Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под “постоянным напряжением”. Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток) – это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.
Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации :
Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).
Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор . А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение , мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост . На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.
Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения
получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?
Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:
В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.
Зависимость пульсаций от емкости конденсатора
Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:
Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC – метр . Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.
Цепляем его к диодному мосту по схеме выше
И цепляемся осциллографом:
Смотрим осциллограмму:
Как вы видите, пульсации все равно остались.
Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.
Получаем 0,226 микрофарад.
Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.
А вот собственно и осциллограмма
Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.
Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.
Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.
А вот собственно и она
Ну вот. Совсем ведь другое дело!
Итак, сделаем небольшие выводы:
– чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.
– чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью , а также используют интегральные стабилизаторы напряжения , которые выдают чистейшее постоянное напряжение.
Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя
Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд? Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать .
где
U Д – действующее напряжение, В
U max – максимальное напряжение, В
Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула . Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!
Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).
Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:
Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть.
Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное (или по западной терминологии DC-AC преобразователь). На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей.
Принципиальная схема
В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1...VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4.
Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4.
Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения 12В в переменное 220В.
Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2.
В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.
Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе.
На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8.
От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго - через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1...VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока ("супербета"), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.
В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку.
Рис. 2. Схема выходной части импульсного преобразователя напряжения на двух мощных транзисторах.
Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.
Рис. 3. Схема сигнализатора разряда аккумуляторной батареи.
Детали и налаживание
Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:
Т(ч) = (0,7WU)/P
где W - емкость аккумулятора, Ач; U - номинальное напряжение аккумулятора, В; Р - мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,85...0,9.
Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы составит 10...12 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.
Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.
В таблице: S - площадь сечения магнитопровода; W1, W2 - количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 - диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.
Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.
Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1...VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее.
Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора.
При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность - 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.
Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках.
Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит.
Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром).
Этот конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ.
При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U.
Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02...0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2...5%.
Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3.
Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает.
Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает "пищать". Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.
После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В.
Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.
В. Д. Панченко, г.Киев, Украина.
Описание
Особенности
Характеристики
Комплектация
Принцип работы
- Ограничение тока заряда АБ;
- Естественное охлаждение;
- Высокая надежность;
- Высокий КПД.
| Модель | PS1205B |
|---|---|
| Исполнение | настенное |
| Тип выпрямителя | импульсный |
| Входные характеристики | |
| 220 | |
| 85-264 | |
| 50 | |
| Выходные характеристики | |
| 12 | |
| 13,7 ± 0,2 | |
| 10,5-13,7 | |
выходного напряжения, мВ |
не более 150 |
| Максимальный выходной ток, А | 5 |
| КПД, % | 82 |
| Аккумуляторные батареи | |
| 7 x 1 | |
| Выходной ток для заряда АБ, А |
не более 0,8 |
| Функционал управления АБ | |
| Светодиодная индикация | |
| «Сухие» контакты | есть |
| от +5 до +40 | |
| от -60 до +50 | |
| Тип охлаждения | естественное |
| Срок службы, лет | не менее 20 |
| Наработка на отказ, ч | ≥150000 |
| Гарантия, мес | 24 |
| Механические характеристики | |
| Габариты (ВхШхГ), мм | 255x190x75 |
| Масса (без АБ), кг | 1,5 |
Сертификаты
Руководства по эксплуатации
Описание
Источник бесперебойного питания постоянного тока «Штиль» PS1205B предназначен для обеспечения гарантированного электроснабжения постоянным напряжением 12 В различных типов устройств, требовательных к качеству сети:
- охранных и пожарных систем сигнализации;
- оборудования для видеонаблюдения;
- аппаратуры для контроля доступа на закрытую территорию;
- домофонов и электрических кодовых замков;
- коммутаторов, маршрутизаторов и других составляющих систем передачи данных.
Потребляемый ток подключенного оборудования не должен превышать 5 А. При выборе ИБП также необходимо учитывать, что указанный выходной ток должен обеспечивать как питание нагрузки, так и заряд АБ. Если выходного тока ИБП PS1205B Вам недостаточно, обратите внимание на более мощные модели.
Конструктивное исполнение (тип «В»)
Конструктивно источник питания выполнен в виде модуля настенного крепления с отсеком для установки аккумуляторной батареи емкостью 7 Ач. Передняя панель изделия снабжена светодиодными индикаторами наличия входного и выходного напряжения. Внутри модуля размещены клеммные колодки для подключения к ИБП сети, нагрузки и вывода дистанционной сигнализации. Для лучшего охлаждения кожух ИБП имеет вентиляционные отверстия.
Принцип работы
ИБП постоянного тока «Штиль» PS1205B построено по схеме ШИМ преобразователя переменного тока напряжением 220 В в постоянный ток с напряжением 12 В. Такой принцип работы позволяет обеспечить требуемые нагрузочные характеристики при минимальных массогабаритные показателях. Для соответствия требованиям электромагнитной совместимости в изделии установлены помехоподавляющие входные и выходные фильтры.
Источник питания осуществляет автоматический переход на режим работы от АБ при пропадании сетевого напряжения. Реализованная в изделии схема ограничения тока заряда аккумуляторной батареи и защита от «глубокого» разряда позволяют оптимальным образом использовать ее ресурс. Автоматический переход в режим работы от сети происходит при восстановлении параметров входного напряжения.
Особенности
- Защита от перегрузки и короткого замыкания с автоматическим восстановлением;
- Защита от неправильной полярности подключения аккумуляторной батареи с полным восстановлением после устранения аварийного режима;
- Индикация наличия входного и выходного напряжения;
- Гальваническая развязка входных и выходных цепей;
- «Сухие» контакты дистанционной сигнализации;
- Широкий диапазон входного напряжения;
- Защита от «глубокого» разряда АБ (отключение аккумуляторной батареи при ее разряде на 80-85%);
- Ограничение тока заряда АБ;
- Автоматический заряд/подзаряд аккумуляторной батареи в буферном режиме;
- Естественное охлаждение;
- Высокая надежность;
- Высокий КПД.
Характеристики
| Модель | PS1205B |
|---|---|
| Исполнение | настенное |
| Тип выпрямителя | импульсный |
| Входные характеристики | |
| Номинальное входное напряжение переменного тока, В | 220 |
| Диапазон входного напряжения, В | 85-264 |
| Номинальная входная частота, Гц | 50 |
| Выходные характеристики | |
| Номинальное выходное напряжение постоянного тока, В | 12 |
| Диапазон выходного напряжения постоянного тока при работе от сети, В | 13,7 ± 0,2 |
| Диапазон выходного напряжения постоянного тока при работе от АБ, В | 10,5-13,7 |
| Среднеквадратичное значение пульсаций выходного напряжения, мВ |
не более 150 |
| Максимальный выходной ток, А | 5 |
| КПД, % | 82 |
| Аккумуляторные батареи | |
| Ёмкость и количество АБ (ограниченные размером батарейного отсека), Ач x шт. | 7 x 1 |
| Выходной ток для заряда АБ, А |
не более 0,8 |
| Функционал управления АБ | защита от «глубокого» разряда, защита от неправильной полярности, ограничение тока заряда, автоматический заряд/подзаряд аккумуляторной батареи в буферном режиме |
| Панель управления и интерфейсы | |
| Светодиодная индикация | наличия входного и выходного напряжения |
| «Сухие» контакты | есть |
| Надежность и эксплуатационные характеристики | |
| Диапазон рабочей температуры, 0 С | от +5 до +40 |
| Диапазон температуры хранения, 0 С | от -60 до +50 |
| Тип охлаждения | естественное |
| Срок службы, лет | не менее 20 |
| Наработка на отказ, ч | ≥150000 |
| Гарантия, мес | 24 |
| Механические характеристики | |
| Габариты (ВхШхГ), мм | 255x190x75 |
| Масса (без АБ), кг | 1,5 |
