Ako vypočítať beztransformátorové napájacie zdroje

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Tento príspevok vysvetľuje, ako vypočítať hodnoty rezistorov a kondenzátorov v napájacích obvodoch bez transformátorov pomocou jednoduchých vzorcov, ako je zákon ohmov.

Analýza kapacitného zdroja napájania

Predtým, ako sa naučíme vzorec na výpočet a optimalizáciu hodnôt odporu a kondenzátora v beztransformátorovom napájacom zdroji, bolo by dôležité najskôr zhrnúť normu návrh napájacieho zdroja bez transformátora .



Podľa schémy sú rôznym zapojeným komponentom priradené nasledujúce špecifické funkcie:

C1 je nepolárny vysokonapäťový kondenzátor, ktorý sa zavádza na pokles smrtiaceho sieťového prúdu na požadované limity podľa špecifikácie záťaže. Tento komponent sa tak stáva mimoriadne dôležitým z dôvodu pridelenej funkcie obmedzenia prúdu v sieti.



D1 až D4 sú nakonfigurované ako a sieť usmerňovacieho mostíka na nápravu zostupného striedavého prúdu z C1, aby bol výstup vhodný pre akúkoľvek zamýšľanú jednosmernú záťaž.

Z1 je umiestnený na stabilizáciu výstupu na požadované bezpečné napäťové limity.

C2 je nainštalovaný na odfiltrovať akékoľvek zvlnenie v DC a na vytvorenie dokonale čistého DC pre pripojenú záťaž.

R2 môže byť voliteľné, ale odporúča sa na zvládnutie prepínania ZAPNUTÉHO zo siete, aj keď najlepšie musí byť tento komponent vymenený za NTC termistor.

Používanie Ohmovho zákona

Všetci vieme, ako funguje Ohmov zákon a ako ho použiť na nájdenie neznámeho parametra, keď sú známe ďalšie dva. Avšak s kapacitným typom napájacieho zdroja so zvláštnymi vlastnosťami as pripojenými LED diódami je výpočet prúdu, poklesu napätia a LED odporu trochu mätúci.

Ako vypočítať a znížiť parametre prúdu, napätia v beztransformátorových napájacích zdrojoch.

Po dôkladnom preštudovaní príslušných vzorcov som navrhol jednoduchý a efektívny spôsob riešenia vyššie uvedených problémov, najmä keď je použitý napájací zdroj beztransformátorový alebo obsahuje PPC kondenzátory alebo reaktanciu na riadenie prúdu.

Vyhodnotenie prúdu v kapacitných zdrojoch napájania

Spravidla a beztransformátorový napájací zdroj bude produkovať výstup s veľmi nízkymi prúdovými hodnotami, ale s napätím rovným použitej striedavej sieti (pokiaľ nie je nabitá).

Napríklad napätie 1 µF, 400 V (prierazné napätie) po pripojení k sieťovému napájaniu 220 V x 1,4 = 308 V (po moste) vyprodukuje maximálne 70 mA prúdu a počiatočné odčítanie napätia 308 Voltov.

Toto napätie však bude vykazovať veľmi lineárny pokles, keď sa výstup zaťaží a prúd sa odoberie zo zásobníka „70 mA“.

výpočet napájacích obvodov bez transformátora

Vieme, že ak záťaž spotrebuje celých 70 mA, znamenalo by to pokles napätia takmer na nulu.

Teraz, pretože tento pokles je lineárny, môžeme jednoducho rozdeliť počiatočné výstupné napätie na maximálny prúd a nájsť poklesy napätia, ku ktorým by mohlo dôjsť pri rôznych veľkostiach záťažových prúdov.

Preto rozdelenie 308 voltov na 70 mA dáva 4,4 V. Toto je rýchlosť, pri ktorej poklesne napätie na každý 1 mA prúdu pridaného k záťaži.

To znamená, že ak záťaž spotrebuje 20 mA prúdu, pokles napätia bude 20 × 4,4 = 88 voltov, takže na výstupe bude teraz napätie 308 - 62,8 = 220 voltov DC (po premostení).

Napríklad s a 1 W LED pripojený priamo k tomuto obvodu bez odporu by vykazoval napätie rovnajúce sa poklesu napätia LED vpred (3,3 V), je to preto, že LED dióda potápa takmer všetok prúd, ktorý je k dispozícii z kondenzátora. Napätie na LED však neklesá na nulu, pretože dopredné napätie je maximálne špecifikované napätie, ktoré cez ňu môže klesať.

Z vyššie uvedenej diskusie a analýzy je zrejmé, že napätie v ktorejkoľvek napájacej jednotke je nehmotné, ak je schopnosť napájacieho zdroja dodávať prúd „relatívne“ nízka.

Napríklad, ak vezmeme do úvahy LED, vydrží prúd 30 až 40 mA pri napätiach blízkych „poklesu napätia vpred“, avšak pri vyšších napätiach sa tento prúd môže stať pre LED nebezpečný, takže ide hlavne o to, aby sa maximálny prúd rovnal maximálny bezpečný prípustný limit zaťaženia.

Výpočet hodnôt odporu

Rezistor pre záťaž : Ak sa ako záťaž použije LED, odporúča sa zvoliť kondenzátor, ktorého reaktančná hodnota umožňuje iba maximálny prípustný prúd pre LED, v takom prípade je možné sa rezistoru úplne vyhnúť.

Ak hodnota kondenzátora je veľký s vyššími prúdovými výstupmi, potom pravdepodobne, ako je uvedené vyššie, môžeme zabudovať rezistor na zníženie prúdu na prípustnú hranicu.

Výpočet limitného odporu prepätia : Rezistor R2 vo vyššie uvedených formách diagramu je zahrnutý ako odpor obmedzovača prepätia pri zapnutí. V zásade chráni zraniteľné zaťaženie pred počiatočným nárazovým prúdom.

Počas počiatočných periód zapnutia funguje kondenzátor C1 ako úplný skrat, aj keď len na niekoľko milisekúnd, a môže cez výstup umožniť celých 220 V.

To môže stačiť na vyfúknutie citlivých elektronických obvodov alebo LED diód pripojených k napájaciemu zdroju, ktorý obsahuje aj stabilizačnú zenerovu diódu.

Pretože zenerova dióda tvorí prvé elektronické zariadenie v rade, ktoré je potrebné chrániť pred počiatočným nárazom, možno R2 vypočítať podľa špecifikácií zenerovej diódy a maxima zenerov prúd alebo Zenerov rozptyl.

Maximálny prípustný prúd zenerom pre náš príklad bude 1 watt / 12 V = 0,083 ampéra.

R2 by preto malo byť = 12 / 0,083 = 144 Ohmov

Pretože nárazový prúd je iba milisekundy, môže byť táto hodnota oveľa nižšia.

Tu. neberieme do úvahy vstup 310V pre zenerov výpočet, pretože prúd je C1 obmedzený na 70 mA.

Pretože R2 môže zbytočne obmedzovať vzácny prúd pre záťaž počas normálnej prevádzky, musí to byť ideálne NTC typ odporu. NTC zabezpečí, že prúd bude obmedzený iba počas počiatočného obdobia zapnutia a potom bude môcť prúdiť celých 70 mA bez obmedzenia pre záťaž.

Výpočet vybíjacieho odporu : Rezistor R1 sa používa na vybíjanie uloženého vysokonapäťového náboja vo vnútri C1, kedykoľvek je obvod odpojený od elektrickej siete.

Hodnota R1 by mala byť čo najmenšia pre rýchle vybitie C1, napriek tomu musí byť pri pripojení k elektrickej sieti odvádzané minimálne teplo.

Pretože R1 môže byť 1/4 wattový rezistor, musí byť jeho rozptyl menší ako 0,25 / 310 = 0,0008 ampéra alebo 0,8 mA.

Preto R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohmov alebo približne 390 k.

Výpočet 20 mA LED odporu

Príklad: Na zobrazenom diagrame produkuje hodnota kondenzátora max. 70 mA. prúd, ktorý je dosť vysoký na to, aby akákoľvek LED vydržala. Pomocou štandardného vzorca LED / odpor:

R = (napájacie napätie VS - dopredné napätie LED VF) / prúd LED IL,
= (220 - 3,3) / 0,02 = 10,83 tis.,

Hodnota 10,83 kB však vyzerá dosť obrovsky a podstatne by znížila osvetlenie LED ... Výpočty vyzerajú absolútne legitímne ... takže nám tu niečo chýba ??

Myslím, že tu nemusí byť napätie „220“ správne, pretože LED by nakoniec vyžadovala iba 3,3 V .... tak prečo nepoužiť túto hodnotu vo vyššie uvedenom vzorci a skontrolovať výsledky? Ak ste použili zenerovu diódu, potom by sa tu mohla použiť zenerova hodnota.

Dobre, ideme znova.

R = 3,3 / 0,02 = 165 ohmov

Teraz to vyzerá oveľa lepšie.

V prípade, že ste pred diódou LED použili povedzme zenerovu diódu 12V, vzorec je možné vypočítať takto:

R = (napájacie napätie VS - dopredné napätie LED VF) / prúd LED IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 ohmov,

Preto hodnota odporu pre riadenie jedného červená LED bezpečne by bol okolo 400 ohmov.

Vyhľadanie kondenzátorového prúdu

V celom vyššie opísanom beztransformátorovom návrhu je C1 najdôležitejšou súčasťou, ktorú je potrebné správne dimenzovať, aby bol prúdový výstup z nej optimálne optimalizovaný podľa špecifikácie záťaže.

Výber kondenzátora vysokej hodnoty pre relatívne menšie zaťaženie môže zvýšiť riziko nadmerného nárazového prúdu, ktorý sa dostane do záťaže a skôr ho poškodí.

Správne vypočítaný kondenzátor naopak zaisťuje riadený nárazový náraz a nominálny rozptyl pri zachovaní primeranej bezpečnosti pre pripojenú záťaž.

Používanie Ohmovho zákona

Veľkosť prúdu, ktorý môže byť optimálne prípustný prostredníctvom napájacieho zdroja bez transformátora pre konkrétnu záťaž, možno vypočítať pomocou Ohmovho zákona:

I = V / R

kde I = prúd, V = napätie, R = odpor

Ako však vidíme, vo vyššie uvedenom vzorci je R nepárny parameter, pretože máme do činenia s kondenzátorom ako s členom obmedzujúcim prúd.

Aby sme to prelomili, musíme odvodiť metódu, ktorá prevedie limitnú hodnotu kondenzátora na hodnotu v Ohmoch alebo odporovej jednotke, aby bolo možné vyriešiť vzorec Ohmovho zákona.

Výpočet reaktancie kondenzátora

Aby sme to dosiahli, najskôr zistíme reaktanciu kondenzátora, ktorú je možné považovať za ekvivalent odporu rezistora.

Vzorec pre reaktanciu je:

Xc = 1/2 (pi) fC

kde Xc = reaktancia,

pi = 22/7

f = frekvencia

C = hodnota kondenzátora vo Faradoch

Výsledok získaný vyššie uvedeným vzorcom je v Ohmoch, ktoré môžu byť priamo nahradené v našom skôr uvedenom Ohmovom zákone.

Vyriešime príklad na pochopenie implementácie vyššie uvedených vzorcov:

Pozrime sa, koľko prúdu môže kondenzátor 1uF dodať konkrétnej záťaži:

V ruke máme tieto údaje:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (sieťová frekvencia)

a C = 1 uF alebo 0,000001F

Riešenie reaktančnej rovnice pomocou vyššie uvedených údajov dáva:

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

= Približne 3184 ohmov

Nahradením tejto ekvivalentnej hodnoty odporu v našom vzorci Ohmovho zákona dostaneme:

R = V / I

alebo I = V / R

Za predpokladu V = 220V (pretože kondenzátor je určený na prácu so sieťovým napätím.)

Dostaneme:

I = 220/3184

= 0,069 ampéra alebo približne 69 mA

Podobne je možné vypočítať ďalšie kondenzátory na zistenie ich maximálnej dodacej kapacity alebo menovitého výkonu.

Vyššie uvedená diskusia komplexne vysvetľuje, ako je možné vypočítať prúd kondenzátora v ľubovoľnom príslušnom obvode, najmä v kapacitných napájacích zdrojoch bez transformátora.

UPOZORNENIE: VÝŠE UVEDENÝ DIZAJN NIE JE IZOLOVANÝ Z HLAVNÉHO VSTUPU, PRETOŽE CELÁ JEDNOTKA MOHLA PLÁVAŤ S LETÁLNYMI VSTUPNÝMI SIEŤAMI, BUDETE PRIPRAVOVANÍ V POZÍCII NADMERNE POZORNÁ.




Dvojica: Jeden tranzistorový obvod LED blikača Ďalej: Jednoduchý Peltierov chladiaci okruh