Преобразователь с 5 вольт на 12 вольт своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 01.09.2024

В современных бытовых сетях огромное количество приборов и устройств питаются от пониженного напряжения. Как правило, это слаботочные приборы, в цепи питания которых используется 12 Вольт: газовые нагреватели, ручной электроинструмент, переносные и стационарные светильники, детские игрушки и многое другое.

Из-за широкого применения обыватели пытаются организовать питание для таких приборов самостоятельно, поэтому в данной статье мы рассмотрим, как получить 12 Вольт различными способами.

Получаем 12 Вольт из 220

Наиболее доступным источником питания с практически неограниченным ресурсом мощности является бытовая сеть переменного напряжения 220 Вольт. Все что нужно для получения 12 Вольт – понизить, а при необходимости, и преобразовать имеющуюся электрическую величину в постоянную.

Для этого можно использовать один из нескольких способов:

с использованием трансформатора для понижения и диодного моста для дальнейшего выпрямления;
при помощи гасящего конденсатора;
без трансформатора – с применением резистора или полупроводникового устройства.

Теперь рассмотрим каждый из способов более детально.

Способ без трансформатора

В случае отсутствия трансформатора, который мог бы понизить напряжение сети до 12 Вольт, обойтись можно и обычным резистором. Дело в том, что падение напряжения на резисторе, подключенном последовательно нагрузке в 208 Вольт обеспечит 12 Вольт на нужном устройстве, при условии, что в сети 220 Вольт.

Если напряжение сети значительно отличается, то универсальная формула для расчета величины дополнительного резистора будет выглядеть следующим образом:

R₁ – сопротивление дополнительного резистора;
R_Н – сопротивление нагрузки;
I – ток в цепи резистора и нагрузки (можно брать паспортное значение);
U_C – напряжение в сети.

Такой способ, чтобы получить 12 Вольт нельзя назвать оправданным, так как падение напряжения на резисторе будет приводить к расходу мощности и дополнительным затратам электроэнергии. Поэтому еще одним вариантом для понижения уровня напряжения является использование тиристорного или симисторного регулирования. Пример такой схемы приведен на рисунке ниже:

Понижение напряжения при помощи симистора

Здесь токоограничивающая цепочка конденсатором C1 резисторами R1 и R2, которые определяют время заряда емкости и подачи импульса через динистор VS1 на управляющий электрод симистора VS2. Это классический вариант управления величиной выходного напряжения, который часто применяется в диммерах.

Использование гасящего конденсатора

Помимо вышеприведенных методов чтобы получить 12 Вольт можно использовать схему с гасящим конденсатором.

Понижение напряжения с помощью гасящего конденсатора

На рисунке выше приведен пример с двумя гасящими конденсаторами C1 и C2, здесь обе емкости предназначены для снижения переменного напряжения, поступающего от сети. Время на заряд конденсатора существенно сокращает длительность полупериода, подаваемого на мост VD1. Далее электрическая величина передается через стабилизирующие резистор R3, конденсаторы C3 и C6 к линейному преобразователю D1. Затем от преобразователя через конденсаторы C4 и C5 напряжение подается к питаемому устройству.

Схема с трансформатором

Наиболее распространенным вариантом понижения сетевого напряжения, чтобы получить 12 Вольт, является использование трансформатора. Для этого используется специальная электрическая машина с соответствующими параметрами по входному и выходному напряжению.

Понижение напряжения с использованием трансформатора

Как видите, на высокую сторону обмоток трансформатора подается напряжение сети 220 Вольт. Далее, пониженное напряжение поочередно подается полуволнами на входные клеммы диодного моста VD1 — VD4. От диодного моста постоянное напряжение подается к нагрузке через фильтрующий конденсатор C.

Это наиболее простой вариант схемы с понижающим трансформатором, но при необходимости постоянного использования устройство можно дополнить функциональными элементами – переменным резистором или стабилизатором.

12 Вольт из 24 или другого повышенного постоянного напряжения

Помимо этого существуют ситуации, когда вместо сетевого напряжения 220 Вольт у вас имеется постоянное напряжение большего номинала, к примеру, 24 Вольт. Подобная ситуация может возникнуть, когда автомобилисты хотят заменить автомобильный аккумулятор более мощным от грузовика или автобуса.

Для этой цели может использоваться стабилизирующий элемент на базе того же транзистора, от которого подключается светодиодная лента.

Пример схемы 12В из 24В

Это довольно простая схема, в которой величина выходного тока будет ограничена характеристиками транзистора. Недостатком этого варианта является небольшое снижение напряжения в случае превышения максимального тока для преобразователя. Поэтому в случае недопустимого результата, вместо транзистора можно использовать различные стабилизаторы – линейные или импульсные. Стабилизатор – это более сложное устройство, но схема подключения практически ничем не будет отличаться, так как они продаются единым блоком.

12 Вольт из 5 или другого пониженного постоянного напряжения

Также не будем исключать обратную ситуацию, когда из более низкого уровня напряжения вы можете его повысить, чтобы получить 12 Вольт. Этот пример доступен при наличии 5В в блоке питания персонального компьютера, зарядке для мобильного телефона и от всевозможных переходников и адаптеров под стандартную сеть.

Для повышения постоянных 5 Вольт до уровня 12 Вольт зачастую применяются преобразователи напряжения. В качестве примера мы рассмотрим схему с применением преобразователя на базе микросхемы LM2577. Ее преимущества заключаются в использовании минимального числа компонентов для сборки, также существует несколько моделей со стабильным напряжением на выходе и регулируемый вариант. Единственным существенным недостатком является номинальный электрический ток в 0,8 А.

Пример схемы 12В из 5В

На рисунке выше приведен простой пример, как получить 12 Вольт с помощью микросхемы LM2577. От входных клемм через конденсатор C1 на ввод 5 и 3 микросхемы подается 5 Вольт. Величина на выходе с выводов 4 и 2 микросхемы регулируется соотношением резисторов R2 и R3. Следует отметить, что с практической стороны устройство получается маломощное, поэтому никаких систем принудительного охлаждения или дополнительных радиаторов для нее устанавливать не требуется.

12 Вольт из подручных средств

Несмотря на относительную простоту для электриков, радиолюбителей и людей, хоть немного знакомых с электроникой, всех вышеперечисленных методов, для простого обывателя они могут стать трудноразрешимой задачей, как в плане наличия соответствующих деталей, так и в части понимания электрических процессов. Поэтому здесь мы приведем несколько вариантов, как получить 12 Вольт из подручных средств, которые сегодня можно найти практически в каждом доме.

Такое преобразование можно выполнить из:

блока питания;
батареек или аккумуляторов;
от USB выхода.

Первый вариант – это стандартный блок питания, который дает на выходе 12 Вольт, его используют во многих устройствах, но никаких хитростей, чтобы получить такой уровень электрической величины, здесь нет. Достаточно подключить его к сети 220В и на выходе появится 12. Остальные способы рассмотрим более детально.

Из батареек

Практически в каждом доме или квартире не обходится без пальчиковых, мини-пальчиковых или батареек-таблеток. Они являются неотъемлемой частью нашего обихода, так как без них не идут часы, отказывается работать любой пульт или не едет детская игрушка. Если вы возразите, что каждая из них выдает напряжение всего в 1,5 Вольта, то это вполне поправимая проблема, с точки зрения электротехники.

С точки зрения физики источники ЭДС при последовательном включении дают сумм напряжения на выходе отдельно взятого каждого источника. Поэтому, чтобы получить 12 Вольт из обычных батареек вам необходимо соединить последовательно 8 единиц по 1,5 Вольта. Соответственно, если номинал имеющихся у вас батареек отличается, получить нужную электрическую величину можно путем изменения их количества. Пример такого преобразования приведен на рисунке ниже:

Как получить 12 В из батареек

Из аккумуляторов

А так как вместо гаджета вам нужно запитать совершенно иное устройство, для этой цели, то к повербанку необходимо подключить эмулятор быстрой зарядки, на котором устанавливается соответствующий режим (желательно Quick Charge 2.0, так как 3.0 под силу не всем источникам). Для контроля тех самых 12 Вольт можно использовать тестер, на эмуляторе присутствуют кнопки, которые позволят увеличить или уменьшить напряжение.

Получение 12В из аккумулятора

Из USB

В стандартном разъеме USB величина питающего напряжения составляет всего 5В, но и выход такого типа более чем обычное явление в связи с широким распространением компьютерной техники и других устройств, использующих такой порт для подключения. Для этого вам понадобится блок питания самого компьютера и отходящий USB порт.

Весь фокус будет заключаться в следующем: в блоке питания и так присутствует 12 Вольт, но для его вывода к разъему вам понадобится подключить один из выходов к желтому проводу, который обозначен на рисунке. Вывод зеленого провода, при этом соединяется с одним из черных.

12В из блока питания ПК

Если у вас нет желания использовать USB выход, то 12 Вольт можно брать проводами напрямую к нагрузке. Но от персонального компьютера такой блок обязательно должен отключаться. Следует отметить, что в сравнении с любыми другими вариантами, это достаточно мощный источник, поэтому он потянет и гораздо большую нагрузку.

Недавно приобрёл я камеру Mobius для FPV полётов , и сразу сталкнулся с проблемой его питания . Так как на борту стоит 12 вольтовая батарея, а брать питание с BEC от приёмника неразумно решил вспонить молодость , и взял в руки паяльник.

В статье постараюсь показать всё подробно и доходчиво, чтоб самый начинающий и юный моделист смог всё разобрать и за 30 минут спаять такой же преобразователь.

В интернете нашёл простенькую схемку, закупился детальками ( весь бюджет обошелся в 50 рублей вместе с сервоудлинителем , микросхема 7805 на 1ампер , конденсаторы 16 вольтовые , керамические 50 вольтовые)

Далее была изготовлена подложка из фольгированого текстолита ( размеры 40 Х 15 мм ) канавки процарапал ножом.

Примеряем микросхему где просверлить отверстие под болтик

Смазываем термопастой , хоть и потребление камеры небольшое но лишний теплоотвод не помешает

Прикручиваем микросхему и фигурно загибаем ножки

Припаиваем сервоудлинитель. Так как я не использую звуковой канал с камеры мне достаточно трёх проводов.

Далее припаиваем два керамических конденсатора

Припаиваем электролит 470mf 16v , незабываем про полярность !( где полоска с черочкой это минус)

Теперь припаиваем электролит на 47 mf 16v

Что бы ничего не выпирало аккуратно сгибаем конденсаторы чтоб они легли на платку

Ну и после проверки работоспособности преобразователя затягиваем его в термоусадочную трубку

Это простой, универсальный DC/DC - преобразователь (преобразователь одного напряжения постоянного тока в другое). Его входное напряжение может быть от 9 и до 18 В, с выходным напряжением 5-28 вольт, которое может при необходимости быть изменено в пределах примерно от 3 до 50В. Выходное напряжение данного преобразователя может быть как меньше входного, так и больше.
Отдаваемая в нагрузку мощность может доходить до 100 Вт. Средний ток нагрузки преобразователя составляет 2,5-3 ампера (зависит от выходного напряжения, и при выходном напряжении, например 5 вольт - ток нагрузки может быть и 8 ампер и более).
Этот преобразователь подходит для различных целей, таких как - запитывание ноутбуков, усилителей, портативных телевизоров и другой бытовой техники от бортовой сети автомобиля 12V, так-же зарядка мобильных телефонов, устройств USB, 24В техника и др.
Преобразователь устойчив к перегрузкам и коротким замыканиям на выходе, так как входная и выходная цепь - гальванически не связаны между собой, и например выход из строя силового транзистора, не приведёт к выходу из строя подключенной нагрузки, и всего лишь на выходе пропадёт напряжение (ну и перегорит защитный предохранитель).

Рисунок 1.
Схема преобразователя.

Преобразователь построен на микросхеме UC3843. В отличии от обычных схем подобных преобразователей, здесь в качестве энерго-вырабатывающего элемента применён не дроссель, а трансформатор, с соотношением витков 1:1, в связи с чем его вход и выход, гальванически развязаны между собой.
Рабочая частота преобразователя составляет около 90-95 kHz.
Рабочее напряжение конденсаторов С8 и С9 выбирать, в зависимости от выходного напряжения.
Величина резистора R9, определяет порог ограничения преобразователя по току. Чем меньше его величина, тем больше ток ограничения.
Вместо подстроечного резистора R3, можно поставить переменный, и им регулировать выходное напряжение, или поставить ряд постоянных резисторов с фиксированными значениями выходного напряжения, и выбирать их переключателем.
Для расширения диапазона выходных напряжений, необходимо пересчитать делитель напряжения R2, R3, R4, таким образом, чтобы напряжение на выводе 2 микросхемы, составляло 2,5 вольта при необходимом выходном напряжении.

Рисунок 2.
Трансформатор.

Сердечник трансформатора использован от компьютерных блоков питания АТ, АТХ, на котором намотан ДГС (дроссель групповой стабилизации). Сердечник окраски жёлто-белый, можно использовать любые подходящие сердечники. Хорошо подходят и сердечники от подобных БП и сине-зелёной окраски.
Обмотки трансформатора намотаны в два провода и содержат 2х24 витка, проводом, диаметром 1,0 мм. Начала обмоток на схеме обозначены точками.

В качестве выходных силовых транзисторов желательно использовать те, у которых малое сопротивление открытого канала. В частности SUP75N06-07L, SUP75N03-08, SMP60N03-10L, IRL1004, IRL3705N. И выбирать их ещё нужно с максимальным рабочим напряжением, в зависимости от максимального выходного напряжения. Максимальное рабочее напряжение транзистора не должно быть меньше 1,25 от выходного напряжения.
В качестве диода VD1, можно применить спаренный диод Шоттки, с обратным напряжением не менее 40В и максимальным током не менее 15А, так же желательно в корпусе ТО-220. Например SLB1640, или STPS1545 и т.д.

Схема была собрана и протестирована на макетной плате. В качестве силового транзистора был использован полевой транзистор 09N03LA, выдранный из "дохлой материнки". В качестве диода - спаренный диод Шоттки SBL2045CT.

Рисунок 3.
Тест 15V-4A.

Тестирование инвертора при входном напряжении 12 вольт и выходном напряжении 15 вольт. Ток нагрузки инвертора составляет 4 ампера. Мощность нагрузки составляет 60 ватт.

Рисунок 4.
Тест 5V-8A.

Тестирование инвертора при входном напряжении 12 вольт, выходное напряжение 5V и ток нагрузки 8A. Мощность нагрузки составляет 40 ватт. Силовой транзистор применённый в схеме = 09N03LA (SMD из материнки), D1 = SBL2045CT (от комповых БП), R9 = 0R068 (0,068 Ом), C8 = 2 х 4700 10V.

Печатная плата, разработанная для этого устройства, размером 100х38 мм, с учётом установки транзистора и диода на радиатор. Печатка в формате Sprint-Layout 6.0, прилагается в прикреплении.

Ниже на фотографиях вариант сборки данной схемы с применением SMD-компонентов. Печатка разведена для SMD-компонентов, размером 1206.

Рисунок 5.
Вариант сборки преобразователя.

Если нет необходимости регулировать выходное напряжение на выходе данного преобразователя, то тогда переменный резистор R3 можно исключить, и подобрать резистор R2 так, чтобы выходное напряжение преобразователя соответствовало необходимому.

Для зарядки мобильных устройств обычно используются 5-вольтовые блоки питания, работающие от сетевого напряжения. Напряжение в 5 В можно также получить из 12-вольтовой сети автомобиля или от сетевого блока питания на 12 В. Это можно осуществить, используя несложные схемы с различными стабилизаторами напряжения.

В таких схемах стабилизатор будет ощутимо греться, что ухудшит его параметры выходного тока. Чтобы стабилизатор не перегрелся и не вышел из строя, его необходимо поместить на теплоотвод. Напряжение на входе в стабилизатор не должно быть выше 15 В.

Большинство мобильных устройств определяют подключение к зарядному устройству по наличию перемычки между вторым и третьим пинами. Но схемы коммутации USB могут быть и другими. Об этом лучше почитать в статье о проблемах зарядки через USB .

В схеме используются всего три компонента: сам стабилизатор напряжения и два 16-вольтовых конденсатора номиналом 100 и 330 нФ.

Стабилизаторы напряжения можно использовать советские: 2-амперный КР142ЕН5А или 1,5-амперный КР142ЕН5B. Естественно, возможна их замена на зарубежные аналоги, указанные на картинке, где изображен преобразователь на стабилизаторе КР142ЕН5:

В том случае если ваш преобразователь имеет на выходе ток не больше 0,1 А, то можно воспользоваться стабилизаторами, исполненными в корпусе SO-8, SOT-89 или TO-92. Схемы с такими конвертерами представлены на рисунках ниже:

Стоит добавить, что наипростейший способ сделать преобразователь — это вытащить плату из готового автомобильного адаптера для прикуривателя. Плату этого адаптера необходимо приспособить для работы вне автомобиля. Об этом можно найти много информации.

Дополнительная информация:

Такие стабилизаторы напряжения можно найти в телевизорах с кинескопами. Чаще всего там встречаются микросхемы серии 7805 и 7809.

При отсутствии конденсаторов схема вполне работоспособна. Стабилизатор обладает защитой от перегрева, правда, диапазон достаточно большой — от 65 до 140. Потом наблюдается резкое падение напряжения, и появляются пульсации микросхемы.

Другими словами, если схема питается от батареи, то во входном конденсаторе нет необходимости. Конденсатор на выходе рекомендуется ставить номиналом 1 мкФ и менее, иначе его разряд может сжечь схему, если произойдет короткое замыкание на входе (с той стороны, где располагается батарея).

Чтобы схема была более стабильной, рекомендуется на выходе установить дроссель и пару конденсаторов: керамический номиналом 100-200 нФ и ниобиевый номиналом 500 нФ.

Читайте также: