Как собрать блок питания на 9 вольт
Есть у нас на кухне электронные весы, которые измеряют вес от 1 г до 5 кг. В весах используется в качестве источника питания батарейка типа Крона на 9 В. Так как весы в основном используются дома и постоянно следить за батарейками как-то не хочется, то возник интерес доработать весы и научить их питаться от сети ~220 В. поэтому решил собрать небольшой блок питания для питания весов от сети ~220 В. Результат того, что получилось, читайте ниже на странице.
Описание схемы
На Pic 1 приведена схема импульсного блока питания. Построена она по схеме обратноходового импульсного блока питания. Собственно, такие подобные схемы используются в блоках для зарядки сотовых телефонов. Какие-то схемы имеют упрощенную обратную связь по управлению, а какие-то используют для стабилизации выходного напряжения такую же цепь, как в моей схеме, с помощью оптрона U1 PS817 и регулирующего транзистора VT2 BC547.
В последнее время мне нравится использовать интегральный стабилизатор на микросхеме TL431, которая позволяет очень точно поддерживать напряжение в широком диапазоне от 2.5 В до 36 В, с помощью двух внешних резисторов. В моей схеме эту роль выполняют резисторы R10 и R11.
Схема ИБП
Pic 1. Схема импульсного блока питания на 9 В
Ниже показана реализация данного устройства. Для просмотра фоток в лучшем разрешении – кликните по ним.
Чтобы полностью настроить схему, или проверить разные схемы, удобно использовать ныне популярные макетные панели. Соединение происходит обычным втыканием элементов и соединительных проводников в контактные планки. Легко и быстро можно перебрать ряд схем без пайки. Для моей схемки потребовалось три макетные панельки, что тоже удобно, собирая части схемы по блочно.
Pic 2. Макетирование схемы
Импульсный трансформатор Tr2 имеет Ш-образный ферритовый сердечник с габаритами 20 * 20 * 7.6 мм. Параметры обмоток Tr2: L1 имеет 180 витков, а L2, L3 по 12-14 витков. Провод использовал лакированный ПЭЛ 0.22 мм. Обмотка L3 намотана двойным проводом.
Для монтажа схемы использовал универсальную монтажную плату. Продаются на Алиэкспрессе, или в радиолюбительских магазинах. На таких платах есть контактные площадки и она просверлена с определённым шагом вдоль и поперёк. Можно было бы и изготовить печатную плату, но так как устройство единичное, то и так пойдёт .
Pic 3. Нижняя сторона монтажной платы
Снизу платы видно, что использовал и планарные компоненты. В основном это резисторы, диод VD3 1N4148, выпрямительный мостик VD1 MB6S, конденсатор C9. Контактные площадки соединены по схеме кусочками медных проволочек.
Сверху платы установлены объёмные компоненты. Виден Tr1 – сетевой фильтр с конденсаторами С1 и С2. Tr2 – импульсный трансформатор. Силовой транзистор VT1 13003 разместил с краю платы, для возможности прицепить на него небольшой радиатор, но оказалось, что транзистор при работе не греется и радиатор не стал устанавливать. Блок питания может использоваться не только для питания весов, но и как независимый источник питания напряжением 9 В, к примеру, можно запитать плату ARDUINO.
Pic 4. Верхняя сторона монтажной платы
После того, как плата была смонтирована и тщательно проверена, включил её через лампу накаливания 25 Вт последовательно от сети ~220 В к контакту X1. Такая мера предосторожности не помешает, если блок не заработает, то можете избежать сильного ба-баха .
При настройке схемы будьте осторожны, так как на входной части блока питания присутствует высокое напряжение около +310. +325 В.
Pic 5. Проверка работы ИБП после монтажа и настройка выходного напряжения
Блок у меня заработал сразу. Выходное напряжение установил +9.07 В.
Как бы хорошо вы ни сделали плату, как бы хорошо вы ни создали схему, но законченное устройство не оформленное в корпусе не готово к безопасному использованию.
Создание корпуса, в некотором роде, является импровизацией, конечно предварительно рассчитываются все параметры, чтобы и плата влезла и крышка закрылась. Традиционно корпус изготовил из пластика ABS. Нравится мне этот пластик, довольно крепкий и легко обрабатывается и клеится. Можно любую форму придать. Можно применять разные методы в обработке: хоть пилить, хоть точить, хоть фрезеровать, или шлифовать. Можно и красить, а можно и так оставить, промазав кистью тонким слоем ацетона. Тогда поверхность становится блестящей.
Pic 6. Корпус ИБП из ABS-пластика
Данный блок задумывался как приложение к весам, и поэтому отказался от использования выключателя совсем. В весах свой выключатель. Поэтому на передней панеле корпуса есть лишь пара отверстий: под светодиодный индикатор включения в сеть и отверстие под выходной разъём.
Следующим этапом было размещение платы в корпусе. Плата в нижней части корпуса удерживается саморезом. Верхняя крышка захлопывается с помощью четырёх защёлок.
Pic 7. Размещение платы в корпусе
Захлопнута крышка и наклеена этикетка +9В
Pic 8. Законченный вид.
Спичечный коробок традиционно дает возможность оценить реальные размеры устройства в сравнении. Габариты блока питания 85 * 50 * 35 мм.
Импульсный блок питания. Видео
Обнаружил на ресурсе YouTube видео, на котором RED Shade повторяет схему моего блока питания. Можете посмотреть это видео ниже.
Продолжительность фильма 15:00 [мм:сс]
Замечу, что свой блок питания, сделанный на 9В, в последствии перенастроил на напряжение 12 В и применил его для Новогодних гирлянд, см. на моём сайте в статье Управление гирляндами. А весы у меня сейчас запитываются от упрощенного блока питания собранного по подобной обратноходовой схеме на том же транзисторе MJE13003, эта схема приведена на странице моего сайта в статье Импульсный блок питания на одном транзисторе.
Важным показателем любого блока питания является его способность давать на выходе стабильное выходное напряжение. С этой целью обычно используют различного рода стабилизаторы напряжения, выполненные на транзисторах или микросхемах. Простейший стабилизатор постоянного напряжения состоит из резистора и стабилитрона или стабистора. В качестве стабистора может быть использован также и обычный кремниевый диод, например, тиііа Д226, включенный в прямом направлении. Такие стабилизаторы обычно называют параметрическими, так как их действие основано на изменении параметров нелинейного элемента, какими являются стабилитроны или стабисторы. На рис 9.1 приведена схема параметрического стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона. Напряжение на нагрузке, подключенной к выходу такого стабилизатора, будет равно напряжению стабилизации используемого стабилитрона.
В связи с этим для конкретного напряжения стабилизации необходимо подбирать стабилитрон, который соответствует этому напряжению. Если, например, необходимо стабилизированное напряжение 6 В, то следует выбрать стабилитроны типа КС156А, имеющие напряжение стабилизации 5. 6,3 В или КС162А с напряжением стабилизации 5,8. 6,6 В. Основным недостатком параметрического стабилизатора является сравнительно небольшой максимально допустимый ток нагрузки, который бывает равен или меньше максимального тока, протекающего через стабилитрон.
Рис. 9.1. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на стабилитроне
Лучшими показателями обладает стабилизатор напряжения, построенный с использованием транзистора, включенного по схеме эмит-терного повторителя (рис. 9.2). Напряжение на базе транзистора VT1 стабилизировано стабилитроном VD5. Напряжение на нагрузке, подключенной к контактам ХР1, приблизительно равно напряжению на базе.
Рис. 9.2. Принципиальная схема блока питания 9 В
Стабилизатор – это прибор, который имеет постоянное выходное напряжение (в нашем случае 9 В) вне зависимости от того, что у него на входе. Корпус с выводами (вход, общий и выход) стабилизатора фиксированного положительного напряжения изображён на рисунке.
Как видим, стабилизатор 9 В (он же КР142EH8A) представляет собой наипростейшее устройство. И типовое включение его также не отличается сложностью:
Источник стабилизированного питания 9 В своими руками
Приобретать готовый блок электропитания для своих нужд не всегда хочется по разным причинам, возможно, из-за экономии средств или просто потому, что дома лежит без дела б/у понижающий трансформатор. Последний можно приспособить для получения чистых 9 В. За основу возьмём одну из возможных электрических схем.
В качестве понижающего трансформатора подойдёт агрегатик из старого магнитофона (или радиоприемника), особенно, если в прошлом используемое устройство работало под напряжением 9 В. Для того, чтобы трансформатор не перегорел и не перегрузился, в первичную обмотку добавляется плавкая вставка 0,2 — 0,5 А.
Внешний вид трансформатора уже сам говорит за себя, на его шильдике обязательно есть памятка с техническими параметрами. Всегда можно узнать насколько ампер он рассчитан. Важно не допустить перегрузку агрегата, симптомами которой является:
- падение напряжения;
- нагревание магнитопровода и обмоток;
- появление гудения, и даже дыма.
Помните! Электронике дым противопоказан, она просто перестаёт тогда работать.
На представленной схеме мы видим расположенный за трансформатором выпрямитель, перед которым стоит задача преобразования переменного тока в постоянный. Все радиоэлементы, применяемые в стабилизаторе запитаны на постоянном токе. Для этого используется готовый диодный мост на 2 А – 10PCS 2W10 2A Bridge Diode Rectifier NEW.
Для стабилизации напряжения применяется стабилизатор напряжения 9 вольт. В создаваемом нами блоке питания эта роль отведена используемой трехвыводной микросхеме 7809, где 78 говорит о стабилизации положительной полярности напряжения, а 09 — о числе стабилизированных вольт. Это и есть импортный аналог отечественной микросхемке КР142EH8A, о которой говорилось выше.
Рассматриваемый прибор имеет:
- защиту от перегрева;
- ограничитель тока короткого замыкания;
- корректирование области безопасной работы выходного транзистора.
Низковольтные стабилизаторы используются в широком спектре радиоэлектронных устройств:
- блоки питания;
- логические системы;
- измерительная аппаратура;
- различные системы записи-воспроизведения;
- радиоэлектронные аппаратура.
Детали
Естественно, конденсатор С2 теперь должен быть на напряжение не ниже 12V (в данном случае, 16V).
В качестве стабилитронов VD5-VD8 можно использовать любые стабилитроны на напряжение стабилизации ЗV. Например, 1N5987B, 1N4683, BZX84C3V0LT1 и другие.
Можно использовать стабилитроны и на другое напряжение, например, если взять стабилитроны не на ЗV, а на 3,ЗV выходные напряжения получатся, соответственно 3,3V, 6,6V, 9 9V и 13,2V.
Стабилитроны могут быть и на разное напряжение стабилизации, и их совсем не обязательно должно быть именно четыре. Соответственно, будут другие выходные напряжения и другое количество выходов. В любом случае, конденсатор С2 должен быть на напряжение не ниже наибольшего из всех выходных.
Для начала давайте найдём диодный мост я использовал сборку GBJ1506, его максимальный ток 15А, желательно взять с запасом. Вы также можете сделать его самостоятельно из четырёх мощных диодов. Но мне было более удобно использовать сборку.
Чтобы снизить пульсации на выходе диодного моста желательно применять конденсаторы разных видов, а именно ЭЛЕКТРОЛИТЫ и КЕРАМИЧЕСКИЕ или ПЛЁНКУ.
Сердцем схемы у нас будет, как не странно, ЛМ317, но максимальный ток на выходе 1.5 А, а если микросхема еще и поддельная то максимальный ток будет около 800 мА.
Чтобы усилить максимальный ток нам просто нужно взять транзистор, я использовал 2SC5200 транзистор уже рассчитан на довольно большой ток, а именно 15 А.
Не желательно применять транзисторы в корпусе ТО220 - работать будет, но вот с тепло отдачей будут большие проблемы. Транзистор попросту не успеет отдать свое тепло и сгорит. Наиболее подходят транзисторы в металлическом корпусе ТО-3. Я бы посоветовал составной транзистор КТ827 он подойдёт сюда идеально.
На схеме также присутствует защитный диод его можно не использовать, но всё же лучше поставить. Он защищает силовой транзистор от обратных импульсов.
Дальше собираем схему я решил спаять на макетной плате, но вы также можете спаять всё навесным монтажом или спаять на печатной плате на работоспособность это не влияет, чисто эстетика.
Если вы паяли активным флюсом, то его надо будет обязательно отмыть, хорошо подходит спирт. В наше время его не тяжело найти.
При работе схема будет греться поэтому хотим мы этого или нет, но нам придётся прикрутить радиатор. Идеально подходит радиатор от процессора вместе с вентилятором.
Дальше схему нам потребуется подключить к понижающему трансформатору, я буду использовать вот такого самодельного ёжика, он спокойно может отдать 10А и даже не греется.
Если на входе диодного моста будет 20В, то на выходе максимальное напряжение без просадки будет 18В. Но на холостом ходу схему выдаёт 23.5 В, связано это с тем, что конденсаторы заряжаются до амплитудного напряжения.
Схема хорошо работает, но есть один большой минус - это нагрев транзистора. Если на входе 20В, а на выходе допустим 7В и ток 6 А, то радиатор превращается в кипятильник. Ну с этим ничего не поделаешь - ЛИНЕЙНЫЙ РЕЖИМ. Конечно проблему можно решить если сделать схему переключения обмоток трансформатора нагрев будет, но уже намного меньше. Пульсации на выходе около 50 мВ при токе 1 А и напряжении 13.87 В.
На этом моя статья заканчивается, пишите своё мнение на счет данной схемы, интересно выслушать ваше внимание.
Принципиальная схема
Блок питания собран по схеме выпрямителя с понижающим стабилизатором напряжения на стабилитроне VD5 и конденсаторе С1. реактивное сопротивление которого берет на себя избыток напряжения.
Рис. 1. Схема сетевого бестрансформаторного источника питания на +9,5В.
Выходной ток блока питания не более 20 мА, но этого более чем достаточно для питания часов с ЖКИ. Конденсатор С2 взят относительно большой емкости не зря, - он несколько минут поддерживает питание часов, и поэтому кратковременные отключения от сети не нарушают хода часов.
Рис. 2. Схема сетевого бестрансформаторного источника питания на напряжения 3В, 6В, 9В, 12В.
На основе этой же схемы был так же сделан и универсальный блок питания, от которого можно получить различные напряжения, для питания самой разной маломощной аппаратуры.
Схема этого блока питания показана на рисунке 2. От этого источника питания можно получить напряжения ЗV, 6V, 9V и 12V. Причем даже одновременно.
Суть в том, что стабилитрон в этой схеме заменен цепочкой последовательно включенных четырех стабилитронов по ЗV каждый. В сумме они дают 12V, поэтому если снимать напряжение со всех - будет именно 12V. Но, если взять напряжение только с одного стабилитрона, VD8, это напряжение будет равно ЗV.
С двух стабилитронов (VD8, VD7) уже получатся напряжение 6V, с трех стабилитронов (VD8, VD7, VD6) будет 9V, на а со всех четырех, как уже сказано, 12V.
Дополнительные возможности применения
Мы рассмотрели основные моменты сборки низковольтного блока питания, важным звеном которого является стабилизирующее устройство. Используемый в нём стабилизатор напряжения 9 вольт, схема устройства для сборки могут пригодиться:
- музыканту для питания своих «примочек» к электрической гитаре;
- радиолюбителю — для приемников или всяких поделок на светодиодах-транзисторах;
- простым людям — для антенных усилителей к телевизору и т. д.
Несмотря на то, что главное предназначение рассмотренных стабилизаторов 9 В – источники фиксированного напряжения, устройства могут применяться также как источники с регулированием напряжения и тока путём добавления в их схемы внешних элементов.
Если сейчас в разных устройствах с батарейным питанием используются обычно батареи напряжением ЗВ из двух элементов. В советское время везде была «Крона» на 9В, и в пультах ДУ, и в настольных электронных часах с ЖКИ.
Кстати, насчет электронных часов, у автора именно такие, на ЖКИ и с питанием от «Кроны», с советскими мелодиями в будильнике. Но, к сожалению, ток они потребляют значительный, и современной «Кроны» (батарея 6F22) им хватает не более чем на месяц. Поэтому было принято решение поискать альтернативный источник питания для них, - сетевой
Тогда было принято решение сделать компактный источник напряжения 9V и смонтировать его объемным способом в батарейном отсеке часов.
Читайте также: