Блок питания своими руками.

Вопрос изготовления блока питания своими руками довольно часто интересует не только радиолюбителей, собирающих приёмники, усилители, измерительные приборы, множество программируемых конструкций на микросхемах и транзисторах, электронных игрушек и т.д., для работы которых необходимо низковольтное питание от 1.5 до 12В, но и тех людей кому требуется подключить переносные, малогабаритные электроприборы, различные устройства, электроинструменты и т.п., работающие от пониженного, постоянного, стабилизированного или не стабилизированного напряжения, к сети переменного тока через адаптер или самодельный блок питания, одна из возможных конструкций которого описана в этой статье. Здесь вы узнаете, как сделать блок питания своими руками, из каких основных узлов он состоит, как провести нужные расчёты, подобрать необходимые радиоэлементы, смонтировать и настроить готовую конструкцию.

На рисунке ниже представлена упрощённая структурная и, можно сказать, классическая схема блока питания. При желании её можно дополнить блоками защиты от короткого замыкания, перегрузок, блоком индикации и плавной или ступенчатой регулировкой выходного напряжения. Это конечно повысит надёжность работы и функциональность блока питания, а также сделает его использование более простым и удобным.

Трансформатор понижающий.

Преимущество переменного тока над постоянным в том, что его сила и напряжение легко трансформируются (преобразуются). Потери энергии при нагреве проводов ЛЭП (линий эл. передач) зависят от силы передаваемого тока. Передаваемая же мощность зависит от произведения силы тока на напряжение (P = I · U). Т.е. мощность можно передавать большим напряжением (сотни тысяч вольт) и малым током или наоборот. В первом случае потери энергии при нагреве меньше, поэтому ЛЭП высоковольтны. Преобразование U и I ЛЭП производится при помощи силовых трансформаторов. Для преобразования энергии электрической сети в бытовой аппаратуре применяют сетевые трансформаторы, которые работают на фиксированной частоте переменного тока. В России - 50 Гц, в США - 60 Гц, в авиации, ракетной технике и т.д. для снижения габаритов и массы электрооборудования - от 400 Гц до 2400 Гц. Стационарная аппаратура: телевизоры, усилители НЧ, компьютеры и т.п. в качестве источника энергии используют сеть переменного тока напряжением 220 В.

Для справки: ввод в действие нового стандарта качества электроэнергии в Российской Федерации под наименованием:

ГОСТ Р 54149 – 2010
Электрическая энергия
Совместимость технических средств электромагнитная
Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего значения

Приказом Росстандарта определен с 01.01.2013г. С практической точки зрения, при расчете вторичных обмоток трансформатора блока питания нас будет интересовать 4 пункт этого документа, а именно, подпункты: 4.2.2 и 4.2.3.1

4. Показатели и нормы качества электрической энергии.
4.2.2 Медленные изменения напряжения.
В электрических сетях низкого напряжения стандартное номинальное напряжение электропитания Uном равно 220 В (между фазным и нулевым проводниками) и 380 В (между фазными проводниками), а с переходом на ГОСТ 29322 Uном предполагается изменить - 230 В и 400 В соответственно.

4.2.3.1 Одиночные быстрые изменения напряжения.
В электрических сетях низкого напряжения одиночные быстрые изменения напряжения обычно не превышают 5% U_ном, но изменения до 10% U_ном с малой продолжительностью при некоторых обстоятельствах могут происходить несколько раз в день.

Другими словами, напряжение в электроосветительной сети (в розетках) предполагается повысить с 220 В до 230 В, а отклонения напряжения от номинального значения могут достигать ± 10%, т.е. при U_ном 220 В в электророзетке может оказаться как 190 В, так и 240 В. На практике же в отдаленных населенных пунктах, в гаражах, а так же в частном секторе падения напряжения более значительны, особенно при использовании населением самодельных сварочных аппаратов (при сварке, в момент зажигания дуги, а тем более, при залипании электрода иногда сеть "проседает" очень значительно, вплоть до отключения бытовой техники: телевизоров, холодильников).

Вывод: при рассчете блока питания ориентироваться на худшие показатели.

Подбирая трансформатор для блока питания, предпочтение стоит отдать тороидальному. При одинаковой мощности он компактнее и легче, чем обычный с ш-образным сердечником, крепеж проще - одним винтом, за счет более равномерного распределения обмоток по всей окружности сердечника длина провода в обмотке меньше, сопротивление и рассеяние меньше - КПД выше. Экономичен, низкий уровень шума, поскольку вибрация между витками ленты исключена, т.к. обмотки плотно стягивают сердечник. А главное, если у тороидального транса напряжение на вторичке не соответствует расчетному, то его легко подкорректировать, домотав или сбросив витки, к тому же тор дешевле.

Прежде чем приступить к рассчетам и подбору радиоэлементов, желательно ответить на вопрос: "зачем нужен этот блок". Определиться с его силовыми характеристиками: максимальными током I, напряжением U и мощностью P, которые он должен будет длительно отдавать в нагрузку.

1) Обычно параметры будущего блока питания известны заранее, поскольку делается он под конкретную нагрузку (в тех паспорте, которой обязательно указаны номинальное значение питающего напряжения U_ном, потребляемый ею ток I_потр и мощность P).
Нагрузкой может быть:
а) двигатель микродрели для высверливания отверстий под выводы радиодеталей при ремонте радиоэлектронной аппаратуры или для гравировки по стеклу и металлу, а так же ювелирных работ, на корпусе которого, к примеру, выбито: U - 27B, I – 0,5 A.
б) маломощный - 12Вт паяльник, в паспорте которого отмечено: U_пит – 12В, I_потр – 1А, для пайки микросхем, а особенно их выпойки с целью предотвращения перегрева и последующего за ним отслоения дорожек на платах, ремонтируемой телеаппаратуры и прочей бытовой электроники.
в) светодиодная лента на 12В; 24В, мощностью 2.4Вт/м; 4.8Вт/м; 14Вт/м для подсветки мебели, потолков, стен, ступеней, фасадов, букв, новогодних украшений.
г) телефоны, вместо зарядных устройств которых, можно применить самодельный блок питания.
д) компрессор автомобильный для накачки мячей, колес велосипеда, а также покраски, к примеру, корпуса того же блока с помощью аэрографа.
е) автомобиль легковой, используя блок питания в качестве пускозарядного устройства.

Дальнейшее наращивание мощности самодельного источника энергии для домашнего применения вряд ли целесообразно, если только не возникнет желание освоить навыки электросварщика. По сути, сварочный аппарат – это тот же блок питания, мощности которого достаточно для плавления металла :) В вышеперечисленных примерах все просто, т.к. исходные данные указаны, поэтому конструируя блок, творческие муки минимальны.

2) Иногда бывает не очень просто понять, на какие U и I делать блок, поскольку хочется подключить к нему все, что только есть, а если чего-то еще нет, но может появиться, то и это тоже – как бы универсальный источник «на все случаи жизни» - лабораторный блок питания. Здесь уже творчеству нет предела: особое управление, электронная индикация, всевозможные защиты, разнообразие выходных клемм, охлаждение, минимальные габариты при внушительной мощности, дизайн и т.д. Да, тяжёлый случай.
Но если все-таки рассматривать лабораторный блок питания, его характеристики будут определяться:

1) самой мощной нагрузкой из тех, что есть в наличии или может появиться в перспективе.
2) габаритными размерами блока, уместными в каждом конкретном случае.

В общем, придется решить, что важнее:
а) если мощность блока – тогда подбирать корпус, способный вместить в себя мощные, а значит более объёмные детали.
б) если габариты блока – тогда подбирать детали такого размера, мощности, что бы они влезли в корпус.

Тут одни компромиссы. Правильное решение найти можно - наверное, это нечто среднее. В имеющийся корпус упаковать максимальную мощность или наоборот.

Начинающим радиолюбителям можно посоветовать 12-вольтовый БП, однополярный, с током нагрузки один-два ампера и регулировкой выходного напряжения: плавной при помощи регулировочного сопротивления или ступенчатой, используя переключатель галетного типа ПГ3, это избавит от необходимости при каждом включении выставлять напряжение, ориентируясь на показания мультиметра, соответственно не нужно устанавливать внутренний индикатор выходного напряжения (цифровой или стрелочный), что значительно упростит конструкцию, так же можно быть уверенным, что напряжение на выходных клеммах не собьется случайно при работе.

Целесообразно присвоить положениям галетника наиболее распространееные уровни напряжения: 1.5В и 3В - пальчиковые батарейки, 3.5В - телефонный аккумулятор, 5В - питание микросхем, 6В - аккумуляторы, 9В - крона, и один вывод зарезервировать для подстройки недостающих напряжений. К примеру, в одиннадцатом положении переключателя предусмотреть плавную регулировку выходного напряжения при помощи подстроечного резистора, доступ к которому возможен через отверстие в корпусе под отвертку.

Перед расчётом, сборкой и настройкой БП необходимо определиться с его эл.схемой, разработать которую Вы сможете самостоятельно, исходя из требуемых характеристик и возможностей, следующим образом: на рисунке изображена схема подключения понижающего трансформатора к эл.сети. Перечертите её "один в один" в тетрадь по математике, мощность трансф. и напряжение вторичной(ых) обмотки пока не указывайте – это чуть позже. Затем подключите (т.е. дочертите) к этому трансф. блоку, к точкам 1 и 2 вторичной обмотки, блок выпрямителя, состоящий из диодного моста и сглаживающего фильтра – конденсатора и т.д.

Выпрямитель двухполупериодный.

Фильтр сглаживающий.