Схема бестрансформаторного блока питания на 5, 12 В своими руками

Бестрансформаторный блок питания становится одновременно простым, малогабаритным и недорогим именно благодаря отсутствию в нем трансформатора. Однако за это приходится платить отсутствием гальванической развязки, что свидетельствует о появлении опасного для жизни человека напряжения как на элементах блока, так и на том устройстве, которое он обеспечивает питанием. Это сильно ограничивает применение бестрансформаторных блоков питания. Мы рассмотрим пару вариантов схем, работающих по разным принципам.

Внимание! Включение и настройку устройства следует выполнять лицам, имеющим допуск к работе с электроустановками до 1000 В!

Содержание
1. Бестрансформаторный блок питания на 5 -12 В
1.1. Принцип работы и расчет гасящего конденсатора
1.2. Перечень элементов схемы
2. Импульсный источник питания без трансформатора
2.1. Как работает схема на 12 В
2.2. Монтаж и наладка устройства своими руками
2.3. Список компонентов блока
3. Комментарии посетителей по теме статьи

Бестрансформаторный блок питания на 5 -12 В

Часто для питания электронных устройств нам нужно всего лишь несколько миллиампер тока. Использование для такой цели блока питания с трансформатором означает значительное увеличение габаритов и стоимости при большом запасе неиспользованной энергии. Бестрансформаторный источник питания может быть гораздо лучшим решением.

Принцип работы и расчет гасящего конденсатора

Схема устройства представлена на рисунке ниже. Максимальная нагрузка источника питания по току составляет примерно 60 мА и зависит в основном от номинала С1 (его рабочее напряжение должно быть не менее 400 В). Приблизительный расчет емкости гасящего конденсатора можно выполнить по формуле С = 3200 х I/Uвх. В нашем случае получится 3200 х 0,06/220 = 0, 87 мкФ. С учетом того, что часть тока достанется стабилитрону, выбираем емкость 1 мкФ.

Входное напряжение поступает через разъем Х1 и гасится цепью включенных последовательно конденсатора С1 и пары параллельных резисторов R2 и R3. Основная доля напряжения падает на гасящем конденсаторе С1, а резисторы сглаживают скачки тока при перезаряде конденсатора. При этом два резистора рассеивают удвоенную мощность. Резистор R3 обеспечивает разряд С1 при отключении блока питания.

Далее напряжение переменного тока выпрямляется мостом на диодах D1 — D4. Стабилитрон D5 ограничивает постоянное напряжение на уровне, допустимом для входа стабилизатора IC1. Конденсаторы С4 и С2 сглаживают низкочастотные и высокочастотные составляющие на входе микросхемы, а С5 и С3 — на выходе стабилизатора.

Элементом, задающим верхний предел напряжения, является стабилитрон D5 с напряжением 15 В. Подобрав необходимый стабилизатор IC1, мы можем получить напряжение на выходе 5, 9 или 12 В. Резистор R1 номиналом 1 Ом мощностью 0,125 — 0,25 Вт, выполняет роль предохранителя. Если блок питания поврежден, он сгорит.

Выходное напряжение можно увеличить, если выбрать стабилитрон D5 на соответствующее напряжение и установить вместо крайних контактов IC1 перемычку. Верхний предел такой доработки составляет 25 В потому, что это максимальное напряжение электролитических конденсаторов и его нельзя превышать.

При выборе стабилитрона нужно быть очень внимательным, так как слишком мощный стабилитрон имеет низкое дифференциальное сопротивление и может забрать на себя весь ток, который обеспечивает конденсатор С1. Если же мы выберем слишком слабый стабилитрон, он просто сгорит. При напряжении на выходе 12 В стабилитрон D5 должен иметь мощность не менее 1,3 Вт.

Плата блока питания разработана с расчетом установки исполнительного реле. Разъемы X2 и X3 следует установить входами под провода наружу. Устройство можно использовать и для других целей, тогда устанавливаем два разъема АРК вместо Х2, Х3, Х4 или Х5 в зависимости от потребностей.

Источник питания без трансформатора не обеспечивает гальваническую развязку от электросети, а значит, в системе могут присутствовать напряжения, опасные для здоровья и жизни человека. Поэтому его нельзя использовать в качестве универсального источника питания со свободным выходным кабелем. Все компоненты источника питания и устройство, которое он будет питать, должны быть заключены в изолированный корпус.

Перечень элементов схемы

Сводный перечень элементов упростит задачу сборки устройства своими руками.

РЕЗИСТОРЫ:

R1 — 1 Ом;
R2, R3 — 470 Ом/0,5 Вт;
R4 — 1 МОм.

КОНДЕНСАТОРЫ:

C1 — 1 мкФ/400 В;
C2, C3 — 100 нФ/63 В;
C4, C5 — электролитический 220 мкФ/25 В.

ПОЛУПРОВОДНИКИ:

D1…D4 — 1N4007 (возможный отечественный аналог КД258Д, Д226, КД208-209, КД243 и КД105);
D5 — Стабилитрон 15 В/1,3 Вт BZX85C12 (возможный отечественный аналог КС509А);
IC1 — LM7812 (отечественный аналог КР142ЕН5 на 5 В, КР142ЕН8А, КР142ЕН8Б соответственно на 9\12 В).

Импульсный источник питания без трансформатора

Бестрансформаторный импульсный источник питания, реализованный с использованием интегрального DC/DC преобразователя типа МР9488, обеспечивает значительно больший ток нагрузки. Блок питания повышенной мощности имеет встроенный ключ MOSFET, а также ряд защит и работает в качестве понижающего преобразователя напряжения с высокого уровня на низкий.

Основные параметры:

бестрансформаторный источник питания – без гальванической развязки;
обеспечивает напряжение 12 В с нагрузочной способностью до 200 мА;
очень широкий диапазон напряжения питания — 48…380 В постоянного тока или 90…250 В переменного тока;
небольшие габариты.

Указанные параметры позволяют питать ряд приборов от источников высокого напряжения (в том числе от электросети), таких как солнечные фотоэлектрические установки, аккумуляторные установки для велосипедов или других транспортных средств.

ВНИМАНИЕ! В системе присутствует опасное для жизни напряжение, все пусковые действия необходимо проводить с особой осторожностью.

Как работает схема на 12 В

В качестве контроллера преобразователя была выбрана микросхема MP9488. Это универсальный DC/DC преобразователь со встроенным MOSFET-ключом, допустимое напряжение питания 450 В, ток коммутации до 0,5 А, имеется встроенная защита.

Схема блока питания представлена на рисунке ниже, она построена справа налево. Если на клеммы ACDC и DC разъема IN подается постоянное входное напряжение, то диодный мост BR служит защитой от обратного включения питания. Импульсный бестрансформаторный блок может питаться от сети переменного напряжения, в этом случае мост BR обеспечивает двухполупериодное выпрямление.

Конденсаторы СЕ1, СЕ2 фильтруют напряжение питания, дроссель L1 выполняет функцию фильтра помех. Делитель R2, R3 определяет величину выходного напряжения (Vfb=2,55 В). Выходное напряжение поступает на разъеме OUT, при этом диод LD1 сигнализирует о его наличии и обеспечивает начальную нагрузку преобразователя.

Монтаж и наладка устройства своими руками

Блок питания собран на небольшой односторонней печатной плате, схема которой представлена на следующем рисунке. Сборка не требует никакого пояснения, нужно только правильно припаять микросхему U1. Перед подключением устройства следует тщательно проверить правильность установки и качество используемых компонентов, особенно конденсаторов, поскольку они оказывают ключевое влияние на работу блока.

Запуск сводится к предварительному подключению нагрузки, например, резистора 68 Ом/10 Вт и подаче соответствующего напряжения от лабораторного источника питания. После включения питания выходное напряжение устройства должно составлять 12 В ±5%.

ВНИМАНИЕ! Если устройство питается от сети переменного тока напряжением 220 В, помните, что в его схеме не предусмотрена гальваническая развязка выходного и входного напряжения.

Проверьте правильность стабилизации выходного напряжения при изменении нагрузки и значения напряжения питания. Если все работает правильно, подайте питание через изолирующий трансформатор 220 В/220 В и еще раз проверьте поведение устройства.