Dubbele ±12 VDC voeding vanuit 230 VAC – Schakelingsschema & handleiding

230 VAC naar ±12 VDC dubbele voeding schakeling

Zoals de naam al suggereert, is deze schakeling ontworpen om de netspanning van ongeveer 220V AC om te zetten in twee spanningen van +12V en -12V DC waarden. De specialiteit van deze schakeling is dat we beide spanningen tegelijkertijd verkrijgen.

Er zijn bepaalde toepassingen waar een schakeling een positieve en een negatieve spanning van dezelfde grootte tegelijkertijd vereist, en daar komt de dubbele voedingsschakeling van pas. Dit is vereist en essentieel voor de schakeling om te functioneren en de apparatuur niet te beschadigen waar dubbele voeding vereist is. Een eenvoudige schakeling lost dit probleem op, en in dit rapport gaan we een dubbele voedingsschakeling ontwerpen en construeren.

Gerelateerde projecten:

• Automatische badkamer lichtschakelaar schakeling en werking
• Automatische deurbel met objectdetectie door Arduino

Dubbele voeding schakelingsschema

Sluit de componenten precies aan zoals getoond in het onderstaande schakelingsschema voor correcte werking van de schakeling.

Benodigde materialen

1. Middenaftakking transformator
2. Stroomdiodes
3. Condensators
4. Spanningsregelaar IC's (IC7812 en 7912)
5. Wipschakelaar
6. DC last of motor

Gerelateerde projecten:

• 12V naar 5V omzetter schakeling – Boost en Buck converters
• Eenvoudige 24V flitser schakeling

Transformator

Het is een algemene chassis-montage nettransformator. De transformator heeft 240V primaire wikkelingen en middenaftakking secundaire wikkelingen. De transformator fungeert als aftraptransformator die AC 240V terugbrengt naar DC 12V.

Een transformator is een elektrisch apparaat dat gebruikt wordt om AC spanningen te regelen. Een transformator kan worden ontworpen om een spanning op te trekken of af te trappen, vandaar de regelfunctie. De werking van een transformator is eenvoudig: er zijn twee wikkelingen die dicht bij elkaar zijn geplaatst.

Vanwege de wisselstroom door hen heen produceren ze een magneetveld om hen heen. De wederzijdse inductie interactie tussen de twee spoelen is de reden waarom stroomoverdracht in een transformator mogelijk is. Deze wisselende magnetische flux induceert een wisselende elektromotorische kracht of spanning in de secundaire wikkeling. Een van de meest gebruikte kernen voor transformatoren is hoog-permeabiliteit siliciumstaal. Een schematisch diagram van de transformator is hieronder gegeven.

Gerelateerde artikelen:

• Elektronica eindjaars project ideeën lijst
• Elektrotechniek project ideeën voor studenten
• Eenvoudige en basale elektronica mini project ideeën voor beginners

1N4007 diode

De 1N4007 is een PN-koppeling gelijkrichterdiode. Deze typen diodes laten alleen de stroom van de elektrische stroom in één richting toe. De 1N4007 heeft verschillende praktische toepassingen, zoals vrije-loop diode toepassingen, algemene gelijkrichting van voedingen, omvormers, converters, enz.

Het bovenstaande diagram toont het symbolische en het daadwerkelijke plaatje van de 1N4007. Het begrip van elk component van een elektrische schakeling wordt aanzienlijk verbeterd wanneer de elektrische kenmerken van dat apparaat bekend zijn.

De kenmerken van de 1N4007 diode zijn als volgt:

• Lage lekkagestroom
• Lage voorwaartse spanningsval
• Hoge voorwaartse golfbelasting

Gerelateerde projecten:

• Autosnelheidsdetector schakeling – werking en broncode
• Kabel en draad tester schakeling

Deze diode heeft veel praktische toepassingen in embedded systemen, een paar van de belangrijkste toepassingen die geassocieerd zijn met deze specifieke diode zijn:

1. Converters
2. Voor schakeldoeleinden in embedded systemen
3. Vrije-loop diode toepassingen
4. Omvormers
5. Algemene stroom gelijkrichting van voedingen
6. Om omgekeerde stroom te voorkomen en microcontrollers zoals Arduino of PIC microcontroller te beschermen.

IC 7812 spanningsregelaar

Van de twee typen spanningsregelaars is IC 7812 het type dat positieve spanning aan de uitgang genereert ten opzichte van de gemeenschappelijke massa. Een vergelijkbare IC bestaat uit de 78** familie, namelijk 7912, waarmee we een negatieve spanning kunnen genereren ten opzichte van de gemeenschappelijke massa.

Hoewel er veel typen verpakkingen zijn waarin deze regelaar verkocht wordt, zoals TO-3, TO-92 en surface mount verpakkingen, is het meest algemeen beschikbaar in de variant met TO-220 verpakking. Er is een drempelwaarde op de invoerwaarde voor de IC om correct te functioneren.

De invoerspanning die aan de IC als invoer wordt toegepast, moet hoger zijn dan de geschatte uitgangsspanning. Die waarde moet groter zijn dan 2,5V. Omdat er een drempel is op de spanning, is er ook een drempel op de stroom, in dit geval moet de stroom ongeveer 1 ampère hoger zijn dan de uitgangsstroom.

Voordelen van IC 7812

• 7812 heeft geen andere componenten nodig om de uitgang te balanceren of te verzadigen.
• Er is een functie ingebouwd in de IC om het te beschermen tegen hoge stroompieken.
• Er is ook een ingebouwde koelrib die voorkomt dat de IC oververhit en mogelijk de hele schakeling kortsluit.

Gerelateerde projecten:

• Slimme huishoudautomatiseringssysteem – Schakeling en broncode
• Solderbout temperatuurcontroller

Pinout van IC 7812

De IC heeft drie pinnen. De pin die als 'in' wordt getoond, is de positieve invoer aan de IC. De pin die 'out' toont, is waar de IC de positieve uitgang genereert. Er is ook een derde pin die gemeenschappelijk is voor zowel in- als uitgang.

IC 7912 spanningsregelaar

In tegenstelling tot de 7812 IC, heeft de 7912 een regelfunctie die de uitgangsspanning beperkt tot een constante -12V, in plaats van +12V. Van alle negatieve-spanning regelaars is de 7912 de meest voorkomende. IC 7912 komt uit een grote reeks spanningsregelaar IC's genaamd 79**. Omdat dit een regelaar is met het nummer 12 aan het einde, is het een spanningsregelaar die -12V aan de uitgang geeft.

Er zijn veel kenmerken die vergelijkbaar zijn met die van IC 7812. Enkele ervan zijn hieronder vermeld:

• De minimumspanning die aan de ingang kan worden toegepast, is ongeveer -14,5 volt.
• Piekstroom die kan doorlopen is ongeveer 2 A.
• Gemiddelde uitgangsstroom is tot 1A.
• Ingebouwde veiligheidsmechanismen voor bescherming tegen overbelasting en kortsluiting.
• Vergelijkbaar met 7812, komt de IC 7912 alleen in TO-220 verpakking.

Een schematisch diagram van de IC met zijn drie pinnen is hieronder gegeven.

Enkele toepassingen voor deze IC zijn hieronder vermeld.

• Schakelingen die een constante -12V uitgang vereisen, ook kan het gebruikt worden als referentiespanning voor analoge en digitale schakelingen.
• Omdat het slechts een bepaald bedrag aan stroom doorlaat aan de uitgang, kan het gebruikt worden als stroombegrenzer voor die toepassingen.
• Het kan in combinatie met een positieve spanningsregelaar IC worden gebruikt om dubbele voedingsschakelingen te maken.
• Omdat ze uitgerust zijn met inherente mechanismen om overspanning en kortsluitingsproblemen te weerstaan, kan het gebruikt worden als uitgangspolariteit-omkeer beveiligingsschakeling.

Gerelateerde projecten:

• Elektronisch oog schakeling – met LDR en IC 4049 voor beveiligingscontrole
• Automatische LED noodverlichting schakeling

Werking van dubbele voedingsschakeling

De werking van een dubbele voedingsschakeling kan in vier stappen worden uitgelegd:

1. Omzetten van 220V netspanning naar 12V AC spanning met een geschikte aftraptransformator.

Omdat de invoer voor onze schakeling van de netvoeding komt, moeten we eerst de spanning verlagen tot een redelijk waarde die dicht bij de gewenste uitgang ligt. In dit geval hebben we de uitgang van de transformator overwogen waarmee we de spanning aftrappen tot ongeveer 12V.

De primaire zijde van de middenaftakking transformator is aangesloten op het net, en de uitgang die van de andere zijde wordt genomen, is ongeveer 24V. Dit komt doordat we een middenaftakking transformator gebruiken. Een middenaftakking transformator produceert een spanning van 24V wanneer gemeten op de uiteinden van de buitenste wikkeling van de secundaire zijde.

Maar elk van de klemmen gemeten ten opzichte van de middenaftakking toont een spanning van 12V. En elke zijde van de aftakking produceert een spanning van dezelfde waarde maar van tegengestelde polariteit. Zo hebben we in ons eerste deel twee wisselspanningen geproduceerd die gelijk zijn in grootte, namelijk 12V, maar die elkander met 180 graden achterlopen.

2. Omzetten van 12V AC naar 12V DC met volledige brug gelijkrichter.

De twee uiterste klemmen die 12V van tegengestelde polariteit produceren, worden aangesloten op een brug gelijkrichterschakeling, in dit geval een volledige brug gelijkrichter. De gelijkrichter zet de wisselspanning om in gelijkstroom. Dit is een soort converterschakeling die bestaat uit diodes.

Voor deze specifieke schakeling, de dubbele voedingsschakeling, bestaat de diodebrug uit diodes met een stroomwaarde van 6A. En de spanningswaarde is 400V. Deze waarden zijn gekozen met inachtneming dat de invoer van de schakeling van de netvoeding komt.

3. Filteren van de ripple uit de uitgang van de gelijkrichter

Inherente gelijkrichterschema's produceren ripple aan de uitgang. De uitgang met deze ripple kan een schakeling niet correct voeden. Dus de ripple moet worden gefilterd. Deze taak wordt gedaan door condensators, die als filters functioneren. De waarden van de condensators die in de schakeling worden gebruikt, zijn 2200µF en 25V spanningswaarde. Dit produceert een 12V DC spanning met heel weinig ripple-inhoud.

4. Regelen van de 12V DC voeding

De uitgangen van de condensators mogen niet direct worden aangesloten op een schakeling die gevoed moet worden. Dat is omdat de condensators opgeladen zijn tot een waarde van 12V omdat ze alleen verbonden zijn met het filtercircuit. Zodra een andere schakeling ook wordt aangesloten, zullen ze zich aanpassen en geen correcte uitgang geven.

Daarvoor hebben we een regelaar nodig. De spanningsregelaars die in deze schakeling worden gebruikt, zijn 7812 en 7912. Dit zijn de spanningsregelaars die zowel positieve als negatieve polariteit DC spanningen van 12V produceren.

Toepassingen van dubbele voedingsschakeling

• Op-amps hebben twee voedingsbronnen nodig, één positief en een negatief. Een Op-amp schakeling kan gevoed worden met een dubbele voedingsschakeling.
• Wanneer DC motoren als last worden gebruikt, zullen ze in elke polariteit voor de helft van de tijd functioneren, om een vergelijkbaar gedrag te simuleren, kan een dubbele voedingsschakeling in plaats daarvan worden gebruikt.