Двухполярный источник питания ±12 ВDC от 230 ВAC — схема и руководство

Схема двухполярного источника питания 230 ВAC → ±12 ВDC

Как следует из названия, схема преобразует сетевое напряжение ~220В AC в два напряжения +12В и -12В DC одновременно. Особенность: оба напряжения получаются одновременно.

Существуют применения, где цепь требует положительное и отрицательное напряжение одинаковой величины одновременно — здесь нужен двухполярный источник. Это необходимо для работы схемы и защиты оборудования, где требуется двухполярное питание. Простая схема решает эту задачу, здесь мы спроектируем и построим двухполярный источник питания.

Связанные проекты:

• Автоматический выключатель света в ванной — схема и принцип
• Автоматический дверной звонок с детекцией объектов на Arduino

Схема двухполярного источника питания

Соберете компоненты точно как на схеме ниже для правильной работы.

Необходимые материалы

1. Трансформатор с центральным отводом (центр-тап)
2. Выпрямительные диоды
3. Конденсаторы
4. Стабилизаторы напряжения (IC 7812 и 7912)
5. Тумблер (выключатель)
6. DC нагрузка или двигатель

Связанные проекты:

• Преобразователь 12В в 5В — Boost и Buck конвертеры
• Простая схема мигалки 24В

Трансформатор

Универсальный корпусный трансформатор сетевого напряжения. Первичная обмотка 240В, вторичная с центральным отводом. Трансформатор работает как понижающий: AC 240В → DC 12В.

Трансформатор — электроустройство для регулирования AC напряжений. Может повышать или понижать напряжение. Принцип: две обмотки, тесно расположенные. Переменный ток создает магнитное поле. Взаимная индукция между катушками обеспечивает передачу энергии. Изменяющийся магнитный поток индуцирует ЭДС во вторичной обмотке. Часто используют ядро из высокопроводимого кремнезакалистой стали. Схема трансформатора ниже.

Связанные материалы:

• Идеи финальных проектов по электронике
• Идеи проектов для студентов-электротехников
• Простые идеи мини-проектов по электронике для начинающих

Диод 1N4007

1N4007 — выпрямительный p-n переход. Пропускает ток только в одном направлении. Применения: свободно-вращающиеся диоды, выпрямление источников питания, инвертеры, преобразователи.

Распиновка 1N4007
Ножка	Имя	Заряд
1	Анод	+
2	Катод	-

Понимание компонента улучшается знанием его электрических характеристик.

Электрические характеристики 1N4007
Параметр	Значение	Единицы
Прямое напряжение при 1.0 А	1.1	В
Обратный ток при 25°C	5	мкА
Полная емкость при 1.0 МГц	15	пФ
Макс. обратный ток при нагрузке 75°	30	мкА
Средний выпрямленный прямой ток	1	А
Пиковое повторяющееся обратное напряжение	1000	В

Особенности 1N4007:

• Низкий утеточный ток
• Низкое прямое падение напряжения
• Высокая импульсная пропускная способность

Связанные проекты:

• Детектор скорости автомобиля — схема и код
• Схема тестера кабелей и проводов

Основные применения во встраиваемых системах:

1. Преобразователи
2. Коммутация во встраиваемых системах
3. Свободно-вращающиеся диоды
4. Инвертеры
5. Общее выпрямление источников питания
6. Защита от обратного тока микроконтроллеров (Arduino, PIC)

Стабилизатор IC 7812

Из двух типов стабилизаторов, IC 7812 выдает положительное выходное напряжение относительно общей земли. Аналогичный IC семейства 79** — 7912 — выдает отрицательное напряжение относительно общей земли.

Существует много типов корпусов (TO-3, TO-92, SMD), но чаще всего TO-220. Есть порог входного напряжения для работы.

Входное напряжение должно быть выше выходного минимум на 2.5В. Также есть порог по току — входной ток должен быть ~1 А выше выходного.

Преимущества IC 7812:

• Не требует внешних компонентов для балансировки/насыщения выхода.
• Встроенная защита от импульсных перегрузок по току.
• Встроенный радиатор предотвращает перегрев и КЗ.

Связанные проекты:

• Умная домашняя автоматизация — схема и код
• Контроллер температуры паяльника

Распиновка IC 7812:

У IC 3 ножки. Ножка «in» — положительный вход. Ножка «out» — положительный выход. Третья ножка — общая (земля) для входа и выхода.

Стабилизатор IC 7912

В отличие от 7812, 7912 стабилизирует выход на постоянных -12В (а не +12В). Из всех отрицательных стабилизаторов 7912 — самый распространенный. Из серии 79**, число 12 означает -12В на выходе.

Характеристики, похожие на 7812:

• Минимальное входное напряжение ~ -14.5 В
• Пиковый ток ~ 2 А
• Средний выходной ток до 1 А
• Встроенная защита от перегрузки и КЗ
• Только корпус TO-220 (как 7812)

Схема с 3 ножками:

Применения IC 7912:

• Схемы, требующие постоянные -12В, опорное напряжение для аналоговых/цифровых схем
• Ограничитель тока (пропускает ограниченный ток)
• В комбинации с положительным стабилизатором для двухполярных схем
• Защита от переполюсовки выхода (встроенная защита от перенапряжения и КЗ)

Связанные проекты:

• Электронный глаз — LDR и IC 4049 для охраны
• Автоматический LED аварийный светильник

Принцип работы двухполярного источника питания

Работа объясняется в 4 этапа:

1. Преобразование 220В сети в 12В AC с понижающим трансформатором с центральным отводом.

Вход схемы — от сети, сначала нужно снизить напряжение близко к желаемому выходу. Здесь выход трансформатора ~12В.

Первичная сторона центрального отвода подключена к сети, выход с другой стороны ~24В. Это потому, что используется трансформатор с центральным отводом. При измерении на внешних концах вторичной обмотки — 24В.

Но каждый конец относительно центрального отвода показывает 12В. И каждая сторона дает одинаковое по величине напряжение, но разной полярности. Так получаем два AC напряжения одинаковой амплитуды (12В), сдвинутых на 180°.

2. Преобразование 12В AC в 12В DC с полномостовым выпрямителем.

Два внешних вывода с 12В противоположной полярности подключены к мостовому выпрямителю (полному мосту). Выпрямитель преобразует AC в DC. Это конвертер на диодах.

Для данной схемы диодный мост собран из диодов с током 6А и напряжением 400В. Значения выбраны с учетом питания от сети.

3. Фильтрация пульсаций на выходе выпрямителя.

Внутренне выпрямители дают пульсации на выходе. Такое напряжение не может нормально питать схему. Пульсации нужно убрать. Это делают конденсаторы — фильтры. Значения: 2200 мкФ, 25В. Дают 12В DC с минимальными пульсациями.

4. Стабилизация 12В DC питания.

Выходы конденсаторов нельзя подключать напрямую к питаемой схеме. Конденсаторы заряжены до 12В, так как подключены только к фильтру. При подключении нагрузки они перезаряжаются и не дадут стабильного выхода.

Нужен стабилизатор. Используются 7812 и 7912 — выдают +12В и -12В DC.

Применения двухполярного источника питания

• Операционные усилители (Op-amp) требуют два источника: положительный и отрицательный. Схемы на Op-amp можно питать от двухполярного источника.
• При нагрузке DC-двигателем, он работает в каждой полярности половину времени. Для моделирования такого поведения используется двухполярный источник.