Cum se calculează sursele de alimentare fără transformator

Această postare explică cum se calculează valorile rezistenței și ale condensatorului în circuitele de alimentare fără transformator utilizând formule simple precum legea ohmilor.

Analiza unei surse de alimentare capactive

Înainte de a învăța formula pentru calcularea și optimizarea valorilor rezistorului și condensatorului într-o sursă de alimentare fără transformator, ar fi important să rezumăm mai întâi un standard proiectarea sursei de alimentare fără transformator .

Referindu-ne la diagramă, diferitelor componente implicate li se atribuie următoarele funcții specifice:

C1 este condensatorul neopolar de înaltă tensiune, care este introdus pentru scăderea curentului de rețea letal la limitele dorite conform specificațiilor de sarcină. Această componentă devine astfel extrem de importantă datorită funcției de limitare a curentului de rețea atribuită.

D1 până la D4 sunt configurate ca rețea de redresoare de poduri pentru rectificarea curentului alternativ de la C1, pentru a face ieșirea potrivită oricărei sarcini DC prevăzute.

Z1 este poziționat pentru stabilizarea ieșirii la limitele de tensiune de siguranță necesare.

C2 este instalat pe filtrează orice ondulare în DC și pentru a crea un DC perfect curat pentru sarcina conectată.

R2 poate fi opțional, dar este recomandat pentru abordarea unei supratensiuni de pornire de la rețea, deși, de preferință, această componentă trebuie înlocuită cu un termistor NTC.

Folosind Legea lui Ohm

Știm cu toții cum funcționează legea lui Ohm și cum să o folosim pentru a găsi parametrul necunoscut atunci când sunt cunoscuți ceilalți doi. Cu toate acestea, cu un tip capacitiv de alimentare cu caracteristici speciale și cu LED-uri conectate la acesta, calculul curentului, căderii de tensiune și rezistorului LED devine puțin confuz.

Cum se calculează și se deduc parametrii de curent și tensiune în sursele de alimentare fără transformator.

După ce am studiat cu atenție tiparele relevante, am conceput un mod simplu și eficient de a rezolva problemele de mai sus, mai ales atunci când sursa de alimentare utilizată este una fără transformator sau încorporează condensatori PPC sau reactanță pentru controlul curentului.

Evaluarea curentului în sursele de alimentare capacitive

De obicei, a alimentare fără transformator va produce o ieșire cu valori de curent foarte mici, dar cu tensiuni egale cu rețeaua de curent alternativă aplicată (până când este încărcată).

De exemplu, un 1 µF, 400 V (tensiune de rupere) atunci când este conectat la o rețea de alimentare de 220 V x 1,4 = 308V (după punte) va produce un maxim de 70 mA de curent și o citire inițială a tensiunii de 308 Volți.

Cu toate acestea, această tensiune va arăta o cădere foarte liniară pe măsură ce ieșirea se încarcă și curentul este extras din rezervorul „70 mA”.

Știm că dacă încărcătura consumă întreaga cantitate de 70 mA ar însemna că tensiunea scade la aproape zero.

Acum, deoarece această cădere este liniară, putem împărți pur și simplu tensiunea de ieșire inițială cu curentul maxim pentru a găsi căderile de tensiune care ar apărea pentru diferite magnitudini ale curenților de sarcină.

Prin urmare, împărțirea a 308 volți la 70 mA dă 4.4V. Aceasta este rata la care va scădea tensiunea pentru fiecare 1 mA de curent adăugat odată cu sarcina.

Asta implică dacă sarcina consumă 20 mA de curent, scăderea tensiunii va fi de 20 × 4,4 = 88 volți, astfel încât ieșirea acum va arăta o tensiune de 308 - 62,8 = 220 volți DC (după punte).

De exemplu cu un LED de 1 watt conectat direct la acest circuit fără rezistență ar arăta o tensiune egală cu căderea de tensiune directă a LED-ului (3,3V), deoarece LED-ul scufundă aproape tot curentul disponibil de la condensator. Cu toate acestea, tensiunea din LED nu scade la zero, deoarece tensiunea directă este tensiunea maximă specificată care poate cădea peste el.

Din discuția și analiza de mai sus, devine clar că tensiunea în orice unitate de alimentare este imaterială dacă capacitatea de alimentare curentă a sursei de alimentare este „relativ” scăzută.

De exemplu, dacă luăm în considerare un LED, acesta poate rezista la 30 până la 40 mA curent la tensiuni apropiate de „căderea de tensiune înainte”, cu toate acestea la tensiuni mai mari acest curent poate deveni periculos pentru LED, deci este vorba de menținerea curentului maxim egal cu limita maximă sigură tolerabilă a sarcinii.

Calculul valorilor rezistorului

Rezistor pentru sarcină : Când se utilizează un LED ca sarcină, se recomandă alegerea unui condensator a cărui valoare de reactanță permite doar curentul maxim tolerabil la LED, caz în care un rezistor poate fi evitat în totalitate.

Dacă valoarea condensatorului este mare, cu ieșiri de curent mai mari, apoi probabil așa cum am discutat mai sus, putem încorpora un rezistor pentru a reduce curentul la limite tolerabile.

Calcularea rezistenței limită de supratensiune : Rezistența R2 din diagramele de mai sus este inclusă ca rezistență limitator de supratensiune de pornire. Practic protejează sarcina vulnerabilă de curentul de supratensiune inițial.

În timpul perioadelor de pornire inițiale, condensatorul C1 acționează ca un scurtcircuit complet, deși doar pentru câteva milisecunde și poate permite întreaga ieșire de 220V.

Acest lucru poate fi suficient pentru a arunca circuitele electronice sensibile sau LED-urile conectate la sursă, care include și dioda zener stabilizatoare.

Deoarece dioda zener formează primul dispozitiv electronic în linie care trebuie protejat de supratensiunea inițială, R2 poate fi calculat conform specificațiilor diodei zener și maxim curent zener , sau disipare zener.

Curentul maxim tolerabil de către zener pentru exemplul nostru va fi de 1 watt / 12 V = 0,083 amperi.

Prin urmare, R2 ar trebui să fie = 12 / 0,083 = 144 Ohmi

Cu toate acestea, deoarece curentul de supratensiune este doar pentru o milisecundă, această valoare ar putea fi mult mai mică decât aceasta.

Aici. nu luăm în considerare intrarea de 310V pentru calculul zener, deoarece curentul este limitat la 70 mA de C1.

Deoarece R2 poate restricționa inutil curentul prețios pentru sarcină în timpul operațiunilor normale, trebuie să fie ideal NTC tip de rezistor. Un NTC se va asigura că curentul este restricționat numai în timpul perioadei inițiale de pornire și apoi întregul 70 mA este permis să treacă fără restricții pentru sarcină.

Calculul rezistorului de descărcare : Rezistorul R1 este utilizat pentru descărcarea încărcării de înaltă tensiune stocate în interiorul C1, ori de câte ori circuitul este deconectat de la rețea.

Valoarea R1 ar trebui să fie cât mai mică posibilă pentru descărcarea rapidă a C1, totuși disipează căldura minimă în timp ce este conectat la rețeaua de curent alternativ.

Deoarece R1 poate fi un rezistor de 1/4 wați, disiparea acestuia trebuie să fie mai mică de 0,25 / 310 = 0,0008 amperi sau 0,8 mA.

Prin urmare, R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohm sau 390 k aproximativ.

Calculul unui rezistor LED de 20 mA

Exemplu: În diagrama prezentată, valoarea condensatorului produce 70 mA de max. curent care este destul de mare pentru ca orice LED să reziste. Folosind formula standard LED / rezistor:

R = (tensiune de alimentare VS - LED tensiune înainte VF) / LED curent IL,
= (220 - 3.3) /0.02 = 10.83K,

Cu toate acestea, valoarea de 10,83K pare destul de imensă și ar scădea substanțial iluminarea de pe LED .... cu toate acestea, calculele arată absolut legitime ... deci ne lipsește ceva aici ??

Cred că aici tensiunea „220” s-ar putea să nu fie corectă, deoarece în cele din urmă LED-ul ar necesita doar 3,3V .... deci de ce să nu aplicăm această valoare în formula de mai sus și să verificăm rezultatele? În cazul în care ați utilizat o diodă zener, atunci valoarea zener ar putea fi aplicată aici.

Ok, iată-ne din nou.

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

Acum arată mult mai bine.

În cazul în care ați folosit, să presupunem o diodă zener de 12V înainte de LED, formula ar putea fi calculată după cum este prezentat mai jos:

R = (tensiune de alimentare VS - LED tensiune înainte VF) / LED curent IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 ohmi,

Prin urmare, valoarea rezistorului pentru controlul unuia LED roșu în siguranță ar fi în jur de 400 ohmi.

Găsirea curentului condensatorului

În întregul design fără transformare discutat mai sus, C1 este componenta crucială care trebuie dimensionată corect, astfel încât ieșirea curentă din acesta să fie optimizată în mod optim conform specificațiilor de încărcare.

Selectarea unui condensator de mare valoare pentru o sarcină relativ mai mică poate crește riscul intrării în sarcină a unui curent de supratensiune excesiv și deteriorarea acestuia mai devreme.

Dimpotrivă, un condensator corect calculat asigură o creștere controlată a impulsului și o disipare nominală, menținând o siguranță adecvată pentru sarcina conectată.

Folosind Legea lui Ohm

Mărimea curentului care poate fi optim permisă printr-o sursă de alimentare fără transformator pentru o anumită sarcină poate fi calculată utilizând legea lui Ohm:

I = V / R

unde I = curent, V = tensiune, R = rezistență

Totuși, după cum putem vedea, în formula de mai sus R este un parametru ciudat, deoarece avem de-a face cu un condensator ca membru limitator de curent.

Pentru a sparge acest lucru, trebuie să obținem o metodă care să traducă valoarea limitată a curentului condensatorului în termeni de Ohmi sau unitate de rezistență, astfel încât formula legii Ohmului să poată fi rezolvată.

Calculul reactanței condensatorului

Pentru a face acest lucru, aflăm mai întâi reactanța condensatorului, care poate fi considerată echivalentul rezistenței unui rezistor.

Formula reactanței este:

Xc = 1/2 (pi) fC

unde Xc = reactanța,

pi = 22/7

f = frecvență

C = valoarea condensatorului în Farads

Rezultatul obținut din formula de mai sus este în Ohms, care poate fi substituit direct în legea noastră Ohm menționată anterior.

Să rezolvăm un exemplu pentru înțelegerea implementării formulelor de mai sus:

Să vedem cât de mult curent poate furniza un condensator 1uF unei anumite sarcini:

Avem în mână următoarele date:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (frecvența de rețea AC)

și C = 1uF sau 0,000001F

Rezolvarea ecuației reactanței folosind datele de mai sus oferă:

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

= 3184 ohmi aproximativ

Înlocuind această valoare de rezistență echivalentă în formula legii lui Ohm, obținem:

R = V / I

sau I = V / R

Presupunând V = 220V (deoarece condensatorul este destinat să funcționeze cu tensiunea de rețea.)

Primim:

I = 220/3184

= 0,069 amperi sau 69 mA aproximativ

În mod similar, pot fi calculați și alți condensatori pentru a cunoaște capacitatea maximă de curent sau capacitatea de livrare.

Discuția de mai sus explică în mod cuprinzător modul în care poate fi calculat un curent de condensator în orice circuit relevant, în special în sursele de alimentare capacitive fără transformator.

AVERTISMENT: PROIECTAREA DE MAI SUS nu este izolată de intrarea rețelei, prin urmare, întreaga unitate ar putea să plutească cu rețeaua de intrare letală, să fie extrem de atentă în timp ce se manipulează în poziția comutată.