Блок питания на 12 В своими руками - схема и пошаговая инструкция выполнения работ

Виды блоков питания, их основные технические характеристики

Блок питания является вторичным источником энергии для технических устройств, преобразующим напряжение питающей электрической сети в их рабочее напряжение.

Наиболее востребованными являются блоки питания, у которых первичное напряжение – это переменное напряжение бытовой электрической сети, равное 220 Вольт, а вторичное − преобразуемое в постоянное, равное 24/12/5/3,3 V. По принципу преобразования напряжения блоки питания (БП) подразделяются на два вида:

• трансформаторные – когда преобразование осуществляется посредством понижающего трансформатора, они называются линейными;
• импульсные – преобразование осуществляется благодаря наличию электронных компонентов, обеспечивающих преобразование напряжения, они называются инверторными.

Если в схеме БП предусмотрен стабилизатор выходного напряжения, то такое устройство называется стабилизированным блоком питания.

Основными техническими характеристиками, определяющими возможность использования подобных технических устройств, являются:

• электрическая мощность, измеряемая в Ваттах (Вт или В×А);
• напряжение на входе и выходе, измеряемое в Вольтах (В);
• выходной ток, измеряемый в Амперах (А);
• коэффициент полезного действия – параметр полезный при использовании БП большой мощности, измеряется в %;
• наличие элементов защиты внутренних электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания.

Область применения

Блоки питания с вторичным напряжением в 12 Вольт импульсного типа используются для подключения к бытовой электрической сети:

• персональных компьютеров различного типа – для зарядки их аккумуляторных батарей и работы непосредственно от сети;

• для зарядки электронных гаджетов, в том числе сотовых телефонов и смартфонов, плееров и видеокамер, а также прочих устройств, имеющих в своей конструкции аккумуляторные батареи;
• для зарядки ручного переносного электрического инструмента – шуруповёрт, болгарка и т.д.;
• для подключения LED светотехнических приборов (светодиодные светильники и ленты);
• для использования прочих устройств, предполагающих работу от сети постоянного тока с напряжением 12 В и до 5 ампер, – автомагнитола или автоприёмник в условиях дома или гаража.

Принципиальная схема и принцип работы

Принципиальная схема и принцип работы зависит от вида устройства, и поэтому необходимо рассмотреть их отдельно:

• Трансформаторный БП.

Аналоговый вид БП имеет в своей схеме понижающий трансформатор, обеспечивающий величину вторичного напряжения в заданных величинах, и диодный мост, служащий для его выпрямления. Простейшая схема такого устройства выглядит следующим образом:

Принципиальная схема аналогового блока питания

Конденсаторы, установленные в схеме, обеспечивают сглаживание импульсов напряжения на выходе блока питания.

• Импульсный БП.

Инверторный вид БП работает за счёт электронных компонентов, входящих в схему устройства. Напряжение питающей сети подаётся на входной диодный мост, а его пики сглаживаются установленными конденсаторами. После этого сигнал преобразуется в прочих элементах схемы (транзисторы, микросхема, тиристоры и т.д.) и подаётся на импульсный трансформатор.

Трансформаторы данного вида изготавливаются на основе ферромагнетных материалов, поэтому имеют малые габаритные размеры, позволяющие минимизировать размеры БП. Напряжение, полученное после трансформации, подаётся к нагрузке (выходам блока питания). Такой тип БП называется схемой с гальванической развязкой.

Импульсный блок питания на интегральной микросхеме и с построечными резисторами

Существуют схемы БП без использования гальванического соединения. В этом случае входной сигнал сразу подаётся на фильтр нижних частот.

Расчёт мощности блока питания на 12 V

Мощность БП является одной из главных технических характеристик, определяющих возможность подключения к нему той или иной нагрузки. Мощность поэтому может быть рассчитана разными способами:

Для светодиодных лент.

В этом случае расчёт выполняется следующим образом:

• за основу берётся мощность в 1 метра LED-ленты, указываемая производителем на упаковке;
• определяется её длина;
• эти значения перемножаются, и полученное выражение увеличивается на 30%.

Увеличение на 30% обеспечивает необходимый запас мощности. Этот расчёт можно выразить следующей формулой:

Pблока = Pуд × Lленты × Kзапаса, где:

Pблока – электрическая мощность блока питания;

Pуд − электрическая мощность 1 метра светодиодной ленты;

Lленты – длина ленты;

Kзапаса - коэффициент запаса мощности.

Для персонального компьютера.

При необходимости определить мощность БП персонального компьютера следует знать мощности всех элементов устройств, входящих в его комплект. Это непростая задача, поэтому существуют специальные программы и онлайн-калькуляторы, служащие для выполнения такого расчёта. Вот некоторые из них:

• OuterVision® – калькулятор, ссылка для скачивания: https://outervision.com/power-supply-calculator
• Компания «Enermax», калькулятор питания − ссылка для скачивания: http://www.enermax.outervision.com/index.jsp
• MSI – калькулятор источника питания, ссылка для скачивания: https://ru.msi.com/power-supply-calculator
• KSA Power Supply Calculator WorkStation – ссылка для скачивания: http://ksa-soft.ru/soft/10-ksa-power-supply-calculator-workstation.html

Для зарядки электрического инструмента и электронных гаджетов.

Когда необходимо определить мощность БП для зарядки шуруповёрта, смартфона или иного электронного устройства, необходимо знать их электрическую мощность и учесть коэффициент запаса. Это можно отразить следующей формулой:

Pблока = Pустройства × Kзапаса

Диоды для блока питания

Для выпрямления переменного напряжения бытовой электрической сети в схемах блоков питания и прочих электронных устройств используют диоды, собираемые по мостовой схеме. Схематично полупроводниковый диод выглядит следующим образом.

Устройство полупроводникового диода

Для устройства диодного моста используется 4 однотипных диода, которые соединяются определённым образом, приведённым на следующей схеме. Их технические характеристики должны соответствовать величине протекающего через них тока, а также величине допустимого обратного напряжения.

Схема соединения диодов по мостовой схеме

Стабилизация напряжения

Для стабилизации напряжения в БП используются электролитические конденсаторы большой ёмкости и стабилитроны. Конденсаторы сглаживают сигналы напряжения, которые имеют полусинусоидальную форму практически до прямой линии. Чем больше ёмкость конденсатора, тем сигнал на выходе более правильной формы и стремится к прямой линии. Стабилитроны обеспечивают постоянство напряжения на выходе блока питания.

Импульсный блок питания 12 V своими руками - схема

Существует большое количество различных схем блоков питания, имеющих различные технические характеристики и собранных на различных электронных компонентах. Ниже представлена схема импульсного БП с вторичным напряжением 12 Вольт.

Принципиальная схема импульсного блока питания

При самостоятельном изготовлении подобных устройств необходимо помнить, что для обеспечения заданной пульсации напряжения на выходе ёмкость конденсаторов должна приниматься из расчёта 1 мкФ на 1 Вт выходной мощности. Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 350 В. Оптимальное соотношение мощности БП и технических характеристик электронных компонентов приведено в следующей таблице:

Основные этапы изготовления импульсного блока питания 12 В своими руками

Работу по изготовлению БП можно разбить на несколько этапов: подготовительный, монтаж и проверка работоспособности. В данной статье рассмотрим изготовление блока питания по схеме, приведённой на рисунке № 10.

Подготовительный этап

В этот период рассчитывается мощность. Она должна быть достаточной для его использования с нагрузкой, планируемой к подключению. Выбирается вид и схема БП (см. рисунок № 10), после чего приобретаются необходимые комплектующие. В рассматриваемом случае это:

• PTC термистор;
• два конденсатора из расчёта 1 мкФ на 1 Вт мощности;
• диодный мост (диоды должны соответствовать по напряжению и току);
• драйвера − IR2152 (IR2153, IR2153D);
• полевые транзисторы − IRF740, IRF840;
• трансформатор (можно использовать б/у от ПК);
• диоды, устанавливаемые на выходе, серии HER.

Монтаж блока питания

Пошаговая инструкция по изготовлению импульсного БП по выше приведённой схеме выглядит следующим образом:

Скриншот	Выполняемая операция
	Рисуется схема печатной платы (обозначена стрелкой).
	Печатная плата изготавливается, для этого: используется фольгированный диэлектрик; составленный ранее рисунок переносится на заготовку платы; выполняется протравка; засверливаются отверстия, служащие креплением для элементов схемы.
	Выполняется установка диодов и термистора.
	Устанавливаются конденсаторы.
	Устанавливаются драйвера.
	Монтируются полевые транзисторы. При креплении к радиатору, используются специальные изоляционные прокладки и шайбы.
	Устанавливается трансформатор.
	Монтируются диоды «на выходе».
	Все элементы, установленные на плате, пропаиваются.
	Электрическая схема готова.
	Изготавливается корпус.
	Монтажная плата помещается в корпус и закрепляется в нём.

Проверка работоспособности

Когда БП собран, необходимо его проверить, для этого:

• к выходу блока питания подключается нагрузка;
• БП включается в электрическую сеть.

В случае если подключённая нагрузка работает нормально: LED-светильники излучают свет, гаджеты и инструмент заряжаются, а прочая техника работает – значит, монтаж выполнен успешно. Ещё один способ изготовления блока питания − это размещение всех элементов устройства на ДИН-рейке.

Дин-рейка – это металлическая профилированная полоса, предназначенная для крепления электрических приборов и элементов электрических схем.

При использовании ДИН-рейки отпадает потребность в изготовлении монтажной платы, однако конструкция получается более объёмная, т.к. соединение между элементами схемы приходится выполнять при помощи соединительных проводов.

Нюансы изготовления блока питания для шуруповёрта

При изготовлении блока питания 12 В своими руками для подключения шуруповёрта к электрической сети необходимо учитывать следующие нюансы, связанные с его использованием:

1. Напряжение на выходе должно быть 18–19 В, в противном случае мощность устройства значительно снизится.
2. Электронные компоненты схемы БП должны соответствовать номинальному току работающего шуруповёрта.
3. Размер собираемого блока должен быть таким, чтобы разместиться в корпусе демонтируемого аккумулятора (в случае изготовления встроенной конструкции).

В остальном этапы изготовления аналогичны, как и в случае отдельно размещаемого варианта исполнения БП.

Где купить и сколько стоит блок питания 12 V

Они продаются в магазинах бытовой электроники, офисной техники, а также в организациях, специализирующихся на их ремонте. Кроме этого, в интернете также есть предложения различных компаний, предлагающих к реализации БП различной направленности.

Блок питания DC-12V, 20.8А, 250 Вт в водонепроницаемом корпусе, степень защиты − IP67

Стоимость БП зависит от их технических характеристик и типа исполнения, определяющих возможность использования этого устройства. Чем выше мощность и степень защиты – тем больше цена. Она может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч рублей. Наиболее дешёвые модели:

• ARDV-05-12A (12V, 0,4A, 5W) – 200 рублей;
• ARDV-12-12AW (12V, 1A, 12W) – 300 рублей;
• ARDV-24-12A (12V, 2A, 24W) – 400 рублей.

Модели в следующем сегменте:

• APS-100L-12BM (12V, 8.3A, 100W) – 800 рублей;
• APS-150-12BM (12V, 12.5A, 150W) – 1 000 рублей;
• APS-250-12BM (12V, 20.8A, 250W) – 1 400 рублей.

Наличие большого количества предложений на рынке вспомогательных устройств для бытовой техники и приборов позволяет выбрать блок питания в соответствии с предъявляемыми к нему требованиям. А наличие в свободном доступе различных схем, а также электронных компонентов позволяет изготовить БП своими руками даже начинающему любителю электроники, имеющему начальные навыки работы с паяльником.

Видео: блок питания для шуруповёрта на 12в из компьютерного БП.