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電圧を下げる方法：方法とデバイス。標準以外の電圧を取得する方法電圧を 12 から 5 に下げる

12 ボルトの電圧は、受信機やラジオ、アンプ、ラップトップ、ドライバー、LED ストリップなど、多数の電気製品に電力を供給するために使用されます。多くの場合、バッテリーまたは電源で動作しますが、どちらかが故障すると、ユーザーは「どうやって 12 ボルトの AC を得るのか?」という疑問に直面することになります。これについては、最も合理的な方法の概要を示しながらさらに詳しく説明します。

220ボルトから12ボルトが得られます

最も一般的なタスクは、220V 家庭用電源から 12 ボルトを取得することです。これはいくつかの方法で実行できます。

変圧器を使わずに電圧を下げます。
50 Hz の主電源変圧器を使用してください。
スイッチング電源を使用し、場合によってはパルスまたはリニアコンバータと組み合わせてください。

変圧器なしで電圧を下げる

次の 3 つの方法で、変圧器を使わずに電圧を 220 ボルトから 12 ボルトに変換できます。

バラストコンデンサを使用して電圧を下げます。この汎用方式は、LED ランプなどの低電力電子機器への電力供給や、懐中電灯などの小型バッテリーの充電に使用されます。欠点は回路のコサインファイが低いことと信頼性が低いことですが、安価な電化製品で広く使用されることを妨げるものではありません。
抵抗を使用して電圧を下げる（電流を制限する）。この方法はあまり優れたものではありませんが、存在する権利はあり、LED などの非常に弱い負荷に電力を供給するのに適しています。その主な欠点は、抵抗器に熱の形で大量の有効電力が放出されることです。
同様の巻線ロジックを備えた単巻変圧器またはインダクタを使用します。

クエンチングコンデンサ

このスキームを検討し始める前に、まず、遵守する必要がある条件について言及する価値があります。

電源は汎用ではないため、1 つの既知のデバイスでのみ動作するように設計および使用されています。
回路に追加コンポーネントを使用する場合は、レギュレータなどの電源のすべての外部要素を絶縁し、金属製ポテンショメータのノブにプラスチックのキャップを取り付ける必要があります。負荷が接続されている場合、または回路にツェナーダイオードまたは低 DC 電圧レギュレータが取り付けられている場合を除き、電源ボードや出力ワイヤに触れないでください。

ただし、このような計画では死亡する可能性は低いですが、感電する可能性はあります。

この図を次の図に示します。

R1 - クエンチングコンデンサの放電に必要、C1 - 主要素、クエンチングコンデンサ、R2 - 回路がオンになったときの電流を制限、VD1 - ダイオードブリッジ、VD2 - 必要な電圧用のツェナーダイオード、12 ボルトの場合は次のとおりです。適切なもの: D814D、KS207V、1N4742A。リニアコンバータも使用できます。

または、最初のスキームの拡張バージョン:

クエンチングコンデンサの定格は、次の式を使用して計算されます。

C(uF) = 3200*I(負荷)/√(Uinput²-Uoutput²)

C(uF) = 3200*I(負荷)/√U入力

ただし、電卓を使用することもできます。電卓はオンラインまたは PC プログラムの形式で入手できます。たとえば、Vadim Goncharuk のオプションとして、インターネットで検索できます。

コンデンサは次のようにする必要があります - フィルム：

またはこれら:

リストされている残りのメソッドを考慮することは意味がありません。抵抗を使用して電圧を 220 ボルトから 12 ボルトに下げることは、発熱が大きいため効果的ではありません (抵抗の寸法と電力は適切になります)。また、12 ボルトを得るために特定のターンからタップでインダクタを巻くことは非現実的です。人件費と寸法のため。

主変圧器による電源供給

クラシックで信頼性の高い回路で、スピーカーやラジオなどのオーディオアンプに電力を供給するのに最適です。通常のフィルタコンデンサが取り付けられている場合、必要なレベルのリップルが得られます。

さらに、KREN や L7812 などの 12 ボルトスタビライザーを必要な電圧に取り付けることができます。これがないと、出力電圧はネットワーク内の電圧サージに応じて変化し、次のようになります。

Uout=Uin*Ktr

Ktr – 変換係数。

ここで、ダイオードブリッジ後の出力電圧は、電源の出力電圧（12V）より2〜3ボルト大きい必要がありますが、30Vを超えてはいけないことに注意してください。これは、スタビライザーの技術的特性によって制限され、効率は入力と出力間の電圧差に依存します。

変圧器は 12 ～ 15V AC を生成する必要があります。整流および平滑化された電圧は入力電圧の 1.41 倍になることに注意してください。入力正弦波の振幅値に近くなります。

LM317にも可変電源回路を追加したいと考えています。これを使用すると、1.1 V から変圧器の整流電圧までの任意の電圧を取得できます。

24 ボルトまたはその他のより高い DC 電圧から 12 ボルト

DC 電圧を 24 ボルトから 12 ボルトに下げるには、リニアまたはスイッチングスタビライザーを使用できます。このようなニーズは、電圧 24 V のバスまたはトラックの車載ネットワークから 12 V 負荷に電力を供給する必要がある場合に発生することがあります。さらに、頻繁に変化する車両ネットワークで安定した電圧を受け取ることになります。オンボード 12 V ネットワークを備えた自動車やオートバイでも、エンジンの動作中には 14.7 V に達します。したがって、この回路は、LED ストリップや車両の LED に電力を供給するためにも使用できます。

線形安定化回路を備えた回路については、前の段落で説明しました。

最大 1 ～ 1.5A の電流の負荷を接続できます。電流を増幅するにはパストランジスタを使用できますが、出力電圧はわずかに（0.5V）低下する可能性があります。

LDO スタビライザーも同様の方法で使用できます。これらは同じ線形電圧スタビライザーですが、AMS-1117-12v などの電圧降下が低くなります。

または、AMSR-7812Z、AMSR1-7812-NZ などのパルス類似品。

接続図は L7812 および KRENK と同様です。これらのオプションは、ラップトップの電源からの電圧を下げるのにも適しています。

たとえば、LM2596 IC をベースにしたパルス降圧電圧コンバータを使用すると、より効果的です。ボードには、それぞれ接触パッド In (入力 +) と (- Out 出力) のマークが付けられています。市販されているバージョンでは、出力電圧が固定されているバージョンと調整可能なバージョンが販売されています。上の写真の右側に青いマルチターンポテンショメータが表示されています。

5 ボルトまたはその他の低電圧から 12 ボルト

たとえば、USB ポートや携帯電話の充電器から 5V から 12V を得ることができ、現在普及している電圧 3.7 ～ 4.2V のリチウム電池でも使用できます。

電源について話している場合、内部回路に干渉して基準電圧源を編集することができますが、これには電子機器の知識が必要です。しかし、よりシンプルにして、たとえば XL6009 IC をベースにしたブーストコンバータを使用して 12V を得ることができます。固定 12V 出力のオプションや、3.2 ～ 30V の範囲で調整できる調整可能なオプションが販売されています。出力電流 – 3A。

完成したボードで販売されており、入力と出力のピンの目的を示すマークがボード上にあります。別のオプションは MT3608 LM2977 を使用することです。これは 24V まで上昇し、最大 2A の出力電流に耐えることができます。また、写真では、コンタクトパッドのサインがはっきりと確認できます。

即席の手段で12Vを得る方法

12Vの電圧を得る最も簡単な方法は、1.5Vの単3電池8本を直列に接続することです。

または、リモコンで使用される種類の、23AE または 27A とマークされた既製の 12V バッテリーを使用します。中には写真にあるような小さな「タブレット」がいくつか入っています。

自宅で 12V を供給するための一連のオプションを検討しました。それぞれに独自の長所と短所があり、効率、信頼性、効率の程度が異なります。どちらのオプションを使用するのが良いかは、自分の能力とニーズに基づいて自分で選択する必要があります。

また、私たちが選択肢の 1 つを考慮しなかったことも注目に値します。 ATX コンピューターの電源から 12 ボルトを取得することもできます。 PC を使わずに起動するには、緑色のワイヤを黒色のワイヤのいずれかに短絡する必要があります。黄色の線には12ボルトが来ています。通常、12V ラインの電力は数百ワット、電流は数十アンペアです。

これで、220 ボルトまたはその他の利用可能な値から 12 ボルトを取得する方法がわかりました。最後に、この役立つビデオを見ることをお勧めします

DC-DC コンバータ 12>3 Volt は、単三電池 2 本で駆動する低電力プレーヤーに電力を供給するために作成されました。プレーヤーは車の中で動作するように設計されており、車の車載ネットワークは 12 ボルトを供給するため、何らかの方法で電圧を公称値の 3 ～ 4 ボルトに下げる必要がありました。

車のエンジンが作動すると、車載電圧は 14 ボルトに上昇しますが、これも考慮する必要があります。

提示されたデバイスがコンバータと呼べるのであれば、よく考えずに最も単純な降圧コンバータを作成することにしました。 DC-DC コンバータの設計は非常に単純で、半導体ダイオード結晶を通過する電圧減衰現象に基づいています。知られているように、半導体ダイオードを通過すると、DC 電圧定格は約 0.7 ボルト低下します。したがって、必要な電圧降下を得るために、安価な IN4007 シリーズの半導体ダイオードを 12 個使用しました。これらは、電流が 1 アンペア、逆電圧が約 1000 ボルトの通常の整流ダイオードです。最も入手しやすく安価なオプションであるため、これらのダイオードを使用することをお勧めします。 いかなる状況でも、ショットキーバリアを持つダイオードを使用しないでください。、電圧降下が小さすぎるため、私たちの目的には適していません。

リップルや干渉を平滑化するために、ダイオードの後にコンデンサ (電解質 100 ～ 470 μF) を取り付けることをお勧めします。

当社の「DC-DCコンバータ」の出力電圧は3.3～3.7ボルト、出力電流（最大）は最大1アンペアです。動作中、ダイオードは多少過熱するはずですが、これはごく普通のことです。

取り付け全体は、通常のブレッドボード上またはヒンジ付きの方法で行うことができますが、振動によってはんだ接合が破壊される可能性があることを忘れないでください。そのため、ヒンジ付きバージョンを使用する場合は、ホットメルトを使用してダイオードを互いに接着することをお勧めします。接着剤。

同様の方法で、車載ネットワークの電圧を 5 ボルトに下げて、タブレットコンピューター、ナビゲーター、GPS 受信機、携帯電話などのポータブルデジタル電子機器を充電できます。

標準範囲に収まらない非標準の電圧を取得するにはどうすればよいですか?

標準電圧は、電子機器で非常に一般的に使用される電圧です。この電圧は、1.5 ボルト、3 ボルト、5 ボルト、9 ボルト、12 ボルト、24 ボルトなどです。たとえば、以前の MP3 プレーヤーには 1.5 ボルトのバッテリーが 1 つ搭載されていました。テレビのリモコンはすでに 2 つの 1.5 ボルトの電池を直列に接続して使用しています。つまり、3 ボルトです。 USB コネクタでは、最も外側の接点の電位は 5 ボルトです。おそらく誰もが子供の頃にダンディを持っていたのではないでしょうか？ Dandy に電力を供給するには、9 ボルトの電圧を供給する必要がありました。さて、12ボルトはほとんどすべての車で使用されています。 24 ボルトはすでに主に産業で使用されています。また、このために、比較的言えば、標準シリーズ、この電圧のさまざまな消費者（電球、レコードプレーヤーなど）が「鋭化」されています。

しかし、残念なことに、私たちの世界は理想的なものではありません。場合によっては、標準範囲外の電圧を取得する必要がある場合があります。たとえば、9.6 ボルトです。まあ、ああでもない、こうでもない…はい、ここでは電源が役に立ちます。ただし、既製の電源を使用する場合は、電子装身具と一緒に持ち運ぶ必要があります。この問題を解決するにはどうすればよいでしょうか? そこで、次の 3 つの選択肢を提示します。

オプション1

このスキームに従って、電子装身具回路に電圧レギュレータを作成します（詳細）。

オプション No.2

3 端子電圧安定器を使用して、非標準電圧の安定した電源を構築します。スタジオへの企画！

その結果、何が見えてくるでしょうか? 電圧安定器とツェナーダイオードが安定器の中間端子に接続されていることがわかります。 XXはスタビライザーに書かれている下2桁です。 05、09、12、15、18、24 という数字があるかもしれません。すでに 24 よりも多くの数字があるかもしれません。わかりません。嘘はつきません。これらの最後の 2 桁は、従来の接続方式に従ってスタビライザーが生成する電圧を示します。

ここで、7805 スタビライザーは、この方式に従って出力に 5 ボルトを与えます。 7812 は 12 ボルト、7815 は 15 ボルトを生成します。スタビライザーについて詳しく読むことができます。

U ツェナーダイオード – これはツェナーダイオードの安定化電圧です。 安定化電圧が 3 ボルトのツェナーダイオードと電圧レギュレータ 7805 を使用すると、出力は 8 ボルトになります。 8 ボルトはすでに非標準の電圧範囲です ;-)。適切なスタビライザーと適切なツェナーダイオードを選択すると、標準以外の電圧範囲から非常に安定した電圧を簡単に得ることができることがわかりました ;-)。

これらすべてを例を挙げて見てみましょう。スタビライザーの端子電圧を測るだけなのでコンデンサは使いません。負荷に電力を供給する場合は、コンデンサも使用します。私たちのモルモットは 7805 スタビライザーです。ブルドーザーからこのスタビライザーの入力に 9 ボルトを供給します。

したがって、スタビライザーは 7805 なので、出力は 5 ボルトになります。

ここで、U 安定化 = 2.4 ボルト用のツェナーダイオードを使用し、この回路に従って挿入します。結局のところ、電圧を測定しているだけなので、コンデンサなしでも可能です。

おっと、7.3ボルトです！ 5+2.4ボルト。効く！私のツェナーダイオードは高精度（精度）ではないため、ツェナーダイオードの電圧は銘板（メーカー公表の電圧）と若干異なる場合があります。まあ、問題ないと思います。 0.1 ボルトは私たちにとって違いを生みません。すでに述べたように、この方法で通常とは異なる値を選択できます。

オプション #3

同様の方法は他にもありますが、ここではダイオードが使用されます。おそらく、シリコンダイオードの順方向接合での電圧降下が 0.6 ～ 0.7 ボルト、ゲルマニウムダイオードの順方向接合での電圧降下が 0.3 ～ 0.4 ボルトであることをご存知ですか? 使用するのはダイオードのこの特性です ;-)。

それでは、図をスタジオに持ち込みましょう。

この構造を図に従って組み立てます。不安定な入力 DC 電圧も 9 ボルトのままでした。スタビライザー7805。

それで、結果はどうなるでしょうか？

ほぼ 5.7 ボルト;-)、これは証明する必要があるものでした。

2 つのダイオードが直列に接続されている場合、電圧はそれぞれの両端で降下するため、合計すると次のようになります。

各シリコンダイオードは 0.7 ボルト降下します。これは、0.7 + 0.7 = 1.4 ボルトを意味します。ゲルマニウムも同様です。 3 つまたは 4 つのダイオードを接続できる場合は、それぞれの電圧を合計する必要があります。実際には、3 つを超えるダイオードは使用されません。この場合、ダイオードを流れる電流はまだ小さいため、ダイオードは低電力でも取り付けることができます。

5 ～ 12 ボルトの DC-DC ブーストコンバータは、LM2577 を使用して組み立てるのが最も簡単です。LM2577 は、5 V の入力信号と最大負荷電流 800 mA を使用して 12 V の出力を提供します。 M\C LM2577 は昇圧フォワードパルスコンバータです。 12V、15V、調整可能な 3 つの異なる出力電圧バージョンが用意されています。詳細なドキュメントは次のとおりです。

その回路には最小限の外付け部品が必要であり、このようなレギュレータはコスト効率が高く、使いやすいです。その他の機能には、外付け部品を必要としない52 kHzの固定周波数の内蔵発振器、突入電流を低減するソフトスタートモード、入力電圧耐性と出力可変負荷を改善する電流制御モードなどがあります。

LM2577のコンバータの特性

入力電圧 DC5V
出力DC12V
負荷電流 800mA
ソフトスタート機能
過熱シャットダウン

ここでは調整可能なチップが使用されています LM2577-adj。他の出力電圧を得るには、帰還抵抗 R2 と R3 の値を変更する必要があります。出力電圧は次の式を使用して計算されます。

V 出力 = 1.23V (1+R2/R3)

一般に、LM2577 は安価で、この回路のインダクタは 100 μH に統一され、最大電流は 1 A です。パルス動作のおかげで、冷却用の大きなラジエーターは必要ありません。そのため、このコンバータ回路は繰り返し使用する場合に安全に推奨できます。 USB 出力から 12 ボルトを取得する必要がある場合に特に便利です。

電化製品に損傷を与えないように回路内の電圧を下げる方法を知る必要があります。ゼロ線と位相線という2本の電線が家に来ていることは誰もが知っています。これは単相と呼ばれ、民間部門やマンションでは非常にまれに使用されます。すべての家庭用電化製品は単相交流ネットワークから電力を供給されているため、その必要はまったくありません。しかし、技術自体では、交流電圧を下げ、定数に変換し、振幅やその他の特性を変更するなど、変換を行う必要があります。これらは考慮する必要がある点です。

変圧器による電圧降下

最も簡単な方法は、変換を行う減圧変圧器を使用することです。一次巻線には二次巻線よりも多くの巻数が含まれています。電圧を半分または 3 分の 1 に下げる必要がある場合は、二次巻線を使用しなくてもよい。変圧器の一次巻線は、誘導性分圧器として使用されます（そこにタップがある場合）。家庭用電化製品では、二次巻線から 5、12、または 24 ボルトの電圧が取り出される変圧器が使用されます。

これらは、現代の家電製品で最も一般的に使用される値です。 20 ～ 30 年前、ほとんどの機器は 9 ボルトの電圧で動作していました。また、真空管テレビとアンプには、150 ～ 250 V の定電圧とフィラメント用の 6.3 の交流電圧が必要でした (一部のランプは 12.6 V で駆動されました)。したがって、変圧器の二次巻線には一次巻線と同じ巻数が含まれていました。現代の技術では、インバータ電源の使用が (コンピュータ電源などで) ますます増えており、その設計には非常に小さな寸法の昇圧トランスが含まれています。

インダクタ間の分圧器

インダクタは、金属または強磁性コア上に (通常は) 銅線が巻かれたコイルです。トランスはインダクタンスの一種です。一次巻線の中央からタップを作成すると、一次巻線と外部端子の間に等しい電圧が発生します。そしてそれは電源電圧の半分に等しくなります。ただし、これは、変圧器自体がまさにこの供給電圧で動作するように設計されている場合に当てはまります。

ただし、複数のコイル (たとえば、2 つ使用することもできます) を使用し、それらを直列に接続して AC ネットワークに接続することができます。インダクタンスの値がわかれば、それぞれのインダクタンスの降下を計算するのは簡単です。

U(L1) = U1 * (L1 / (L1 + L2))。
U(L2) = U1 * (L2 / (L1 + L2))。

これらの式では、L1 と L2 は 1 番目と 2 番目のコイルのインダクタンス、U1 は電源電圧 (ボルト)、U(L1) と U(L2) はそれぞれ 1 番目と 2 番目のインダクタンスでの電圧降下です。このような分周器の回路は計測機器の回路に広く使われています。

コンデンサの分圧器

AC 電源ネットワークの価値を下げるために使用される非常に一般的な回路です。キルヒホッフの定理によれば、DC 回路内のコンデンサはブレークであるため、DC 回路では使用できません。言い換えれば、電流は流れません。しかし、交流回路で動作する場合、コンデンサにはリアクタンスがあり、電圧を消滅させる可能性があります。分圧器回路は上で説明したものと似ていますが、インダクタの代わりにコンデンサが使用されます。計算は次の式を使用して行われます。

コンデンサのリアクタンス: X(C) = 1 / (2 * 3.14 *f * C)。
C1 両端の電圧降下: U(C1) = (C2 * U) / (C1 + C2)。
C2 両端の電圧降下: U(C1) = (C1 * U) / (C1 + C2)。

ここで、C1 と C2 はコンデンサの静電容量、U は電源ネットワークの電圧、f は電流の周波数です。

抵抗分割器

この回路は多くの点で前の回路と似ていますが、固定抵抗が使用されています。このような約数を計算する方法は、上記の方法とは少し異なります。この回路は、AC 回路と DC 回路の両方で使用できます。それは普遍的であると言えます。その助けを借りて、降圧電圧コンバータを組み立てることができます。各抵抗の電圧降下は、次の式を使用して計算されます。

U(R1) = (R1 * U) / (R1 + R2)。
U(R2) = (R2 * U) / (R1 + R2)。

1 つのニュアンスに注意する必要があります。負荷抵抗の値は、共有抵抗の値よりも 1 ～ 2 桁小さくする必要があります。そうしないと、計算の精度が非常に粗くなります。

実用的な電源回路：トランス

電源トランスを選択するには、いくつかの基本データを知っておく必要があります。

つながる必要がある消費者の力。
供給電圧値。
二次巻線に必要な電圧の値。

S = 1.2 *√P1。

そして、電力 P1 = P2 / 効率となります。変圧器の効率は 0.8 (または 80%) を超えることはありません。したがって、計算するときは、最大値 - 0.8 が使用されます。

二次巻線の電力:

P2 = U2 * I2。

このデータはデフォルトで既知であるため、計算は難しくありません。変圧器を使用して電圧を12ボルトに降圧する方法は次のとおりです。しかしそれだけではありません。家庭用電化製品は直流で動作し、二次巻線の出力は交流です。さらにいくつかの変更を加える必要があります。

電源図: 整流器とフィルター

次に交流を直流に変換します。この目的のために、半導体ダイオードまたはアセンブリが使用されます。最も単純なタイプの整流器は、単一のダイオードで構成されます。半波といいます。しかし、最も普及しているのはブリッジ回路で、交流を整流するだけでなく、リップルを可能な限り取り除くこともできます。しかし、半導体ダイオードだけでは変動成分を取り除くことができないため、このようなコンバータ回路はまだ不完全です。また、降圧変圧器は、交流電圧を同じ周波数に変換することができますが、その値は低くなります。

電解コンデンサは電源にフィルタとして使用されます。キルヒホッフの定理によれば、交流回路におけるこのようなコンデンサは導体であり、直流電流を扱う場合には不連続になります。したがって、定数コンポーネントは妨げられずに流れますが、変数は自動的に閉じられるため、このフィルターを通過しません。シンプルさと信頼性がまさにこのようなフィルターの特徴です。抵抗とインダクタンスを使用してリップルを平滑化することもできます。同様の設計は自動車の発電機にも使用されています。

電圧の安定化

電圧を希望のレベルまで下げる方法を学びました。今は安定させる必要があります。この目的のために、半導体部品で作られた特別なデバイスであるツェナーダイオードが使用されます。これらは DC 電源の出力に取り付けられます。動作原理は、半導体が特定の電圧を通過させることができ、過剰分が熱に変換され、ラジエーターを介して大気中に放出されるということです。つまり、電源の出力が 15 ボルトで、12 ボルトのスタビライザーが取り付けられている場合、必要なだけ正確に通過します。そして、3 V の差は素子の加熱に使用されます (エネルギー保存則が適用されます)。

結論

完全に異なる設計は降圧電圧安定化装置であり、いくつかの変換を行います。まず、主電源電圧が高周波 (最大 50,000 Hz) で DC に変換されます。それは安定化され、パルストランスに供給されます。次に、動作電圧 (主電源電圧またはそれより低い値) に対して逆変換が行われます。電子スイッチ（サイリスタ）の使用のおかげで、直流電圧は必要な周波数（我が国のネットワークでは50 Hz）の交流電圧に変換されます。

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