Jak obliczyć beztransformatorowe zasilacze

Jak obliczyć beztransformatorowe zasilacze

W tym poście wyjaśniono, jak obliczyć wartości rezystorów i kondensatorów w beztransformatorowych obwodach zasilających przy użyciu prostych wzorów, takich jak prawo omów.



Analiza zasilacza pojemnościowego

Zanim poznamy wzór do obliczania i optymalizacji wartości rezystorów i kondensatorów w zasilaczu beztransformatorowym, ważne byłoby, aby najpierw podsumować normę beztransformatorowa konstrukcja zasilacza .

Odnosząc się do diagramu, różnym zaangażowanym komponentom przypisano następujące określone funkcje:





C1 to niepolarny kondensator wysokiego napięcia, który jest wprowadzany w celu obniżenia śmiertelnego prądu sieciowego do pożądanych granic zgodnie ze specyfikacją obciążenia. Ten element staje się zatem niezwykle istotny ze względu na przypisaną funkcję ograniczenia prądu sieciowego.

D1 do D4 są skonfigurowane jako sieć mostków prostowniczych do prostowania obniżonego prądu przemiennego z C1 w celu dostosowania wyjścia do dowolnego przewidzianego obciążenia DC.



Z1 jest ustawiony do stabilizacji wyjścia do wymaganych bezpiecznych granic napięcia.

C2 jest zainstalowany w odfiltrować wszelkie tętnienia w DC i stworzyć idealnie czysty DC dla podłączonego obciążenia.

R2 może być opcjonalny, ale jest zalecany do radzenia sobie z przepięciem przy włączaniu z sieci, chociaż najlepiej ten element musi być zastąpiony termistorem NTC.

Korzystanie z prawa Ohma

Wszyscy wiemy, jak działa prawo Ohma i jak go używać do znajdowania nieznanego parametru, gdy pozostałe dwa są znane. Jednak przy pojemnościowym typie zasilacza o szczególnych cechach i podłączonych do niego diodach LED obliczanie prądu, spadku napięcia i rezystora LED staje się nieco zagmatwane.

Jak obliczyć i odjąć prąd i parametry napięcia w beztransformatorowych zasilaczach.

Po dokładnym przestudiowaniu odpowiednich wzorców opracowałem prosty i skuteczny sposób rozwiązania powyższych problemów, zwłaszcza gdy zastosowany zasilacz jest beztransformatorowy lub zawiera kondensatory PPC lub reaktancję do sterowania prądem.

Ocena prądu w zasilaczach pojemnościowych

Zazwyczaj plik beztransformatorowy zasilacz wytworzy wyjście o bardzo niskich wartościach prądu, ale z napięciami równymi zastosowanej sieci prądu przemiennego (do momentu jej obciążenia).

Na przykład 1 µF, 400 V (napięcie przebicia) po podłączeniu do sieci zasilającej 220 V x 1,4 = 308 V (za mostkiem) wytworzy maksymalnie 70 mA prądu i początkowy odczyt napięcia 308 woltów.

Jednak napięcie to będzie wykazywać bardzo liniowy spadek, gdy wyjście zostanie obciążone i prąd jest pobierany ze zbiornika „70 mA”.

obliczanie beztransformatorowych obwodów zasilania

Wiemy, że gdyby obciążenie zużywało całe 70 mA, oznaczałoby to spadek napięcia prawie do zera.

Ponieważ ten spadek jest liniowy, możemy po prostu podzielić początkowe napięcie wyjściowe przez maksymalny prąd, aby znaleźć spadki napięcia, które wystąpiłyby przy różnych wartościach prądów obciążenia.

Dlatego podzielenie 308 woltów przez 70 mA daje 4,4 V. Jest to szybkość, z jaką napięcie spadnie z każdym 1 mA prądu dodawanego wraz z obciążeniem.

Oznacza to, że jeśli obciążenie zużywa 20 mA prądu, spadek napięcia wyniesie 20 × 4,4 = 88 woltów, więc na wyjściu pojawi się teraz napięcie 308 - 62,8 = 220 woltów prądu stałego (za mostkiem).

Na przykład z plikiem 1 watowa dioda LED podłączony bezpośrednio do tego obwodu bez rezystora wskazywałby napięcie równe spadkowi napięcia przewodzenia diody LED (3,3 V), ponieważ dioda LED pochłania prawie cały prąd dostępny z kondensatora. Jednak napięcie na diodzie LED nie spada do zera, ponieważ napięcie przewodzenia jest maksymalnym określonym napięciem, które może spaść na nim.

Z powyższej dyskusji i analizy wynika, że ​​napięcie w jakimkolwiek zasilaczu jest nieistotne, jeśli zdolność dostarczania prądu przez zasilacz jest „stosunkowo” niska.

Na przykład, jeśli weźmiemy pod uwagę diodę LED, może wytrzymać prąd od 30 do 40 mA przy napięciach bliskich `` spadkowi napięcia przewodzenia '', jednak przy wyższych napięciach prąd ten może stać się niebezpieczny dla diody LED, więc chodzi o utrzymanie maksymalnego prądu równego maksymalna bezpieczna dopuszczalna granica obciążenia.

Obliczanie wartości rezystorów

Rezystor dla obciążenia : Kiedy dioda LED jest używana jako obciążenie, zaleca się wybór kondensatora, którego wartość reaktancji dopuszcza tylko maksymalny dopuszczalny prąd do diody LED, w którym to przypadku można całkowicie uniknąć rezystora.

Jeśli wartość kondensatora jest duży przy wyższych wyjściach prądowych, to prawdopodobnie, jak omówiono powyżej, możemy włączyć rezystor, aby zmniejszyć prąd do dopuszczalnych granic.

Obliczanie rezystora ograniczającego przepięcia : Rezystor R2 na powyższym schemacie jest dołączony jako włączający rezystor ograniczający przepięcia. Zasadniczo chroni wrażliwe obciążenie przed początkowym prądem udarowym.

Podczas początkowych okresów załączenia kondensator C1 zachowuje się jak całkowite zwarcie, chociaż tylko przez kilka milisekund, i może pozwolić na całkowite napięcie 220 V na wyjściu.

To może wystarczyć do wysadzenia wrażliwych obwodów elektronicznych lub diod LED podłączonych do zasilania, w tym także stabilizującej diody Zenera.

Ponieważ dioda Zenera stanowi pierwsze urządzenie elektroniczne w linii, które należy zabezpieczyć przed początkowym przepięciem, wartość R2 można obliczyć zgodnie ze specyfikacjami diody Zenera, a prąd Zenera lub rozpraszanie zenera.

Maksymalny dopuszczalny prąd Zenera w naszym przykładzie wyniesie 1 wat / 12 V = 0,083 ampera.

Dlatego R2 powinno wynosić = 12 / 0,083 = 144 Ohm

Jednak ponieważ prąd udarowy trwa tylko przez milisekundy, ta wartość może być znacznie niższa niż ta.

Tutaj. nie bierzemy pod uwagę wejścia 310 V do obliczeń Zenera, ponieważ prąd jest ograniczony do 70 mA przez C1.

Ponieważ R2 może niepotrzebnie ograniczać cenny prąd dla obciążenia podczas normalnych operacji, powinien być idealnie NTC rodzaj rezystora. NTC zapewni, że prąd jest ograniczony tylko podczas początkowego okresu włączenia, a następnie pełne 70 mA może przepływać bez ograniczeń dla obciążenia.

Obliczanie rezystora rozładowania : Rezystor R1 służy do rozładowania ładunku wysokiego napięcia przechowywanego wewnątrz C1, gdy obwód jest odłączony od sieci.

Wartość R1 powinna być jak najmniejsza, aby umożliwić szybkie rozładowanie C1, a jednocześnie odprowadzać minimum ciepła podczas podłączania do sieci prądu przemiennego.

Ponieważ R1 może być rezystorem 1/4 W, jego rozpraszanie musi być mniejsze niż 0,25 / 310 = 0,0008 A lub 0,8 mA.

Dlatego R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohm lub około 390 k.

Obliczanie rezystora LED 20 mA

Przykład: Na przedstawionym schemacie wartość kondensatora wytwarza 70 mA maks. prąd, który jest dość wysoki dla każdej diody LED. Stosując standardową formułę LED / rezystor:

R = (napięcie zasilania VS - napięcie przewodzenia diody LED VF) / prąd diody IL,
= (220 - 3,3) / 0,02 = 10,83 K,

Jednak wartość 10,83K wygląda na dość dużą i znacznie zmniejszyłaby oświetlenie diody LED ... niemniej jednak obliczenia wyglądają na absolutnie uzasadnione ... więc czy czegoś tutaj brakuje?

Myślę, że tutaj napięcie '220' może nie być poprawne, ponieważ ostatecznie dioda LED wymagałaby tylko 3,3V ... więc dlaczego nie zastosować tej wartości w powyższym wzorze i sprawdzić wyniki? Jeśli użyłeś diody Zenera, zamiast tego można zastosować wartość Zenera.

Ok, znowu zaczynamy.

R = 3,3 / 0,02 = 165 omów

Teraz wygląda to znacznie lepiej.

W przypadku, gdy użyłeś, powiedzmy, diody Zenera 12 V przed diodą LED, wzór można obliczyć w następujący sposób:

R = (napięcie zasilania VS - napięcie przewodzenia diody LED VF) / prąd diody IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 omów,

Dlatego wartość rezystora do sterowania jednym czerwona dioda LED bezpiecznie będzie około 400 omów.

Znajdowanie prądu kondensatora

W całej omawianej powyżej konstrukcji beztransformatorowej C1 jest jednym kluczowym elementem, który musi być prawidłowo zwymiarowany, aby prąd wyjściowy z niego był optymalnie zoptymalizowany zgodnie ze specyfikacją obciążenia.

Wybór kondensatora o dużej wartości dla relatywnie mniejszego obciążenia może zwiększyć ryzyko przedostania się nadmiernego prądu udarowego do obciążenia i jego szybszego uszkodzenia.

Z drugiej strony odpowiednio obliczony kondensator zapewnia kontrolowany udar rozruchowy i nominalne rozpraszanie, zachowując odpowiednie bezpieczeństwo dla podłączonego obciążenia.

Korzystanie z prawa Ohma

Wielkość prądu, która może być optymalnie dopuszczalna przez beztransformatorowy zasilacz dla określonego obciążenia, można obliczyć, korzystając z prawa Ohma:

I = V / R

gdzie I = prąd, V = napięcie, R = rezystancja

Jak jednak widzimy, w powyższym wzorze R jest dziwnym parametrem, ponieważ mamy do czynienia z kondensatorem jako elementem ograniczającym prąd.

Aby to złamać, musimy wyprowadzić metodę, która przełoży wartość graniczną prądu kondensatora na omy lub jednostkę rezystancji, tak aby można było rozwiązać wzór prawa Ohma.

Obliczanie reaktancji kondensatora

Aby to zrobić, najpierw sprawdzamy reaktancję kondensatora, którą można uznać za równoważnik rezystancji rezystora.

Wzór na reaktancję to:

Xc = 1/2 (pi) fC

gdzie Xc = reaktancja,

pi = 22/7

f = częstotliwość

C = wartość kondensatora w faradach

Wynik otrzymany z powyższego wzoru jest w omach, który można bezpośrednio podstawić w naszym wcześniej wspomnianym prawie Ohma.

Rozwiążmy przykład, aby zrozumieć implementację powyższych formuł:

Zobaczmy, ile prądu kondensator 1uF może dostarczyć do określonego obciążenia:

Mamy w ręku następujące dane:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (częstotliwość sieci AC)

i C = 1uF lub 0,000001F

Rozwiązanie równania reaktancji przy użyciu powyższych danych daje:

Xc = 1 / (2 x 3,14 x 50 x 0,000001)

= Około 3184 omów

Zastępując tę ​​równoważną wartość rezystancji we wzorze naszego prawa Ohma, otrzymujemy:

R = V / I

lub I = V / R

Przyjmując V = 220V (ponieważ kondensator jest przeznaczony do pracy z napięciem sieciowym).

Otrzymujemy:

I = 220/3184

= Około 0,069 ampera lub 69 mA

Podobnie można obliczyć inne kondensatory, aby poznać ich maksymalną pojemność lub wartość znamionową dostarczania prądu.

Powyższe omówienie wyczerpująco wyjaśnia, w jaki sposób można obliczyć prąd kondensatora w dowolnym odpowiednim obwodzie, szczególnie w beztransformatorowych zasilaczach pojemnościowych.

OSTRZEŻENIE: POWYŻSZA KONSTRUKCJA NIE JEST ODIZOLOWANA OD WEJŚCIA SIECIOWEGO, DLATEGO CAŁE URZĄDZENIE MOŻE PŁYWAĆ ZE ŚMIERTELNYM WEJŚCIEM SIECIOWYM.




Poprzedni: Obwód migacza LED z pojedynczym tranzystorem Dalej: Prosty obwód lodówki Peltiera