Jak vypočítat beztransformátorové napájecí zdroje

Tento příspěvek vysvětluje, jak vypočítat hodnoty rezistoru a kondenzátoru v napájecích obvodech bez transformátorů pomocí jednoduchých vzorců, jako je zákon ohmů.

Analýza kapacitního napájecího zdroje

Než se naučíme vzorec pro výpočet a optimalizaci hodnot rezistoru a kondenzátoru v napájecím zdroji bez transformátoru, bylo by důležité nejprve shrnout standard design beztransformátorového napájení .

S odkazem na diagram jsou různým zapojeným komponentám přiřazeny následující specifické funkce:

C1 je nepolární vysokonapěťový kondenzátor, který je zaveden pro pokles smrtelného síťového proudu na požadované limity podle specifikace zátěže. Tato součást se tak stává extrémně zásadní díky přiřazené funkci omezení proudu.

D1 až D4 jsou konfigurovány jako a síť usměrňovacího můstku pro usměrnění sestupného střídavého proudu z C1, aby byl výstup vhodný pro jakékoli zamýšlené stejnosměrné zatížení.

Z1 je umístěn pro stabilizaci výstupu na požadované bezpečné mezní hodnoty napětí.

C2 je nainstalován do odfiltrovat jakékoli zvlnění v DC a vytvořit dokonale čistý DC pro připojenou zátěž.

R2 může být volitelné, ale je doporučeno pro řešení přepínání ON ze sítě, i když přednostně musí být tato součást nahrazena termistorem NTC.

Používání Ohmova zákona

Všichni víme, jak funguje Ohmův zákon a jak jej použít k nalezení neznámého parametru, když jsou známy další dva. Avšak u kapacitního typu napájecího zdroje se zvláštními vlastnostmi as připojenými LED diodami se výpočet proudu, úbytku napětí a LED odporu stává trochu matoucím.

Jak vypočítat a odečíst parametry proudu, napětí v beztransformátorových napájecích zdrojích.

Po pečlivém prostudování příslušných vzorů jsem vymyslel jednoduchý a efektivní způsob řešení výše uvedených problémů, zvláště když je použitý napájecí zdroj beztransformátorový nebo obsahuje PPC kondenzátory nebo reaktanci pro řízení proudu.

Vyhodnocení proudu v kapacitních napájecích zdrojích

Typicky, a beztransformátorové napájení bude produkovat výstup s velmi nízkými hodnotami proudu, ale s napětím rovným použitému střídavému proudu (dokud se nenačte).

Například 1 µF, 400 V (průrazné napětí) při připojení k síťovému napájení 220 V x 1,4 = 308V (po můstku) vyprodukuje maximálně 70 mA proudu a počáteční hodnotu napětí 308 Voltů.

Toto napětí však bude vykazovat velmi lineární pokles, jakmile dojde k načtení výstupu a odběru proudu ze zásobníku „70 mA“.

Víme, že pokud by zátěž spotřebovala celých 70 mA, znamenalo by to pokles napětí téměř na nulu.

Nyní, protože tento pokles je lineární, můžeme jednoduše rozdělit počáteční výstupní napětí na maximální proud, abychom zjistili poklesy napětí, které by nastaly pro různé velikosti zatěžovacích proudů.

Rozdělení 308 voltů na 70 mA tedy dává 4,4 V. Toto je rychlost, s jakou poklesne napětí na každý 1 mA proudu přidaného se zátěží.

To znamená, že pokud zátěž spotřebuje 20 mA proudu, pokles napětí bude 20 × 4,4 = 88 voltů, takže výstup nyní bude zobrazovat napětí 308 - 62,8 = 220 voltů DC (po přemostění).

Například s a 1 wattová LED připojeno přímo k tomuto obvodu bez odporu by vykazovalo napětí rovnající se dopřednému poklesu napětí LED (3,3 V), je to proto, že LED klesá téměř veškerý proud, který je k dispozici z kondenzátoru. Napětí na LED však neklesá na nulu, protože dopředné napětí je maximální specifikované napětí, které přes něj může klesat.

Z výše uvedené diskuse a analýzy je zřejmé, že napětí v jakékoli napájecí jednotce je nepodstatné, pokud je schopnost zdroje dodávat proud „relativně“ nízká.

Například pokud vezmeme v úvahu LED, vydrží proud 30 až 40 mA při napětích blízkých jejímu „dopřednému poklesu napětí“, avšak při vyšších napětích může být tento proud pro LED nebezpečný, takže jde o udržení maximálního proudu rovného maximální bezpečná přípustná mez nákladu.

Výpočet hodnot rezistoru

Rezistor pro zátěž : Pokud se jako zátěž použije LED, doporučuje se zvolit kondenzátor, jehož hodnota reaktance umožňuje pouze maximální tolerovatelný proud k LED, v takovém případě lze rezistoru zcela zabránit.

Pokud hodnota kondenzátoru je velký s vyššími proudovými výstupy, pak pravděpodobně, jak je uvedeno výše, můžeme začlenit rezistor ke snížení proudu na přijatelné limity.

Výpočet limitu rezistoru : Rezistor R2 ve výše uvedených formách diagramu je zahrnut jako zapínací omezovač přepětí. V zásadě chrání zranitelnou zátěž před počátečním rázovým proudem.

Během počátečních period zapnutí se kondenzátor C1 chová jako úplný zkrat, i když jen na několik milisekund, a může umožnit výstup celých 220 V.

To může stačit k vyfukování citlivých elektronických obvodů nebo LED diod připojených k napájení, jehož součástí je také stabilizační zenerova dioda.

Protože zenerova dioda tvoří první elektronické zařízení v řadě, které je třeba chránit před počátečním rázem, lze R2 vypočítat podle specifikací zenerovy diody a maxima Zenerův proud nebo Zenerův rozptyl.

Maximální tolerovatelný proud zenerem pro náš příklad bude 1 watt / 12 V = 0,083 ampérů.

Proto by R2 měl být = 12 / 0,083 = 144 Ohmů

Vzhledem k tomu, že nárazový proud je pouze milisekundy, může být tato hodnota mnohem nižší než tato.

Tady. neuvažujeme o vstupu 310V pro zenerův výpočet, protože proud je omezen C1 na 70 mA.

Protože R2 může zbytečně omezovat drahocenný proud pro zátěž během normálního provozu, musí být v ideálním případě NTC typ odporu. NTC zajistí, že proud bude omezen pouze během počátečního období zapnutí, a poté může plných 70 mA procházet neomezeně pro zátěž.

Výpočet vybíjecího odporu : Rezistor R1 se používá k vybíjení uloženého vysokonapěťového náboje uvnitř C1, kdykoli je obvod odpojen od sítě.

Hodnota R1 by měla být co možná nejnižší pro rychlé vybíjení C1, přesto musí být při připojení k síti AC odváděno minimální teplo.

Protože R1 může být 1/4 wattový rezistor, musí být jeho rozptyl nižší než 0,25 / 310 = 0,0008 ampérů nebo 0,8 mA.

Proto R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohmů nebo přibližně 390 k.

Výpočet 20 mA LED rezistoru

Příklad: Na zobrazeném diagramu vytváří hodnota kondenzátoru max. 70 mA. proud, který je poměrně vysoký, aby vydržela jakákoli LED. Pomocí standardního vzorce LED / odpor:

R = (napájecí napětí VS - dopředné napětí LED VF) / proud LED IL,
= (220 - 3,3) / 0,02 = 10,83 tis.,

Hodnota 10,83 kB však vypadá docela obrovská a podstatně by snížila osvětlení na LED ... výpočty přesto vypadají naprosto legitimně ... takže nám tu něco chybí ??

Myslím, že zde napětí '220' nemusí být správné, protože LED by nakonec vyžadovala pouze 3,3 V .... tak proč nepoužít tuto hodnotu ve výše uvedeném vzorci a zkontrolovat výsledky? V případě, že jste použili zenerovu diodu, můžete zde místo toho použít zenerovu hodnotu.

Dobře, tady to máme znovu.

R = 3,3 / 0,02 = 165 ohmů

Nyní to vypadá mnohem lépe.

V případě, že jste před LED použili řekněme zenerovu diodu 12V, lze vzorec vypočítat takto:

R = (napájecí napětí VS - dopředné napětí LED VF) / proud LED IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 ohmů,

Proto hodnota odporu pro ovládání jednoho červená LED bezpečně by bylo kolem 400 ohmů.

Hledání proudu kondenzátoru

V celém výše popsaném beztransformátorovém návrhu je C1 jednou zásadní složkou, kterou je třeba správně dimenzovat, aby byl proudový výstup z ní optimalizován optimálně podle specifikace zátěže.

Výběr kondenzátoru vysoké hodnoty pro relativně menší zátěž může zvýšit riziko nadměrného nárazového proudu vstupujícího do zátěže a jeho poškození dříve.

Správně vypočítaný kondenzátor naopak zajišťuje řízený nárazový ráz a nominální rozptyl při zachování odpovídající bezpečnosti pro připojenou zátěž.

Používání Ohmova zákona

Velikost proudu, který může být optimálně přípustný prostřednictvím napájecího zdroje bez transformátoru pro konkrétní zátěž, lze vypočítat pomocí Ohmova zákona:

I = V / R

kde I = proud, V = napětí, R = odpor

Jak však vidíme, ve výše uvedeném vzorci je R lichý parametr, protože máme co do činění s kondenzátorem jako s omezovačem proudu.

Abychom to mohli prolomit, musíme odvodit metodu, která převede mezní hodnotu proudu kondenzátoru na Ohmy nebo odporovou jednotku, aby bylo možné vyřešit vzorec Ohmova zákona.

Výpočet reaktance kondenzátoru

K tomu nejprve zjistíme reaktanci kondenzátoru, kterou lze považovat za ekvivalent odporu rezistoru.

Vzorec pro reaktanci je:

Xc = 1/2 (pi) fC

kde Xc = reaktance,

pi = 22/7

f = frekvence

C = hodnota kondenzátoru ve Faradech

Výsledek získaný z výše uvedeného vzorce je v Ohmech, které lze přímo nahradit v našem dříve zmíněném Ohmově zákoně.

Pojďme vyřešit příklad pro pochopení implementace výše uvedených vzorců:

Podívejme se, kolik proudu může kondenzátor 1uF dodat konkrétní zátěži:

V ruce máme následující údaje:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (síťová frekvence)

a C = 1 uF nebo 0,000001F

Řešení reaktanční rovnice pomocí výše uvedených dat dává:

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

= Přibližně 3184 ohmů

Dosazením této ekvivalentní hodnoty odporu v našem Ohmově zákonu získáme:

R = V / I

nebo I = V / R

Za předpokladu V = 220V (protože kondenzátor je určen pro práci se síťovým napětím.)

Dostaneme:

I = 220/3184

= 0,069 zesilovače nebo přibližně 69 mA

Podobně lze vypočítat další kondenzátory pro znalosti jejich maximální kapacity nebo jmenovité hodnoty dodávajícího proudu.

Výše uvedená diskuse komplexně vysvětluje, jak lze vypočítat proud kondenzátoru v libovolném příslušném obvodu, zejména v kapacitních napájecích zdrojích bez transformátorů.

UPOZORNĚNÍ: VÝŠE UVEDENÝ DESIGN NENÍ IZOLOVÁN Z HLAVNÍHO VSTUPU, PŘED CELOU JEDNOTKOU MŮŽE PLÁVAT S LETHÁLNÍMI VSTUPNÍMI HLAVAMI, PŘI ZAPÍNÁNÍ NA POZICI MĚJTE NEJVYŠŠÍ POZORNOST.