Иногда возникает необходимость изготовления и расчета собственного блока питания по своим параметрам. И в большинстве случаев достаточно воспользоваться простыми практически пригодными расчетами.

Расчет выпрямителя

Основа выпрямительного устройства - это выпрямительные диоды и сглаживающий конденсатор (фильтр). Исходными данными для расчета выпрямителя служат требуемое напряжение на нагрузке Uн и потребляемый ею максимальный ток Iн. Расчет ведут поэтапно.
1)Во-первых, необходимо определить выходное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке выбранного или рассчитанного нами понижающего трансформатора. Вычисляется оно с применением таблицы, показанной ниже и формулы U2 = B*Uн, где В - коэффициент, зависящий от тока нагрузки, а Uн - постоянное напряжение на нагрузке.

табл.1

Коэффициент
Ток нагрузки, А
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
В
0,8
1,0
1,2
1,4
1,5
1,7
С
2,4
2,2
2,0
1,9
1,8
1,8

2)Во-вторых, по току нагрузки определяют максимальный ток через каждый диод выпрямительного моста, а именно Iд = 0,5С*Iн, где Iд - ток, протекающий через диод в амперах (А), С - коэффициент, определяемый током нагрузки согласно табл.1.
3)В-третьих, высчитывают обратное напряжение, под которым будет находится каждый диод выпрямителя по формуле Uобр = 1,5Uн, где Uобр - обратное напряжение в Вольтах (В), Uн - напряжение на нагрузке в вольтах (В).
4)В-четвертых, подбирают диоды согласно расчетных значений выпрямленного тока, который будет протекать через диод и обратного напряжения. Справочные значения данных величин должны быть у выбранных диодов не менее расчетных значений, вычисленных по вышеприведенным формулам.
5)И в-пятых, определяют емкость сглаживающего конденсатора (сглаживающего фильтра): Сф = 3200*Iн/Uн*Кп, где Сф - емкость конденсатора в мкФ, Iн - максимальный ток нагрузки, Uн - напряжение на нагрузке, Кп - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100Гц к среднему значению выпрямленного напряжения).

Для различных нагрузок коэффициент пульсаций не должен превышать определенного значения, иначе, скажем, в динамике или наушниках будет прослушиваться фон переменного тока. Обычная рекомендуемая величина - это диапазон от 0,01 до 0,0001.

Расчет трансформатора питания

Теперь, зная напряжение на вторичной обмотке трансфоорматора и максимальный ток нагрузки, рассчитывают сам трансформатор:
1)Определяют значение тока, протекающего через вторичную обмотку по формуле I2 = 1,5Iн, где I2 - ток вторичной обмотки трансформатора, Iн - максимальный ток нагрузки. Все величины в Амперах.
2)Находят мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора: Р2 = U2*I2, где Р2 - максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора в Ваттах, U2 - напряжение на вторичной обмотке (В), I2 - максимальный ток через вторичную обмотку (А).
3)Рассчитывают мощность трансформатора: Ртр = 1,25*Р2, где Ртр - мощность трансформатора, Р2 - максимальная мощность, потребляемая выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора (Вт).
4)Находят значение тока, протекающего в первичной обмотке: I1 = Ртр/U1, где Ртр - рассчитанная выше мощность транформатора, U1 - сетевое напряжение.
5)Рассчитывают необходимую площадь сечения сердечникка магнитопровода:

расчет магнитопровода

где S - сечение сердечника магнитопровода в квадратных сантиметрах, см².
6)Определяют число витков сетевой (первичной) обмотки как w1 = 50*U1/S, где U1 - напряжение сетевой обмотки, S - сечение магнитопровода, см².
7)Определяют число витков вторичной обмотки как w2 = U2/S, где U2 - напряжение на вторичной обмотке.
8)Определяют диаметры проводов обмоток трансформатора в квадратных миллиметрах, мм²:

формула расчета сечения провода трансформатораформула расчета сечения провода трансформатора

где d1 и d2 - рассчитываемый диаметр провода первичной и вторичной обмоток соответственно, а I1 и I2 - рассчитанные ранее токи первичной и вторичной обмоток соответственно. Для некоторых расчетных токов при определении диаметра провода первичной и вторичной обмоток можно воспользоваться готовой таблицей:

Iобм
≤25
25...60
60...100
100...160
160...250
250...400
400...700
700...1000
d,мм
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,4
0,5
0,6

Если вы сможете найти старые завалявшиеся трансформаторы советской промышленности из серии ТВК, то можно приспособить и их. Некоторые их параметры приведены в табл., которая, возможно, окажется полезной.

читать далее...
Трансформатор
выпрямленное напряжение при токе нагрузки, А
0
0,3
0,5
0,8
1,0
ТВК-70Л2
14
11,5
10,5
9
8
ТВК-110Л1
28
26
25
24
23
ТВК-110Л2,
ТВК-110ЛМ
17
15
14
13,5
12,5

Расчет стабилизатора напряжения

схема стабилизатораДля получения более постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока выход выпрямителя можно дополнить простой схемой стабилизатора, выполненного на стабилитроне и транзисторе. Расчет удобнее вести в следующем направлении:
1) Определяем необходимое для работы стабилизатора входное напряжение Uвып при заданном выходном Uн:

Uвып = Uн + 3

Цифра 3 взята для учета потери напряжения на переходе коллектор-эмиттер при наихудших условиях и параметрах в расчете на использование как кремниевых так и германиевых транзисторов. При подключении к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах надо использовать реальное значение выпрямленного напряжения Uвып.

2) Рассчитываем максимально рассеиваемую транзистором мощность:

Рмакс = 1,3*(Uвып - Uн)*Iн

3)Выбираем регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая должна быть больше значения Рмакс, предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором - больше Uвып, а максимально допустимый ток коллктора - больше Iн.

4) Определяем максимальный ток тазы регулирующего транзистора:

Iб.макс = Iн/h21э мин

где h21э мин - минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора.

5) Подбираем стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы Iб.макс.

6) Подсчитываем сопротивление резистора R1:

R1 = (Uвып - Uст)/(Iб.макс + Iст.мин)

Здесь Uст - напряжение стабилизации стабилитрона, Iб.макс - вычисленное значение максимального тока базы транзистора, Iст.мин - минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3...5мА).

7) Определяем мощность рассеяния резистора R1:

Ррас. = (Uвып - Uст)²/ R1

стабилизатор с составным транзисторомМожет случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно болльшей емкости - такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h21э. В таком случае целесообразно ввести в стабилизхатор дополнительный транзистор Vдоп малой мощности , который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона примерно в h21э раз и применить маломощный стабилитрон.