzátor vybíjí, tím méně vlní.

Rychlost vybíjení kondenzátoru závisí na proudu spotřebovaném zátěží. To může být určeno vzorcem časové konstanty:

t = RC

kde R je odpor zátěže a C je kapacita vyhlazovacího kondenzátoru.

Z plně nabitého stavu na plně vybitý kondenzátor se tedy vybije za 3 až 5 t. Nabíjí se stejnou rychlostí, pokud k náboji dochází přes odpor, takže v našem případě na tom nezáleží.

Z toho vyplývá, že pro dosažení přijatelné úrovně zvlnění (je to určeno požadavky zátěže na zdroj energie) je nutná kapacita, která bude vybíjena po dobu několikrát větší než t. Protože odpory většiny zátěží jsou relativně malé, je proto zapotřebí velká kapacita, aby se vyhladily vlnky na výstupu usměrňovače, elektrolytické kondenzátory, také se nazývají polarizované nebo polarizované.

Vezměte prosím na vědomí, že matoucí polarita elektrolytického kondenzátoru je vysoce odrazena, protože je to plné jeho selhání a dokonce exploze. Moderní kondenzátory jsou chráněny před výbuchem - mají na horním krytu ražbu ve tvaru kříže, podél kterého je pouzdro jednoduše prasklé. Ale z kondenzátoru vytéká proud kouře, bude to špatné, pokud se dostane do vašich očí.

Výpočet kapacity je založen na tom, jaký druh koeficientu zvlnění je třeba poskytnout. Zjednodušeně řečeno, koeficient zvlnění ukazuje, jak velké napětí klesá (pulzuje).

Pro výpočet kapacity vyhlazovacího kondenzátoru můžete použít přibližný vzorec:

C = 3200 * In / Un * Kp,

Kde je proud v zátěži, napětí bez zátěže, faktor zvlnění.

U většiny typů zařízení se koeficient zvlnění považuje za 0,01-0,00. Dále je žádoucí nainstalovat keramický kondenzátor co největší kapacita pro filtrování od vysokofrekvenčního rušení.

Jak vyrobit zdroj napájení pro kutily?

Nejjednodušší stejnosměrné napájení se skládá ze tří prvků:

1. transformátor;

2. diodový můstek;

3. Kondenzátor.

Pokud potřebujete získat vysoké napětí a zanedbáte galvanickou izolaci, můžete vyjmout transformátor ze seznamu, dostanete konstantní napětí až do 300-310V. Takový obvod je na vstupu spínacích zdrojů, například na vašem počítači. Nedávno jsme o nich napsali skvělý článek - Jak se napájí počítač.

Jedná se o nestabilizovaný stejnosměrný napájecí zdroj s vyhlazovacím kondenzátorem. Napětí na jeho výstupu je větší než střídavé napětí sekundárního vinutí. To znamená, že pokud máte transformátor 220/12 (primární na 220 V a sekundární na 12 V), pak na výstupu získáte konstantu 15-17V. Tato hodnota závisí na kapacitě vyhlazovacího kondenzátoru. Tento obvod může být použit k napájení jakékoli zátěže, pokud to pro ni není důležité, pak se může napětí "plavat", když se změní napětí v síti.

Důležité:

Kondenzátor má dvě hlavní vlastnosti - kapacitu a napětí. Přišli jsme na to, jak vybrat kapacitu, ale ne s výběrem napětí. Napětí kondenzátoru musí překročit alespoň polovinu amplitudového napětí na výstupu usměrňovače. Pokud skutečné napětí na kondenzátorových deskách překročí jmenovité napětí, je pravděpodobné, že selže.

Staré sovětské kondenzátory byly vyrobeny s dobrým rozpětím napětí, ale nyní každý používá levné elektrolyty z Číny, kde je přinejlepším malé rozpětí a v nejhorším případě nemohou odolat specifikovanému jmenovitému napětí. Nezachraňujte proto spolehlivost.

Stabilizovaná napájecí jednotka se liší od předchozí pouze v přítomnosti stabilizátoru napětí (nebo proudu). Nejjednodušší možností je použít L78xx nebo jiné. lineární stabilizátory, například tuzemská banka.

Takže můžete získat jakékoli napětí, jedinou podmínkou při použití takových stabilizátorů je to, že napětí do stabilizátoru musí překročit stabilizovanou (výstupní) hodnotu alespoň o 1,5V. Zvažte, co je uvedeno v datovém listu 12V stabilizátor L7812:

Vstupní napětí by nemělo překročit 35 V pro stabilizátory od 5 do 12 V a 40 V pro stabilizátory při 20-24 V.

Vstupní napětí musí překročit výstupní napětí o 2-2,5 V.

I.e. pro stabilizovaný napájecí zdroj 12 V se stabilizátorem řady L7812 je nutné, aby bylo usměrněné napětí v rozsahu 14,5 až 35 V, aby se předešlo poklesu, bylo by ideálním řešením použít transformátor se sekundárním vinutím na 12 V.

Výstupní proud je ale velmi skromný - pouze 1,5A, může být zesílen pomocí průchozího tranzistoru. Pokud ano Tranzistory PNP, můžete použít toto schéma:

Ukazuje pouze spojení „levé“ části lineárního stabilizátoru s transformátorem a usměrňovačem je vynecháno.

Pokud máte tranzistory NPN jako KT803 / KT805 / KT808, udělá tento:

Stojí za povšimnutí, že ve druhém obvodu bude výstupní napětí menší než stabilizační napětí o 0,6 V - jedná se o pokles na křižovatce emitorové základny, o tom jsme psali více v článku o bipolárních tranzistorech. Pro kompenzaci tohoto poklesu byla do obvodu zavedena dioda Dl.

Je možné instalovat dva lineární stabilizátory paralelně, ale není to nutné! Kvůli možným odchylkám během výroby bude zátěž rozložena nerovnoměrně a jedna z nich může v důsledku toho shořet.

Nainstalujte tranzistor i lineární stabilizátor na radiátor, nejlépe na různé radiátory. Jsou velmi horké.

Nastavitelné zdroje napájení

Nejjednodušší nastavitelný napájecí zdroj lze vyrobit pomocí nastavitelného lineárního stabilizátoru LM317, jeho proud je také až 1,5 A, můžete obvod zesílit průchodovým tranzistorem, jak je popsáno výše.

Zde je intuitivnější schéma pro sestavení nastavitelného zdroje napájení.

Chcete-li získat více proudu, můžete použít výkonnější nastavitelný stabilizátor LM350.

 

V posledních dvou obvodech je indikace, která ukazuje přítomnost napětí na výstupu diodového můstku, jistič 220 V, pojistka primárního vinutí.

Zde je příklad nastavitelné nabíječky baterií s tyristorovým regulátorem v primárním vinutí, ve skutečnosti stejný nastavitelný zdroj napájení.

Mimochodem, svařovací proud je také regulován podobným obvodem:

Tento článek byl stanoven dříve: Jak vytvořit jednoduchý regulátor proudu pro svařovací transformátor

Závěr

Usměrňovač se používá v napájecích zdrojích k výrobě stejnosměrného proudu ze střídavého proudu. Bez jeho účasti nebude možné napájet stejnosměrné zatížení, například LED pásek nebo rádiový přijímač.

Také se používá v různých nabíječích pro autobaterie, existuje řada obvodů používajících transformátor se skupinou odboček z primárního vinutí, které jsou spínány pomocí klíčového spínače, a v sekundárním vinutí je nainstalován pouze diodový můstek. Spínač je nainstalován na straně vysokého napětí, protože tam je proud mnohokrát nižší a jeho kontakty z toho nebudou hořet.

Podle schémat z článku můžete sestavit nejjednodušší napájecí jednotku jak pro trvalou práci s některým zařízením, tak pro testování vašich elektronických domácích produktů.

Obvody se neliší ve vysoké účinnosti, ale produkují stabilizované napětí bez zvláštních vln, měli byste zkontrolovat kapacitu kondenzátorů a vypočítat konkrétní zatížení. Jsou ideální pro audio zesilovače s nízkým výkonem a nevytvářejí další pozadí. Nastavitelný zdroj napájení bude užitečný pro automobilové nadšence a elektrikáře, kteří otestují relé regulátoru napětí generátoru.

Nastavitelný zdroj napájení se používá ve všech oblastech elektroniky, a pokud je vylepšen ochranou proti zkratu nebo stabilizátorem proudu se dvěma tranzistory, získáte téměř kompletní laboratorní napájení.