НИЗКОВОЛЬТНОЕ ПИТАНИЕ — ОТ СЕТИ

Компактные бытовые электронные устройства — гаджеты, такие как часы-будильники, радиоприёмники, детские игрушки, метеостанции и другие подобные устройства имеются почти в каждом доме. Регулярно и повсеместно хозяева дома вынуждены обеспечивать их электропитание батарейками с номинальным напряжением 1,5 В («пальчиковые» — типоразмера АА и «мизинчиковые» — ААА) или дисковыми типа CR, AG и др. — с напряжением от 1,5 до 3 В. С учётом того, что элементы питания (батарейки) увеличиваются в цене (как и все остальное), автор предлагает более рациональный выход для рачительных хозяев, а именно -применять для питания необходимых в доме и (или) полюбившихся хозяевам устройств, питание от бытовой электросети с помощью сетевого адаптера. Таким образом, расходы для семейного бюджета существенно сократятся, поскольку не придётся постоянно покупать батарейки.

Конечно, есть ещё один способ экономии или рационального жизнеобеспечения: замена элементов питания — батареек — аккумуляторами того же размера и форм-фактора, благо они имеются в свободной продаже и различаются энергоёмкостью. Такой путь тоже оправдан с точки зрения экономики домашнего хозяйства. Но и он менее рентабельный и универсальный, относительно того, что предлагается ниже в статье, поскольку к аккумуляторам потребуется зарядное устройство (дополнительный расход), стоят хорошие аккумуляторы с энергоёмкостью более 2 А ч свыше 300 рублей за штуку, а кроме того, их не всегда можно эффективно заменять вместо штатных батареек, поскольку аккумуляторы описываемого формфактора имеют полное напряжение заряда 1,2… 1,25 В, в то время как батарейка — 1,5 В. При соединении этих элементов в последовательную электрическую цепь возникает разница в эквивалентном напряжении питания, и для некоторых электронных устройств это является существенным фактором, влияющим на их нормальную работу.

К примеру, если в большинстве пультов дистанционного управления для бытовой аппаратуры уместно применение аккумуляторов с номинальным напряжением 1,2 В — каждый, вместо батарей с номинальным напряжением 1,5 В — каждая, то, к примеру, для метеостанции китайского производства автономное питание 2,4 В вместо 3 В является критическим для нормальной работы ЖКИ-устройства.

Тем не менее, решить проблемную ситуацию не так уж трудно. Для этого необходим сетевой адаптер.

Блок-схема питания низковольтной нагрузки с помощью стабилизатора представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема питания низковольтной нагрузки с помощью микросхемы-стабилизатора

Более того, поскольку с самого начала заявленным пафосом в статье является экономия бюджета, то далее будут рассмотрены не самодельные, а имеющиеся в наличии почти в каждом доме сетевые зарядные устройства для сотовых телефонов, из которых — с помощью несложной доработки — можно сделать адаптер.

Для этой цели вполне подойдут зарядные устройства с импульсным источником питания (внутри корпуса), с напряжением в диапазоне 4,2…9 В и током более 100 мА.

Если вскрыть корпус большинства из таких зарядных устройств сотовых телефонов, то увидим их «внутренности»: плату с выпрямителем, импульсным трансформатором и стабилизатором напряжения (рис. 2 фото).

Рис. 2 (фото). Вид на внутреннее «содержание» сетевого адаптера питания — зарядного устройства для современных сотовых телефонов

Таких устройств очень много и почти все они организованы по одному принципу (сделаны по одной принципиальной электрической схеме). Но сегодня мы даже не будем рассматривать её особенности, поскольку вносить существенных изменений в неё не придётся.

К схеме на рисунке 1 надо добавить только дополнительный стабилизатор с фиксированным напряжением. Наиболее распространены и имеют минимальную розничную цену (9 рублей — по состоянию на конец 2014 года) трёхвыводные микросхемы-стабилизаторы типа L78LЗЗABZ-АР, которые содержат в себе более 20 дискретных элементов.

ВНИМАНИЕ, ВАЖНО!

Необходимо сделать два серьёзных уточнения. Во-первых, выходной ток доработанного стабилизатора будет ограничен максимальным током, на который рассчитана микросхема L78LЗЗABZ-AP, то есть 100 мА.

А во-вторых, почему рекомендуется применить дополнительный стабилизатор к сетевому адаптеру — зарядному устройству для сотовых телефонов (для питания низковольтных устройств)? Потому, что некоторые устройства, такие как метеостанции (и другие) при приложенном постоянном напряжении более 3,7 В выходят из строя, для предотвращения таких ситуаций используйте контрольно-измерительные приборы при отладке. А сетевые зарядные устройства для сотовых телефонов, содержащие импульсный источник питания, имеют выходное напряжение (в зависимости от модели и предназначения) в диапазоне от 4,2 до 8 В. Такое зарядное устройство к большинству описанных гаджетов подключать нельзя. К примеру, метеостанция «будет ругаться» и показывать на дисплее — ЖКИ все сегменты сразу, а при длительном воздействии повышенного питающего напряжения — неизбежно выйдет из строя, что никак не входит в наши планы. Поэтому нужен дополнительный маломощный стабилизатор с фиксированным напряжением.

НИЗКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Таким линейным стабилизатором является микросхема L78LЗЗBZ-AP. Она реализована в разных исполнениях, в том числе в корпусе ТО-92 -с тремя выводами. Цоколёвка стабилизатора в таком корпусе приведена на рисунках 1 и 3.

Рис. 3. Цоколёвка микросхемы L78L33ABZ-AP

Рис. 4. Типовая схема подключения стабилизатора модельного ряда L78 в электрическую цепь

На рисунке 4 представлена типовая схема включения линейного стабилизатора.

Чтобы не утомлять читателя, не стану приводить подробные электрические характеристики стабилизатора (их можно самостоятельно получить в открытом доступе), скажу лишь о нескольких привлекательных аспектах. Для меня это, прежде всего, цена: 9 рублей за 1 корпус (по состоянию на начало 2015 года). При фиксированном выходном напряжении стабилизации 3,3 В выходной ток 100 мА позволяет применять её в широком спектре низковольтных и маломощных электронных устройств — для замены штатных и (или) автономных элементов питания, которые, к слову, достаточно дороги. К примеру, «дисковая» батарея типа CR2032 с номинальным напряжением 3 В производства Durasel обойдётся почти в две сотни рублей, и её энергоресурс не бесконечен.

У рассмотренного в примере стабилизатора есть и аналоги, причём с разной ценой. К примеру, таким (более дорогостоящим) аналогом является стабилизатор LP2950AC2-3-3, который также имеет ограничение по выходному току 100 мА и модификацию в трёхвыводном корпусе ТО-92.

На рисунке 5 представлен вид на плату зарядного устройства для сотовых телефонов Nokia с впаянным линейным стабилизатором L78LЗЗABZ-AP.

Рис. 5 (фото). Вид на плату зарядного устройства для сотовых телефонов Nokia с впаянным линейным стабилизатором L78L33ABZ-AP

Как видно из рисунка 5 (фото), выход стабилизатора — вывод 1, оставлен «в воздухе», и к нему припаян (и закрыт кембриком) проводник («+» питания), который затем идёт непосредственно на метеостанцию.

На рисунках 6 и 7 (фото) представлен вид на основной блок с индикатором метеостанции китайского производства с подключенным проводником от сетевого адаптера, который проходит через батарейный отсек метеостанции; проводники припаяны к контактам батарей.

Рис. 6 (фото). Вид на метеостанцию с подключенным сетевым адаптером

Рис. 7 (фото). Вид с тыльной стороны корпуса метеостанции на проводник питания

Разумеется, есть области, в которых такие батареи пока ничем нельзя заменить (к примеру, автомобильные брелоки для пультов и сигнализаций, SMOS ПК и др.). Однако, в большинстве электронных устройств, предназначенных для бытового использования, такая замена автономного питания на сетевой адаптер более чем оправдана.

ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА С ПОМОЩЬЮ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Другим популярным (среди прочих) вариантом «сетевого» питания низковольтных и маломощных электронных устройств является ограничение тока с помощью полупроводниковых диодов. Поскольку на кремниевом полупроводниковом диоде падение напряжения в цепи постоянного тока составляет почти 0,6 В, электрическая цепочка из последовательно соединённых однотипных диодов даст существенное уменьшение напряжения, что уместно реализовать в низковольтной цепи. К примеру, в том же рассматриваемом случае, когда нужно обеспечить питание электронному устройству в пределах 3,3 В, а в наличии имеется лишь адаптер для зарядки сотового телефона (реализованный по схеме с импульсным ИП — это уточнение важно) с выходным напряжением 4,2 В, два диода типа 1N4148, КД105 (или аналогичные) с любым буквенным индексом, включенные последовательно с нагрузкой вполне решают поставленную задачу.

Вариант ограничения тока (и напряжения) представлен на рисунке 8.

Рис. 8. Электрическая схема соединения диодов в качестве ограничения тока

Другое дело, что надо учитывать ток в электрической цепи.

Полупроводниковый диод типа КД105, включенный как ограничитель тока, можно применять там, где ток потребления устройства (нагрузки) не превышает 20 мА. Поэтому такой вариант уместен только в подходящих случаях.

Необходимо заметить, что желательно установить после цепи ограничения тока (диодов или интегрального стабилизатора) оксидный конденсатор для сглаживания помех в цепи питания по низкой частоте. Этот совет особенно актуален в ситуации, когда длина проводов питания от адаптера до устройства составляет более 1 м.

А. КАШКАРОВ, г. Санкт-Петербург