DC-DC конвертер на LT1074

Импульсный преобразователь постоянного напряжения может быть сделан на дискретных элементах однако существует множество интегральных микросхем, со встроенными силовыми ключами и системами управления, построение преобразователей, на которых, требует малого количества дополнительных элементов обвязки что избавляет от необходимости проводить сложные расчеты, разводку платы и пайку множества элементов. Такой вариант, естественно, предпочтительнее если не требуются какие то специфические свойства или особенности преобразователя которые невозможно реализовать на готовых микросхемах. Одной из таких микросхем является LT1074 - понижающий импульсный преобразователь с максимальным выходным током - 5А и частотой 100кГц. В документации, на данную микросхему, есть схема преобразователя которую можно использовать. Можно также менять, в некоторых пределах, номиналы используемых деталей.

Резисторы R1 и R2 можно заменить потенциометром (с сопротивлением близким к сумме сопротивлений этих резисторов) и получить DC-DC преобразователь с регулируемым выходным напряжением. Диод должен быть быстродействующим (желательно Шоттки) с максимальным током который требуется на выходе (5А например). Дроссель желательно ставить с соответствующей индуктивностью. Если нет возможности точно определить индуктивность то установить подходящий дроссель можно методом подбора. Ток дросселя также должен быть не менее требуемого тока в нагрузке т.е. провод, которым он намотан, не должен быть слишком тонким чтобы не перегреваться. Посмотреть тест схемы можно на видео:

КАРТА БЛОГА (содержание)

Стабилизатор на lm2575

Довольно часто, при конструировании какого либо электронного устройства необходимо чтобы это устройство имело несколько разных источников стабильного напряжения, например один для питания силовой части устройства, другой для питания драйвера силовой части и ещё один для питания управляющей драйвером части устройства. Если это устройство запитывается например от аккумулятора то наиболее простым способом решить проблему необходимости нескольких источников питания, без использования нескольких аккумуляторов, является использование нескольких понижающих линейных стабилизаторов напр. LM7818 для создания +18В и LM7805 для создания +5В. При этом вся схема дополняется, всего навсего, двумя дополнительными элементами. Однако линейные стабилизаторы обладают большим недостатком - они имеют низкий КПД что, в конечном итоге, приводит не только к более быстрой разрядке аккумулятора но также ещё и к нагреву (или даже перегреву) линейных стабилизаторов и необходимости использовать большие радиаторы что ухудшает массогабаритные показатели устройства. Импульсные же стабилизаторы обладают гораздо большим КПД и следовательно не так сильно нагреваются в процессе работы. Однако они более сложны. Разнообразные производители электронных компонентов всячески стараются решить эту проблему чтобы повысить продажи своих продуктов поэтому существует множество разнообразных интегральных микросхем внутри которых уже реализованы основные узлы импульсного стабилизатора напряжения и все что остается сделать конструктору это дополнить такую микросхему небольшим количеством дополнительных элементов и получить готовый импульсный преобразователь. Например существует популярная микросхема LM2575 которая является импульсным понижающим DC-DC конвертором напряжения. Если заглянуть в документацию на данную микросхему https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2575-n.pdf то можно увидеть что существует несколько вариантов данной микросхемы - на 3.3В, 5В, 12В, 15В и с регулируемым выходным напряжением. Последний вариант самый интересный т.к. с такой микросхемой можно сделать любое напряжение но с ней схема становиться больше на два резистора что, возможно, не так уж и страшно. Также стоит обратить внимание на то что есть ещё вариация данной микросхемы то входному напряжению. Первый вариант - просто LM2575 с входным напряжением до 45В, второй вариант LM2575HV - высоковольтный с входным напряжением до 63В (т.е. полноценный источник питания 220 - напр. 12в из него не получится). Схема преобразователя довольно проста и она есть в документации.

Микросхему необходимо дополнить дросселем с индуктивностью не менее 330 микроГенри (не очень большая индуктивность), диодом шоттки (на не менее 1А), конденсаторами электролитическими и парой резисторов для задания напряжения (если вариант этой микросхемы не с -ADJ то резисторы не нужны) которые можно рассчитать в программе ниже:

рассчет напряжения на выходе по сопротивлениям резисторов R1 и R2

R1=кОм(значение в диапазоне от 1кОм до 5кОм)
R2= кОм Ом

напряжение на выходе=В

рассчет R2 по R1 и напряжению на выходе

напряжение на выходе=В
R1=кОм(значение в диапазоне от 1кОм до 5кОм)

R2=кОм
ближайшее R2 из ряда Е24=кОм

Можно также посмотреть видео про данный стабилизатор:

Автономный электрогенератор на элементах Пельтье для зарядки смартфона

Изготовить электрогенератор на элементах пельтье в домашних условиях не трудно однако данные элементы выдают небольшое напряжение которое зависит от разности температур и может сильно изменяться. Для того чтобы это исправить можно дополнить генератор на элементах пельтье специальным DC-DC конвертером. Обычно такие конвертеры делают по 3ём основным схемам в которых имеется дроссель т.е. катушка индуктивности которая обладает свойством накапливать энергию какое то время а потом какое то время её отдавать. Это является основным свойством катушки которое используется в данных конвертерах для управления напряжением на выходе такого конвертера. Однако конвертер можно сделать другой. Например можно сделать такой конвертер схема которого на рисунке:

Рисунок 1 - Преобразователь постоянного напряжения для генератора на элементах Пельтье

Работает этот преобразователь так:
Сначала постоянное напряжение с элементов Пельтье преобразуется в переменное двухтактным генератором синусоидальных колебаний на двух биполярных транзисторах с малым напряжением насыщения.
Потом трансформатором данное переменное напряжение повышается.
После чего выпрямляется мостом на диодах VD1-VD4, сглаживается конденсаторами и стабилизируется линейным стабилизатором напряжения.
Данная схема обладает невысокой эффективностью по сравнению с импульсными преобразователями на дросселях, однако линейный стабилизатор хорошо стабилизирует напряжение и возможно что он более безопасен для всевозможных гаджетов которые можно заряжать данным генератором чем например импульсный. Увидеть тест данного генератора и послушать рассказ о нем можно на видео:

Есть также картинка о параметрах сердечника трансформатора и намотке обмоток данного трансформатора:

КАРТА БЛОГА (содержание)

Электрогенератор на элементе Пельтье

Существует некоторое количество способов преобразования тепловой энергии в электрическую. Чаще всего для этого используют какой либо тепловой двигатель преобразующий тепловую энергию в механическую вместе с электрогенератором преобразующим механическую энергию в электрическую. Но также существуют преобразователи способные преобразовывать тепловую энергию непосредственно в электрическую. Такие преобразователи возможны по тому что существует эффект Зеебека. Однако несмотря на то что в таких преобразователях происходит непосредственное преобразование они всё таки, как правило, имеют меньшую эффективность чем те что используются обычно. По этой причине, на данный момент, преобразователи на эффекте Зеебека не получили широкого распространения. Однако они имеют свои преимущества, например: простота конструкции, отсутствие движущихся и трущихся частей что означает большую долговечность и низкий уровень шума. Простота конструкции означает то что их проще изготовить в домашних условиях. Для изготовления такого генератора. Для этого можно использовать элементы Пельтье http://ali.pub/3svdmu, большие радиаторы которые надо прикреплять к одной стороне элементов а также какое либо приспособление для подвода тепла к другой стороне элементов от источника тепла а также понадобиться сам источник тепла. Генератор на одном элементе Пельтье может например выглядеть примерно так:

Электрогенератор на элементе Пельтье

Генератор на фотографии выше, в ходе испытаний, смог выдать напряжение около 1.5В и ток около 100 мА. Т.о. данный генератор вполне может выполнять функцию стационарной батарейки. Но возможно что это ещё не предел. Понаблюдать за данными испытаниями можно на видео:

КАРТА БЛОГА (содержание)

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения на MAX738

Простейший понижающий импульсный стабилизатор постоянного напряжения на 5В можно собрать на микросхеме MAX738:

Рисунок 1 - Импульсный стабилизатор на 5В на микросхеме MAX738

Микросхема имеет встроенный силовой ключ и систему управления этим ключём. Данный стабилизатор является понижающим т.е. напряжение на его входе д.б. больше чем на выходе. На выходе у него +5В. Входное напряжение должно находиться в диапазоне от +6В до +16В относительно общего провода. Диод VD1 д.б. диодом Шоттки для того чтобы потери были меньше и общий КПД преобразователя был больше. Индуктивность дросселя L1 должна находиться в диапазоне от 33мкГн до 100мкГн и он д.б. рассчитан на ток больше чем 750мА. Сердечник дросселя д.б. с зазором или изготовлен из MO пермаллоя. Вывод SHDN можно использовать для управления преобразователем, можно его запустить, можно остановить используя этот вывод. Если функция управления преобразователем не нужна то этот вывод можно просто соединить с плюсом входного напряжения. Стабилизатор имеет защиту от короткого замыкания на выходе. Если использовать микросхему в SMD корпусе то для изготовления платы может подойти такая разводка:

По данной теме можно посмотреть видео дополняющее данную статью:

В  магазине можно купить готовые понижающие преобразователи с регулировкой напряжения и на разные мощности http://got.by/2ofo2b
Можно купить микросхемы MAX738 и попробовать самостоятельно изготовить стабилизатор
http://got.by/2ofo8x


КАРТА БЛОГА (содержание)

Бесплатный газ из самодельных батареек.

В статье про изготовление батарейки, получение из неё бесплатного электричества и преимуществах данного источника описан и основной недостаток такого источника электроэнергии - это необходимость тратить, на его работу, материалы для электродов и электролита. Однако если детальнее разобраться в работе батареек то можно понять что часть электродов может не вступать в химическую реакцию и т.о. они будут экономиться. Например при использовании графита и железа в растворе поваренной соли графит расходоваться не будет т.к. в воде имеется более сильный окислитель чем углерод то этот окислитель соединиться с ионом натрия. Т.е. молекула воды разделиться на две части одна из которых соединиться с ионом натрия а другая - является молекулой водорода которая, в виде газа, выделиться наружу. Т.о. мы получаем водород не только не затратив электроэнергию на его получение но ещё и получив эту энергию вместе с водородом. Водород можно использовать как обычный бытовой газ, при горении он не выделяет токсичного угарного газа, также не выделяет вредного для окружающей среды углекислого газа. Водородную горелку можно включить в закрытом помещении не боясь отравиться угарным газом. При сгорании водорода выделяется чистая вода. На картинке ниже показан принцип работы батарейки:

Рисунок 1 - Принцип работы батарейки

Пузырьки водорода на графитовых электродах

Из за выделения водорода такие батарейки нельзя делать герметичными т.к. иначе, при их работе, создастся большое давление и может произойти взрыв.

В батарейки заводского изготовления для предотвращения этого добавляют диоксид марганца который занимает большую часть пространства внутри батарейки и при этом они всё таки иногда могут взрываться (на фото выше одна из таких после взрыва).
Видео к данной статье:

Панели Солнечных Батарей http://ali.pub/1wbipx
батареи солнечные 6В http://ali.pub/1wbiic
та же что на видео http://ali.pub/1wbho7
ещё батареи http://ali.pub/1wbi72


КАРТА БЛОГА (содержание)

Как зарядить аккумулятор

Несмотря на разнообразие современных аккумуляторов и незаряжаемых батареек все они одинаковы тем что имеют два электрода помещённых в электролит и каждый аккумулятор и батарейка вырабатывают электричество по тому что в них протекает окислительно-восстановительная химическая реакция. В батарейках эта реакция необратима, поэтому их нельзя зарядить, после того как как они разрядились. В аккумуляторах она идёт в "обратную сторону" когда через них идёт ток в направлении обратном тому при котором ток идёт когда аккумулятор разряжается. Т.е. для зарядки аккумулятора надо пропустить через него ток но не подавать на него напряжение. Напряжение подавать на аккумулятор нельзя по тому что он, по идее, более близок к источнику напряжения нежели к источнику тока т.к. должен выдавать определённое напряжение не зависимо от нагрузки подключённой к нему. Давайте рассмотрим рисунок:

Рисунок 1 - Два идеальных источника напряжения

Любой человек знающий закон Ома и то что идеальный источник напряжения имеет внутреннее сопротивление равное нулю сможет понять что будет если соединить эти два источника! Т.е. поделить любое число не равное нулю на ноль. Конечно в реальности такое невозможно т.к. всё имеет активное электрическое сопротивление но тем не менее из за того что оно мало могут происходить такие нехорошие вещи как выделение большого количества тепла, перегрев и т.д. В теории электрических цепей помимо источника напряжения существует источник тока т.е. такой источник ток которого не зависит от нагрузки подключённой к нему. И именно такой источник идеально подходит для зарядки аккумулятора по тому что ситуация изображённая на рисунке ниже возможна даже с идеальными источниками:

Рисунок 2 - Зарядка аккумулятора от источника тока

Идеальный вольтметр имеет бесконечно большое активное сопротивление, а не идеальный просто очень большое настолько что им можно пренебрегать при расчётах, в большинстве случаев. Если аккумулятор не идеальный (а такими являются все аккумуляторы) то вольтметром нельзя измерить то напряжение до которого зарядился аккумулятор т.к. этот аккумулятор имеет внутреннее сопротивление на котором падает часть напряжения, это демонстрируется на рисунке:

Рисунок 3 - Напряжение на аккумуляторе при его зарядке

Если убрать источник тока то напряжение аккумулятора можно измерить:

Рисунок 4 - Измерение напряжения на аккумуляторе

Из рисунка видно что напряжение на аккумуляторе будет равно напряжению этого аккумулятора т.к. ток протекающий через аккумулятор равен нулю. Т.о. надо следить за напряжением на аккумуляторе и не допускать того чтобы оно превысило максимально допустимое. Особенно это важно для литий ионных аккумуляторов (под ними подразумеваются все литий ионные в том числе литий железо фосфатные, литий полимерные и т.д.). Ещё, для зарядки аккумулятора ток должен быть подходящим. Безопасный ток для зарядки аккумулятора - это например максимальный его ток делёный на 10 (как бы 10ти кратный запас). Т.о. получается 2 условия которые необходимо соблюсти для безопасной зарядки любой аккумуляторной ячейки.
Рассмотрим пример:
Допустим надо зарядить литий железо фосфатный (lifepo4) аккумулятор с максимальным током 800мА=0.8А. Тогда ток для безопасного заряда такого аккумулятора равен

I = 0.8/10 = 0.08А = 80 мА

Допустим у нас имеется модуль питания с напряжением 5В. Как мы уже выяснили, напрямую подключать его нельзя. Но можно подключить его через резистор и получиться что через аккумулятор будет идти постоянный ток который определяется отношением разности напряжений между модулем и разряженным аккумулятором к сопротивлению резистора. Найдём сопротивление этого резистора:

R = U/I  = (5-3)/0.08 = 25 Ом

Ближайшее большее, из стандартного ряда сопротивлений R=27 Ом
Ещё желательно рассчитать мощность резистора и подобрать его подходящим по мощности но в данном случае видно что мощность будет мала поэтому можно поставить любой резистор без опасений что он перегреется.

 

Рассчитать сопротивление и мощность резистора можно в программе:

Напряжение источника напряжения=В
Нпряжение разряженного аккумулятора=В
Максимальный ток аккумулятора=А

Сопротивление резистора=Ом
Сопротивление резистора из Е24=Ом
Мощность резистора болееВт

КАРТА БЛОГА (содержание)

Защита от короткого замыкания

Для защиты источников постоянного напряжения с напряжением от 4.5В до 10В от короткого замыкания или перегрузки можно использовать устройство собранное по схеме:

Рисунок 1 - Устройство защиты от короткого замыкания

Последовательно с нагрузкой (Rнагр.) соединяется полевой транзистор VT1 и катушка L1. Диод VD1 нужен для сброса энергии катушки в момент когда транзистор VT1 закрывается, этот диод д.б. рассчитан на такой же ток который течёт в нагрузке но если индуктивность катушки будет небольшой то скачек тока будет короткий и поэтому достаточно будет диода для которого этот ток будет импульсный, известно что максимальный импульсный ток у диодов, как правило, больше максимального прямого постоянного тока. Выход датчика Холла подключен к инвертирующему выводу компаратора LM311. Катушку L1 надо установить так чтобы при увеличении тока через неё, магнитный поток становился таким чтобы напряжение на выходе датчика холла увеличивалось. Понять примерно как надо ориентировать катушку относительно датчика можно по картинке:

Рисунок 2 - Правильная ориентация катушки относительно датчика Холла

Если нужного эффекта не удалось добиться с первого раза то катушку можно перевернуть другой стороной к датчику или поменять полярность питания или повернуть сам датчик относительно катушки. Количество витков и диаметр провода катушки зависит от максимального и нормального токов нагрузки. Для больших токов дорожки и провода должны быть толстыми для того чтобы не перегореть.
 Работает схема так: при подаче питания на выходе компаратора устанавливается низкий уровень напряжения (т.к. транзистор внутри него открывается). При нажатии на кнопку SB1 напряжение на неинвертирующем входе компаратора увеличивается до напряжения питания и становиться больше напряжения на инвертирующем входе поэтому напряжение на выходе этого компаратора становиться высоким и открывается транзистор VT1, через нагрузку и катушку начинает идти ток. Когда в нагрузке возникает короткое замыкание или нагрузка становиться слишком большой увеличивается магнитная индукция катушки и на выходе датчика Холла увеличивается напряжение и когда оно становиться больше напряжения на неинвертирующем выводе компаратора (это напряжение установлено потенциометром) на выходе компаратора напряжение уменьшается до почти нуля и из за обратной связи оно также уменьшается на неинвертирующем выводе компаратора в следствии чего транзистор остаётся закрытым до тех пор пока снова не будет нажата кнопка.
 Если нужно устройство для защиты источника питания с напряжением больше 10В то схему на рисунке 1 можно дополнить стабилитроном или стабилизатором напряжения для питания управляющей части более низким напряжением:

Рисунок 3 - Устройство защиты от короткого замыкания с питанием более 10В

Преимущество данной схемы перед схемами с шунтом для измерения напряжения заключается в том что у катушки м.б. гораздо меньшее активное сопротивление а также катушка сильно замедляет увеличение тока что даёт больше времени устройству сработать прежде чем источник питания перегорит. Плюс к этому полевой транзистор имеет очень низкое активное сопротивление в открытом состоянии и большое быстродействие.

КАРТА БЛОГА (содержание)

Переделка миниатюрного блока питания на другое напряжение

Выходные напряжения готовых продаваемых импульсных источников электропитания как правило входят в ряд стандартных напряжений (3.3В, 5В, 6В и т.д.) и предназначены для какой либо одной нагрузки рассчитанной на одно напряжение. Иногда возникают ситуации когда требуется изменить выходное напряжение, например если куплена партия источников одного напряжения для применения в разных устройствах или если нужно подогнать напряжения для использования какой либо специальной нагрузки. Если источник питания импульсный обратноходовый то в нём вероятно имеется обратная связь с какой либо обмотки для корректировки выходного напряжения и в таких источниках может иметься стабилитрон TL431 с делителем. Если в источнике имеется такой или подобные стабилитроны то напряжение на выходе этого источника можно изменить путём изменения коэффициента передачи напряжения данного делителя, для этого можно например установить вместо одного из постоянных резисторов данного делителя подстроечный, путём изменения сопротивления добиться требуемого напряжения и заменить подстроечный постоянным. На данный момент в продаже имеются недорогие миниатюрные источники питания небольшой мощности ali.pub/4rk15 (на 5В, 700мА) - в таких источниках не предусмотрена возможность изменения выходного напряжения пользователем в большую сторону (для изменения в меньшую есть площадка для напаивания линейного стабилизатора на 3.3В) но рассмотренным выше способом это можно сделать:

Из фотографий видно что для доступа к резисторам делителя для TL431 нужно отпаять электролитический конденсатор на выходе. Этот конденсатор лучше заменить на другой с такой же ёмкостью но большим напряжением если требуется это напряжение повысить относительно первоначального. SMD резистор сопротивлением 2.4кОм (маркировка 2401) был заменён на резистор сопротивлением 1кОм (маркировка 102) и напряжение было изменено с примерно 5В до примерно 8В. Проверку переделанного источника с переменным резистором можно увидеть на видео:

КАРТА БЛОГА (содержание)

Источник питания с регулируемым напряжением.

Используя простой регулируемый преобразователь постоянного напряжения можно "превратить" недорогой источник питания с каким либо одним напряжением на выходе в источник питания с регулируемым напряжением на выходе, причём некоторыми преобразователями можно регулировать напряжение как в меньшую так и в большую сторону по отношению к напряжению самого источника. Готовые лабораторные источники питания с ограничением тока, регулировкой напряжения, встроенными амперметром и вольтметром, как правило, стоят гораздо дороже источников питания с каким либо одним напряжением на выходе и имеющим какое либо одно предназначение, (например источник питания для светодиодных лент, ламп и т.д.) при одинаковой мощности. Ниже будет приведено 3 способа регулирования регулирования постоянного напряжения для источника.

1. Линейный стабилизатор постоянного напряжения на LM317.

 Про такой стабилизатор и способ его изготовления написано в статье стабилизатор напряжения на LM317. Схема его приведена на рисунке:

Рисунок 1 - Линейный стабилизатор напряжения на микросхеме LM317

Рисунок 2 - Пример сборки стабилизатора на LM317

Регулировать напряжение можно потенциометром R2. Такой регулятор самый простой в изготовлении по сравнению со следующими, хорошо стабилизирует напряжение на выходе, имеет защиту от короткого замыкания, защита от холостого хода для него не нужна но
он: подходит только для маломощной нагрузки (иначе он перегревается и "уходит в защиту"), КПД его не велик т.к. для стабилизации напряжения используется активное сопротивление, напряжение на его выходе нельзя сделать больше напряжения на его входе т.е. он только уменьшает напряжение причём для его нормальной работы между напряжением источника и напряжением на выходе д.б. некоторый запас что снижает диапазон регулировки.

 2. Понижающий импульсный преобразователь постоянного напряжения.

Для регулировки напряжения на мощных нагрузках лучше использовать импульсные преобразователи, схема одного из таких преобразователей приведена на рисунке:

Рисунок 3 - Импульсный понижающий преобразователь постоянного напряжения

Работает схема так:

Мультивибратор на таймере 555 подаёт прямоугольные импульсы на затвор полевого транзистора VT1, скважность этих импульсов можно регулировать потенциометром R3. Когда напряжение на затворе VT1 высокого уровня этот транзистор открывается и ток от источника питания идёт через катушку, нагрузку (параллельно заряжая конденсатор C3), через транзистор. Катушка в этот момент заряжается. Когда на затворе импульс пропадает, транзистор закрывается и катушка разряжается через нагрузку и диод VD3 (конденсатор тоже разряжается через нагрузку). Если частота импульсов будет высокой то пульсации напряжения и тока на нагрузке будут очень слабыми. Изменяя скважность импульсов можно изменять напряжение на нагрузке. Если на выходе будет короткое замыкание то после открытия транзистора катушка будет заряжаться а нагрузкой будет активное сопротивление всей цепи по которой идёт ток, после закрытия транзистора катушка будет разряжаться через диод VD3. Транзистор IRF640 рассчитан на 12А а источник может выдать 30А, обмотка трансформатора ТВС-110ПЦ16 тоже не рассчитана на очень большой ток поэтому для постоянного использования на мощную нагрузку лучше подобрать более подходящие детали, но в целях эксперимента и для не очень мощных нагрузок можно использовать и такую схему. Транзистор и диод необходимо приделать на радиаторы.

Рисунок 4 - Пример разводки мультивибратора

Рисунок 5 - Пример разводки преобразователя

Для того чтобы напряжение на выходе можно было не только уменьшать но и увеличивать можно использовать:

3. Универсальный импульсный преобразователь напряжения.

Универсальный он по тому что напряжение на его выходе можно как уменьшать так и увеличивать относительно напряжения на выходе источника питания.

Рисунок 6 - Универсальный импульсный преобразователь напряжения

Для управления транзистором используется точно такой же мультивибратор как и в предыдущей схеме, но в целом данный преобразователь работает несколько иначе. Когда транзистор открыт ток идёт от источника через катушку и транзистор. Катушка в этот момент заряжается. Когда транзистор закрывается ток идёт через нагрузку, диод и катушку. Если на выходе такого преобразователя не будет нагрузки то в момент закрытия транзистора напряжение на катушке сильно возрастёт и транзистор VT1 перегорит поэтому для данного преобразователя обязательно нужна защита от холостого хода на выходе. Если на выходе будет короткое замыкание то через диод VD3 и катушку пойдёт большой ток и они перегорят поэтому для данного преобразователя обязательно нужна защита от короткого замыкания на выходе. При использовании тех же деталей что на схеме на рисунке 6 при длительном включении данного преобразователя с высоким напряжением на выходе транзистор сильно перегревается поэтому для постоянного использования схему желательно доработать но в целях эксперимента или при постоянной неотключаемой нагрузке с напряжением не более 100В данную схему можно использовать.

Рисунок 7 - пример разводки универсального преобразователя

Испытания данных преобразователей с источником  на 12В 30А 360Вт для светодиодных лент
 можно увидеть на видео:

https://alii.pub/6igzuf -источники питания с регулируемым напряжением

КАРТА БЛОГА (содержание)

Бестрансформаторный источник питания на резисторах.

Бестрансформаторные источники питания очень редко применяются т.к. имеют множество недостатков например большое потребление электроэнергии, опасность их использования. Однако такие источники просты в изготовлении и их, без труда, сможет изготовить любой желающий при наличии необходимых деталей.
Рассмотрим схему:

Рисунок 1 - Бестрансформаторный источник питания

В данной схеме для снижения напряжения на нагрузке до необходимого уровня используются два резистора но можно использовать один на достаточную мощность, минимальную мощность резистора можно определить по формуле:

P=(UIN-UOUT)*IOUT

Где UIN - амплитудное напряжение на входе источника, UOUT - напряжение на выходе источника, IOUT - ток нагрузки.
После резисторов стоит диодный мост для выпрямления тока. На выходе моста стоит стабилитрон "усиленный" транзистором (транзистор усиливает ток), стабилитрон д.б. на то напряжение которое д.б. на выходе (минус падение на переходе база-эмиттер транзистора), конденсатор на выходе нужен для того чтобы напряжение на выходе не проседало в моменты перехода сетевого напряжения через ноль.
Сопротивление резистора (или суммарное сопротивление резисторов) для снижения напряжения на нагрузке
можно рассчитать по формуле:

R=(UIN-UOUT)/IOUT

Если ставится несколько резисторов то, по возможности, они должны иметь одинаковые сопротивления и мощность, если так сделать не получается то надо добиться того чтобы мощность на каждом резисторе не превышала ту максимальную на которую резистор рассчитан.

Использовать такие источники не рекомендуется, трансформаторные не намного сложнее и намного экономичнее и безопаснее: http://electe.blogspot.ru/2013/12/blog-post.html.

Рассчитать сопротивление резистора(ов) и его (их) мощность можно в программе:

Напряжение на входе U_IN=В
Требуемое напряжение на выходе U_OUT=В
Требуемый ток на выходе I_OUT= A мA мкA

Сопротивление резистора R=Ом
Мощность резистора д.б. больше чем P=Вт
Сопротивление резистора из ряда E24=Ом

Как сделать батарейку.

Батарейка - это устройство преобразующее химическую энергию в электрическую, в отличии от тепловых устройств например бензиновых электрогенераторов или тепловых электростанций работающих на горючем топливе и осуществляющих такое же преобразование батарейки имеют гораздо больший КПД при своих размерах, имеют простое устройство и их можно изготовить в домашних условиях. Высокий КПД батареек объясняется тем что химическая энергия в них преобразуется в электрическую напрямую. Например в бензиновом генераторе сначала химическая энергия превращается в тепловую после чего в кинетическую и только потом уже в электрическую и на каждом этапе преобразования много энергии уходит впустую. В батарейках как и в тепловых генераторах для получения энергии расходуются ресурсы. В тепловых генераторах этими ресурсами может быть бензин, уголь, дерево, спирт и т.д. т.е. всё что горит а также кислород воздуха. В батарейках это материалы из которых изготовлены электроды и электролит - в этом, как правило, заключается один из их основных недостатков т.к. проще заменить батарейку целиком (даже с не до конца израсходованными ресурсами) чем делать сложный механизм подачи электродов и электролита в рабочую область и механизм отвода продуктов реакции. Ещё одним недостатком батареек является то что ресурсов для их работы как правило не имеется в природе в чистом виде т.е. если например для работы тепловой электростанции нужно из земли достать уголь и сразу закинуть в топку то для того чтобы получить железо, для батарейки, его нужно сначала добыть из руды. Но тем не менее при всех недостатках батареек они всё же занимают своё место в производстве всей энергии в мире хотя возможно и незаслуженно малое.
  В батарейках, также как и в тепловых электрогенераторах, происходят окислительно восстановительные реакции. В тепловых электрогенераторах восстановителем является топливо а окислителем кислород воздуха, в батарейках восстановителем является материал одного электрода в окислителем материал другого.
  Простейшую батарейку можно изготовить имея графит, железную ёмкость и солёную воду (можно даже морскую). В процессе работы такой батарейки будут расходоваться электроды и электролит, но электролит будет расходоваться быстрее а энергия выдаваемая такой батарейкой будет небольшой поэтому её можно будет долго использовать просо меняя воду. Для повышения максимальной мощности отдаваемой батарейкой надо стремиться увеличить площадь электродов, уменьшить расстояние между ними и уменьшить сопротивление электролита. В данном случае для уменьшения сопротивления электролита можно повышать концентрацию соли в растворе. При изготовлении батарейки также важно сделать так чтобы электроды не касались друг друга в растворе иначе батарейка разрядится очень быстро, для того чтобы этого не происходило можно использовать пластиковый какой нибудь оградитель, например можно в качестве одного электрода использовать жестяную банку из под консервов с немного насыпанными в неё кусками железа (желательно оцинкованными) а в качестве другого электрода пластиковый стаканчик из под йогурта с проделанными в нём дырками и засыпанными в него кусками графита. Графит можно найти возле троллейбусного депо. К самому целому куску графита надо приделать провод, потом положить этот кусок в дырявый стаканчик и засыпать туда остальные куски поменьше. Далее нужно поместить дырявый стаканчик в жестяную банку и залить туда солёной воды (интересно что даже с обычной водой из под крана такая батарейка работает и выдаёт примерно 1В). Процесс изготовления такой батарейки можно увидеть на видео ниже.
Примерное грубое (возможно неграмотное) представление о том как работает такая батарейка можно увидеть на картинке:

Процесс изготовления батарейки, проверка её работы и некоторая дополнительная информация есть на видео:

КАРТА БЛОГА (содержание)

Стабилизатор напряжения на LM317.

LM317 - это недорогая микросхема стабилизатор напряжения со встроенной защитой от короткого замыкания на выходе и от перегрева, на LM317 может быть изготовлен простой в сборке линейный стабилизатор постоянного напряжения которое м.б. регулируемым. Такие микросхемы бывают в разных корпусах например в ТО-220 или в ТО-92. Если корпус ТО-92 то последние две буквы названия будут LZ т.е. так: LM317LZ, цоколёвки этой микросхемы в разных корпусах различаются поэтому нужно быть внимательнее, также существуют такие микросхемы в smd корпусах. Заказать LM317LZ оптом небольшой партией можно по ссылке: LM317LZ (10шт.), LM317T по ссылке: LM317T (10шт.). Рассмотрим схему стабилизатора:

Рисунок 1 - Стабилизатор постоянного напряжения на микросхеме LM317LZ

Данный стабилизатор помимо микросхемы содержит ещё 4 детали, резистором R2 регулируется напряжение на выходе стабилизатора. Для простоты сборки можно воспользоваться схемой:

Рисунок 2 - Стабилизатор постоянного напряжения на микросхеме LM317LZ

Все стабилизаторы постоянного напряжения делятся на 2 типа это:
1) линейные (как например в нашем случае т.е. на LM317),
2) импульсные (с большими КПД и для более мощных нагрузок).
Принцип работы линейных (не всех) стабилизаторов можно понять из рисунка:

Рисунок 3 - Принцип работы линейного стабилизатора

Из рисунка 3 видно то что такой стабилизатор представляет собой делитель нижним плечом которого является нагрузка а верхним сама микросхема. Напряжение на входе меняется и микросхема изменяет своё сопротивление так чтобы на выходе напряжение было неизменным. Такие стабилизаторы обладают низким КПД т.к. часть энергии теряется на микросхеме. Импульсные стабилизаторы тоже представляют собой делитель только у них верхнее (или нижнее) плечо может либо иметь очень низкое сопротивление (открытый ключ) либо очень высокое (закрытый ключ), чередованием таких состояний создаётся ШИМ с высокой частотой а на нагрузке напряжение сглаживается конденсатором (и/или ток сглаживается дросселем), таким образом создаётся высокое КПД но из за высокой частоты ШИМа импульсные стабилизаторы создают электромагнитные помехи. Существуют также линейные стабилизаторы в которых элемент осуществляющий стабилизацию ставиться параллельно нагрузке - в таких случаях этим элементом обычно является стабилитрон и для того чтобы осуществлялась стабилизация на это параллельное соединение подаётся ток от источника тока, источник тока делается путём установки последовательно с источником напряжения резистора с большим сопротивлением, если напряжение подавать на такой стабилизатор непосредственно то стабилизации не будет а стабилитрон скорее всего перегорит.

Выходное напряжение можно рассчитать по формуле:

Где для LM317 (а также для LM217, LM117):

Также для расчёта можно воспользоваться программой:

Требуемое напряжение на выходе U_OUT=В
Сопротивление резистора R1=Ом (рекомендуеся оставить 240 Ом)

Сопротивление резистора R2=Ом
Сопротивление резистора R2 из ряда E24=Ом

КАРТА БЛОГА (содержание)

Источник питания на TOP243.

Использование микросхем ШИМ контроллеров, со встроенными ключами, фирмы Power Integrations и программы PI expert (этой же фирмы) позволяет значительно упростить процесс создания импульсных источников питания. На рисунке 1 приведена принципиальная электрическая схема импульсного обратноходового источника питания на микросхеме TOP243YN:

Рисунок 1 - Источник питания на TOP243YN

Т.к. силовой ключ встроен в микросхему то большинство (если не все) проблем связанных с управлением ключём уже решены при выборе микросхемы. Микросхема выбирается в зависимости от требуемой мощности источника (в этом поможет программа PI expert). Микросхемы разделены на семейства которые, в свою очередь, входят в линейки. 

Линейка продуктов TinySwitch содержит семейства TinySwitch-1 - TinySwitch-4 (TNYxxx) которые представлены микросхемами, на момент написания данной статьи, мощностью до 28.5 Вт (микросхема TNY290K в открытом исполнении). Микросхемы данных семейств хороши тем что при создании источников питания на этих микросхемах нет необходимости в обмотке обратной связи, обратная связь в них происходит через оптрон - это упрощает процесс создания источника питания. Есть линейка TOPSwitch включающая в себя семейства:

TOPSwitch-JX, TOPSwitch-GX и TOPSwitch-HX представленные микросхемами, на момент написания данной статьи, мощностью до 333 ВТ (микросхема TOP262EN в открытом исполнении при постоянном входном напряжении 230В+-15%) (довольно не мало для интегральной микросхемы ШИМ контроллера со встроенным ключём!). Есть линейка LinkSwitch которая содержит много разных семейств в которых много разных микросхем различающихся мощностью, назначением и т.д. Недавно (на момент написания данной статьи) появилась линейка InnoSwitch включающая в себя семейство InnoSwitch-CH микросхем на которых получаются очень простые источники. При использовании микросхем данного семейства отпадает необходимость в оптроне обратной связи а вместо диода на выходе используется полевой транзистор который синхронно открывается с силовым ключём (ключ закрыт а полевой транзистор на выходе открыт (и наоборот) т.к. преобразователь обратноходовый) (это только предположение но скорее всего так и есть). Есть ещё DPA-Switch и много других обо всех можно узнать на странице официального сайта. Изготовить плату для источника, схема которого на рисунке 1, можно подручными инструментами пригодными для вырезания канавок в текстолите но при этом необходимо выполнять рекомендации приведённые в программе. 

Одна из рекомендаций -это минимизация цепи рассеяния выброса на первичной обмотке состоящая из элементов: C2, R4, R5, VD2, первичной обмотки, стока силового ключа микросхемы т.е. дорожки и расстояния между элементами этой цепи д.б. как можно меньше. Возможно это связано с тем что "выброс" напряжения на первичной обмотке при недостаточной нагрузке или её отсутствии может создавать большие помехи. Дорожки от вывода D (сток силового ключа (вывод 7)) должны быть как можно дальше от дорожек от выводов L (вывод 2) и X (вывод 3). Резисторы R2 и R3 нужно расположить как можно ближе к выводу L (вывод 2). Также необходимо минимизировать цепь сформированную вторичной обмоткой, выходным диодом и выходными фильтрующими элементами (С7-С9,С11, L1).

Некоторые полезные советы (и др. информацию) при изготовлении таких (фирмы фирмы Power Integrations) источников можно посмотреть на странице импульсный блок питания своими руками где более подробно рассмотрен процесс создания проекта и изготовления источника на микросхеме TNY266. Микросхемы TOP243 в дип корпусе можно недорого заказать небольшой партией. Поштучно выходит не выгодно т.к. цена за одну штуку в партии из одной штуки (особенно на небольшие товары вроде микросхем) почти всегда ниже чем за одну штуку в партии из количества штук более одной, к тому же желательно перестраховаться на всякий случай чтобы не заказывать более одного раза. Чем больше партия тем выгоднее покупать но слишком большие естественно нет смысла заказывать если в этом нет необходимости. Можно например заказать 20шт. TOP243YN. YN -означает уже не DIP корпус и не SMD а большой корпус для для крепления на радиатор -такой вариант на мой взгляд самый лучший т.к. будет лучшее охлаждение чем если бы оно шло через медные площадки на плате как это осуществляется с микросхемами в DIP или SMD корпусах.

КАРТА БЛОГА (содержание)

Импульсный блок питания своими руками.

Импульсные источники питания, по сравнению с линейными, имеют меньшие размеры и больший КПД однако они гораздо сложнее в изготовлении и часто перегорают из за неправильного расчёта трансформатора или разводки платы (или чего либо ещё неправильного). Маломощный импульсный источник питания можно сделать своими руками если использовать одну из микросхем:
TNY263 на 7.5 Вт,
TNY264 на 9 Вт,
TNY265 на 11 Вт,
TNY266 на 15 Вт,
TNY267 на 19 Вт,
TNY268 на 23 Вт (мощности для источников в открытом исполнении);
использовать программу, свободно распространяемую программу, PI Expert которую можно скачать (для скачивания нужна регистрация) с официального сайта www.powerint.com фирмы Power Integrations и развести плату согласно рекомендациям в документации или программе PI Expert. Установочник данной программы занимает около 78МБ памяти. На момент написания данной статьи для скачивания надо перейти на Design Support-PI Expert^TM Design Software-PI Expert  Download - заполнить поля и нажать кнопку "Submit"(перед всем этим конечно надо зарегистрироваться и войти в свой аккаунт). Схему источника питания генерирует программа но можно использовать такую:

Рисунок 1 - Импульсный блок питания на 9В, 1А

Данный источник питания является импульсным понижающим обратноходовым преобразователем. В микросхему TNY266 встроен полевой транзистор который открывается с частотой 132кГц, когда этот транзистор открыт ток через первичную обмотку нарастает и в трансформаторе накапливается энергия, когда этот транзистор закрывается во вторичной обмотке возникает ЭДС, диод VD3 открывается и ток идёт в нагрузку. Диод VD3 должен быть мощным диодом Шоттки или обычным, с p-n переходом, но быстрым. Элементы C3, R2, VD2 нужны для того чтобы в случае отсутствия достаточной нагрузки защитить микросхему от высокого напряжения т.к. трансформатор всё равно выведет энергию наружу. Несмотря на наличие защиты данный блок питания без нагрузки лучше не включать или можно на выход поставить резистор с большим сопротивлением на всякий случай. Короткое замыкание или слишком большую нагрузку на выходе тоже лучше не делать т.к. от большого тока диод VD3 перегорит. Конденсатор C2 нужен для питания микросхемы в те моменты когда полевой транзистор этой микросхемы открыт, т.к. частота большая (132кГц) достаточно 0.1мкФ. На входе стоит резистор с сопротивлением 11Ом для ослабления бросков тока через диодный мост. Оптрон U2, стабилитрон VD4 и резисторы R3-R5 создают обратную связь для правильной работы микросхемы U1, сопротивления этих резисторов и напряжение стабилизации стабилитрона определяет программа PI Expert. Если требуется источник с другим напряжением на выходе и током то достаточно пересчитать только трансформатор и резисторы R3-R5, если ток на выходе больше 3А то VD3 подобрать с большим током, остальное можно оставить как есть. Начать лучше с трансформатора, для него нужно найти сердечник с зазором, можно например взять сердечник из трансформатора от телевизора:

Тип сердечника определяется по его длине например если длина 28мм то это сердечник EE28.
Есть также сердечники: EE16, EE19, EE20, EE22 и.т.д. от EE5 до ЕЕ320 (или может ещё какие либо есть). Трансформатор обязательно должен иметь зазор и подходить по мощности. Если программа выведет сообщение об ошибке то нужно сделать необходимые исправления. При первом запуске программы выбираете в меню файл-создать

 выбираете в поле "Линейка продуктов" TnySwitch нажимаете "Далее"

выбираете Диап. 230V нажимаете "Далее"

нажимаете "Добавить..." выбираете напряжение и ток нажимаете "ОК"

нажимаете "Далее"
нажимаете "Готово"
теперь выберите с какого сердечника будут начинаться доступные сердечники в вашем проекте и на каком они будут заканчиваться, нажмите "ОК" на

Нажмите "Выбрать"

Перед вами появится схема, нажмите два раза на трансформатор, выберите сердечник и нажмите "ОК"

Перейдите по вкладке "конструкция трансформатора" и сделайте трансформатор как написано в инструкции

Мотать обмотки надо ровно виток к витку

Очень важно не ошибиться с фазировкой
Перейдите по вкладке "Схема"

 Можете поставить такой стабилитрон и резистор как на схеме, можете выбрать другой стабилитрон (аналогично тому как сделано с трансформатором) в этом случае программа добавит последовательно стабилитрону резистор, также можно собрать блок питания по схеме в программе. Рекомендуемый пример разводки печатной платы появится если перейти по вкладке "Макет"

Лучше скачать программу на русском языке.
Плату можно сделать надфилем из фольгированного стеклотекстолита:

Главное делать аккуратно и не сломать надфиль.

Подробнее пример сборки и испытания блока можно увидеть на видео:
Дорожка от вывода 5 микросхемы TNY266 до трансформатора должна быть как можно короче.
Диодный мост DB107 на фотографии выше перевёрнут. TNY266PN можно недорого заказать по ссылке http://ali.pub/txdeu, трансформатор бесплатно вынут (потом перемотан) из платы от телевизора, остальные детали не очень дорогие и большую их часть тоже можно вынуть из телевизора или заказать недорого.

Блок питания готов! Напоследок напоминаю что такие (обратноходовые) источники нельзя перегружать и нельзя недогружать. Хотя в схеме имеются защиты но лучше ими не злоупотреблять.
КАРТА БЛОГА (содержание)