Блок питания своими руками — линейный, импульсный или DC-DC модуль

Выбор источника питания начинается с одной формулы: потери тепла в линейном стабилизаторе равны P = (Uвх − Uвых) · I. Если P не больше 1–2 Вт, берите линейный стабилизатор: он прост и не создаёт высокочастотных помех. Если P заметно больше, ставьте импульсный DC-DC преобразователь, потому что линейный превратит разницу напряжений в тепло.

Например, при входе 12 В, выходе 5 В и токе 0,5 А получается (12 − 5) · 0,5 = 3,5 Вт. Для корпуса TO-220 без радиатора это слишком много.

Ниже — что говорят даташиты, как оценить допустимое тепло, таблица выбора, список схем раздела и ошибки при выборе.

Внимание: Сетевое напряжение

Любая схема с трансформатором или прямым подключением к сети содержит опасное напряжение 230 В. Перед любыми работами вынимайте вилку из розетки. Конденсаторы фильтра после отключения остаются заряженными: разрядите их через резистор и проверьте напряжение мультиметром. Собирайте только с изоляцией и предохранителем, не трогайте схему под напряжением. Подробности по защите — в статьях лабораторный блок питания и бестрансформаторный источник.

Что говорят даташиты

Выбор делают по четырём параметрам: допустимому входному напряжению, запасу вход–выход, току покоя и тепловому сопротивлению. Данные ниже взяты из даташитов: LM340/LM7805 (Texas Instruments), LM317 (Texas Instruments), AMS1117 (Advanced Monolithic Systems) и LM2596 (Texas Instruments).

Параметр	LM7805	LM317	AMS1117	LM2596
Тип	линейный, 5 В	линейный, регулируемый	линейный, малое падение	импульсный понижающий
Вход	не более 35 В	перепад вход–выход 3–40 В	не более 15 В	до 40 В
Падение напряжения	2 В при 1 А, 25 °C (typ)	перепад не менее 3 В (рекомендуется)	1,3 В max при 0,8 А	—
Ток выхода	до 1,5 А	10 мА…1,5 А	до 1 А	до 3 А
Ток покоя	8 мА (max, 25 °C)	минимальная нагрузка 3,5 мА typ, 10 мА max	5 мА typ, 11 мА max	5 мА typ, 10 мА max
Температура перехода	0…125 °C	0…125 °C	−40…125 °C	−40…125 °C
RθJA, корпус	TO-220: 23,9 °C/Вт (таблица) и 54 °C/Вт (примечание)	TO-220: 23,5 и 37,9 °C/Вт (KCS/KCT)	SOT-223: 90 °C/Вт; TO-252: 80 °C/Вт	—

КПД LM2596 при токе 3 А по даташиту: 73 % на 3,3 В (вход 12 В), 80 % на 5 В (вход 12 В) и 90 % на 12 В (вход 25 В).

Сколько тепла допустимо

Температура кристалла: Tj = Tокр + P · RθJA. Из неё максимальная мощность без радиатора: P = (Tj − Tокр) / RθJA.

Пример (условный): Tокр = 40 °C, предел Tj = 125 °C, TO-220 у LM7805 с RθJA = 54 °C/Вт из примечания даташита. Получаем P = (125 − 40) / 54 ≈ 1,6 Вт.

Если взять 23,9 °C/Вт из таблицы, получится около 3,6 Вт, но это значение относится к стандартным условиям теста, а не к воздуху вокруг голого корпуса.

Для AMS1117 в корпусе SOT-223 даташит гарантирует мощность не более 1,2 Вт.

Как выбрать

Определите напряжение, ток и мощность потерь, затем сравните варианты.

Вариант	Плюсы	Минусы	Подходит для
Линейный стабилизатор	Простота, мало деталей, нет высокочастотных помех	Тепло пропорционально перепаду и току	Малый и средний ток, аналоговые схемы, лабораторные блоки
Импульсный (DC-DC)	Высокий КПД при большом перепаде, мало тепла	Пульсации и помехи, сложнее разводка	Большой перепад или ток, питание от батарей
Готовый DC-DC модуль	Не нужно рассчитывать, быстро	Шум, качество разное	Быстрое решение для нагрузки, не чувствительной к помехам

Главное правило: линейный стабилизатор отдаёт теплом (Uвх − Uвых) · I, а импульсный — почти нет. Если перепад мал или ток мал, линейный выигрывает простотой.

Путь читателя

Читайте в таком порядке.

Посчитайте тепло.Определите напряжение и ток: почему стабилизатор греется.
Если тепла немного.Выбирайте линейный и смотрите схемы ниже.
Если тепла много.Читайте DC-DC модуль вместо линейного стабилизатора.
Для питания вне сети.Посмотрите раздел «Автономное питание».

Выбор между вариантами не окончательный: в одной схеме иногда ставят оба.

Линейные стабилизаторы

Тороидальный трансформатор, диодный мост и конденсатор линейного блока

Здесь самые простые и надёжные схемы: трансформатор, мост, конденсатор и микросхема. Они не создают высокочастотных помех, поэтому годятся для аудио и измерений.

Линейный блок питания на LM317 — регулируемое напряжение и расчёт тепла.
Блок питания 5 и 12 В на 7805 и 7812 — два напряжения из одного трансформатора и распределение тепла.
Стабилизатор 5 В на КР142ЕН5А — питание логики и маломощных узлов.
Регулируемый блок 2–30 В на LM723 — когда нужен ток до 3 А.
Мощный источник 12 В на 15 А — что получится и во что это обойдётся по теплу.
Параметрический стабилизатор на стабилитроне — для опорных напряжений и малых токов.

Все схемы объединяет общий расчёт тепла из следующего раздела.

Тепло

Большой радиатор с рядом мощных транзисторов

Тепло — главная цена линейных схем. Статья про нагрев учит считать мощность и подбирать радиатор; на неё ссылаются все схемы этого списка.

Для расчёта есть калькулятор радиатора (внизу).

Импульсные и DC-DC

Компактный закрытый модуль питания от сети на плате

Когда линейный перегревается, ставят импульсный преобразователь. Статья о DC-DC и линейных стабилизаторах сравнивает подходы и подсказывает, когда какой.

Если нужно повысить напряжение, есть два разбора: 3 → 5 В на MAX660 (без катушки, малый ток) и 6 → 15 В на LM2585 (с катушкой и диодом Шоттки).

Защита и пуск

Блок питания должен переживать ошибки монтажа. Лабораторный блок с регулировкой и защитой от КЗ ограничивает ток, а плавный пуск на LM317 убирает бросок тока при включении нагрузки.

Автономное питание

Аккумулятор глубокого разряда на полке в дачном сарае

Для дачи и мест без сети понадобятся панель и аккумулятор: как посчитать мощность от суточного потребления до ёмкости батареи.

Питание от сети без трансформатора

Бестрансформаторный источник на 5 В показывает, как это делают и почему схема остаётся под сетевым напряжением.

Это вариант для тех, кто понимает риски; новичкам лучше начать с готового модуля или трансформатора.

Типовые ошибки

Выбор линейного по току, а не по теплу.Опасно большое напряжение на входе: перепад умножается на ток.
Запас по входному напряжению «на всякий случай».Лишние вольты превращаются в тепло.
AMS1117 при большом перепаде.Даташит гарантирует в SOT-223 мощность не более 1,2 Вт.
Импульсный модуль для чувствительной аналоговой схемы.Помехи на частоте коммутации проходят на выход.
Нет разряда конденсаторов после отключения.Фильтр остаётся заряженным.
Нет предохранителя на входе.При неисправности защищает только автомат в щитке.

Связанные разделы

Ремонт: если импульсный блок не работает — диагностика импульсного блока питания.
Микроконтроллеры: питание узла от солнца — ESP32 на солнечной батарее.
Начинающим: безопасность — УЗО или дифавтомат, основа расчётов — закон Ома.

Что в итоге

Для небольшого тока и тихой аналоговой схемы берите линейный стабилизатор и считайте тепло. Для большого перепада и тока — импульсный преобразователь или готовый модуль.

В любом случае начинайте с расчёта: напряжение, ток, мощность на элементах.

Частые вопросы

Какой блок питания выбрать для схемы на 5 В?

Посчитайте P = (Uвх − 5) · I. Если P меньше 1–2 Вт, хватит линейного 7805 или LM317. Если больше, берите импульсный модуль, например на LM2596.

Для аудио и измерений линейный предпочтительнее из-за отсутствия высокочастотных помех.

Когда линейный стабилизатор не годится?

Когда мощность потерь превышает возможности корпуса. Например, у AMS1117 в SOT-223 даташит гарантирует не более 1,2 Вт, а у LM7805 в TO-220 без радиатора около 1,6 Вт при 54 °C/Вт и 40 °C вокруг.

Тогда нужен радиатор или импульсный преобразователь.

Можно ли заменить LM7805 на AMS1117?

Нет без проверки. AMS1117 рассчитан на вход не более 15 В и ток до 1 А, а 7805 — на вход до 35 В.

AMS1117 имеет меньшее падение напряжения (1,3 В max против 2 В), поэтому его ставят там, где вход близок к выходу. Проверьте выходное напряжение версии: бывает 3,3 В и 5 В.

Где купить готовый DC-DC модуль в России?

Модули на LM2596 продаются в магазинах радиодеталей и на маркетплейсах. Берите модуль с указанным входным напряжением и током.

По даташиту LM2596 рассчитан на вход до 40 В и ток до 3 А, но реальный модуль может иметь другие ограничения.

Нужен ли предохранитель в блоке питания?

Да, на сетевой стороне. Он защищает от пожара при коротком замыкании.

Для сети 230 В выбирайте предохранитель по току первичной обмотки. Перед работами вынимайте вилку и разряжайте конденсаторы фильтра.