Напряжение 12 Вольт используется для питания большого количества электроприборов: приемники и магнитолы, усилители, ноутбуки, шуруповерты, светодиодные ленты и прочее. Часто они работают от аккумуляторов или от блоков питания, но когда те или другие выходят из строя перед пользователем возникает вопрос: «Как получить 12 Вольт переменного тока»? Об этом мы расскажем далее, предоставив обзор наиболее рациональных способов.
Получаем 12 Вольт из 220
Наиболее часто стоит задача получить 12 вольт из бытовой электросети 220В. Это можно сделать несколькими способами:
- Понизить напряжение без трансформатора.
- Использовать сетевой трансформатор 50 Гц.
- Использовать импульсный блок питания, возможно в паре с импульсным или линейным преобразователем.
Понижение напряжения без трансформатора
Преобразовать напряжение из 220 Вольт в 12 без трансформатора можно 3-мя способами:
- Понизить напряжение с помощью балластного конденсатора. Универсальный способ используется для питания маломощной электроники, например светодиодных ламп, и для заряда небольших аккумуляторов, как в фонариках. Недостатком является низкий косинус Фи у схемы и невысокая надежность, но это не мешает её повсеместно использовать в дешевых электроприборах.
- Понизить напряжение (ограничить ток) с помощью резистора. Способ не очень хороший, но имеет право на существование, подойдет, чтобы запитать какую-то очень слабую нагрузку, типа светодиода. Его основной недостаток – это выделение большого количества активной мощности в виде тепла на резисторе.
- Использовать автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки.
Гасящий конденсатор
Прежде чем приступить к рассмотрению этой схемы предварительно стоит сказать об условиях, которые вы должны соблюдать:
- Блок питания не универсальный, поэтому его рассчитывают и используют только для работы с одним заведомо известным прибором.
- Все внешние элементы блока питания, например регуляторы, если вы будете использовать дополнительные компоненты для схемы, должны быть изолированы, а на металлических ручках потенциометров надеты пластиковые колпачки. Не касайтесь платы блока питания и проводов для подключения выходного напряжения, если к ним не подключена нагрузка или если в схеме не установлен стабилитрон или стабилизатор для низкого постоянного напряжения.
Тем не менее, такая схема вряд ли вас убьёт, но удар электрическим током получить можно.
Схема изображена на рисунке ниже:
R1 – нужен для разрядки гасящего конденсатора, C1 – основной элемент, гасящий конденсатор, R2 – ограничивает токи при включении схемы, VD1 – диодный мост, VD2 – стабилитрон на нужное напряжение, для 12 вольт подойдут: Д814Д, КС207В, 1N4742A. Можно использовать и линейный преобразователь.
Или усиленный вариант первой схемы:
Номинал гасящего конденсатора рассчитывают по формуле:
С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√(Uвход²-Uвыход²)
С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√Uвход
Но можно и воспользоваться калькуляторами, они есть в онлайн или в виде программы для ПК, например как вариант от Гончарука Вадима, можете поискать в интернете.
Конденсаторы должны быть такими – пленочными:
Или такие:
Остальные перечисленные способы рассматривать не имеет смысла, т.к. понижение напряжения с 220 до 12 Вольт с помощью резистора не эффективно ввиду большого тепловыделения (размеры и мощность резистора будут соответствующие), а мотать дроссель с отводом от определенного витка чтобы получить 12 вольт нецелесообразно ввиду трудозатрат и габаритов.
Блок питания на сетевом трансформаторе
Классическая и надежная схема, идеально подходит для питания усилителей звука, например колонок и магнитол. При условии установки нормального фильтрующего конденсатора, который обеспечит требуемый уровень пульсаций.
В дополнение можно установить стабилизатор на 12 вольт, типа КРЕН или L7812 или любой другой для нужного напряжения. Без него выходное напряжение будет изменяться соответственно скачкам напряжения в сети и будет равно:
Uвых=Uвх*Ктр
Ктр – коэффициент трансформации.
Здесь стоит отметить, что выходное напряжение после диодного моста должно быть на 2-3 вольта больше, чем выходное напряжение БП – 12В, но не более 30В, оно ограничено техническими характеристиками стабилизатора, и КПД зависит от разницы напряжений между входом и выходом.
Трансформатор должен выдавать 12-15В переменного тока. Стоит отметить, что выпрямленное и сглаженное напряжение будет в 1,41 раз больше входного. Оно будет близко к амплитудному значению входной синусоиды.
Также хочется добавить схему регулируемого БП на LM317. С его помощью вы можете получить любое напряжение от 1,1 В до величины выпрямленного напряжения с трансформатора.
12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения
Чтобы понизить напряжение постоянного тока из 24 Вольт в 12 Вольт можно использовать линейный или импульсный стабилизатор. Такая необходимость может возникнуть, если нужно запитать 12 В нагрузку от бортовой сети автобуса или грузовика напряжением в 24 В. Кроме того вы получите стабилизированное напряжение в сети автомобиля, которое часто изменяется. Даже в авто и мотоциклах с бортовой сетью в 12 В оно достигает 14,7 В при работающем двигателе. Поэтому эту схему можно использовать и для питания светодиодных лент и светодиодов на транспортных средствах.
Схема с линейным стабилизатором упоминалась в предыдущем пункте.
К ней можно подключить нагрузку током до 1-1,5А. Чтобы усилить ток, можно использовать проходной транзистор, но выходное напряжение может немного снизится – на 0,5В.
Подобным образом можно использовать LDO-стабилизаторы, это такие же линейные стабилизаторы напряжения, но с низким падением напряжения, типа AMS-1117-12v.
Или импульсные аналоги типа AMSR-7812Z, AMSR1-7812-NZ.
Схемы подключения аналогичны L7812 и КРЕНкам. Также эти варианты подойдут и для понижения напряжения от блока питания от ноутбука.
Эффективнее использовать импульсные понижающие преобразователи напряжения, например на базе ИМС LM2596. На плате подписаны контактные площадки In (вход +) и (- Out выход) соответственно. В продаже можно найти версию с фиксированным выходным напряжением и с регулируемым, как на фото сверху в правой части вы видите многооборотный потенциометр синего цвета.
12 Вольт из 5 Вольт или другого пониженного напряжения
Вы можете получить 12В из 5В, например, от USB-порта или зарядного устройства для мобильного телефона, также можно использовать и с популярными сейчас литиевыми аккумуляторами с напряжением 3,7-4,2В.
Если речь вести о блоках питания, можно и вмешаться во внутреннюю схему, править источник опорного напряжения, но для этого нужно иметь определенные знания в электронике. Но можно сделать проще и получить 12В с помощью повышающего преобразователя, например на базе ИМС XL6009. В продаже имеются варианты с фиксированным выходом 12В либо регулируемые с регулировкой в диапазоне от 3,2 до 30В. Выходной ток – 3А.
Он продаётся на готовой плате, и на ней есть пометки с назначением выводов – вход и выход. Еще вариант — использовать MT3608 LM2977, повышает до 24В и выдерживает выходной ток до 2А. Также на фото отчетливо видны подписи к контактным площадкам.
Как получить 12В из подручных средств
Самый простой способ получить напряжение 12В – это соединить последовательно 8 пальчиковых батареек по 1,5 В.
Или использовать готовую 12В батарейку с маркировкой 23АЕ или 27А, такие используются в пультах дистанционного управления. В ней внутри подборка из маленьких «таблеток», которые вы видите на фото.
Мы рассмотрели набор вариантов для получения 12В в домашних условиях. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы, различную степень эффективности, надежности и КПД. Какой вариант лучше использовать, вы должны выбрать самостоятельно исходя из возможностей и потребностей.
Также стоит отметить, что мы не рассмотрели один из вариантов. Получить 12 вольт можно и от блока питания для компьютера формата ATX. Для его запуска без ПК нужно замкнуть зеленый провод на любой из черных. 12 вольт находятся на желтом проводе. Обычно мощность 12В линии несколько сотен Ватт и ток в десятки Ампер.
Теперь вы знаете, как получить 12 Вольт из 220 или других доступных значений. Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео
С 24 до 12 вольт, а теперь изучим повышающий преобразователь 12-24 В. Этот DC-DC преобразователь собран на основе специализированной микросхемы производства Texas Instruments. Схема понадобилась для использования в авто (в частности для зарядки ноутбука на 20 В) и была выбрана за предельную простоту, требующую минимального числа внешних компонентов. Элемент переключения - транзистор, интегрирован внутрь регулятора, и способен выдерживать максимальный ток 3А и 60V напряжения. Частота переключения определяется параметрами внутреннего генератора и зафиксирована на 100 кГц. Дополнительные функции - схема плавного пуска, чтобы устранить скачки тока во время пуска и внутреннее ограничение тока. Поддержание точности выходного напряжения составляет 4% в зависимости от нагрузки.
Схема преобразователя 12-24 В
Технические характеристики преобразователя
- Vin 10-15V DC
- Vout 24V
- Iout 1А
- частота 100 кГц
Входные конденсаторе и диоде должны располагаться достаточно близко к регулятору, чтобы свести к минимуму индуктивности. Элементы IC1, L1, D1, C1, C2, C5, C6 - основные части, используемые в преобразователе напряжения. Конденсатор С3 при монтаже должен располагаться как можно ближе к IC1. Конденсаторы выбирайте типа low ESR с низким сопротивлением постоянному току.
При максимальной выходной мощности, заметна значительная выработка тепла, по этой причине микросхема монтируется непосредственно на общей земле платы.
Графики работы инвертора
Последний график показывает пульсации выходного напряжения и тока индуктивности. Мы видим, что пульсации выходного напряжения составляет около 0,6 Vpp и пиковый ток 2,4 А. Дроссель в конструкции использован на 5 A постоянного тока, поэтому он может легко выдержать такой ток и без особого нагрева катушки.
В этой статье мы рассмотрим стабилизированный источник питания с плавной регулировкой выходного напряжения 0...24 вольта и током 3 ампера. Защита блока питания реализована на принципе ограничения максимального тока на выходе источника. Подстройка порога ограничения по току производится резистором R8. Выходное напряжение регулируется переменным резистором R3.
Принципиальная схема блока питания изображена на рисунке 1.
Перечень элементов:
R1........................180R 0,5W
R2, R4................. 6К8 0,5W
R3.......................10k (4k7 – 22k) reostat
R5........................7k5 0,5W
R6........................0.22R не менее 5W (0,15- 0.47R)
R7.......................20k 0,5W
R8.......................100R (47R – 330R)
C1, С2.................1000 x35v (2200 x50v)
C3.......................1 x35v
C4.......................470 x 35v
C5......................100n ceramick (0,01-0,47)
F1......................5A
T1......................KT816 (BD140)
T2......................BC548 (BC547)
T3......................KT815 (BD139)
T4......................KT819 (КТ805,2N3055)
T5......................KT815 (BD139)
VD1-4................КД202 (50v 3-5A)
VD5.................. BZX27 (КС527)
VD6...................АЛ307Б, К (RED LED)
Начнем по порядку:
Понижающий трансформатор выбирается такой мощности, чтобы он был способен долговременно отдавать ток в нагрузку требуемой величины, а напряжение на вторичной обмотке было на 2...4 вольта больше максимального напряжения на выходе блока питания. Соответственно и выпрямительный мост выбирается с запасом по току, чтобы не пришлось потом диоды моста или диодную сборку лепить на радиатор.
Как прикинуть мощность трансформатора? Например: на вторичке должно быть 25 вольт при токе 3 ампера, значит имеем 25 * 3 = 75 Ватт. Чтобы трансформатор мог долговременно отдавать в нагрузку 3 ампера увеличьте это значение процентов на 20... 30, т.е. 75 + 30% = 97,5 Вт. Отсюда следует, что необходимо выбрать 100 ваттный трансформатор.
Максимальное напряжение на выходе блока питания зависит от стабилитрона VD5, стоящего в коллекторной цепи транзистора Т1. Например: при использовании стабилитрона КС168, на выходе получим максимальное напряжение порядка 5 вольт, а если поставить КС527, на выходе поимеем максимальное напряжение вольт 25. Информацию по стабилитронам можете найти в статье:
Какого номинала должна быть фильтрующая емкость
, стоящая после диодного моста? В нашем случае по схеме стоят две емкости в параллель С1 и С2 по 1000 микрофарад. А вообще емкость этого конденсатора выбирается из расчета порядка 1000 микрофарад на 1 ампер выходного тока.
Электролит С4, стоящий на выходе блока питания выбирается в районе 200 микрофарад на 1 ампер выходного тока.
На какое напряжение поставить электролиты С1, С2 и С4? Если не вдаваться в заумные расчеты, то можно воспользоваться формулой: ~Uвх:3×4 , т.е. величину напряжения, которую выдает вторичная обмотка понижающего трансформатора, нужно разделить на 3 и умножить на 4. Например: на вторичке имеем 25 вольт переменки, отсюда 25:3*4 = 33,33 , поэтому конденсаторы С1, С2 и С4 выбраны на Uраб = 35 вольт. Можно поставить емкости с более высоким рабочим напряжением, но никак не меньшим расчетной величины. Конечно такой расчет грубоват, но тем не менее...
На Т5 собран ограничитель тока. Порог ограничения зависит от номинала резистора R6 и положения переменного резистора R8. В принципе переменник R8 можно и не устанавливать, а порог ограничения сделать фиксированным. Для этого базу транзистора Т5 соединим с эмиттером Т4 напрямую, а подбором резистора R6 установим необходимый порог. Например: при R6=0,39 Ом ограничение будет порядка 3 ампер.
Регулировка тока ограничения. Без нагрузки установите потенциометром R3 Uвых порядка 5 вольт. Подсоедините к выходу БП последовательно соединенные амперметр и резистор 1 Ом (мощность резистора ватт 10). Подстроить R8 на необходимый ток ограничения. Проверяем: понемногу выкручиваем R3 на максимум, при этом показания контрольного амперметра не должны изменяться.
В процессе работы транзистор Т1 слегка греется, поставьте его на небольшой радиатор, а вот Т4 калится основательно, на нем рассеивается приличная мощность, тут без радиатора внушительного размера не обойтись, а еще лучше к этому радиатору кулер от компьютера приспособить.
Как прикинуть мощность рассеяния Т1? Например: напряжение после диодного моста 28 вольт, а на выходе вольт 12. Разница составляет 16 вольт. Прикинем мощность рассеяния при максимальном токе 3 ампера, т.е. 12*3 = 36 Ватт. Если выходное напряжение выставим 5 вольт при токе 3 ампера, значит на транзисторе рассеится мощность (28 - 5) * 3 = 69 Ватт. Поэтому при выборе транзистора Т4 не поленитесь заглянуть в справочник по транзисторам, посмотрите на какую мощность рассеяния он рассчитан (в таблице колонка Рк max ). Справочный материал по транзистору смотри на рисунке ниже (для увеличения картинки кликните на изображении):
Печатная плата блока питания изображена на следующем рисунке:
Какого номинала поставить предохранитель? В этой схеме стоит два предохранителя: по первичной обмотке трансформатора (выбирается на 0,5...1 ампер больше максимального тока первичной обмотки), и второй перед выпрямительным мостом (выбирается на 1 ампер больше максимального тока ограничения БП).
С этой схемы можно выжать гораздо больше 3 ампер, для этого необходимо иметь транс-р, способный выдать необходимый ток, поставить диодный мост с запасом по току, пересчитать фильтрующие емкости, дорожки на плате, по которым будет протекать большой ток армировать толстым проводом, и применить параллельное соединение транзисторов в качестве Т4 как показано на следующем рисунке. Транзисторы так же ставятся на радиатор с принудительным обдувом вентилятором.
Если вы собираетесь использовать этот БП в качестве зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, установите без нагрузки (аккумулятор не подключен) регулятором напряжения порядка 14,6 вольт на выходе и подключите аккумулятор. По мере заряда батареи плотность электролита увеличивается, сопротивление возрастает, соответственно ток будет падать. Когда аккумулятор зарядится и на его клеммах будет 14,6 вольт, зарядный ток прекратится.
Внешний вид печатной платы и собранного блока питания смотрите ниже:
Трансформатор 220 на 24 вольта где применяется? На самом деле устройства данного типа необходимы для различных электроприборов, которые способны работать от сети в 24 В. Для этого от розетки 220 В нужно преобразовать. С этой целью подбираются трансформаторы.
К оборудованию на 24 В относятся компрессоры, распределители и также электродвигатели. Также многие приводы работают от сети с В данном случае важно отметить, что трансформаторы выпускаются различной мощности. На сегодняшний день на рынке представлены модели даже на 20 Вт. Однако есть очень мощные модификации, которые активно используются на производстве.
Устройство простого трансформатора
Основным элементом трансформатора является реле. Непосредственно катушки устанавливаются с различными обмотками. Магнитопроводы имеются с сердечниками. По параметру проводимости тока они довольно сильно различаются. Также важно упомянуть, что в некоторых модификациях предусмотрены специальные расширители. В данном случае многое зависит от параметра рабочей частоты.
Изоляторы в трансформаторах предназначены для защиты сердечника от перегрузок. Для выпрямления постоянного тока в устройствах устанавливаются трансиверы. Выпускаются они ортогонального и подстроечного типа.
Понижающие модификации
Понижающий трансформатор с 220 на 24 вольта часто встречается с мощностью от 100 Вт. Используются устройства данного типа, как правило, для электроприводов. Магнитопроводы с реле у многих моделей имеются с ленточными сердечниками. Также важно отметить, что обмотки в устройствах на 3 кВт устанавливаются концентрические. Однако на рынке представлены модификации с трехслойными аналогами. Всего выводов у понижающих устройств имеется два.
Некоторые модификации выпускаются с клеммами. Весит понижающий трансформатор 220 на 24 вольта не более 5 кг. По параметру проводимости тока модели довольно сильно различаются. В данном случае необходимо учитывать тип трансивера. Отечественные трансформаторы в основном продаются с ортогональными аналогами. Однако зарубежные компании отдают предпочтение подстроченным трансиверам. Показатель перегрузки тока у моделей в среднем составляет 5,5 А. Некоторые устройства выпускаются с переключателями для регулировки фазы.
Тороидальные модели
Трансформатор тороидальный 220 на 24 вольта отличается тем, что в нем предусмотрен компаратор. За счет указанного элемента осуществляется изменение тактовой частоты от сети. Также важно упомянуть о том, что многие устройства оснащены стабилитронами. Магнитопроводы в аппаратах устанавливаются обычные.
Непосредственно обмотки для трансформаторов используются концентрического типа. Применяются данные устройства чаще всего для двигателей небольшой мощности. Также они подходят для многих типов компрессоров. Регуляторы в устройствах, как правило, отсутствуют. Изоляторы применяются композитного типа. В среднем параметр проводимости тока у моделей не превышает 50 мкСм. В свою очередь перегрузку аппараты с мощность 80 Вт способны выдерживать в 3 А.
Масляные модели
Масляный трансформатор 220 на 12-24 вольта оснащается специальным теплообменником. Непосредственно для охлаждающей жидкости используются каналы. Сердечники во многих модификациях предусмотрены ленточного типа. Обмотки чаще всего применяются трехслойные. Отдельного внимания заслуживают реле. Устанавливаются они с различной проводимостью. В среднем для масляных конфигураций указанный параметр колеблется в районе 60 мкСм.
Катушки в устройствах устанавливаются с магнитопроводами. Непосредственно выводов для подключения оборудования имеется два. Некоторые конфигурации производятся с клеммами. Для электроприводов масляные устройства подходят идеально. Трансиверы во всех моделях устанавливаются лишь ортогонального типа.
Как сделать устройство своими руками?
Сделать трансформатор 220 на 24 вольта своими руками довольно сложно. В первую очередь для понижающей модификации потребуется большая катушка с хорошей проводимостью тока. Для того чтобы обеспечивать стабильную рабочую частоту, обмотка должна быть предусмотрена концентрического типа. Непосредственно для подключения оборудования применяются выводы, которые представляют собой просто проводники.
В данном случае расширители устанавливаются обычные. Использовать их можно от любого поломанного трансформатора. Если рассматривать модификации с переключателями, то для них придется делать отдельно стойку. Для того чтобы сбои не происходили часто, применяются изоляторы. В наше время наиболее надежными принято считать композитные аналоги.
Модель на 80 Вт
Трансформатор 220 на 24 вольта постоянного тока на 80 Вт больше всего подходит для обычных компрессоров. На производстве модели данного типа встречаются довольно редко. Расход электроэнергии у них незначительный, однако мощности для нормального электропривода однозначно не хватит. Магнитопроводы в устройствах применяются, как правило, с низковольтной обмоткой.
Сердечники при этом встречаются штампованного типа. Если рассматривать конфигурации с высокой проводимостью тока, то у них предусмотрены специальные компараторы. Однако чаще всего устанавливаются обычные отводы. Также существуют модели со стабилизаторами. В данном случае параметр перегрузки тока в среднем составляет 3,5 А. Переключатели у моделей на 80 Вт никогда не используются.
Устройство на 100 Вт
Трансформатор 220 на 24 вольта (100Вт) может применяться для электроприводов. Многие модификации оснащаются надежными системами защиты. Чаще всего производителями указывается маркировка ИП20. Все это говорит о том, что у модели применяется с композитными изоляторами. Если говорить про магнитопроводы, то они используются с вторичной обмоткой.
Довольно часто сердечники встречаются листового типа. Однако штампованных аналогов на рынке имеется много. По качеству листовым сердечникам они не сильно уступают. Проводимость тока у конфигураций на 100 Вт в среднем равняется 70 мкСм. Если говорить про перегрузки, то многое в данной ситуации зависит от производителя. Устройства с трансиверами встречаются редко. Однако трансформаторы на 100 Вт со стабилизаторами пользуются большим спросом.
Трансформатор на 120 Вт
Трансформатор 220 на 24 вольта на 120 Вт подходит для электродвигателей разной мощности. Сердечники во многих конфигурациях устанавливаются листового типа. Магнитопроводы, в свою очередь, имеются с высоковольтной обмоткой. Выводы в устройствах стандартно имеются в количестве двух. Некоторые модели производятся с клеммами для подключения к оборудованию. Системы охлаждения на сегодняшний день существуют различные. Однако чаще всего речь идет об обычном понижении температуры за счет циркуляции воздуха.
Катушки в трансформаторах часто устанавливаются на опорные кольца. В некоторых случаях у моделей есть расширители. Переключатели также используются в трансформаторах. Трансиверы применяются как ортогонального, так и подстроечного типа. В данном случае многое зависит от показателя рабочей частоты сети. Если она не превышает 40 Гц, то можно смело использовать ортогональные трансиверы. В противном случае для нормальной эксплуатации устройства подходят лишь подстроечные компоненты. Стабилизаторы применяются довольно редко.
Однодиапазонные устройства
Однодиапазонный трансформатор 220 на 24 вольта способен эксплуатироваться в сети с частотой ниже 45 Гц. В данном случае во всех моделях устанавливаются компараторы. За счет них показатель проводимости тока можно легко стабилизировать. Трансиверы встречаются в основном ортогональные. Непосредственно изоляторы уславливаются у моделей композитные. Магнитопроводы для преобразования тока применяются на высоковольтной обмотке. Катушки в данном случае обязательно имеются с опорными кольцами. Теплообменники у однодиапазонных трансформаторов отсутствуют.
Многодиапазонные модификации
Многодиапазонный трансформатор 220 на 24 вольта способен довольно просто использоваться от сети с частностью свыше 45 Гц. Скачки в системе происходят у моделей редко. За счет этого электрооборудование работает более качественно, и расход электроэнергии не сильно большой. Компараторы в таких модификациях имеются двухполюсного типа.
Проводимость тока у моделей превышает 80 мкСм. В свою очередь параметр перегрузки составляет обычно 5,5 А. Изоляторы в данном случае устанавливаются на отводах. Для избегания различных электромагнитных сбоев применяются переключатели. Теплообменники в конструкциях используются различной емкости. Для укрепления их применяются опоры и рейки. Система охлаждения у многих моделей предусмотрена жидкостного типа. Магнитопроводы используются с высоковольтной обмоткой.
Трансформаторы с диэлектриками
Модели с диэлектриками используются для компрессоров. На производстве устройства данного типа являются довольно востребованными. Они способны работать от однофазной цепи.
Также важно учитывать, что частотность моделей в среднем равняется 35 Гц. Таким образом, большие перегрузки тока происходят редко. Изоляторы в представленных моделях не применяются. Непосредственно диэлектрики устанавливаются возле магнитопровода.