Как да си направим токоизправител и просто захранване

Токоизправител е устройство за преобразуване на променливо напрежение в постоянен ток. Това е една от най-често срещаните части в електрическите уреди, вариращи от сешоар до всички видове захранвания с изходно DC напрежение. Има различни схеми на токоизправители и всеки от тях в известна степен се справя със задачата си. В тази статия ще говорим за това как да направите еднофазен токоизправител и защо е необходим.

дефиниция

Токоизправител е устройство, предназначено да преобразува променлив ток в постоянен ток. Думата "константа" не е напълно правилна, факт е, че на изхода на токоизправителя, във веригата на синусоидално променливо напрежение, във всеки случай ще има нестабилизирано пулсиращо напрежение. С прости думи: постоянен в знака, но вариращ по величина.

Има два типа токоизправители:

• полу-вълна, Той коригира само една полувълна от входното напрежение. Характеризира се със силна пулсация и намалено спрямо входното напрежение.

• fullwave, Съответно две полувълни са изправени. Пулсацията е по-ниска, напрежението е по-високо, отколкото на входа на токоизправителя - това са две основни характеристики.

Какво означава стабилизирано и нестабилизирано напрежение?

Стабилизирано е напрежение, което не се променя по величина независимо от натоварването или скоковете на входното напрежение. За трансформаторните захранвания това е особено важно, тъй като изходното напрежение зависи от входа и се различава от него по време на трансформация.

Нестабилизирано напрежение - варира в зависимост от пренапреженията в захранващата мрежа и характеристиките на натоварването. При такова захранване, поради слягане, може да възникне неправилна работа на свързаните устройства или пълната им неработоспособност и повреда.

Изходно напрежение

Основните стойности на променливото напрежение са амплитудата и ефективната стойност. Когато казват "в мрежата 220V" означава текущото напрежение.

Ако говорим за стойността на амплитудата, имаме предвид колко волта са от нула до горната точка на полувълната на синусоида.

 

Пропускайки теорията и редица формули, можем да кажем това токово напрежение 1.41 пъти по-малко от амплитудата. или:

Uа = Uд * √2

Амплитудното напрежение в мрежата 220V е:

220*1.41=310

схеми

Полувълнов изправител се състои от един диод. Той просто не пропуска връщащата се полувълна. Изходът е напрежение със силни пулсации от нула до амплитудната стойност на входното напрежение.

Говорейки на много прост език, тогава в тази схема половината от входното напрежение влиза в товара. Но това не е напълно правилно.

Двуполовинни вериги предават и двете полувълни от входа към товара. По-горе в статията беше спомената стойността на амплитудата на напрежението, така че напрежението на изхода на изправителя е същото по-ниско в сравнение с действащата променлива на входа.

Но ако изгладим пулсацията използвайки кондензатор, колкото по-малки са пулсациите, толкова по-близо ще бъде напрежението до амплитудата.

За изглаждането на пулсации ще говорим по-късно. Сега помислете диодна мостова верига.

Има две от тях:

1. Токоизправител по схемата на Gretz или диоден мост;

2. Токоизправител със средна точка.

Първата схема е по-често срещана. Състои се от диоден мост - четири диода свързани помежду си с „квадрат“, а към раменете му е свързан товар. Мостовият изправител е сглобен съгласно схемата по-долу:

Той може да бъде свързан директно към 220V мрежа, както е направено в модерни комутационни захранващи устройстваили към вторичните намотки на мрежов трансформатор (50 Hz).Според тази схема диодните мостове могат да бъдат сглобени от дискретни (отделни) диоди или да се използва готов мост от диодни мостове в един корпус.

Втората верига е токоизправител в средна точка, който не може да бъде свързан директно към мрежата. Смисълът му е да се използва трансформатор с кран от средата.

В основата си това са два полувълнови токоизправители, свързани към краищата на вторичната намотка, като натоварването с един контакт е свързано към мястото на съединяване на диодите, а второто към крана от средата на намотките.

Предимството му пред първата верига е по-малък брой полупроводникови диоди. А недостатъкът е използването на трансформатор със средна точка или, както го наричат, клон от средата. Те са по-рядко срещани от конвенционалните вторични трансформатори без кран.

Изглаждане на Ripple

Захранването с Ripple напрежение е неприемливо за редица потребители, например източници на светлина и аудио оборудване. Освен това, допустимите пулсации на светлината са регламентирани в държавни и отраслови нормативни документи.

За да изгладите пулсациите, използвайте филтри - успоредно монтиран кондензатор, LC филтър, различни P и G филтри ...

Но най-често срещаният и най-прост вариант е кондензатор, инсталиран успоредно на товара. Недостатъкът му е, че за да се намали пулсацията при много мощен товар, е необходимо да се монтират кондензатори с много голям капацитет - десетки хиляди микрофаради.

Неговият принцип на работа е, че кондензаторът се зарежда, напрежението му достига амплитуда, захранващото напрежение започва да намалява след точката на максимална амплитуда, от този момент натоварването се захранва от кондензатора. Кондензаторът се разтоварва в зависимост от съпротивлението на натоварването (или неговото еквивалентно съпротивление, ако не е резистивно). Колкото по-голям е капацитетът - толкова по-малък ще бъде пулсацията, ако се сравнява с кондензатор с по-малък капацитет, свързан със същия товар.

С прости думи: колкото по-бавно се разтоварва кондензаторът, толкова по-малко пулсации.

Скоростта на разреждане на кондензатора зависи от тока, изразходван от товара. Тя може да се определи по формулата на времева константа:

t = RC

където R е съпротивлението на натоварването, а C е капацитетът на изглаждащия кондензатор.

По този начин, от напълно заредено състояние до напълно разреден кондензатор се разтоварва в 3-5 t. Зарежда се със същата скорост, ако зарядът се осъществява през резистор, така че в нашия случай няма значение.

От това следва, че за да се постигне приемливо ниво на пулсации (то се определя от изискванията на натоварването на източника на захранване), е необходим капацитет, който ще бъде разреден за време, няколко пъти по-голям от t. Тъй като съпротивлението на повечето товари е сравнително малко, е необходим голям капацитет, за да се изгладят пулсациите на изхода на токоизправителя електролитни кондензатори, те се наричат ​​също полярни или поляризирани.

Моля, обърнете внимание, че объркването на полярността на електролитния кондензатор силно не се препоръчва, тъй като това е изпълнено с неговата повреда и дори експлозия. Съвременните кондензатори са защитени от експлозия - те имат щамповане на горния капак под формата на кръст, по протежение на който калъфът просто се напуква. Но поток от дим ще излезе от кондензатора, ще е лошо, ако попадне в очите ви.

Изчисляването на капацитета се основава на вида на пулсационния коефициент, който трябва да предоставите. Казано по-просто, коефициентът на пулсации показва какъв процент на напрежението се свива (пулсира).

За да изчислите капацитета на изглаждащия кондензатор, можете да използвате приблизителната формула:

C = 3200 * In / Un * Kp,

Където ток на натоварване, напрежение Un - товар, Kn - пулсационен коефициент.

За повечето видове оборудване коефициентът на пулсации се взема 0,01-0,001. Освен това е желателно да се инсталира керамичен кондензатор възможно най-голям капацитет за филтриране от високочестотни смущения.

Как да си направим електрозахранване?

Най-простото захранване с постоянен ток се състои от три елемента:

1. Трансформатор;

2. Диоден мост;

3. Кондензатор.

Ако трябва да получите високо напрежение и пренебрегнете галваничната изолация, можете да изключите трансформатора от списъка, тогава ще получите постоянно напрежение до 300-310V. Такава схема е на входа на превключващите захранвания, например, като на вашия компютър. Наскоро написахме страхотна статия за тях - Как е компютърно захранване.

Това е нестабилизирано постояннотоково захранване с изглаждащ кондензатор. Напрежението на неговия изход е по-голямо от променливото напрежение на вторичната намотка. Това означава, че ако имате 220/12 трансформатор (първичен на 220V, и вторичен на 12V), тогава на изхода ще получите константа 15-17V. Тази стойност зависи от капацитета на изглаждащия кондензатор. Тази верига може да се използва за захранване на всякакъв товар, ако не е важно за него, тогава напрежението може да "плава", когато напрежението на мрежата се промени.

Важно е да се:

Кондензаторът има две основни характеристики - капацитет и напрежение. Разбрахме как да изберем капацитета, но не и с избора на напрежение. Напрежението на кондензатора трябва да надвишава поне половината от амплитудното напрежение на изхода на токоизправителя. Ако действителното напрежение на плочите на кондензатора надвиши номиналното напрежение, има вероятност да се провали.

Старите съветски кондензатори бяха направени с добър запас от напрежение, но сега всеки използва евтини електролити от Китай, където в най-добрия случай има малък запас и в най-лошия случай не могат да издържат на определеното номинално напрежение. Следователно, не пестете от надеждност.

Стабилизираното захранващо устройство се различава от предходното само по наличието на стабилизатор на напрежение (или ток). Най-простият вариант е да използвате L78xx или други. линейни стабилизатори, като например местна банка.

Така че можете да получите всяко напрежение, единственото условие при използването на такива стабилизатори е напрежението към стабилизатора да надвишава стойността на стабилизираната (изходната) стойност най-малко 1,5 V. Помислете какво пише в листа с данни 12V стабилизатор L7812:

Входното напрежение не трябва да надвишава 35V, за стабилизатори от 5 до 12V, а 40V за стабилизатори при 20-24V.

Входното напрежение трябва да надвишава изходното напрежение с 2-2,5V.

Т.е. за стабилизирано 12V захранване със стабилизатор от серия L7812 е необходимо изправеното напрежение да лежи в рамките на 14.5-35V, за да се избегне слягане, би било идеално решение да се използва трансформатор с вторична намотка до 12V.

Но изходният ток е доста скромен - само 1.5A, той може да бъде усилен с помощта на проходен транзистор. Ако имате PNP транзистори, можете да използвате тази схема:

Той показва само връзката на линейния стабилизатор „лявата” част на веригата с трансформатор и токоизправител е пропусната.

Ако имате NPN транзистори като KT803 / KT805 / KT808, тогава този ще направи:

Струва си да се отбележи, че във втората верига изходното напрежение ще бъде по-малко от стабилизационното напрежение с 0,6 V - това е спад в базовия възел на емитер, писахме повече за това в статия за биполярни транзистори, За да компенсира този спад, във веригата е въведен диод D1.

Възможно е да се инсталират два линейни стабилизатора паралелно, но не е необходимо! Поради възможни отклонения по време на производството, натоварването ще се разпредели неравномерно и едно от тях може да изгори поради това.

Инсталирайте както транзистора, така и линейния стабилизатор на радиатора, за предпочитане на различни радиатори. Много са горещи.

Регулируеми захранвания

Най-простото регулируемо захранване може да бъде направено с регулируем линеен стабилизатор LM317, токът му също е до 1,5 A, можете да усилите веригата с преминаващ транзистор, както е описано по-горе.

Ето една по-интуитивна схема за сглобяване на регулируемо захранване.

За да получите повече ток, можете да използвате по-мощен регулируем стабилизатор LM350.

 

В последните две вериги има индикация за индикация, която показва наличието на напрежение на изхода на диодния мост, прекъсвач на 220V верига, предпазител за първична намотка.

Ето пример за регулируемо зарядно устройство с тиристорен регулатор в първичната намотка, по същество същото регулируемо захранване.

Между другото, заваръчният ток също се регулира от подобна верига:

Тази статия беше представена по-рано: Как да направите прост регулатор на тока за заваръчен трансформатор

заключение

Токоизправител се използва в захранващите устройства за производство на постоянен ток от променлив ток. Без негово участие няма да е възможно захранването на постоянен ток, например LED лента или радиоприемник.

Използва се и в различни зарядни устройства за автомобилни акумулатори, има редица вериги, използващи трансформатор с група от кранове от първичната намотка, които се превключват чрез превключвател на гаечни ключове, а във вторичната намотка е монтиран само диоден мост. Превключвателят е инсталиран от страната на високо напрежение, тъй като там токът е многократно по-нисък и контактите му няма да изгорят от това.

Според диаграмите от статията можете да сглобите най-простия блок за захранване както за постоянна работа с някакво устройство, така и за тестване на електронните си домашни продукти.

Схемите не се различават по висока ефективност, но те произвеждат стабилизирано напрежение без специални пулсации, трябва да проверите капацитета на кондензаторите и да изчислите за конкретен товар. Те са идеални за аудио усилватели с ниска мощност и няма да създадат допълнителен фон. Регулируемо захранване ще бъде полезно за автомобилните ентусиасти и електротехниците да тестват релето на регулатора на напрежението на генератора.

Регулируемо захранване се използва във всички области на електрониката и ако се подобри чрез защита от късо съединение или стабилизатор на тока с два транзистора, ще получите почти цялостно лабораторно захранване.