Schemat zasilacza stabilizowanego 24V i 12V z 230V, transformator 12V-0-12V, 7824, 7812

Pytanie

Narysuj schemat zasilacza stabilizowanego +24V i +12V z 230V opartego na dwóch uzwojeniach wtórnych transformatora 12V-0-12V?

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Poniżej znajdziesz kompletny, możliwy do natychmiastowego odtworzenia schemat ASCII zasilacza z sieci 230V AC, dającego dwa napięcia: +24V oraz +12V, oparty na transformatorze 12V–0–12V (dwa wtórne po 12V). Wariant zalecany: jeden prostownik na pełne 24V AC i kaskadowa stabilizacja (24V → 12V). To rozwiązanie jest najprostsze, bez pułapek połączeniowych, zapewnia wspólną masę i brak prądów „okólnych” w uzwojeniu.
• Dodatkowo podaję wariant alternatywny (24V z podwajacza na jednym uzwojeniu + 12V z drugiego uzwojenia), gdy chcesz rozdzielić obciążenia na każde uzwojenie wtórne.

Szczegółowa analiza problemu

• Założenia:
  • Wejście: 230V AC/50Hz.
  • Transformator: 12V–0–12V (2×12V, galwanicznie izolowane uzwojenia wtórne lub jedno uzwojenie z odczepem środkowym; w obu przypadkach końce skrajne dają 24V AC).
  • Wyjścia: +24V DC (stabilizowane), +12V DC (stabilizowane), wspólna masa GND.
• Dlaczego wariant kaskadowy?
  • Jeden mostek prostowniczy na całe 24V AC upraszcza topologię i ogranicza ryzyko niepożądanych prądów przez diody/uzwojenia, które mogą się pojawić przy równoległym stosowaniu dwóch mostków na tej samej sekcji wtórnej.
  • +12V otrzymujemy ze stabilizowanego +24V (drugi stabilizator liniowy lub — lepiej przy większych prądach — przetwornica buck).
• Rezerwa napięciowa:
  • 24V AC (między skrajnymi wyprowadzeniami) po prostowaniu i filtracji daje w przybliżeniu: UPEAK ≈ 24·√2 ≈ 33,9V; po spadku na dwóch diodach mostka ≈ 32,5V bez obciążenia. Przy pełnym obciążeniu i spadkach sieci oraz tętnieniach minimalne napięcie na kondensatorze powinno utrzymać się >27V (dropout ~2–3V dla 7824). To jest wykonalne przy odpowiednio dużej pojemności filtra i rozsądnych prądach.

Schemat – wariant A (zalecany: prostownik 24V + kaskadowa stabilizacja 24V→12V)

Uwaga: środkowego odczepu (CT) nie łączymy nigdzie w tym wariancie.

                SIEC 230Vac
                  L  N   PE
                  |  |   |
          [F1 T1A]|  |   +---------------------> Chassis / uziemienie obudowy
                  |  |
                 [S1]|
                  |  |
                 [MOV]  (opcjonalnie MOV 275Vac)
                  |  |
                  +--+--------------------+
                                         |
                                ┌────────┴─────────┐
                                │   TR1: 230 / 12-0-12V
                                └─┬───────────────┬─┘
                                  A               B
                                  ~               ~
                                   \             /
                                    \  24Vac   /
                                     \       /
                                      \     /
                                       \   /
                                        \ /
                                        BR1  mostek ≥4A/100V (np. KBU4xx)
                                     +----+----+
                               VRAW+ |    |    | VRAW-  (GND)
                                     +----+----+
                                         |    |
                                         |   GND o----o----o----o----o  (punkt gwiazdy)
                                         |         |    |    |    |
                                       [C1]        |   [C3] [C5] [RLED1+LED1]
                                   6800–10000µF    |    |    |    |
                                   50V, low-ESR    |    |    |    |
                                         |         |    |    |    |
                                         +----o----o    |    |    |
                                              |         |    |    |
                                              |     +---o----+    |
                                              |     |            [DPROT1]
                                           +--o-----| IN   OUT |<--| 1N540x
                                           |  |  ┌──┤  7824   ├──--+-----> +24V
                                           |  |  |  └───┬───┬─┘   [C4 100nF]
                                           | [C2 0.33µF]   |       + [C6 470µF/35V]
                                           |               |
                                           |            [C4 100nF]
                                           |               |
                                           |               |
                                           |           +---o----+
                                           |           |        |
                                           |      +----o IN   OUT|<--[DPROT2 1N4148/1N400x]
                                           |      |    |  7812   |         (lub 1N540x dla >0.5A)
                                           |      |    +----┬----+---------------> +12V
                                           |      |        [C7 100nF]   + [C8 470µF/25V]
                                           |      |             |
                                           |      |             |
                                           |     GND           GND
                                           |
                                          GND
Legenda i rozmieszczenie
- C1: główny kondensator filtra dla VRAW (magistrala niestabilizowana ~32V)
- C2/C3: 0.33µF (wejście) i 100nF (HF) przy 7824, jak najbliżej pinów
- C4/C6: 100nF + 470µF na wyjściu 7824
- C7/C8: 100nF + 470µF na wyjściu 7812
- DPROT1/DPROT2: diody zabezpieczające (od wyjścia do wejścia regulatora), katodą do wejścia
- RLED1+LED1: wskaźnik +24V (np. 2k2/0.25W + LED)
- Punkt gwiazdy masy: minus C1 (tu łącz wszystkie powroty: BR1-, GND regulatorów, powroty obciążenia)
- CT (0V transformatora): NIEUŻYWANY w tym wariancie – zostaw izolowany

Parametry i wskazówki do wariantu A:

• Mostek BR1: ≥4A/100V (zapewnia zapas na prądy szczytowe ładowania C1).
• C1: dobierz z zależności ΔV ≈ ILOAD/(2·f·C) dla prostownika pełnookresowego, tu f=50Hz, 2·f=100Hz.
  • Przykład: dla 1.2A łącznego prądu (I24 + I12 „widoczne” z VRAW) i dopuszczalnego tętnienia 2V: C ≈ 1.2/(100·2) ≈ 6000µF → zastosuj 6800–10000µF/50V.
• 7824:
  • Wymaga VMIN_IN ≳ 27V (dropout ok. 2–3V). Daje to zapas przy 24Vac nominalnych, ale pamiętaj: 230V –10% → 207V, wtedy 24Vac skutecznie ≈21.6Vac; VPEAK≈30.5V; po mostku ≈29.1V; przy tętnieniu 2V VMIN≈27.1V — na styk. W praktyce: dobierz większą pojemność C1 i nie projektuj tego wariantu na duże prądy 24V (≥1A) przy słabszych transformatorach. Jeśli potrzebujesz twardych 24V/≥1A w „low-line”, rozważ transformator 2×15Vac lub przetwornicę impulsową.
  • Vi_max dobierz z zapasem (typowo 40V). Kondensatory na 50V.
• 7812:
  • Zasilaj z wyjścia 24V (zmniejsza dropout i tętnienia na 7812). Strata mocy: P7812 ≈ (24–12)·I12.
  • Dla I12=0.5A → 6W; dla 1A → 12W → konieczny solidny radiator i/lub zastąpienie 7812 przetwornicą buck.
• Chłodzenie:
  • P7824 ≈ (VRAW_średnie – 24)·I24. Dla VRAW≈32V i I24=0.5A → ~4W.
  • Radiatory: celem jest utrzymanie Tj<125°C; przykładowo dla 8W użyj RθSA ≲ 7–10°C/W (przy dobrej wentylacji).
• EMC i stabilność: bezwzględnie 0.33µF na wejściach i 100nF na wejściach/wyjściach regulatorów blisko pinów; przewody wtórne skręcone; prowadź masy w gwiazdę.

Schemat – wariant B (gdy chcesz rozdzielić obciążenie na oba uzwojenia)

24V z podwajacza na JEDNYM uzwojeniu 12Vac, a 12V z DRUGIEGO uzwojenia 12Vac. Uwaga: podwajacz ma gorszą regulację i większe tętnienia – dobry dla mniejszych prądów 24V.

             TR1: 2×12Vac (uzwojenia izolowane)
             Uzwojenie #1 (12Vac) →  +24V przez podwajacz Delona
             Uzwojenie #2 (12Vac) →  +12V przez mostek
Uzwojenie #1: 12Vac ──┬─>|─┬── +VRAW24
                      C9   |
                     2200µF|
                           +─┬─>|─┬── GND
                            C10    |
                           2200µF  |
                                  (wejście 7824 → +24V)
Uzwojenie #2: 12Vac ~──BR2── +VRAW12 ──(C11)── 7812 → +12V
                              2200–3300µF/25V
Masy po stronie wtórnej łączysz w jeden punkt GND (po stronie DC).

• Wady wariantu B: dla prądu 24V rzędu setek mA tętnienia są większe, a napięcie VRAW24 silniej „siada” pod obciążeniem; dlatego konieczne są większe C9/C10 (np. 2×3300–4700µF/50V) i rozsądne ograniczenie prądu 24V.
• Zalety: obciążenia rozkładasz na dwa fizyczne uzwojenia; 12V ma osobny tor prostowania.

Aktualne informacje i trendy

• Dla prądów >0.3–0.5A na szynie 12V coraz częściej stosuje się przetwornice buck (moduły step‑down) zamiast 7812 — radykalnie zmniejszają straty cieplne i wymagania na radiatory.
• Na wejściu sieciowym powszechnie dodaje się MOV 275Vac i NTC (inrush limiter) dla ochrony przeciwprzepięciowej i ograniczenia prądu ładowania C1.
• Zamiast 78xx można użyć nowocześniejszych LDO o lepszej stabilności i zabezpieczeniach, jednak pamiętaj o maksymalnym napięciu wejściowym (często 30–36V).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Tętnienia po prostowniku pełnookresowym: ΔV ≈ I/(fR·C), gdzie fR = 2·fSieci = 100Hz. Dobierając C zmniejszasz ΔV; ale rośnie prąd szczytowy mostka — stąd wymóg mostka ≥4A i przewodów o odpowiednim przekroju.
• Diody zabezpieczające DPROT1/DPROT2 zapobiegają uszkodzeniu regulatorów przy gwałtownych zanikach na wejściu (ładunek z dużych C na wyjściu nie „wpompuje” prądu w stronę wejścia układu).
• Nie łącz odczepu CT z masą DC w wariancie A — w przeciwnym razie utworzysz niepożądane ścieżki przewodzenia przez diody mostka.

Aspekty etyczne i prawne

• Praca z 230V AC jest niebezpieczna: zachowaj odstępy izolacyjne (creepage/clearance), użyj bezpiecznika zwłocznego w torze L, przełącznik w przewodzie L, przewód PE do metalowej obudowy.
• Stosuj komponenty z odpowiednimi certyfikatami i zapasem parametrów; dla wyrobów komercyjnych obowiązują normy bezpieczeństwa (np. IEC/UL 62368‑1). W instalacjach w USA stosuj wymagania NEC i oznaczenia przewodów.
• Transformator musi zapewniać izolację sieciową klasy II lub PE do obudowy.

Praktyczne wskazówki

• Prowadź masy w gwiazdę w punkcie „–C1”; odseparuj pętle prądowe mostka i C1 od obwodów małosygnałowych/wyjść.
• Montuj kondensatory 100nF bezpośrednio przy pinach regulatorów.
• Radiatory izoluj elektrycznie (podkładki + tulejki) jeżeli montujesz oba układy do wspólnego profilu.
• Użyj bleeder’a (np. 47–100kΩ/0.5W) na C1, aby rozładować kondensator po odłączeniu zasilania.
• Dobierz rezystory LED dla prądu 2–5mA (dla 24V: ~2k2–3k3).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• 12‑0‑12V to minimalne napięcie wtórne do liniowej stabilizacji +24V. Przy „low‑line” i dużym obciążeniu margines dla 7824 jest niewielki. Jeśli potrzebujesz 24V/≥1A w każdych warunkach — rozważ 2×15V lub przetwornicę impulsową 230Vac→24VDC, a 12V generuj z 24V buckiem.
• Wariant B (podwajacz) nie jest polecany dla dużych prądów 24V — traktuj go jako rozwiązanie kompromisowe.

Sugestie dalszych badań

• Karty katalogowe serii 78xx/LM317/LM350 (parametry dropout, Vi_max, kompensacja i układy zabezpieczające).
• Moduły buck 24→12V z synchronizacją/soft‑startem; techniki ograniczania EMI (snubbery, prowadzenie mas).
• Analiza termiczna: oblicz RθJA i dobierz radiator z zapasem dla najgorszego przypadku.

Krótkie podsumowanie

• Najprostszy i najbezpieczniejszy schemat dla 12‑0‑12V to: mostek na pełne 24Vac → C1 (duży) → 7824 (+24V) → 7812 lub buck (+12V). Odczep CT pozostaw niepodłączony.
• Dla większej sprawności (zwłaszcza przy większym I12) zastąp 7812 przetwornicą buck.
• Jeżeli chcesz rozbić obciążenia na każde uzwojenie, możesz zastosować wariant z podwajaczem dla 24V i osobnym mostkiem dla 12V — pamiętając o jego ograniczeniach.

Jeśli podasz docelowe prądy wyjściowe dla +24V i +12V, dobiorę dokładne wartości C, rozmiary radiatorów oraz zaproponuję konkretne typy mostków i ewentualny moduł buck.