Конденсаторный блок питания на 12 вольт схема. Бестрансформаторный блок питания своими руками

Сейчас в доме имеется много малогабаритной аппаратуры, которой требуется постоянное питание. Это и часы со светодиодной индикацией, и термометры, и малогабаритные приемники, и т.п. В принципе, они рассчитаны на батарейки, но те «садятся» в самый неподходящий момент. Простой выход - запитать их от сетевых блоков питания. Но даже малогабаритный сетевой (понижающий) трансформатор достаточно тяжел и места занимает не так уж мало. А импульсные источники питания все-таки сложны, требуют для изготовления определенного опыта и недешевой комплектации.

Решением данной проблемы при выполнении определенных условий может служить Бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором. Эти условия:

— полная автономность питаемого аппарата, т.е. к нему не должны подключаться никакие внешние устройства (например, к приемнику магнитофон для записи программы);

— диэлектрический (непроводящий) корпус и такие же ручки управления у самого блока питания и подключаемого к нему устройства.

Связано это с тем, что при питании от бестрансформаторного блока устройство находится под потенциалом сети, и прикосновение к его неизолированным элементам может хорошо «тряхнуть». Нелишне добавить, что при наладке таких блоков питания следует соблюдать правила техники безопасности и осторожность.

При необходимости использовать для наладки осциллограф блок питания нужно включать через разделительный трансформатор.

В самом простом виде схема бестрансформаторного блока питания имеет вид, показанный на рис.1. Для ограничения броска тока при подключении блока к сети последовательно с конденсатором С1 и выпрямительным мостом VD1 включен резистор R2,а для разрядки конденсатора после отключения - параллельно ему резистор R1.

Бестрансформаторный источник питания в общем случае представляет собой симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора. Конденсатор С1 для переменного тока представляет собой емкостное (реактивное, т.е. не потребляющее энергию) сопротивление Хс, величина которого определяется по формуле:

и стабилитронов VD3, VD4. Резисторы R1, R2 играют ту же роль, что и в первой схеме. Осциллограмма выходного напряжения блока приведена на рис.2б (когда напряжение на выходе превышает напряжение стабилизации стабилитронов, в противном случае он работает как обычный диод).

От начала положительного полупериода тока через конденсатор С1 до момента t1 стабилитрон VD3 и диод,VD2 открыты, а стабилитрон VD4 и диод VD1 закрыты. В интервале времени t1…t3 стабилитрон VD3 и диод VD2 остаются открытыми, а через открывшийся стабилитрон VD4 проходит импульс тока стабилизации. Напряжение на выходе UBblx и на стабилитроне VD4равно его напряжению стабилизации UCT.

Импульсный ток стабилизации, являющийся для диодно-стабилитронного выпрямителя сквозным, минует нагрузку RH, которая подключена к выходу моста. В момент t2 ток стабилизации достигает максимума, а в момент t3 равен нулю. До -окончания положительного полупериода остаются открытыми стабилитрон VD3 и диод VD2.

В момент t4 завершается положительный и начинается отрицательный полупериод, от начала которого до момента t5 уже стабилитрон VD4 и диод VD1 открыты, а стабилитрон VD3 и диод VD2 закрыты. В интервале времени t5-..t7 стабилитрон VD4 и диод VD1 продолжают оставаться открытыми, а через стабилитрон VD3 при напряжении UCT проходит сквозной импульс тока стабилизации, максимальный в момент t6. Начиная от t7 и до завершения отрицательного полупериода остаются открытыми стабилитрон VD4 и диод VD1. Рассмотренный цикл работы диодно-стабилитронного выпрямителя повторяется в следующие периоды сетевого напряжения.

Таким образом, через стабилитроны VD3, VD4 от анода к катоду проходит выпрямленный ток, а в противоположном направлении - импульсный ток стабилизации. В интервалы времени t1…t3 и t5—t7 напряжение стабилизации изменяется не более чем на единицы процентов. Значение переменного тока на входе моста VD1…VD4 в первом приближении равно отношению напряжения сети к емкостному сопротивлению балластного конденсатора С1.

Работа диодно-стабилитронного выпрямителя без балластного конденсатора, ограничивающего сквозной ток, невозможна. В функциональном отношении они неразделимы и образуют единое целое - конденсаторно-стабилитронный выпрямитель.

Разброс значений UCT однотипных стабилитронов составляет примерно 10%, что приводит к возникновению дополнительных пульсаций выходного напряжения с частотой питающей сети. Амплитуда напряжения пульсации пропорциональна разнице значений UCT стабилитронов VD3 и VD4.

При использовании мощных стабилитронов Д815А…Д817Г их можно установить на общий радиатор, если в обозначении их типа присутствуют буквы «ПП (стабилитроны Д815АПП…Д817ГПП имеют обратную полярность выводов). В противном случае диоды и стабилитроны необходимо поменять местами.

Бестрансформаторные источники питания обычно собираются по классической схеме: гасящий конденсатор, выпрямитель переменного напряжения, конденсатор фильтра, стабилизатор. Емкостной фильтр сглаживает пульсации выходного напряжения. Чем больше емкость конденсаторов фильтра, тем меньше пульсации и, соответственно, больше постоянная составляющая выходного напряжения. Однако в ряде случаев можно обойтись без фильтра, который зачастую являет-

ся самым громоздким узлом такого источника питания.

Известно, что конденсатор, включенный в цепь переменного тока, сдвигает его фазу на 90°. Фазосд-вигающий конденсатор применяют, например, при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети. Если в выпрямителе применить фазосдвигающий конденсатор, обеспечивающий взаимное перекрытие полуволн выпрямленного напряжения, во многих случаях можно обойтись без громоздкого емкостного фильтра или существенно уменьшить его емкость. Схема подобного стабилизированного выпрямителя показана на рис.3.

Трехфазный выпрямитель VD1…VD6 подключен к источнику переменного напряжения через активное (резистор R1) и емкостное (конденсатор С1) сопротивления.

Выходное напряжение выпрямителя стабилизирует стабилитрон VD7. Фазосдвигающий конденсатор С1 должен быть рассчитан на работу в цепях переменного тока. Здесь, например, подойдут конденсаторы типа К73-17 с рабочим напряжением не ниже 400 В.

Такой выпрямитель можно применять там, где необходимо уменьшить габариты электронного устройства, поскольку размеры оксидных конденсаторов емкостного фильтра, как правило, гораздо больше, чем фазосдвигающего конденсатора сравнительно небольшой емкости.

Еще одно преимущество предложенного варианта состоит в том, что потребляемый ток практически постоянен (в случае постоянной нагрузки), тогда как в выпрямителях с емкостным фильтром в момент включения пусковой ток значительно превышает установившееся значение (вследствие заряда конденсаторов фильтра), что в некоторых случаях крайне нежелательно.

Описанное устройство можно применять и с последовательными стабилизаторами напряжения, имеющими постоянную нагрузку, а также с нагрузкой, не требующей стабилизации напряжения.

Совершенно простенький бестрансформаторный блок питания (рис.4) можно соорудить «на коленке» буквально за полчаса. В данном варианте схема рассчитана на выходное напряжение 6,8 В и ток 300 мА. Напряжение можно менять заменой стабилитрона VD4 и, при необходимости, VD3. А установив транзисторы на радиаторы, можно увеличить и ток нагрузки. Диодный мост - любой, рассчитаный на обратное напряжение не менее 400 В. Кстати, можно вспомнить и про «древние» диоды Д226Б.

В другом бестрансформаторном источнике (рис.5) в качестве стабилизатора применена микросхема

КР142ЕН8. Его выходное напряжение составляет 12 В. Если необходима регулировка выходного напряжения, то вывод 2 микросхемы DA1 подключают к общему проводу через переменный резистор, например, типа СПО-1 (с линейной характеристикой изменения сопротивления). Тогда выходное напряжение может изменяться в диапазоне 12…22 В.

В качестве микросхемы DA1 для получения других выходных напряжений нужно применить соответствующие интегральные стабилизаторы, например, КР142ЕН5, КР1212ЕН5,КР1157ЕН5Аидр. Конденсатор С1 должен быть обязательно на рабочее напряжение не ниже 300 В, марки К76-3, К73-17 или аналогичный (неполярный, высоковольтный). Оксидный конденсатор С2 выполняет роль фильтра по питанию и сглаживает пульсации напряжения. Конденсатор СЗ уменьшает помехи по высокой частоте. Резисторы R1, R2 - типа МЛТ-0,25. Диоды VD1…VD4 можно заменить на КД105Б…КД105Г, КД103А, Б, КД202Е. Стабилитрон VD5 с напряжением стабилизации 22…27 В предохраняет микросхему от бросков напряжения в момент включения источника.

Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи переменного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить пригодность конденсатора в качестве гасящего для использования в бестрансформаторном источнике можно просто подключив его к электросети и оценив температуру корпуса через полчаса. Если конденсатор успевает заметно разогреться, он не подходит. Практически не нагреваются специальные конденсаторы для промышленных электроустановок (они рассчитаны на большую реактивную мощность). Такие конденсаторы обычно используются в люминесцентных светильниках, в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей и т.п.

В 5-вольтовом источнике (рис.6) с током нагрузки до 0,3 А применен

конденсаторный делитель напряжения. Он состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных С2 и СЗ, образующих нижнее (по схеме) неполярное плечо емкостью 100 мкФ

(встречно-последовательное включение конденсаторов). Поляризующими диодами для оксидной пары служат диоды моста. При указанных номиналах элементов ток короткого замыкания на выходе блока питания равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 в отсутствие нагрузки - 27 В.

Блок для питания портативного приемника (рис.7) легко помещается в его батарейный отсек. Диодный мост VD1рассчитывается на рабочий ток, его предельное напряжение определяется напряжением, которое обеспечивает стабилитронVD2. Элементы R3, VD2. VT1 образуют аналог мощного стабилитрона. Максимальный ток и рассеиваемая мощность такого стабилитрона определяются транзистором VT1. Для него может потребоваться радиатор. Но в любом случае максимальный ток этого транзистора не должен быть меньше тока нагрузки. Элементы R4, VD3 - цепь индикации наличия выходного напряжения. При малых токах нагрузки необходимо учитывать ток, потребляемый этой цепью. Резистор R5 нагружает цепь питания малым током, чем стабилизирует ее работу.

Гасящие конденсаторы С1 и С2 - типа КБГ или аналогичные. Можно также применить и К73-17 с рабочим напряжением 400 В (подойдут и с 250 В, так как они включены последовательно). Выходное напряжение зависит от сопротивления гасящих конденсаторов переменному току, реального тока нагрузки и от напряжения стабилизации стабилитрона.

Для стабилизации напряжения бестрансформаторного блока питания с гасящим конденсатором можно использовать симметричные динисторы (рис.8). При зарядке конденсатора фильтра С2 до напряжения открывания динистора VS1 он включается и шунтирует вход диодного моста. Нагрузка в это время получает питание от конденсатора С2. В начале следующего полупериода С2 вновь подзаряжается до того же напряжения, и процесс повторяется. Начальное на-

пряжение разрядки конденсатора С2 не зависит от тока нагрузки и напряжения сети, поэтому стабильность выходного напряжения блока достаточно высокая. Падение напряжения на динисторе во включенном состоянии невелико, рассеиваемая мощность, а значит, и нагрев его значительно меньше, чем у стабилитрона. Максимальный ток

через динистор составляет около 60 мА. Если для получения необходимого выходного тока этого значения недостаточно, можно «умощнить динистор симистором или тиристором (рис.9). Недостаток таких источников питания - ограниченный выбор выходных напряжений, определяемый напряжениями включения динисторов.

Бестрансформаторный стабилизированный источник питания на интегральном стабилизаторе, 220/12 вольт 150 миллиампер

Когда необходим источник постоянного стабилизированного напряжения для электронных устройств с небольшим током потребления (до 150 мА), резонно применять недорогие (по себестоимости дискретных элементов) бестрансформаторные источники питания. Такие источники питания находят практическое применение в малогабаритных бытовых включателях освещения на основе датчиков движения, датчиках охранной сигнализации и других промышленных конструкциях. В литературе многократно описаны плюсы и минусы таких источников, однако, на мой взгляд, под определенные задачи радиолюбителя они безусловно подходят.

В предлагаемом источнике в качестве стабилизатора применена микросхема КР142ЕН8. Электрическая схема устройства представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Электрическая схема бестрансформаторного источника питания

Максимальное напряжение, которое выдает данный стабилизированный источник на выходе, в данном исполнении составляет 12 В.

При токе нагрузки до 150 мА микросхема DA1 обеспечивает малое падение напряжения. Разница между выходным и входным напряжением (при условии подключения вывода 2 к минусовому проводу) составит всего 0,4...0,6 В.

Это важно, например, когда понижающий трансформатор с выпрямителем выдают на выходе постоянное напряжение 12,5 В, а требуется 12 В - в этом случае такой стабилизатор оказывается практически незаменимым.

Если необходима регулировка выходного напряжения, то вывод 2 микросхемы DA1 подключают к общему проводу через потенциометр (переменный резистор, например, типа СПО-1 с линейной характеристикой изменения сопротивления). Тогда выходное напряжение может изменяться в диапазоне 12...22 В.

Как вариант, в качестве микросхемы D1 можно применять любой другой интегральный стабилизатор с аналогичными электрическими характеристиками, например, КР1212ЕН5, KP1157EHSA, КР501ОЕН5, КР1162ЕН5, КР1183ЕН5 и др.

Налаживание

Устройство в налаживании не нуждается.

О деталях

Постоянные резисторы R1, R2 - типа МЛТ-0,25. Оксидный конденсатор С2 выполняет роль фильтра по питанию - сглаживает пульсации напряжения. Конденсатор C1 должен быть обязательно на рабочее напряжение не ниже 300 В, марки К76-3 или аналогичный, неполярный и высоковольтный. Конденсатор С3 уменьшает помехи по высокой частоте.

Диоды VD1-VD4 можно заменить КД105Б-КД105Г, КД103А, КД103Б, КД202Е.

Стабилитрон VD5 с напряжением стабилизации 22-27 В предохраняет микросхему от бросков напряжения в момент подачи и отключения бестрансформаторного источника от сети 220 В.

Внимание! При эксплуатации устройства нельзя прикасаться к неизолированным частям и элементам не только бестрансформаторкого источника, но и подключаемого к нему устройстве.

бестрансформаторный блок питания своими руками

Это достаточно простая схема бестрансформаторного блока питания . Устройство выполнена на доступных элементах и в предварительной наладке не нуждается. В качестве диодного выпрямителя использован готовый мост серии КЦ405В (Г), также можно использовать любые диоды с напряжением не менее 250 вольт.

Электросхема показана на рисунке:

Неполярный конденсатор подобрать на 400-600 вольт, от его емкости зависит сила тока на выходе. Резистор с сопротивлением от 75 до 150 килоом. После диодного моста напряжение порядка 100 вольт, его нужно уменьшит. Для этих целей использован отечественный стабилитрон серии Д814Д.

После стабилитрона уже получаем напряжение 9 вольт, можно также использовать буквально любые стабилитроны на 6-15 вольт. На выходе использован типовой микросхемный стабилизатор на 5 вольт, вся основная нагрузка лежит именно на нем, поэтому стабилизатор следует прикрутить на небольшой теплоотвод, желательно заранее намазав термопастой.

Полярные конденсаторы предназначены для гашения и фильтрации сетевых помех . Устройство работает очень стабильно , но имеет всего один недостаток - малый выходной ток. Ток можно увеличить подбором конденсатора и резистора, в токогасящей цепи.

Устройство сейчас активно используется для маломощных конструкций. Выходной ток достаточно велик, чтобы зарядить мобильный телефон, питать светодиоды и небольшие лампы накаливания. Видео с экспериментами и замерами приводим ниже: