Бестрансформаторный блок питания. Бестрансформаторные блоки питания: принцип работы, схемы, преимущества и недостатки

alexxlabРазное
Как работают бестрансформаторные блоки питания. Какие бывают типы схем. В чем их преимущества и недостатки. Где применяются такие источники питания. Какие меры безопасности нужно соблюдать при работе с ними.

Содержание

Что такое бестрансформаторный блок питания

Бестрансформаторный блок питания — это устройство для преобразования сетевого напряжения 220В в низковольтное постоянное напряжение без использования трансформатора. Основными элементами такого блока питания являются:

  • Гасящий элемент (конденсатор или резистор)
  • Выпрямитель
  • Сглаживающий фильтр
  • Стабилизатор напряжения

Главное отличие от обычных блоков питания — отсутствие трансформатора для гальванической развязки от сети. Это позволяет сделать устройство очень компактным и дешевым.

Принцип работы бестрансформаторного блока питания

Работа бестрансформаторного блока питания основана на ограничении тока с помощью гасящего элемента. Рассмотрим принцип на примере схемы с гасящим конденсатором:


  1. Конденсатор ограничивает ток, проходящий через схему
  2. Выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный
  3. Сглаживающий конденсатор уменьшает пульсации
  4. Стабилизатор (например, на стабилитроне) обеспечивает постоянное выходное напряжение

Ток через конденсатор зависит от его емкости и частоты сети. Чем больше емкость, тем больший ток может обеспечить блок питания.

Типы схем бестрансформаторных блоков питания

Существует несколько основных типов схем бестрансформаторных блоков питания:

1. С гасящим конденсатором

Это наиболее распространенный тип. В качестве токоограничивающего элемента используется конденсатор. Преимущества:

  • Малые габариты
  • Низкая стоимость
  • Высокий КПД

2. С гасящим резистором

Вместо конденсатора применяется мощный резистор. Недостатки:

  • Низкий КПД
  • Сильный нагрев резистора

3. С импульсным преобразователем

Используется ключевой режим работы. Преимущества:

  • Высокий КПД
  • Стабильное выходное напряжение

Недостаток — более сложная схема.

Преимущества бестрансформаторных блоков питания

Основные достоинства бестрансформаторных источников питания:


  • Очень малые габариты и вес
  • Низкая стоимость
  • Простота конструкции
  • Высокая надежность
  • Бесшумность работы

Благодаря этим преимуществам, такие блоки питания часто применяются в компактных устройствах.

Недостатки бестрансформаторных блоков питания

У бестрансформаторных источников питания есть и существенные недостатки:

  • Отсутствие гальванической развязки от сети
  • Ограниченная мощность (обычно до 1-2 Вт)
  • Высокий уровень пульсаций выходного напряжения
  • Зависимость выходного напряжения от нагрузки

Главный недостаток — отсутствие развязки от сети, что требует повышенных мер безопасности при эксплуатации.

Области применения бестрансформаторных блоков питания

Бестрансформаторные блоки питания часто используются в следующих устройствах:

  • Терморегуляторы для теплых полов
  • Блоки управления бытовой техникой (холодильники, чайники и т.д.)
  • Светодиодные светильники
  • Зарядные устройства для аккумуляторов
  • Блоки дистанционного управления
  • Датчики движения

В целом они применяются везде, где требуется компактный источник питания небольшой мощности.


Меры безопасности при работе с бестрансформаторными блоками питания

При использовании бестрансформаторных источников питания необходимо соблюдать следующие правила безопасности:

  • Использовать надежную изоляцию всех элементов схемы
  • Не прикасаться к схеме при включенном питании
  • Применять качественные компоненты с запасом по напряжению
  • Устанавливать устройство в недоступном месте
  • Использовать УЗО в цепи питания

Несоблюдение мер безопасности может привести к поражению электрическим током!

Расчет бестрансформаторного блока питания

При проектировании бестрансформаторного источника питания необходимо выполнить следующие расчеты:

  1. Выбрать требуемое выходное напряжение и ток
  2. Рассчитать емкость гасящего конденсатора
  3. Подобрать элементы выпрямителя
  4. Рассчитать сглаживающий фильтр
  5. Выбрать элементы стабилизатора напряжения

Емкость гасящего конденсатора можно рассчитать по формуле:

C = I / (2πfU)

где I — требуемый ток, f — частота сети, U — напряжение сети.

Типовые неисправности бестрансформаторных блоков питания

Наиболее распространенные неисправности бестрансформаторных источников питания:


  • Пробой гасящего конденсатора
  • Выход из строя выпрямительных диодов
  • Пробой стабилитрона
  • Обрыв токоограничивающего резистора

При ремонте необходимо соблюдать меры предосторожности, т.к. все элементы схемы находятся под опасным сетевым напряжением.

Заключение

Бестрансформаторные блоки питания — это простое и компактное решение для маломощных устройств. Они имеют как преимущества, так и недостатки. При правильном проектировании и соблюдении мер безопасности такие источники питания могут успешно применяться во многих областях. Однако для более мощных устройств лучше использовать классические схемы с трансформаторной развязкой.


Бестрансформаторный блок питания повышенной мощности. Схема и описание

Когда мы имеем дело с устройствами, которые работают от источника питания с малым напряжением, у нас обычно есть несколько вариантов как их запитать. Помимо простых, но дорогих и громоздких трансформаторов можно использовать бестрансформаторный блок питания.

Например, можно получить 5 вольт из 220 вольт с применением гасящего резистора или используя реактивное сопротивление конденсатора. Однако, такое решение, подходит только для устройств, которые имеют очень малый ток потребления. Если нам нужен больший ток, например, для питания светодиодной цепи, то здесь мы столкнемся с ограничением по производительности.

Держатель для платы

Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см…

Если какое-либо устройство потребляет большой ток и принципиально необходимо запитать его от сети 220 вольт, то есть одно оригинальное решение. Оно состоит в использовании для питания только части синусоиды во время ее роста и падения, т.е. в тот момент, когда напряжение сети будет равным или меньше, требуемого значения.

Описание работы бестрансформаторного блока питания

Особенность схемы заключается в управлении моментом открытия транзистора MOSFET — VT2 (IRF830). Если текущее значение входного сетевого напряжения ниже, чем напряжение стабилизации стабилитрона VD5 минус падение напряжения на резисторе R3, то транзистор VT1 будет закрыт. Благодаря этому через резистор R4 идет положительное напряжение на транзистор VT2, в результате чего он находится в открытом состоянии.

Через транзистор VT2 в данный момент протекает ток и текущее значение сетевого напряжения заряжает конденсатор С2. Конечно, напряжение в сети падает до нуля, поэтому необходимо в цепь включить диод VD7, который препятствует разряду конденсатора обратно в схему блока питания.

Когда входное напряжение сети превышает пороговое, проходящий через стабилитрон VD5 ток приводит к открытию транзистора VТ1. Транзистор своим коллектором шунтирует затвор транзистора VT2, в результате VТ2 закрывается. Таким образом, конденсатор С2 заряжается только необходимым напряжением.

Мощный транзистор VТ2 открывается только при низком напряжении, так что его общая рассеивающая мощность в схеме очень мала. Безусловно, стабильность работы блока питания зависит от управляющего напряжения стабилитрона, поэтому, например, если мы хотим питать схему с микроконтроллером, то выход необходимо дополнить небольшим линейным стабилизатором.

Резистор R1 защищает цепь и уменьшает скачок напряжения при первом включении. Стабилитрон VD6 ограничивает максимальное напряжение на затворе транзистора VT2 в районе 15 вольт. Естественно при переключении транзистора VТ2 возникают электромагнитные помехи. Чтобы избежать передач помех в электросеть, во входной цепи используется простой LC фильтр, состоящий из L1 и С1 компонентов.

Предупреждение:  Поскольку схема напрямую связана с электросетью, то есть не имеет гальванической развязки, необходимо соблюдать крайнюю осторожность при наладке и эксплуатации устройства.

Источник

БЕСТРАНСФОРМАТОРНОЕ ПИТАНИЕ СХЕМ

   Понадобился мне блок питания для самодельной мини-дрели, сделанной из моторчика на 17 Вольт. Пересмотрел много схем различных БП, но во всех использовался трансформатор, которого у меня нету, а покупать как-то неохота. Тогда решил поступить проще и собрать бестрансформаторный блок питания на данное напряжение — 17 Вольт. Схема довольно простая, на такой готовый блок питания нужно подавать 220 вольт переменного напряжения, короче питать схему от розетки, а на выходе мы получаем 17 вольт постоянного напряжения. Обычно источники питания такого типа применяют во всяких небольших бытовых вещах, например в фонарике с аккумулятором, в качестве зарядного, где нужен небольшой ток, до 150 mA или в электробритвах.

Принципиальная схема бестрансформаторного блока питания


   Итак, детали для схемы. Вот так выглядят высоковольтные металлопленочные конденсаторы (те что красные), и слева от них электролитический конденсатор на 100 мкФ.


   Вместо микросхемы 78l08 можно использовать такие стабилизаторы напряжения, как КР1157ЕН5А (78l08) или КР1157ЕН5А (7905).


   Если отсутствует выпрямительный диод 1N4007, то его можно заменить на 1N5399 или 1N5408, которые рассчитаны на более высокий ток. Серый кружок на диоде обозначает его катод.


   Резистор R1 взял на 5W, а R2 — на 2W, для страховки, хотя оба можно было применять и на 0,5 Вт.


   Стабилитрон BZV85C24 (1N4749), рассчитан на мощность 1,5 W, и на напряжение до 24 вольт, заменить его можно отечественным 2С524А.


   Этот бестрансформаторный БП собрал без регулировки выходного напряжения, но если вы хотите организовать такую функцию, то просто подключите к выводу 2 микросхемы 78L08 переменный резистор примерно на 1 кОм, а второй его вывод — к минусу схемы.


   Плата к схеме бестрансформаторного блока питания конечно есть, формат лэй, скачать можно тут. Думаю вы поняли, что диоды без пометки — это 1n4007.


   Готовую конструкцию нужно обязательно поместить в пластиковый корпус, из-за того что включенная в сеть схема находиться под напряжением 220 вольт и прикасаться к ней ни в коем случае нельзя!


   На этих фото вы можете видеть напряжение на входе, то есть напряжение в розетке, и сколько вольт мы получаем на выходе БП.

Видео работы схемы бестрансформаторного БП


   Большим плюсом этой схемы можно считать очень скромные размеры готового устройства, ведь благодаря отсутствию трансформатора этот БП можно сделать маленьким, и относительно недорогая стоимость деталей для схемы.

   Минусом схемы можно считать то, что есть опасность случайно дотронуться к работающему источнику и получить удар током. Автор статьи — egoruch72.

   Форум по ИП

   Форум по обсуждению материала БЕСТРАНСФОРМАТОРНОЕ ПИТАНИЕ СХЕМ

Конденсаторное питание | Электроника для всех

Что то часто меня стали спрашивать как подключить микроконтроллер или какую низковольтную схему напрямую в 220 не используя трансформатор. Желание вполне очевидное — трансформатор, пусть даже и импульсный, весьма громоздок. И запихать его, например, в схему управления люстрой размещенной прям в выключателе не получится при всем желании. Разве что нишу в стене выдолбить, но это же не наш метод!

Тем не менее простое и очень компактное решение есть — это делитель на конденсаторе.

Правда конденсаторные блоки питания не имеют развязки от сети, поэтому если вдруг в нем что нибудь перегорит, или пойдет не так, то он запросто может долбануть тебя током, или сжечь твою квартиру, ну а комп угробить это вообще за милое дело, в общем технику безопасности тут надо чтить как никогда — она расписана в конце статьи. В общем, если я тебя не убедил что бестрансформаторные блоки питания это зло — то сам себе злой Буратино, я тут не причем. Ну ладно, ближе к теме.

Помните обычный резистивный делитель?

Казалось бы, в чем проблема, выбрал нужные номиналы и получил искомое напряжение. Потом выпрямил и Profit. Но не все так просто — такой делитель может и сможет дать нужное напряжение, но вот совершенно не даст нужный ток. Т.к. сопротивления сильно велики. А если сопротивления пропорционально уменьшать, то через них насквозь пойдет большой ток, что при напряжении в 220 вольт даст очень большие тепловые потери — резисторы будут греть как печка и в итоге либо выйдут из строя, либо пожар устроят.

Все меняется если один из резисторов заменить на конденсатор. Суть в чем — как вы помните из статьи про конденсаторы, напряжение и ток на конденсаторе не совпадают по фазе. Т.е. когда напряжение в максимуме — ток минимален, и наоборот.

Так как у нас напряжение переменное, то конденсатор будет постоянно разряжаться и заряжаться, а особенность разряда-заряда конденсатора в том, что когда у него максимальный ток (в момент заряда), то минимальное напряжение и наборот. Когда он уже зарядился и напруга на нем максимальная, то ток равен нулю. Соответственно, при таком раскладе, мощность тепловых потерь, выделяемая на конденсаторе (P=U*I) будет минимальной. Т.е. он даже не вспотеет. А рективное сопротивление конденсатора Xc=-1/(2pi*f*C).

Теоретическое отступление

В цепи бывают три вида сопротивлений:

Активное — резистор (R)
Реактивное — конденсатор (Xс) и катушка(XL)
Полное же сопротивление цепи (импенданс) Z=(R2+(XL+Xс)2)1/2

Да, чистые активные и реактивные элементы бывают только в теории. Например, у катушки есть индуктивное сопротивление — витки, активное сопротивление — сопротивление проволки и емкостное сопротивление — паразитные конденсаторы образующиеся между витками катушки.
Даже обычный проводник имеет какую то паразитную емкость и индуктивность.

Активное сопротивление всегда постоянно, а реактивное зависит от частоты.
XL=2pi*f * L
Xc=-1/(2pi*f*C)
Знак реактивного сопротивления элемента указывает на его характер. Т.е. если больше нуля, то это индуктивные свойства, если меньше нуля то емкостные. Из этого следует, что индуктивность можно скомпенсировать емкостью и наоборот.

f — частота тока.

Соответственно, на постоянном токе при f=0 и XL катушки становится равен 0 и катушка превращается в обычный кусок провода с одним лишь активным сопротивлением, а Xc конденсатора при этом уходит в бесконечность, превращая его в обрыв.

Эта зависимость от частоты также показывает почему в высокочастотных устройствах простые, казалось бы, дорожки печатной платы начинают вести себя как детали — а просто из за возросшей частоты их паразитные значения реактивных сопротивлений возрастают до ощутимых величин.

Получается у нас вот такая вот схема:

Теперь надо что-то сделать с тем, что у нас переменка. Не велика проблема — добавим парочку диодов (можно, конечно, и диодный мост, будет эффективней, но с двумя диодами проще) диоды должны быть на ток около ампера, не меньше. И чтобы обратное напряжение было вольт на 500. 1N4007, например, или похожий по параметрам:

Все, в одну сторону ток течет через один диод, в другую через второй. В итоге, в правой части цепи у нас уже не переменка, а пульсирующий ток — одна полуволна синусоиды.

Добавим сглаживающий конденсатор, чтобы сделать напряжение поспокойней, микрофарад на 100 и вольт на 25, электролит:

Но есть тут одна заковыка — у нас напряжение на нагрузке зависит от сопротивления нагрузки. Т.е. если у тебя схема, включенная вместо Rн снизила потребление тока, то соответственно напряжение на ней вырастет. А для всякой нежной электроники это черевато.

Лечится стабилитроном на нужное нам напряжение. Питать мы собираемся микроконтроллер, так что на 5 вольт:

В принципе уже готово, единственно что надо поставить стабилитрон на такой ток, чтобы он не сдох когда нагрузки нет вообще, ведь тогда отдуваться за всех придется ему, протаскивая весь ток который может дать БП.

А можно ему помочь слегонца. Поставить резистор токоограничительный. Правда это сильно снизит нагрузочную способность блока питания, но нам хватит и этого.

Ток который эта схема может отдать можно, ЕМНИП, примерно вычислить по формуле:

I = 2F * C (1.41U — Uвых/2).

  • F — частота питающей сети. У нас 50гц.
  • С — емкость
  • U — напряжение в розетке
  • Uвых — выходное напряжение

Сама формула выводится из жутких интегралов от формы тока и напряжения. В принципе можешь сам ее нагуглить по кейворду «гасящий конденсатор расчет», материала предостаточно.

В нашем случае получается что I = 100 * 0.46E-6 (1.41*U — Uвых/2) = 15мА

Не феерия, но для работы МК+TSOP+оптоинтерфейс какой- нибудь более чем достаточно. А большего обычно и не требуется.

Еще добавить парочку кондеров для дополнительной фильтрации питания и можно использовать:

Еще добавил резюк на 43ом 1Вт, чтобы кондер при втыкании кондер заряжался не так быстро и не было броска тока. На печатке он здоровый такой, возле разьема.

Печатная плата простая и вопросов по ее разводке под другую форму корпуса ни у кого не возникнет. Я же ее тут сделал просто для примера, поэтому не смотрите на ее большие размеры. Я не мельчил:

Как всегда, прикладываю LAY файл.

После чего, как обычно, все вытравил и спаял:

Схема многократно проверена и работает. Я ее когда то пихал в систему управления нагревом термостекла. Места там было со спичечный коробок, а безопасность гарантировалась тотальной остекловкой всего блока.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

В данной схеме нет никакой развязки по напряжению от питающей цепи, а значит схема ОЧЕНЬ ОПАСНА в плане электрической безопасности.

Поэтому надо крайне ответственно подходить к ее монтажу и выбору компонентов. А также внимательно и очень осторожно обращаться с ней при наладке.

Во первых, обратите внимание, что один из выводов идет к GND напрямую из розетки. А это значит что там может быть фаза, в зависимости от того как воткнули вилку в розетку.

Поэтому неукоснительно соблюдайте ряд правил:

  • 1. Номиналы надо ставить с запасом на как можно большее напряжение. Особенно это касается конденсатора. У меня стоит на 400вольт, но это тот что был в наличии. Лучше бы вообще вольт на 600, т.к. в электросети иногда бывают выбросы напряжения намного превышающие номинал. Стандартные блоки питания за счет своей инерционности его переживут запросто, а вот конденсатор может и пробить — последствия представьте себе сами. Хорошо если не будет пожара.
  • 2. Эта схема должна быть тщательным образом заизолирована от окружающей среды. Надежный корпус, чтобы ничего не торчало наружу. Если схема монтируется в стену, то она не должна касаться стен. В общем, пакуем все это дело наглухо в пластик, остекловываем и закапываем на глубине 20метров. :)))))
  • 3. При наладке ни в коем случае не лезть руками ни к одному из элементов цепи. Пусть вас не успокаивает что там на выходе 5 вольт. Так как пять вольт там исключительно относительно самой себя. А вот по отношению к окружающей среде там все те же 220.
  • 4. После отключения крайне желательно разрядить гасящий конденсатор. Т.к. в нем остается заряд вольт на 100-200 и если неосторожно сунуться куда нибудь не туда больно цапнет за палец. Вряд ли смертельно, но приятного мало, а от неожиданности можно и бед натворить.
  • 5. Если используется микроконтроллер , то прошивку его делать ТОЛЬКО при полном выключении из сети. Причем выключать надо выдергиванием из розетки. Если этого не сделать, то с вероятностью близкой к 100% будет убит комп. Причем скорей всего весь.
  • 6. То же касается и связи с компом. При таком питании запрещено подключаться через USART, запрещено обьединять земли.

Если все же хотите связь с компом, то используйте потенциально разделенные интерфейсы. Например, радиоканал, инфракрасную передачу, на худой конец разделение RS232 оптронами на две независимые части.

В общем, я настоятельно НЕ РЕКОМЕНДУЮ пользоваться такой схемой включения. И если можно от нее избавиться, то от нее нужно избавиться. Перейдя на традиционные схемы блоков питания с развязкой от сети.

Ну и, как обычно, видеосьемка процесса запуска девайса от розетки через такой вот БП:

Offtop:
Для троллей я заготовил много вкусной еды — энджой!

Бестрансформаторное сетевое питание

Схемы бестрансформаторного питания: с балластным резистором, с балластным конденсатором, с импульсным преобразователем

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“.

 Сегодня мы рассмотрим несколько схем, предназначенных для питания радиолюбительских устройств без использования сетевого трансформатора – бестрансформаторные источники питания.
   Сразу отмечу, что такие источники питания представляют определенную опасность для человека – неосторожное обращение и неминуемое поражение электрическим током. Такие схемы стоит применять только если обеспечивается их надежная изоляция и не требуется постоянное присутствие человека.
  Кроме того, использовать такие источники питания целесообразно только при небольших токах нагрузки.
    Сегодня мы рассмотрим два типа таких схем:
– с балластным резистором
– с балластным конденсатором
Есть еще третий вариант – с импульсным AC/DC преобразователем, но они более сложны, и требуют применения специализированных микросхем.
Балластные резисторы и конденсаторы гасят излишек сетевого напряжения. Поэтому, резисторы должны быть большой мощности, а конденсаторы – должны быть пленочными (к примеру К73-17) и рабочим напряжением не менее 630 вольт.
Все схемы несложные, и особых пояснений не требуют.

Первая схема:

Диоды VD1-VD4 должны выдерживать обратное напряжение не ниже 400 вольт.
Резисторы R1, R2 – балластные для стабилитрона.
R3 – выбирается с учетом, чтобы выходное напряжение не изменялось при любом токе нагрузки.
С1, R3, С2 – фильтр сглаживающий пульсации.

Вторая схема:

Аналогично первой схеме, но параллельно включенные резисторы заменяются включенными последовательно.
RC фильтр заменен LC фильтром.
Максимально допустимый ток через дроссель должен быть с запасом больше, чем ток нагрузки.

Третья схема:
Классическая схема источника питания с балластным конденсатором С1.
Резистор R1 – обязательный в подобных схемах, ограничивает начальный ток заряда конденсатора С2.
Резистор R2 разряжает конденсатор С1 при выключении от сети.
Сборку диодов VD1.1 и VD1.2 можно заменить на 1N4004…1N4007.
Конденсатор С2 сглаживает сетевые пульсации, С3 – устраняет ВЧ-помехи.
Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона и тока нагрузки.

Четвертая схема:
Стабилитроны VD3 и VD4 – выполняют предварительное ограничение напряжения и должны быть повышенной мощности (1-3 ватта).

Пятая схема:
Двухполупериодный выпрямитель с диодным мостом VD1 и светодиодной индикацией включения.
Резистор R3 определяет ток в нагрузке.
Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона и тока нагрузки.

Шестая схема:
Двухполярный источник питания
Для полной симметрии схемы необходим одинаковый ток нагрузки по цепям +5 вольт и -5 вольт.

Седьмая схема:
Разделение выходного напряжения на две отдельные ветви для исключения взаимных помех.
Подойдет для питания микроконтроллера или управления тиристором.
Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на уровне 5,6 вольт, диоды VD2 и VD3 снижают его до +4,8 … +5 вольт.

Восьмая схема:
Получение двух напряжений от источника питания.
Суммарный ток нагрузки состоит из токов двух каналов.
При значительных колебаниях тока нагрузки стабилизатор следует выбирать повышенной мощности.

Девятая схема:

Вместо одного, применяются два балластных конденсатора, что позволяет выбирать их с меньшим рабочим напряжением.

Ну а напоследок, все-таки приведу одну схему импульсного бестрансформаторного преобразователя напряжения:

Типовая схема включения импульсного AC/DC преобразователя напряжения на специализированной микросхеме фирмы ROHM.

Принцип работы бестрансформаторного блока питания на гасящем конденсаторе SW19.ru

Не для кого не секрет, что источник вторичного электропитания является неотъемлемой частью любого прибора. В данной статье я постараюсь описать довольно распространенный тип источников питания — бестрансформаторные на гасящем конденсаторе.

Основными достоинствами его являются малые габариты, дешевизна и простота устройства, именно по этому его часто используют например, в терморегуляторах тёплого пола, блоках управления бытовыми холодильниками, блоках дистанционного управления люстрами, базы электрочайников с сенсорным управлением и подобных малогабаритных устройствах с сетевым питанием. Не смотря на все положительные качества есть и недостатки, пожалуй самый большой из которых это отсутствие гальванической развязки с питающей сетью и невысокий ток нагрузки.

Отсутствие гальванической развязки требует от мастера повышенного внимания при ремонте и наладке схемы!

Для начала рассмотрим типовую схему такого источника

Это самый стандартный вариант, встречающийся в 80% случаев, в остальных 20% могут присутствовать изменения которые не меняют принципа диагностики и ремонта.

Назначение элементов схемы:


-> Резистор(R1) является токоограничивающим, он ограничивает ток заряда конденсатора в момент включения в сеть т.к. разряженный конденсатор имеет низкое сопротивление, а следовательно потребляет значительный ток, так же в некоторых схемах он используется разрывной и одновременно служит плавким предохранителем
-> Конденсатор (С1) является основным элементом схемы. За счет своего реактивного сопротивления он гасит излишний ток. Напряжение же получается лишь тогда, когда появляется нагрузка, его величина подчиняется закону ома.
-> Резистор(R2) – разряжающий. Он служит для того чтобы разрядить конденсатор, иначе при отключении от сети вилка устройства будет биться током, во многих схемах не имеющих разъемных соединений, например в термостате теплого пола, датчиках движения его не ставят.
-> Диодный мост(Br1) служит для выпрямления тока, в целях экономии его часто заменяют на однополупериодный выпрямитель состоящий из одного диода.
-> Конденсатор(С2) необходим для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.
-> Стабилитрон(D1) стабилизирует напряжение. Т.к. конденсатор ограничивает ток, то напряжение в отсутствии нагрузки было бы равно сетевому, а так же при изменении тока нагрузки скакало в широких пределах, стабилитрон же является постоянной нагрузкой в цепи и не позволяет напряжению превышать определенный порог, равный его напряжению стабилизации

Самая частая неисправность с которой подобные устройства заходят на ремонт «Не включается, не светится» и подобные выражения, которые сообщает клиент мастеру.
При данных признаках в большинстве случаев происходит пробой стабилитрона, т.к. он «сдерживает» напряжение при изменении нагрузки или скачках напряжения в сети, а в отсутствии нагрузки вся выработанная мощность БП рассеивается на нем в виде тепла.

С такой проблемой был принят в ремонт термостат тёплого пола Electrolux

Подключаем к питанию, проводим замеры питающего напряжения. Удобнее и быстрее всего произвести замер в очевидных точках, если есть микросхемы, на питающих выводах, на сглаживающем конденсаторе, и т. д.

Когда выяснено, что проблема с питающими линиями, более детально осматриваем цепи питания и воспроизводим схему питания устройства

Данная схема очень типичная, кроме наличия 2 стабилитронов, включенных последовательно, Это необходимо для питания напряжением 12В цепей управления и 17В для запитки реле.(Реле в этом регуляторе используется на 24В, выбранное производителем пониженное напряжение 17В позволяет реле уверенно срабатывать и при этом иметь минимальный нагрев)

Диагностируется данная проблема просто: Находим стабилитрон и мультиметром в режиме прозвонки производим измерение на его выводах При исправном стабилитроне на экране прибора будет какое либо значение много больше нуля, при не исправном раздастся писк свидетельствующий о коротком замыкании.
Если при диагностике обнаружен перегоревший плавкий предохранитель, то в первую очередь проверяем сам гасящий конденсатор на пробой.

Далее удаляем стабилитрон и прозваниваем без него. Короткое скорее всего пропадёт.

Так же, чтобы убедиться проверяем стабилитрон.

А далее заменяем его на исправный, если есть следы свидетельствующие о перегреве (потемнение платы) то заменяем его на стабилитрон с большей мощностью рассеяния или заменяем на включенные параллельно с выравнивающими резисторами

Далее проверяем результат нашего ремонта
При включении в сеть загорелся светодиод «Нагрев» и отчетливо слышен щелчок реле.

Простой бестрансформаторный блок питания | all-he

Опробовав несколько схем маломощных импульсных блоков питания, пришел к выводу, что если не нужна гальваническая развязка от сети и блок планируется маломощный, то бестрансформаторная схема наилучший вариант.

Где можно использовать такой бестрансформаторный блок питания? Область применения достаточно широка — от зарядных устройств до маломощных лабораторных БП.

Блок не боится коротких замыканий на выходе и перепадов сетевого напряжения, работает стабильно и бесшумно, к тому же легко повторяем, и содержит минимальное количество используемых компонентов.

Схема бестрансформаторного блока питания состоит из пленочного конденсатора и диодного выпрямителя, если планируется изготовить зарядное устройство для герметичных свинцово-гелиевых аккумуляторов, то стабилизировать выходное напряжение не нужно, а вот для более серьезных дел нужна стабилизация.

Я даже заряжал таким бестрансформаторным блоком питания мобильный телефон, заряжает и достаточно хорошо.

Основное достоинство схемы заключается в том, что номинал выходного тока можно настроить исходя из нужд, подбором емкости конденсатора.
В моем случае использован пленочный конденсатор на 400 Вольт, емкость 0,47мкФ, что соответствует току 32-35мА, конденсатор 1мкФ обеспечит на выходе ток 72-75мА.

Конденсатор желательно подобрать с напряжением 400 Вольт, но отлично справляются и конденсаторы с рабочим напряжением 250 Вольт.

Резистор параллельно конденсатору нужен для разрядки последнего, после отключения схемы.

Диодный выпрямитель тоже подбирается исходя от номинала выходного тока, отлично справляются обычные выпрямительные диоды типа 1N4007 — самый распространенный вид выпрямительных диодов. Обратное напряжение этих диодов составляет 1000 Вольт при токе до 1 Ампер.

Стабилизацию к схеме можно реализовать достаточно простым образом — дополнением стабилитрона и интегрального стабилизатора. В качестве стабилизатора можно использовать микросхемы из серии 78ХХ, к примеру — для получения выходного напряжения 5 Вольт, применяется стабилизатор 7805. Стабилизатор не нуждается в дополнительном охлаждении, если ток БП не более 0,5Ампер, а для получения такого тока нужно использовать конденсатор или батарею конденсаторов с емкостью 5,5-6мкФ.

Сетевой бестрансформаторный блок питания на 9В

Если сейчас в разных устройствах с батарейным питанием используются обычно батареи напряжением ЗВ из двух элементов. В советское время везде была «Крона» на 9В, и в пультах ДУ, и в настольных электронных часах с ЖКИ.

Кстати, насчет электронных часов, у автора именно такие, на ЖКИ и с питанием от «Кроны», с советскими мелодиями в будильнике. Но, к сожалению, ток они потребляют значительный, и современной «Кроны» (батарея 6F22) им хватает не более чем на месяц. Поэтому было принято решение поискать альтернативный источник питания для них, — сетевой

Сначала была сделана безрезультатная попытка питания напряжением 5,4V от «зарядки» для сотового телефона. Но, часы вроде заработали, но стали давать сбои, например, при переходе с «23-59» на «00-00» появлялось сразу число «08-00» после которого часы шли через две минуты, то есть, каждую минуту показание увеличивалось на две минуты.

Тогда было принято решение сделать компактный источник напряжения 9V и смонтировать его объемным способом в батарейном отсеке часов.

Принципиальная схема

Блок питания собран по схеме выпрямителя с понижающим стабилизатором напряжения на стабилитроне VD5 и конденсаторе С1. реактивное сопротивление которого берет на себя избыток напряжения.

Рис. 1. Схема сетевого бестрансформаторного источника питания на +9,5В.

Выходной ток блока питания не более 20 мА, но этого более чем достаточно для питания часов с ЖКИ. Конденсатор С2 взят относительно большой емкости не зря, — он несколько минут поддерживает питание часов, и поэтому кратковременные отключения от сети не нарушают хода часов.

В схеме можно стабилитрон Д814В заменить любым стабилитроном на напряжение 8-10V. Диоды 1 N4007 — любые выпрямительные маломощные. Конденсатор С2 — чем большей емкости, тем лучше. Но можно и всего 10-100 мкФ, — схема будет работать, но не будет держать напряжение при выключении из сети.

Рис. 2. Схема сетевого бестрансформаторного источника питания на напряжения 3В, 6В, 9В, 12В.

На основе этой же схемы был так же сделан и универсальный блок питания, от которого можно получить различные напряжения, для питания самой разной маломощной аппаратуры.

Схема этого блока питания показана на рисунке 2. От этого источника питания можно получить напряжения ЗV, 6V, 9V и 12V. Причем даже одновременно.

Суть в том, что стабилитрон в этой схеме заменен цепочкой последовательно включенных четырех стабилитронов по ЗV каждый. В сумме они дают 12V, поэтому если снимать напряжение со всех — будет именно 12V. Но, если взять напряжение только с одного стабилитрона, VD8, это напряжение будет равно ЗV.

С двух стабилитронов (VD8, VD7) уже получатся напряжение 6V, с трех стабилитронов (VD8, VD7, VD6) будет 9V, на а со всех четырех, как уже сказано, 12V.

Детали

Естественно, конденсатор С2 теперь должен быть на напряжение не ниже 12V (в данном случае, 16V).

В качестве стабилитронов VD5-VD8 можно использовать любые стабилитроны на напряжение стабилизации ЗV. Например, 1N5987B, 1N4683, BZX84C3V0LT1 и другие.

Можно использовать стабилитроны и на другое напряжение, например, если взять стабилитроны не на ЗV, а на 3,ЗV выходные напряжения получатся, соответственно 3,3V, 6,6V, 9 9V и 13,2V.

Стабилитроны могут быть и на разное напряжение стабилизации, и их совсем не обязательно должно быть именно четыре. Соответственно, будут другие выходные напряжения и другое количество выходов. В любом случае, конденсатор С2 должен быть на напряжение не ниже наибольшего из всех выходных.

Малков С. РК-03-18.

Шокирующая правда о бестрансформаторных источниках питания

Бестрансформаторные блоки питания часто появляются здесь, на Hackaday, особенно в недорогих продуктах, где стоимость трансформатора значительно добавит к спецификации. Но бестрансформаторные блоки питания — палка о двух концах. Это название? Не кликбейт. Попытка ковыряться в устройстве с бестрансформаторным питанием может превратить ваш осциллограф в дымящуюся кучу или привести к поражению электрическим током, если вы не понимаете их и не принимаете надлежащие меры безопасности.

Но это не страшно. Бестрансформаторные конструкции хороши на своем месте, и вы, вероятно, когда-нибудь столкнетесь с такой, потому что они есть во всем, от светодиодных лампочек до коммутаторов IoT WiFi. Мы собираемся посмотреть, как они работают, и как безопасно их проектировать и работать с ними, потому что вы никогда не знаете, когда вам захочется взломать один из них.

Вот изюминка: бестрансформаторные источники питания можно безопасно использовать только в ситуациях, когда все устройство может быть закрыто, и никто не может случайно прикоснуться к какой-либо его части.Это означает, что нет никаких физических электрических соединений внутри или снаружи — RF и IR — это честная игра. И когда вы работаете с одним, вы должны знать, что любая часть цепи может находиться под напряжением сети. А теперь читайте, чтобы понять, почему!

Принцип

Бестрансформаторный источник питания (TPS) — это, по сути, просто делитель напряжения, который снимает 115 или 220 В переменного тока с вашей стены и делит его до нужного вам напряжения. Если это напряжение должно быть постоянным, оно выпрямляется с помощью нескольких диодов и, возможно, регулируется до максимального напряжения, но мы доберемся до этого через минуту.

Обычно делители напряжения постоянного тока изготавливаются с парой резисторов. Вместе они определяют ток, протекающий по пути, и затем можно выбрать верхний резистор, чтобы уменьшить разницу между входным напряжением и желаемым выходом. Если в нашем случае эта разница составляет одну или две сотни вольт, даже если она должна пройти всего несколько десятков миллиампер, этот резистор быстро нагреется.

Лучшим компонентом для использования в верхней части делителя является конденсатор, реактивное сопротивление которого выбрано таким образом, чтобы обеспечить желаемое «сопротивление» при любой частоте сети, в которой вы живете.Например, предположим, что вам нужно 25 миллиампер при 5 В, и вы находитесь в Америке и вам нужно сбросить 110 В. R = V / I = 4400 Ом. Используя реактивное сопротивление конденсатора, C = 1 / (2 * pi * 60 Гц * 4400) = 0,6 мкФ. Если вам нужен больший ток, используйте конденсатор большего размера, и наоборот. Это так просто!

Для полностью продуманной конструкции TPS требуется еще несколько деталей. В целях безопасности и ограничения пускового тока рекомендуется установить на входе предохранитель и ограничивающий ток резистор мощностью 1 Вт. Разрядный резистор большого номинала, подключенный параллельно реактивному конденсатору, не позволит ему удерживать высокое напряжение и шокировать вас, когда цепь отключена.

И если говорить об этом конденсаторе, это критически важная для безопасности часть схемы. Он постоянно находится под высоким переменным напряжением, и в случае короткого замыкания на выходе «5 В» будет напряжение сети, и детали могут загореться. Это работа для конденсатора X-класса. Вы увидите, что они отмечены в основном X1 или X2, причем X1 способен выдерживать более высокие скачки напряжения. Любой из них подойдет, просто убедитесь, что он имеет рейтинг X и соответствует уровню вашего сетевого напряжения.

После конденсатора переменный ток, который проходит через него, необходимо преобразовать в постоянный ток.Здесь подойдет обычный полуволновой или двухполупериодный выпрямитель: несколько диодов и большой сглаживающий конденсатор. Если нагрузка непостоянна, вы, вероятно, захотите ограничить максимальное напряжение, воспринимаемое конденсатором, с помощью стабилитрона, чтобы избыточный ток шунтировался на землю, когда нагрузка потребляет менее 25 миллиампер, на которые мы рассчитывали. Эти детали воспринимают только низкое напряжение, поэтому здесь нет никаких особых требований.

Наконец, обратите внимание, что существует множество возможных конфигураций этой схемы.Вместо того, чтобы сбрасывать большую часть напряжения между живым и нашим устройством, также можно подключить наше устройство прямо к токоведущему проводу с конденсатором в нижней части делителя напряжения — та же схема в перевернутом виде. Разумеется, предохранители и защитные резисторы могут быть расположены в любом месте цепи. Но основы те же: конденсатор действует как одна ножка в делителе напряжения, за которой следует некоторое выпрямление и регулирование, а нагрузка — как другая ножка.

Закон Мафри

Большой недостаток схемы TPS состоит в том, что она должна быть изолирована .Это совершенно нормально для автономного переключателя IoT или самодельного диммера. TPS хорошо подходит для радио или ИК-управления. Все светодиодные лампы используют внутри TPS, потому что они дешевы и полностью герметичны. Но если вы думаете прикоснуться к какой-либо части этой цепи или подключить к ней сигнальную линию, вам следует вместо этого смотреть на трансформатор.

Почему полная изоляция? Обратите внимание, что провод, служащий опорным заземлением цепи, совпадает с нейтральной линией вашего дома (в отличие от «горячей» линии).А теперь представьте, что вы по ошибке вставили вилку задом наперед. Земля горячая, и хотя устройство работает нормально, потому что переменный ток симметричен, возникает опасность поражения электрическим током, если вы можете коснуться «земли». Подключите последовательный USB-разъем к этому устройству, и вы только что зажали свой ноутбук через линию «земли». Итак, первая линия защиты — использовать поляризованные вилки, которые нельзя вставить неправильно. Если вы живете в Европе, это может быть не вариант.

Но даже поляризованных вилок недостаточно.В некоторых старых домах (включая квартиру, в которой мы жили в Вашингтоне, округ Колумбия) нейтральная линия и горячая линия поменялись местами. Опять же, вы никогда не заметите, пока не коснетесь «нейтральной» и реальной земли одновременно, но когда вы это сделаете, это может быть фатальным. Вы можете и, вероятно, должны проверить это с помощью мультиметра прямо сейчас. При подключении к земле нейтральная линия должна находиться под напряжением переменного тока, в то время как горячая линия будет показывать 115 или 220 В переменного тока. Сравните их с вашими местными типами вилок.

В любом случае, даже если вы правильно настроили поляризацию вилки, между нейтралью вашей розетки и линией заземления будет разница.Коды в США и ЕС говорят, что нейтраль — это токоведущая линия, а земля в нормальных условиях не должна проводить ее. Прерыватели цепи замыкания на землю (GFCI) обеспечивают это на практике. Тем не менее, высокие нагрузки в других местах вашего дома в сочетании с немаловажным сопротивлением в проводке могут привести к напряжению около В = IR на нейтральной линии. Дисбаланс на служебном трансформаторе, который разделяет «фазы» мощности, поступающей в ваш дом, также может отвести напряжение нейтрали от земли, в зависимости от того, где она заземлена.Короче говоря, нейтральный должен находиться вокруг земли, но это не гарантируется.

Единственный способ быть абсолютно безопасным с этой схемой — никогда не соприкасаться с ней. Поместите его в непроводящую коробку или в металлическую коробку, подключенную к заземлению. Если он вставлен в обратном направлении или нейтральный провод перегревается, никто не пострадает. Это то, что делают профессионалы.

Что еще может пойти не так с этой схемой? Мы выбрали реактивный конденсатор, чтобы он имел правильное сопротивление при 50 или 60 Гц, но он менее резистивный на более высоких частотах.Если у вас дома есть высокочастотные коммутационные устройства, они могут протолкнуть ваш TPS неожиданным током. Например, быстрые скачки напряжения в линии питания проходят сквозь них, и их гашение является одной из причин использования входного резистора. Удар молнии? Бламмо! Что-нибудь еще может пойти не так? Оставьте нам комментарий! (Но не упоминайте Муфри.)

Блок питания на базе трансформатора будет немного дороже и немного больше, чем эквивалентный TPS. Но если вы не можете полностью закрыть устройство или не можете полностью гарантировать полярность входящего питания, вы не сможете безопасно использовать TPS.Для личного повседневного использования я всегда выбираю импульсный блок питания или настенный блок питания. Разве гальваническая изоляция от стены не стоит пары долларов?

Разберемся на части

С другой стороны, TPS есть во всех типах устройств, которые мы любим взламывать, поэтому вам нужно распознавать их в реальной жизни. Ищите предохранитель или большой конденсатор с номиналом X1 или X2, и вы будете на правильном пути. (Есть ли у него параллельный спускной резистор? В противном случае он может быть горячим.) Токоограничивающий резистор — это большая керамическая штука, едва заметная за крышкой X2.Взрыватель одет для ночевки в городе с цельным черным номером на термоусадочной пленке.

Затем найдите секцию выпрямления — двухполупериодный выпрямитель с четырьмя диодами и конденсатор емкостью 100 мкФ в этом дешевом настенном радиочастотном переключателе. Диоды указывают на положительную шину постоянного тока и от отрицательной.

Теперь поищите стабилитроны. В случае этого переключателя с ВЧ-управлением их два: стабилитрон на 25 В, используемый для активации реле, и стабилитрон на 5 В, который питает ИС и радиосхемы.Это удобная функция схемы TPS. Поскольку конденсатор пропускает некоторый ток, пока напряжение постоянного тока не превышает пиков переменного тока, вы можете получить практически любое или несколько напряжений из одной и той же цепи, просто выбрав правильные стабилитроны.

Играя с огнем

Вам следует избегать работы с включенным TPS, насколько это возможно, но существует способов сделать это безопасно. Это лучший вариант для изолирующего трансформатора, который, по сути, вставляет трансформатор в схему, которой он не хватает.В вашей цепи все еще есть пара проводов с напряжением 115 или 220 В между ними, но, по крайней мере, с трансформатором вы можете прикрепить свой прицел к устройству.

Джекпот!

Без изолирующего трансформатора вы можете многое сделать с мультиметром с батарейным питанием (незаземленным). Подключите устройство TPS к удлинителю с переключателем и держите его выключенным как можно больше времени. Чтобы снять показания: отсоедините TPS, припаяйте провода в том месте, где вы хотите провести измерение, подключите их к мультиметру, отойдите назад и включите удлинитель.Как только вы закончите считывание, выключите его и подождите, прежде чем касаться чего-либо.

Одна часть TPS, которая может удерживать заряд, — это реактивный конденсатор, и поэтому на нем должен быть защитный резистор. В нашей примерной схеме 0,6 мкФ * 1 МОм = 0,6 секунды, и вам, вероятно, хорошо подождать хотя бы пять из этих постоянных времени, прежде чем касаться чего-либо, поэтому сосчитайте до трех. Переключатель RF не использует конденсатор емкостью 0,33 мкФ с сопротивлением 220 кОм, поэтому он безопаснее и быстрее. (В нем также используются два последовательно подключенных резистора SMT, предположительно потому, что номинальное напряжение одного из них было недостаточным.Умный дизайн.)

Вы можете узнать, какие части схемы находятся под каким напряжением, измерив их относительно заземляющего контакта розетки. Например, с защитным резистором 560 Ом в обратном плече, «земля» ВЧ-переключателя фактически плавает примерно на 12 В переменного тока над землей. Это стоит знать, когда ковыряется. Снова подключите датчики, отойдите назад, включите, прочтите, выключите, подождите.

Вот и все. Теперь вы можете выяснить, какое напряжение находится в устройстве, и использовать его для своих целей.Просто убедитесь, что все, что вы делаете, умещается обратно в красивый футляр. Потому что, хотя TPS распространены повсеместно, маленькие и дешевые, они потенциально (хи-хи!) Слишком горячие, чтобы дотронуться до них.

Объяснение 4 простых схем бестрансформаторного источника питания

В этом посте мы обсуждаем 4 простых в сборке, компактных простых схемах бестрансформаторного источника питания. Все схемы, представленные здесь, построены с использованием теории емкостного реактивного сопротивления для понижения входного сетевого напряжения переменного тока. Все представленные здесь конструкции работают независимо без трансформатора или без трансформатора .

Концепция бестрансформаторного источника питания

Как следует из названия, бестрансформаторная схема источника питания обеспечивает низкий постоянный ток от сети высокого напряжения переменного тока без использования трансформатора или катушки индуктивности.

Он работает за счет использования высоковольтного конденсатора для понижения сетевого переменного тока до необходимого более низкого уровня, который может быть подходящим для подключенной электронной схемы или нагрузки.

Характеристики напряжения этого конденсатора выбраны таким образом, чтобы его пиковое значение действующего напряжения было намного выше, чем пиковое напряжение сети переменного тока, чтобы гарантировать безопасное функционирование конденсатора.Пример конденсатора, который обычно используется в цепях бестрансформаторного питания, показан ниже:

Этот конденсатор подключается последовательно с одним из входов сети, предпочтительно с фазовой линией переменного тока.

Когда сетевой переменный ток поступает на этот конденсатор, в зависимости от номинала конденсатора, реактивное сопротивление конденсатора вступает в действие и ограничивает сетевой переменный ток от превышения заданного уровня, как указано номиналом конденсатора.

Однако, несмотря на то, что ток ограничен, напряжение нет, поэтому, если вы измеряете выпрямленный выход бестрансформаторного источника питания, вы обнаружите, что напряжение равно пиковому значению сетевого переменного тока, что составляет около 310 В, и это может насторожить любого нового любителя.

Но поскольку конденсатор может значительно снизить уровень тока, с этим высоким пиковым напряжением можно легко справиться и стабилизировать с помощью стабилитрона на выходе мостового выпрямителя.

Мощность стабилитрона должна быть выбрана соответствующим образом в соответствии с допустимым уровнем тока конденсатора.

ВНИМАНИЕ: прочтите предупреждающее сообщение в конце сообщения.

Преимущества использования бестрансформаторной схемы источника питания

Идея недорогая, но очень эффективная для приложений, требующих малой мощности для работы.

Использование трансформатора в источниках питания постоянного тока, вероятно, довольно распространено, и мы много слышали об этом.

Однако одним из недостатков использования трансформатора является то, что вы не можете сделать устройство компактным.

Даже если текущие требования к вашей схеме невысоки, вы должны включить тяжелый и громоздкий трансформатор, что сделает работу действительно громоздкой и беспорядочной.

Схема бестрансформаторного источника питания, описанная здесь, очень эффективно заменяет обычный трансформатор для приложений, требующих тока ниже 100 мА.

Здесь на входе используется высоковольтный металлизированный конденсатор для необходимого понижения мощности сети, а предыдущая схема представляет собой не что иное, как простые мостовые конфигурации для преобразования пониженного переменного напряжения в постоянное.

Схема, показанная на схеме выше, представляет собой классическую конструкцию, может использоваться в качестве источника питания постоянного тока 12 В для большинства электронных схем.

Однако, обсудив преимущества вышеупомянутой конструкции, стоит сосредоточиться на нескольких серьезных недостатках, которые эта концепция может включать.

Недостатки схемы бестрансформаторного источника питания

Во-первых, схема не может выдавать сильноточные выходные сигналы, но это не будет проблемой для большинства приложений.

Еще один недостаток, который, безусловно, требует некоторого рассмотрения, заключается в том, что данная концепция не изолирует цепь от опасных потенциалов сети переменного тока.

Этот недостаток может иметь серьезные последствия для конструкций с оконечными выводами или металлическими шкафами, но не имеет значения для устройств, в которых все находится в непроводящем корпусе.

Таким образом, начинающие любители должны работать с этой схемой очень осторожно, чтобы избежать поражения электрическим током. И последнее, но не менее важное: вышеупомянутая схема позволяет скачкам напряжения проходить через нее, что может вызвать серьезное повреждение цепи с питанием и самой цепи питания.

Однако в предложенной простой схеме бестрансформаторного источника питания этот недостаток был разумно устранен путем введения различных типов стабилизирующих каскадов после мостового выпрямителя.

Этот конденсатор заземляет мгновенные скачки высокого напряжения, тем самым эффективно защищая связанную с ним электронику.

Как работает схема

Работу этого источника питания без преобразования можно понять по следующим пунктам:

  1. Когда вход сети переменного тока включен, конденсатор C1 блокирует вход сетевого тока и ограничивает его до более низкого уровня. уровень, определяемый значением реактивного сопротивления C1. Здесь можно приблизительно принять значение около 50 мА.
  2. Однако напряжение не ограничено, и поэтому полные 220 В или что-то еще, что может быть на входе, может достигать следующей ступени мостового выпрямителя.
  3. Мостовой выпрямитель выпрямляет эти 220 В постоянного тока до более высоких 310 В постоянного тока из-за преобразования среднеквадратичного значения в пиковое значение сигнала переменного тока.
  4. Этот постоянный ток 310 В мгновенно понижается до постоянного низкого уровня с помощью следующего каскада стабилитрона, который шунтирует его на значение стабилитрона. Если используется стабилитрон 12 В, он станет 12 В и так далее.
  5. C2, наконец, фильтрует 12 В постоянного тока с рябью в относительно чистый 12 В постоянного тока.

1) Базовая бестрансформаторная конструкция

Давайте попробуем более подробно разобраться в функциях каждой из частей, используемых в приведенной выше схеме:

  1. Конденсатор C1 становится наиболее важной частью схемы, поскольку он является единственным который снижает высокий ток из сети 220 В или 120 В до желаемого более низкого уровня, чтобы соответствовать выходной нагрузке постоянного тока. Как показывает практика, каждая отдельная микрофарада этого конденсатора будет обеспечивать выходную нагрузку током около 50 мА.Это означает, что 2 мкФ обеспечит 100 мА и так далее. Если вы хотите узнать расчеты более точно, вы можете обратиться к этой статье.
  2. Резистор R1 используется для обеспечения пути разряда для высоковольтного конденсатора C1 всякий раз, когда цепь отключена от сетевого входа. Потому что C1 имеет способность сохранять в себе сетевой потенциал 220 В, когда он отключен от сети, и может подвергнуться риску поражения высоким напряжением любого, кто дотронется до контактов вилки. R1 быстро разряжает C1, предотвращая любой подобный сбой.
  3. Диоды D1 — D4 работают как мостовой выпрямитель для преобразования слаботочного переменного тока от конденсатора C1 в слаботочный постоянный ток. Конденсатор C1 ограничивает ток до 50 мА, но не ограничивает напряжение. Это означает, что постоянный ток на выходе мостового выпрямителя является пиковым значением 220 В переменного тока. Это можно рассчитать как: 220 x 1,41 = 310 В постоянного тока приблизительно . Итак, у нас на выходе моста 310 В, 50 мА.
  4. Однако напряжение 310 В постоянного тока может быть слишком высоким для любого устройства с низким напряжением, кроме реле.Следовательно, стабилитрон подходящего номинала используется для шунтирования 310 В постоянного тока на желаемое более низкое значение, такое как 12 В, 5 В, 24 В и т. Д., В зависимости от характеристик нагрузки.
  5. Резистор R2 используется как токоограничивающий резистор. Вы можете почувствовать, когда C1 уже существует для ограничения тока, зачем нам нужен R2. Это связано с тем, что во время периодов мгновенного включения питания, то есть когда входной переменный ток впервые подается на схему, конденсатор C1 просто действует как короткое замыкание в течение нескольких миллисекунд.Эти несколько начальных миллисекунд периода включения позволяют полному высокому току 220 В переменного тока попасть в цепь, чего может быть достаточно, чтобы разрушить уязвимую нагрузку постоянного тока на выходе. Чтобы этого не произошло, введем R2. Однако лучшим вариантом может быть использование NTC вместо R2.
  6. C2 — это конденсатор фильтра, который сглаживает пульсации 100 Гц от выпрямленного моста до более чистого постоянного тока. Хотя на схеме показан высоковольтный конденсатор 10uF 250V, вы можете просто заменить его на 220uF / 50V из-за наличия стабилитрона.

Схема печатной платы для объясненного выше простого бестрансформаторного источника питания показана на следующем изображении. Обратите внимание, что я добавил место для MOV также на печатной плате со стороны входа сети.

Пример схемы для светодиодного декоративного освещения.

Следующая схема бестрансформаторного или емкостного источника питания может использоваться в качестве схемы светодиодной лампы для безопасного освещения второстепенных светодиодных цепей, таких как маленькие светодиодные лампы или светодиодные гирлянды.

Идею запросил г-н.Jayesh:

Требования к техническим условиям

Струна состоит из примерно 65-68 светодиодов с напряжением 3 В, соединенных последовательно примерно на расстоянии, скажем, 2 фута, такие 6 струн связаны вместе, чтобы образовать одну струну. расположение лампочки составляет 4 дюйма в окончательной веревке. итак всего 390 — 408 светодиодных лампочек в финальной тросе.
Итак, пожалуйста, предложите мне лучшую схему драйвера для работы.
1) одна строка из 65-68 строк.
или
2) полный канат, состоящий из 6 струн.
у нас есть еще одна веревка из 3-х струн. Струна состоит из примерно 65-68 светодиодов с напряжением 3 В, соединенных последовательно примерно на расстоянии, скажем, 2 фута, такие 3 струны связаны вместе, чтобы образовать одну струну, поэтому расположение лампочки получается, что длина последней веревки составляет 4 дюйма. итак всего 195-204 светодиодных лампочки в готовом тросе.
Итак, пожалуйста, предложите мне лучшую схему драйвера для работы.
1) одна строка из 65-68 строк.
или
2) полная веревка из 3-х струн вместе.
Пожалуйста, предложите лучшую надежную схему с устройством защиты от перенапряжения и посоветуйте, какие дополнительные устройства необходимо подключить для защиты цепей.
, и обратите внимание на то, что на принципиальных схемах указаны значения, необходимые для того же, поскольку мы не являемся техническим специалистом в этой области.

Конструкция схемы

Схема драйвера, показанная ниже, подходит для управления любой цепочкой светодиодных ламп , имеющей менее 100 светодиодов (для входа 220 В), каждый светодиод рассчитан на 20 мА, 3,3 В 5 мм светодиоды:

Здесь вход конденсатор 0,33 мкФ / 400 В определяет величину тока, подаваемого на светодиодную цепочку. В этом примере это будет около 17 мА, что примерно соответствует выбранной светодиодной цепочке.

Если один драйвер используется для большего количества параллельных цепочек светодиодов 60/70, то просто указанное значение конденсатора может быть пропорционально увеличено для поддержания оптимального освещения светодиодов.

Следовательно, для двух параллельно включенных последовательностей требуется значение 0,68 мкФ / 400 В, для трех строк вы можете заменить его на 1 мкФ / 400 В. Аналогично, для 4-х струн его необходимо увеличить до 1,33 мкФ / 400 В и так далее.

Важно : Хотя я не показал ограничивающий резистор в конструкции, было бы неплохо включить резистор 33 Ом 2 Вт последовательно с каждой цепочкой светодиодов для дополнительной безопасности.Его можно было вставить где угодно последовательно с отдельными струнами.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ВСЕ ЦЕПИ, УКАЗАННЫЕ В ДАННОЙ СТАТЬЕ, НЕ ИЗОЛИРОВАНЫ ОТ СЕТИ ПИТАНИЯ, ПОЭТОМУ ВСЕ СЕКЦИИ ЦЕПИ ОПАСНЫ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ К СЕТИ AC …….. к бестрансформаторному источнику питания со стабилизированным напряжением

Теперь давайте посмотрим, как обычный емкостной источник питания может быть преобразован в бестрансформаторный источник питания со стабилизированным напряжением или переменным напряжением, применимый практически ко всем стандартным электронным нагрузкам и схемам.Идея была предложена г-ном Чанданом Мэйти.

Технические характеристики

Если вы помните, я уже общался с вами раньше с комментариями в вашем блоге.

Бестрансформаторные схемы действительно хороши, я протестировал пару из них и использовал светодиоды мощностью 20 Вт, 30 Вт. Теперь я пытаюсь добавить контроллер, вентилятор и светодиоды вместе, следовательно, мне нужен двойной источник питания.

Примерная спецификация:

Текущий рейтинг 300 мAP1 = 3.3-5 В 300 мА (для контроллера и т. Д.) P2 = 12-40 В (или более высокий диапазон), 300 мА (для светодиода)
Я решил использовать вашу вторую цепь, как упоминалось https://www.homemade-circuits.com/2012/ 08 / high-current-transformerless-power.html

Но я не могу заморозить способ получения 3,3 В без использования дополнительного конденсатора. 1. Можно ли поставить вторую схему с выхода первой? 2. Или второй мост TRIAC, который нужно разместить параллельно первому, после конденсатора, чтобы получить 3.3-5V

Буду рад, если вы любезно поможете.

Спасибо,

Дизайн

Функционирование различных компонентов, используемых на различных этапах показанной выше схемы управления напряжением, можно понять из следующих пунктов:

Напряжение сети выпрямляется четырьмя 1N4007 диоды и фильтруется конденсатором 10 мкФ / 400 В.

Выходной сигнал на 10 мкФ / 400 В теперь достигает примерно 310 В, что является пиковым выпрямленным напряжением, достигаемым от сети.

Сеть делителей напряжения, сконфигурированная в основании TIP122, обеспечивает снижение этого напряжения до ожидаемого уровня или требуемого уровня на выходе источника питания.

Вы также можете использовать MJE13005 вместо TIP122 для большей безопасности.

Если требуется 12 В, потенциометр 10 кОм может быть установлен для достижения этого через эмиттер / землю TIP122.

Конденсатор 220 мкФ / 50 В гарантирует, что во время включения база получает мгновенное нулевое напряжение, чтобы поддерживать ее в выключенном состоянии и защищать от начального скачка напряжения.

Катушка индуктивности также обеспечивает высокое сопротивление в течение периода включения катушки и предотвращает попадание пускового тока внутрь цепи, предотвращая возможное повреждение цепи.

Для достижения 5 В или любого другого прилагаемого пониженного напряжения можно использовать регулятор напряжения, такой как показанная 7805 IC. Принципиальная схема

Использование управления MOSFET

Вышеупомянутая схема, использующая эмиттерный повторитель, может быть дополнительно улучшена путем применения источника питания истокового повторителя MOSFET вместе с дополнительным каскадом управления током на транзисторе BC547.

Полную принципиальную схему можно увидеть ниже:

Видео доказательство защиты от перенапряжения

3) Цепь бестрансформаторного источника питания с нулевым переходом

Третий интерес объясняет важность обнаружения пересечения нуля в емкостных бестрансформаторных источниках питания для полной защиты от бросков скачков тока при включении сетевого выключателя. Идея была предложена г-ном Фрэнсисом.

Технические характеристики

Я с большим интересом читал статьи о блоках питания без трансформатора на вашем сайте, и, если я правильно понимаю, основная проблема — это возможный пусковой ток в цепи при включении, и это вызвано тем, что включение не всегда происходит при нулевом напряжении цикла (переход через ноль).

Я новичок в электронике, и мои знания и практический опыт очень ограничены, но если проблема может быть решена, если реализован переход через нуль, почему бы не использовать компонент перехода через нуль для управления им, такой как оптотриак с переходом через ноль.

Входная сторона Optotriac имеет малую мощность, поэтому можно использовать резистор малой мощности для понижения сетевого напряжения для работы Optotiac. Поэтому на входе оптотриака конденсатор не используется. Конденсатор подключен к выходу, который будет включаться TRIAC, который включается при переходе через нуль.

Если это применимо, это также решит проблемы с высокими требованиями к току, поскольку Optotriac, в свою очередь, может без каких-либо затруднений управлять другим более высоким током и / или напряжением TRIAC. В цепи постоянного тока, подключенной к конденсатору, больше не должно быть проблем с пусковым током.

Было бы неплохо узнать ваше практическое мнение и спасибо, что прочитали мою почту.

С уважением,
Фрэнсис

Дизайн

Как справедливо указано в приведенном выше предположении, вход переменного тока без контроля перехода через нуль может быть основной причиной броска импульсного тока в емкостных бестрансформаторных источниках питания.

Сегодня, с появлением сложных оптоизоляторов драйвера симистора, переключение сети переменного тока с контролем перехода через нуль больше не является сложной задачей и может быть легко реализовано с использованием этих устройств.

О оптопарах MOCxxxx

Драйверы симисторов серии MOC имеют форму оптопар и являются специалистами в этом отношении и могут использоваться с любым симистором для управления сетью переменного тока посредством обнаружения и контроля перехода через ноль.

Драйверы симисторов серии MOC включают в себя MOC3041, MOC3042, MOC3043 и т. Д., Все они почти идентичны по своим рабочим характеристикам с небольшими различиями в размах напряжений, и любой из них может быть использован для предлагаемого приложения для контроля перенапряжения в емкостных источниках питания.

Обнаружение и выполнение перехода через ноль обрабатываются внутри этих блоков оптических драйверов, и нужно только настроить силовой симистор с ним для наблюдения за предполагаемым управляемым срабатыванием при переходе через ноль интегральной схемы симистора.

Прежде чем исследовать схему бестрансформаторного питания симистора без перенапряжения с использованием концепции управления переходом через нуль, давайте сначала кратко разберемся, что такое переход через нуль, и связанные с ним особенности.

Что такое переход через нуль в сети переменного тока

Мы знаем, что потенциал сети переменного тока состоит из циклов напряжения, которые растут и падают с изменением полярности от нуля до максимума и наоборот по заданной шкале.Например, в нашей сети переменного тока 220 В напряжение переключается с 0 на пиковое + 310 В) и обратно до нуля, затем идет вниз от 0 до -310 В и обратно к нулю, это происходит непрерывно 50 раз в секунду, составляя переменный ток 50 Гц. цикл.

Когда сетевое напряжение близко к мгновенному пику цикла, то есть около 220 В (для 220 В) на входе сети, оно находится в самой сильной зоне с точки зрения напряжения и тока, и если происходит включение емкостного источника питания в этот момент можно ожидать, что все 220 В выйдет из строя через источник питания и связанную с ним уязвимую нагрузку постоянного тока.Результатом может быть то, что мы обычно наблюдаем в таких блоках питания … то есть мгновенное сгорание подключенной нагрузки.

Вышеупомянутые последствия обычно наблюдаются только в емкостных бестрансформаторных источниках питания, потому что конденсаторы имеют характеристики короткого замыкания в течение доли секунды, когда они подвергаются напряжению питания, после чего они заряжаются и настраиваются в соответствии с заданными параметрами. выходной уровень

Возвращаясь к проблеме пересечения нулевого уровня сети, в обратной ситуации, когда сеть приближается или пересекает нулевую линию своего фазового цикла, ее можно рассматривать как самую слабую зону с точки зрения тока и напряжения, и можно ожидать, что любое устройство, включенное в этот момент, будет полностью безопасным и не подверженным скачкам напряжения.

Следовательно, если емкостной источник питания включается в ситуациях, когда вход переменного тока проходит через нулевую фазу, мы можем ожидать, что выходной сигнал источника питания будет безопасным и не будет иметь импульсного тока.

Как это работает

Схема, показанная выше, использует драйвер оптоизолятора симистора MOC3041 и сконфигурирована таким образом, что всякий раз при включении питания он срабатывает и запускает подключенный симистор только во время первого перехода фазы переменного тока через ноль. и затем держит переменный ток включенным в обычном режиме до тех пор, пока питание не будет отключено и снова не включено.

Обращаясь к рисунку, мы можем увидеть, как крошечный 6-контактный MOC 3041 IC соединен с симистором для выполнения процедур.

Вход на симистор подается через высоковольтный токоограничивающий конденсатор 105/400 В, нагрузку можно увидеть, подключенную к другому концу источника питания через конфигурацию мостового выпрямителя для достижения чистого постоянного тока на предполагаемой нагрузке, которая может светодиод.

Как контролируется импульсный ток

При включении питания сначала симистор остается выключенным (из-за отсутствия привода затвора), как и нагрузка, подключенная к мостовой сети.

Напряжение питания, получаемое с выхода конденсатора 105/400 В, достигает внутреннего ИК-светодиода через контакт 1/2 оптической микросхемы. Этот вход контролируется и обрабатывается внутри в соответствии с откликом светодиодного ИК-света … и как только обнаруживается, что цикл питания переменного тока достигает точки пересечения нуля, внутренний переключатель мгновенно переключает и запускает симистор и сохраняет систему включенной в течение оставшееся время до выключения и повторного включения агрегата.

При описанной выше настройке при каждом включении питания оптоизолирующий симистор MOC обеспечивает включение симистора только в тот период, когда сеть переменного тока пересекает нулевую линию своей фазы, что, в свою очередь, отлично поддерживает нагрузку. безопасный и свободный от опасного всплеска спешки.

Улучшение вышеуказанной конструкции

Здесь обсуждается комплексная схема емкостного источника питания, имеющая детектор перехода через ноль, ограничитель перенапряжения и регулятор напряжения, идея была представлена ​​г-ном Чами.

Разработка улучшенной схемы емкостного источника питания с Обнаружение пересечения нуля

Привет, Свагатам.

Это моя конструкция емкостного источника питания с защитой от перенапряжения с переходом через ноль и стабилизатором напряжения, я постараюсь перечислить все мои сомнения.
(я знаю, что это будет дорого для конденсаторов, но это только для целей тестирования)

1-Я не уверен, нужно ли менять BT136 на BTA06 для обеспечения большего тока.

2-Q1 (TIP31C) может обрабатывать только 100 В макс. Может его стоит поменять на транзистор 200В 2-3А?, Вроде 2SC4381.

3-R6 (200R 5W), я знаю, что этот резистор довольно маленький, и это моя неисправность
, я действительно хотел поставить резистор 1 кОм.А вот с резистором 200R 5W
работать будет?

4-Некоторые резисторы были изменены в соответствии с вашими рекомендациями, чтобы сделать его способным к напряжению 110 В. Может быть, резистор 10 кОм должен быть меньше?

Если вы знаете, как заставить его работать правильно, я буду очень рад исправить это. Если он работает, я могу сделать для него печатную плату, и вы можете опубликовать ее на своей странице (бесплатно, конечно).

Спасибо, что нашли время и просмотрели мою полную неисправностей схему.

Хорошего дня.

Chamy

Оценка дизайна

Здравствуйте, Chamy,

мне кажется, что ваша схема в порядке. Вот ответы на ваши вопросы:

1) да BT136 следует заменить на симистор с более высоким номиналом.
2) TIP31 можно заменить на транзистор Дарлингтона на 200 В, такой как BU806 и т. Д., Иначе он может работать некорректно.
3) при использовании Дарлингтона базовый резистор может быть высокого номинала, может быть, резистор 1 кОм / 2 ватт будет вполне нормальным.
Однако дизайн сам по себе выглядит излишним, гораздо более простую версию можно увидеть ниже https://www.homemade-circuits.com/2016/07/scr-shunt-for-protecting-capacitive-led.html
С уважением

Swagatam

Ссылка:

Zero Crossing Circuit

4) Импульсный бестрансформаторный источник питания с использованием IC 555

Это 4-е простое, но интеллектуальное решение реализовано здесь с использованием IC 555 в ее моностабильном режиме для управления резкими скачками напряжения без трансформатора. питание через схему переключения при переходе через нуль, при которой входная мощность от сети может поступать в схему только во время перехода через нуль сигнала переменного тока, тем самым исключая возможность скачков напряжения.Идею подсказал один из заядлых читателей этого блога.

Технические характеристики

Будет ли работать бестрансформаторная схема с нулевым переходом для предотвращения начального пускового тока, не позволяя включаться до точки 0 в цикле 60/50 Гц?

Многие твердотельные реле, которые дешевы, менее 10,00 индийских рупий и имеют встроенную возможность.

Также я хотел бы управлять 20-ваттными светодиодами с этой конструкцией, но я не уверен, какой ток или насколько горячие конденсаторы получат, я полагаю, это зависит от того, как светодиоды подключены последовательно или параллельно, но допустим, что конденсатор рассчитан на 5 амперы или 125 мкФ конденсатор нагреется и взорвется ???

Как читать характеристики конденсаторов, чтобы определить, сколько энергии они могут рассеять.

Вышеупомянутый запрос побудил меня искать соответствующую конструкцию, включающую концепцию переключения перехода через нуль на основе IC 555, и натолкнулся на следующую превосходную схему бестрансформаторного источника питания, которую можно было бы использовать для убедительного устранения всех возможных шансов на скачки напряжения.

Что такое переключение с переходом через нуль:

Важно сначала изучить эту концепцию, прежде чем исследовать предлагаемую бестрансформаторную схему без перенапряжения.

Все мы знаем, как выглядит синусоида сетевого сигнала переменного тока.Мы знаем, что этот синусоидальный сигнал начинается с отметки нулевого потенциала и экспоненциально или постепенно повышается до точки пикового напряжения (220 или 120), а оттуда экспоненциально возвращается к отметке нулевого потенциала.

После этого положительного цикла форма сигнала опускается и повторяет вышеуказанный цикл, но в отрицательном направлении, пока снова не вернется к нулевой отметке.

Вышеупомянутая операция происходит примерно от 50 до 60 раз в секунду в зависимости от технических характеристик электросети.
Поскольку именно эта форма сигнала входит в цепь, любая точка формы сигнала, отличная от нуля, представляет потенциальную опасность выброса при включении из-за наличия большого тока в форме сигнала.

Однако вышеупомянутой ситуации можно избежать, если нагрузка сталкивается с переключателем во время перехода через нуль, после чего экспоненциальный рост нагрузки не представляет никакой угрозы для нагрузки.

Именно это мы и попытались реализовать в предлагаемой схеме.

Работа схемы

Ссылаясь на приведенную ниже принципиальную схему, 4 диода 1N4007 образуют стандартную конфигурацию мостовых выпрямителей, катодный переход создает пульсации 100 Гц в линии.
Вышеупомянутая частота 100 Гц снижается с помощью делителя потенциала (47 кОм / 20 кОм) и подается на положительную шину IC555. По этой линии потенциал соответствующим образом регулируется и фильтруется с помощью D1 и C1.

Вышеупомянутый потенциал также прикладывается к базе Q1 через резистор 100 кОм.

IC 555 сконфигурирован как моностабильный MV, что означает, что на его выходе будет высокий уровень каждый раз, когда его контакт №2 заземлен.

В течение периодов, в течение которых напряжение сети переменного тока выше (+) 0,6 В, Q1 остается выключенным, но как только форма сигнала переменного тока достигает нулевой отметки, то значение ниже (+) 0.6 В, Q1 включает заземляющий контакт №2 ИС и обеспечивает положительный выход контакта №3 ИС.

Выход IC включает SCR и нагрузку и сохраняет его включенным, пока не истечет время MMV, чтобы начать новый цикл.

Время включения моностабильного может быть установлено изменением предустановки 1M.

Большее время включения обеспечивает больший ток нагрузки, делая ее ярче, если это светодиод, и наоборот.

Условия включения этой схемы бестрансформаторного питания на основе IC 555, таким образом, ограничиваются только тогда, когда переменный ток близок к нулю, что, в свою очередь, гарантирует отсутствие скачков напряжения при каждом включении нагрузки или схемы.Принципиальная схема

для приложения драйвера светодиодов

Если вы ищете бестрансформаторный источник питания для приложения драйвера светодиодов на коммерческом уровне, то, вероятно, вы можете попробовать концепции, описанные здесь.

Замечания по проектированию источника питания: сильноточный бестрансформаторный источник питания

Создание источника питания без громоздкого, дорогого и тяжелого трансформатора является сложной задачей для электроники и дает пространство для интересных решений.Давайте посмотрим, как спроектировать систему большой мощности без использования трансформатора.

Источник питания без трансформатора использует теорию емкостного реактивного сопротивления для снижения входящего сетевого напряжения переменного тока. Следует помнить, что электрическая сеть обеспечивает переменное напряжение 230 В переменного тока (или 110 В переменного тока, в зависимости от страны проживания), а выходное напряжение должно быть постоянным и максимально выровненным.

Рекомендуется
Примечания по конструкции источника питания — Вот предыдущая статья.Наслаждаться!

Для приложений с низким энергопотреблением нет никаких проблем, но для больших токов источники питания могут стать менее эффективными. Основная концепция направлена ​​на использование высоковольтных конденсаторов для понижения сетевого напряжения до необходимого уровня. Ток, доступный на выходе схемы, прямо пропорционален реактивному сопротивлению конденсаторов (и, конечно, их емкости). Следовательно, этот ток можно увеличить, просто подключив несколько конденсаторов параллельно или используя конденсатор очень большой емкости.Однако существует риск возникновения довольно высоких начальных пиковых токов, которые могут вызвать серьезные проблемы.

Принципиальная электрическая схема

На рисунке 1 показана принципиальная схема бестрансформаторного источника питания, который понижает напряжение с 230 В переменного тока до 12 В постоянного тока с теоретической выходной мощностью 1 А. Прототип полезен только для проведения экспериментов с источником питания и не может использоваться для чувствительных систем. , например, медицинские или защитные устройства. На самом деле никакой изоляции между входом и выходом нет.Однако для общих приложений его функциональность гарантирована. Используемые электронные компоненты:

  • C1: Поляризованный электролитический конденсатор 33000 мкФ, 25 ВЛ
  • C2: Неполяризованный полиэфирный конденсатор ≥ 400 В, 10 мкФ
  • C3: Неполяризованный полиэфирный конденсатор ≥ 400 В, 10 мкФ
  • D1: Диод 1N4007
  • D2: стабилитрон 12 В, 3 Вт
  • D3: Диод 1N4007
  • D4: Диод 1N4007
  • D5: Диод 1N4007
  • D6: Диод 1N4007
  • D7: Диод
  • 1N400137 D9: Диод 1N4007
  • D10: Диод 1N4007
  • D11: Диод 1N4007
  • D12: Диод 1N4007
  • D13: Диод 1N4007
  • R1: резистор 1 Ом, 5 Вт
    • —
  • резистор это нагрузка, не менее 10 Ом
  • R3: резистор 470 кОм, 1 Вт
  • R4: резистор 1 Ом, 5 Вт
  • R5: предохранитель 200 мА

Каждый электронный компонент имеет свой собственный функция.Схема работает по очень специфическому механизму:

  1. 230-VRMS Переменный ток проходит через ограничитель, образованный C2 и C3. R3 имеет функцию разряда конденсаторов, когда цепь не запитана.
  2. Диодный супермост 1N4007 (D10, D11, D6, D7, D1, D4, D3, D5, D9, D8, D12 и D13) выпрямляет напряжение, сдвигая отрицательные полуволны на положительные. Диоды, будучи многочисленными, делят мощность, меньше нагреваются и находятся в пределах, установленных производителем компонентов.
  3. R1 и R4 немного ограничивают ток, в случае очень низкого импеданса конденсаторов во время перехода через нуль переменного сигнала.
  4. Предохранитель R5 на 200 мА защищает стабилитрон от перегрузки по току. Это может произойти в случае сбоя загрузки. Схема предполагает постоянное наличие нагрузки 10 Ом.
Рисунок 1: Схема подключения блока питания 12 В и 1 А без трансформатора

Анализ токов, напряжений и мощностей

Давайте теперь рассмотрим динамическую работу схемы во время ее нормальной работы.Нагрузка 10 Ом должна быть подключена к системе с самого начала. Источник питания активируется после короткого переходного процесса продолжительностью около 1 секунды, в течение которого заряжается электролитический конденсатор C1 большой емкости. Напряжение на выходе и, следовательно, на нагрузке стабилизируется на уровне 12 В, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Напряжение 12 В, присутствующее на нагрузке во время работы источника питания.

С этого момента через нагрузку (10 Ом) проходит ток около 1,2 А с поглощением 14.3 Вт. Теперь давайте проверим значения напряжения, тока и мощности наиболее важных компонентов. Напряжение на полиэфирных конденсаторах C2 и C3 довольно высокое, около 320 В, нулевой пик, как вы можете видеть на осциллограмме на рисунке 3. По этой причине нельзя использовать неполяризованные конденсаторы на 200 В, но это значение должно быть минимум 400 вл, даже лучше 630 вл. Общая емкость этой емкостной группы составляет 20 мкФ.

Рисунок 3: Напряжение на входных ограничивающих полиэфирных конденсаторах

На графике на Рисунке 4 вместо этого показан ток, который проходит через каждый диод 1N4007.В его технических данных указано, что максимальный ток, который может выдержать компонент, равен 1 А, даже если пульсирующий ток больше. В любом случае, это находится в максимальных пределах именно потому, что было использовано большое количество полупроводниковых компонентов, соединенных параллельно.

Рисунок 4: Ток, протекающий через каждый диод, находится в максимальных пределах, поддерживаемых компонентом.

Пиковый ток через стабилитрон составляет 150 мА, при среднем значении 34 мА и среднеквадратичном значении 63 мА.Таким образом, при правильной нагрузке, вставленной в розетку, этот компонент остается холодным и работает правильно без каких-либо проблем. Защитные резисторы R1 и R4, оба по 1 Ом, проходят через почти синусоидальный ток с нулевым пиком 2 А, как видно на рисунке 5. Среднеквадратичное значение этого тока составляет около 1,4 А, поэтому рассеиваемая мощность этих компонентов минимальна. должно быть около 3 Вт. Форма волны этого тока (и относительного напряжения на этих резисторах) не является идеально синусоидальной, но при прохождении нуля происходит своего рода погашение из-за падения напряжения на диодах — на практике, своего рода перекрестное искажение.

Рисунок 5: Ток, протекающий через защитные резисторы R1 и R4

Пульсации сигнала на выходе

Как видно на рисунке 6, пульсация вполне приемлема. Его размах составляет приблизительно 92 мВ, что соответствует 0,75%, что является более чем приемлемым значением для не слишком сложных типов нагрузки. Частота пульсаций, конечно, равна 100 Гц.

Рисунок 6: На выходной сигнал влияет минимальная пульсация сигнала.

Остерегайтесь выключения цепи

Когда цепь отключена, конденсаторы C2 и C3 могут оставаться заряженными в течение очень долгого времени, и по этой причине необходимо проявлять особую осторожность.Поэтому рекомендуется подключать резистор 470 кОм параллельно этим высоковольтным конденсаторам, как показано на электрической схеме. В нормальных условиях эксплуатации это не влияет на нормальную работу схемы, так как ее рассеиваемая мощность составляет около 110 мВт. Однако при отсутствии электричества этот резистор полностью разряжает конденсаторы примерно за 50 секунд, но через 20 секунд цепь перестает быть опасной (см. График на рисунке 7).

Рисунок 7: Резистор R3, подключенный параллельно конденсаторам C2 и C3, разряжает их, когда цепь выключена.

КПД

КПД схемы не является одним из аргументов в пользу этого блока питания. Наличие слишком большого количества рассеиваемого тепла значительно снижает конечный выход. Упрощенный расчет КПД показывает соотношение между выходной мощностью и входной мощностью:

, из которых

для конечной эффективности 69%. О максимальной эффективности, конечно, говорить не приходится.

Реализация этого блока питания не удобна

Учитывая все потенциальные проблемы, мы можем сказать, что более удобно реализовать источник питания с традиционным или переключающим трансформатором, чем настраивать схему на этих страницах (см. Пример реализации на рисунке 8).Отрицательных сторон много, и их можно резюмировать следующим образом:

  • Высоковольтные полиэфирные конденсаторы большой емкости стоят столько же, если не больше, чем небольшой трансформатор на 1 А. Кроме того, электролитический конденсатор требует значительных затрат.
  • Цепь не изолирована от входной сети; следовательно, это потенциально опасно. Кроме того, отсоединение или поломка компонента может привести к разрушению всего устройства.
  • КПД не очень высокий, поэтому идти на столько компромиссов не удобно.
  • Максимальный выходной ток составляет около 1 А. Мы далеки от резистивных или индуктивных нагрузок, которым для работы требуется 20 или 30 А.
Рисунок 8: Возможная практическая реализация блока питания без трансформатора

Заключение Цепи бестрансформаторного питания

имеют множество недостатков и не могут использоваться в деликатных и ответственных целях. Эти цепи не могут передавать большой ток, и выход не изолирован от входа высокого напряжения.Помимо прохождения пиков напряжения из-за переменного тока с частотой 50 или 60 Гц, конденсаторы могут потреблять большой ток, потенциально опасный для всей цепи. В любом случае всегда полезно знать теорию, лежащую в основе этого типа блока питания, даже если на практике выбирать такое решение неудобно.

Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский. Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей.Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут посвящены основным темам, таким как преобразователь мощности, управление движением, полупроводники и управление температурой. Электронная книга Power Electronics News — это интерактивный подход к информированию о последних технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на определенных рынках.

Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания

Генерация постоянного тока низкого напряжения из сети переменного тока 220 или 110 В очень полезна и необходима в области электроники.Низкое напряжение постоянного тока, например 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, используется в электронных схемах, светодиодных лампах, игрушках и многих предметах бытовой электроники. Обычно для их питания используются батареи, но их необходимо время от времени заменять, что нерентабельно, а также требует нашего времени и энергии. Таким образом, альтернативой является генерация постоянного тока из сети переменного тока, для которой доступно множество адаптеров переменного тока в постоянный, но какие схемы они используют внутри?

Простой и прямой подход — использовать понижающий трансформатор для понижения переменного тока, но недостатки использования трансформатора состоят в том, что они дороги по стоимости, тяжелые по весу и большие по размеру.Мы уже рассмотрели этот тип преобразования переменного тока в постоянный с использованием трансформатора в этой статье «Схема зарядного устройства для сотового телефона». И да, мы также можем преобразовать переменный ток высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения без использования трансформатора, это называется Бестрансформаторный источник питания . Основным компонентом цепи бестрансформаторного источника питания является конденсатор падения напряжения или конденсатор класса X, которые специально разработаны для сети переменного тока. Этот конденсатор с номиналом X подключается последовательно к фазной линии переменного тока для падения напряжения.Этот тип бестрансформаторного источника питания называется Capacitor Power Supply .

Конденсатор X-Rated

Как уже упоминалось, они соединены последовательно с фазной линией переменного тока для снижения напряжения, они доступны в номиналах 230 В, 400 В, 600 В переменного тока или выше.

Ниже приведена таблица выходного тока и выходного напряжения (без нагрузки) для различных номиналов конденсаторов X-класса:

Код конденсатора

Емкость конденсатора

Напряжение

Текущий

104 КБ

0.1 мкФ

4 v

8 мА

334 тыс.

0,33 мкФ

10 в

22 мА

474 тыс.

0,47 мкФ

12 v

25 мА

684 тыс.

0,68 мкФ

18 v

100 мА

105 КБ

1 мкФ

24 в

40 мА

225 тыс.

2.2 мкФ

24 в

100 мА

Выбор конденсатора падения напряжения важен, он основан на реактивном сопротивлении конденсатора и величине потребляемого тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по следующей формуле:

.

X = 1 / 2¶fC

X = реактивное сопротивление конденсатора

f = частота переменного тока

C = емкость конденсатора номиналом X

Мы использовали 474k означает 0.Конденсатор 47 мкФ и частота сети AV составляет 50 Гц, поэтому реактивное сопротивление X составляет:

.

X = 1/2 * 3,14 * 50 * 0,47 * 10 -6 = 6776 Ом (приблизительно)

Теперь мы можем рассчитать ток (I) в цепи:

I = V / X = 230/6775 = 34 мА

Вот как рассчитываются реактивное сопротивление и ток.

Описание цепей

Схема проста, конденсатор падения напряжения 0,47 мкФ подключен последовательно с фазной линией переменного тока, это неполяризованные конденсаторы, поэтому его можно подключать с любой стороны.Резистор 470 кОм подключен параллельно конденсатору для разряда накопленного в конденсаторе тока при отключении цепи, что предотвращает поражение электрическим током. Это сопротивление называется сопротивлением кровотечения .

Дополнительный мостовой выпрямитель (комбинация из 4 диодов) был использован для удаления отрицательной половины составляющей переменного тока. Этот процесс называется Исправление . Конденсатор 1000 мкФ / 50 В использовался для фильтрации , означает устранение ряби в результирующей волне.И, наконец, стабилитрон на 6,2 В / 1 Вт используется в качестве регулятора напряжения. Как мы знаем, эта схема обеспечивает прибл. На выходе 12 В (см. Таблицу выше), поэтому этот стабилитрон регулирует его до прибл. Напряжение 6,2 В и отток дополнительного тока. Другое значение стабилитрона также может использоваться для желаемого напряжения, такого как 5,1 В, 8 В и т. Д. Светодиод подключается для индикации и тестирования. R3 (100 Ом) используется как токоограничивающий резистор.

Используйте резистор номиналом 1 Вт или выше (5 Вт), особенно резистор R4.В противном случае через некоторое время он загорится. Обычно они толще обычного резистора. Ниже представлена ​​схема для разных типов резисторов:

Преимущества этого бестрансформаторного блока питания по сравнению с блоком питания на базе трансформатора заключаются в следующем: он экономичен, легче и меньше.

Банкноты
  • Делайте это на свой страх и риск, работать с сетью переменного тока без надлежащего опыта и мер предосторожности чрезвычайно опасно.Соблюдайте особую осторожность при построении этой схемы.
  • Не заменяйте конденсатор номиналом X на обычный конденсатор, иначе он лопнет.
  • Если требуется большее выходное напряжение и выходной ток, используйте конденсатор с номиналом X другого номинала в соответствии с таблицей.
  • Используйте только резистор номиналом 1 Вт или выше (5 Вт) и стабилитрон.
    • Предохранитель
  • A на 1 ампер также можно использовать перед конденсатором класса X, последовательно с фазной линией, в целях безопасности.
    • Стабилизатор напряжения
  • IC также может использоваться вместо стабилитрона для регулирования напряжения.

Бестрансформаторный источник питания


Одной из основных проблем, которая должна быть решена при проектировании электронной схемы, является производство низковольтного источника питания постоянного тока от переменного тока для питания схемы. Обычный метод — это использование понижающего трансформатора для понижения 230 В переменного тока до желаемого уровня низкого напряжения переменного тока. Наиболее подходящим и недорогим методом является использование конденсатора падения напряжения последовательно с фазовой линией.

Выбор падающего конденсатора и конструкции схемы требует определенных технических знаний и практического опыта для получения желаемого напряжения и тока.Обычный конденсатор не справится с этой задачей, так как устройство будет разрушено быстрым током от сети. Скачки напряжения в сети создадут дыры в диэлектрике, и конденсатор перестанет работать. Конденсатор класса X, предназначенный для использования в сети переменного тока, необходим для снижения напряжения переменного тока.

Рис.1: Изображение конденсатора

X Номинальный конденсатор 400 Вольт

Перед выбором капельного конденсатора необходимо понять принцип работы и принцип действия сбрасывающего конденсатора.Конденсатор класса X рассчитан на 250, 400, 600 В переменного тока. Также доступны версии для более высокого напряжения. Эффективное сопротивление (Z), сопротивление (X) и частота сети (50–60 Гц) являются важными параметрами, которые следует учитывать при выборе конденсатора. Реактивное сопротивление (X) конденсатора (C) на частоте сети (f) можно рассчитать по формуле

X = 1 / (2 ¶ фКл)

Например, реактивное сопротивление конденсатора 0,22 мкФ, работающего при частоте сети 50 Гц, будет X = 1 / {2 x 50 x 0.22 x (1/1 000 000)} = 14475,976 Ом или 14,4 кОм. Сопротивление конденсатора 0,22 мкФ рассчитывается как X = 1 / 2Pi.f. C. Где f — частота сети 50 Гц, а C — значение емкости конденсатора в фарадах. То есть 1 микрофарад равен 1/1000000 фарад, следовательно, 0,22 мкФ составляет 0,22 x 1/1000000 фарад. Следовательно, прямое сопротивление конденсатора составляет 14475,97 Ом или 14,4 кОм. Чтобы получить ток, я делю напряжение сети на прямое сопротивление в килоомах, то есть 230 / 14,4 = 15,9 мА.

Эффективный импеданс (Z) конденсатора определяется путем принятия сопротивления нагрузки (R) в качестве важного параметра.Импеданс можно рассчитать по формуле

Z = v R + X

Предположим, что ток в цепи равен I, а напряжение сети равно V, тогда уравнение выглядит как

I = В / Х

Таким образом, окончательное уравнение становится

I = 230 В / 14. 4 = 15,9 мА.

Следовательно, если используется конденсатор 0,22 мкФ, рассчитанный на 230 В, он может обеспечить ток около 15 мА в цепи. Но для многих схем этого недостаточно. Поэтому для таких цепей рекомендуется использовать конденсатор емкостью 470 нФ, рассчитанный на 400 В, чтобы обеспечить требуемый ток.

X Номинальные конденсаторы переменного тока — 250 В, 400 В, 680 В переменного тока

Таблица, показывающая типы конденсаторов с номиналом X, а также выходное напряжение и ток без нагрузки

Рис. 3: Таблица, показывающая типы конденсаторов номиналом X, а также выходное напряжение и ток без нагрузки

Исправление

Диоды, используемые для выпрямления, должны иметь достаточное пиковое обратное напряжение (PIV). Пиковое обратное напряжение — это максимальное напряжение, которое диод может выдержать при обратном смещении.Диод 1N 4001 выдерживает до 50 Вольт, а 1N 4007 — до 1000 Вольт. Важные характеристики выпрямительных диодов общего назначения приведены в таблице.

Рис. 4: Таблица, показывающая характеристики выпрямительных диодов общего назначения

Так что подходящий вариант — выпрямительный диод 1N4007. Обычно у кремниевого диода прямое падение напряжения составляет 0,6 В. Номинальный ток (прямой ток) выпрямительных диодов также может быть разным.Большинство выпрямительных диодов общего назначения серии 1N имеют номинальный ток 1 А.

Рис.5: Изображение диода

Сглаживание постоянным током

Сглаживающий конденсатор используется для генерации постоянного тока без пульсаций. Сглаживающий конденсатор также называется фильтрующим конденсатором, и его функция заключается в преобразовании полуволнового / двухполупериодного выходного сигнала выпрямителя в плавный постоянный ток. Номинальная мощность и емкость — два важных аспекта, которые следует учитывать при выборе сглаживающего конденсатора.Номинальная мощность должна быть больше, чем выходное напряжение без нагрузки источника питания. Значение емкости определяет количество пульсаций, которые появляются на выходе постоянного тока, когда нагрузка принимает ток. Например, двухполупериодный выпрямленный выход постоянного тока, полученный от сети переменного тока частотой 50 Гц, работающей в цепи, потребляющей ток 100 мА, будет иметь размах колебаний 700 мВ от пика до пика в конденсаторе фильтра номиналом 1000 мкФ. Пульсации, возникающие в конденсаторе, прямо пропорциональны току нагрузки и обратно пропорциональны значению емкости.Лучше поддерживать пульсации ниже 1,5 В от пика к пику при полной нагрузке. Поэтому для получения постоянного тока на выходе без пульсаций необходимо использовать конденсатор высокой емкости (1000 мкФ или 2200 мкФ) с номинальным напряжением 25 В или более. Если пульсация будет чрезмерной, это повлияет на работу схемы, особенно RF и IR схем.

Регулирование напряжения

Стабилитрон используется для генерации регулируемого выхода постоянного тока. Стабилитрон предназначен для работы в области обратного пробоя. Если кремниевый диод смещен в обратном направлении, достигается точка, в которой его обратный ток внезапно увеличивается.Напряжение, при котором это происходит, называется значением диода «лавина или стабилитрон». Стабилитроны специально созданы для использования лавинного эффекта в стабилизаторах «опорного напряжения». Стабилитрон может использоваться для генерации фиксированного напряжения путем пропускания через него ограниченного тока с помощью последовательного резистора (R). R не оказывает серьезного влияния на выходное напряжение стабилитрона, и выходное напряжение остается стабильным опорным напряжением. Но важен ограничительный резистор R, без которого стабилитрон выйдет из строя.Даже при изменении напряжения питания R будет принимать любое избыточное напряжение. Значение R можно рассчитать по формуле

.

R = Vin — Vz / Iz

Где Vin — входное напряжение, выходное напряжение Vz и ток Iz через стабилитрон

В большинстве схем Iz поддерживается на уровне 5 мА. Если напряжение питания составляет 18 В, напряжение, которое должно быть понижено на R, чтобы получить выходное напряжение 12 В, составляет 6 вольт. Если максимально допустимый ток Зенера составляет 100 мА, то R будет пропускать максимальный желаемый выходной ток плюс 5 мА.Таким образом, значение R выглядит как

.

R = 18 — 12/105 мА = 6/105 x 1000 = 57 Ом

Номинальная мощность стабилитрона также является важным фактором, который следует учитывать при выборе стабилитрона. По формуле P = IV. P — мощность в ваттах, ток I в амперах и V — напряжение. Таким образом, максимальное рассеивание мощности, которое может быть допущено в стабилитроне, — это напряжение стабилитрона, умноженное на ток, протекающий через него. Например, если стабилитрон 12 В пропускает ток 12 В постоянного тока и 100 мА, его рассеиваемая мощность будет равна 1.2 Вт. Поэтому следует использовать стабилитрон мощностью 1,3 Вт.

Светодиодный индикатор

и схема

Светодиодный индикатор

Светодиодный индикатор

используется в качестве индикатора включения. Значительное падение напряжения (около 2 вольт) происходит на светодиодах при прохождении прямого тока. Падение прямого напряжения различных светодиодов показано в таблице.

Рис. 6: Таблица, показывающая прямые падения напряжения различных светодиодов

Типичный светодиод может пропускать ток 30–40 мА без повреждения устройства.Нормальный ток, обеспечивающий достаточную яркость стандартного красного светодиода, составляет 20 мА. Но это может быть 40 мА для синих и белых светодиодов. Токоограничивающий резистор необходим для защиты светодиода от протекающего через него избыточного тока. Номинал этого последовательного резистора должен быть тщательно выбран, чтобы предотвратить повреждение светодиода, а также получить достаточную яркость при токе 20 мА. Токоограничивающий резистор можно выбрать по формуле

R = V / I

Где R — номинал резистора в омах, V — напряжение питания, а I — допустимый ток в амперах.Для типичного красного светодиода падение напряжения составляет 1,8 В. Таким образом, если напряжение питания составляет 12 В (В · с), падение напряжения на светодиоде составляет 1,8 В (В · f), а допустимый ток составляет 20 мА (если), то значение последовательного резистора будет

.

Vs — Vf / If = 12 — 1,8 / 20 мА = 10,2 / 0,02 A = 510 Ом.

Подходящее номинальное сопротивление резистора составляет 470 Ом. Но рекомендуется использовать резистор 1 кОм, чтобы продлить срок службы светодиода, даже если будет небольшое снижение яркости. Так как светодиод занимает 1.8 вольт, выходное напряжение будет на 2 вольта меньше значения стабилитрона. Так что если для схемы требуется 12 вольт, необходимо увеличить значение стабилитрона до 15 вольт. Приведенная ниже таблица представляет собой готовый счетчик для выбора ограничительного резистора для различных версий светодиодов на разные напряжения.

Рис. 7: Таблица, показывающая готовый счетчик для выбора ограничивающего резистора для различных версий светодиодов при разных напряжениях.

Схема подключения

Схема, показанная ниже, представляет собой простой бестрансформаторный источник питания.Здесь используется конденсатор с номиналом 225 К (2,2 мкФ) 400 вольт X для падения 230 вольт переменного тока. Резистор R2 — это спускной резистор, который удаляет накопленный ток из конденсатора, когда цепь отключена. Без R2 есть шанс получить смертельный шок при прикосновении к цепи. Резистор R1 защищает цепь от пускового тока при включении. Двухполупериодный выпрямитель, состоящий из D1 — D4, используется для выпрямления переменного тока низкого напряжения на конденсаторе C1, а C2 удаляет пульсации постоянного тока. При такой конструкции на выходе будет доступно около 24 В при токе 100 мА.Эти 24 В постоянного тока можно отрегулировать до требуемого выходного напряжения с помощью подходящего стабилитрона мощностью 1 Вт. Лучше добавить предохранитель в фазную линию и MOV между фазной и нейтральной линиями в качестве меры безопасности, если есть скачок напряжения или короткое замыкание в сети.

Осторожно: Конструкция этого источника питания рекомендуется только лицам, имеющим опыт или компетентность в работе с сетью переменного тока. Поэтому не пытайтесь использовать эту схему, если у вас нет опыта работы с высокими напряжениями.

В недостаток конденсаторного блока питания входит

1. Отсутствует гальваническая развязка от сети. Выход из строя блока питания может повредить гаджет.

2. Слаботочный выход. С конденсаторным источником питания. Максимальный доступный выходной ток составляет 100 мА или меньше, поэтому для работы с мощными индуктивными нагрузками не рекомендуется.

3. Выходное напряжение и ток не будут стабильными при изменении входного переменного тока.

Осторожно

Следует проявлять особую осторожность при проверке источника питания с использованием понижающего резистора.Не прикасайтесь ни к каким точкам на печатной плате, так как некоторые точки находятся под напряжением сети. Даже после выключения цепи не прикасайтесь к точкам вокруг падающего конденсатора, чтобы предотвратить поражение электрическим током. Следует проявлять особую осторожность при построении цепи, чтобы избежать короткого замыкания и возгорания. Между компонентами должно быть достаточное расстояние. Сглаживающий конденсатор большой емкости взорвется, если он подключен с обратной полярностью. Капающий конденсатор неполяризован, поэтому его можно подключать любым способом.Блок питания необходимо изолировать от остальной части цепи с помощью изоляторов. Схема должна быть размещена в металлическом корпусе, не касаясь какой-либо части печатной платы в металлическом корпусе. Металлический корпус должен быть правильно заземлен.

Принципиальные схемы


Категория: Электронные проекты

% PDF-1.4 % 625 0 объект > эндобдж xref 625 78 0000000016 00000 н. 0000001929 00000 н. 0000002186 00000 н. 0000002338 00000 п. 0000002377 00000 н. 0000002434 00000 н. 0000002499 00000 н. 0000004450 00000 н. 0000005097 00000 н. 0000005331 00000 п. 0000005398 00000 н. 0000005497 00000 н. 0000005591 00000 н. 0000005696 00000 п. 0000005756 00000 н. 0000005867 00000 н. 0000005927 00000 н. 0000006039 00000 н. 0000006198 00000 п. 0000006360 00000 н. 0000006523 00000 н. 0000006644 00000 н. 0000006766 00000 н. 0000006916 00000 н. 0000007058 00000 н. 0000007201 00000 н. 0000007347 00000 н. 0000007460 00000 п. 0000007594 00000 н. 0000007735 00000 н. 0000007856 00000 н. 0000008004 00000 н. 0000008147 00000 н. 0000008291 00000 н. 0000008405 00000 н. 0000008542 00000 н. 0000008683 00000 н. 0000008778 00000 н. 0000008872 00000 н. 0000008965 00000 н. 0000009058 00000 н. 0000009152 00000 п. 0000009246 00000 н. 0000009340 00000 п. 0000009434 00000 п. 0000009528 00000 н. 0000009622 00000 н. 0000009716 00000 н. 0000009810 00000 н. 0000009977 00000 н. 0000010295 00000 п. 0000010449 00000 п. 0000010554 00000 п. 0000010576 00000 п. 0000011465 00000 п. 0000011487 00000 п. 0000012152 00000 п. 0000012174 00000 п. 0000012284 00000 п. 0000012993 00000 п. 0000013015 00000 п. 0000013907 00000 п. 0000013929 00000 п. 0000014046 00000 п. 0000014159 00000 п. 0000015170 00000 п. 0000015192 00000 п. 0000015298 00000 п. 0000016189 00000 п. 0000016211 00000 п. 0000017287 00000 п. 0000017309 00000 п. 0000017549 00000 п. 0000021414 00000 п. 0000021619 00000 п. 0000021698 00000 п. 0000004491 00000 н. 0000005075 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 626 0 объект > эндобдж 627 0 объект a_

Бестрансформаторный БП, стоит ли? — Developpa

Когда дело доходит до конструкции источника питания, который должен преобразовывать сетевое напряжение переменного тока в фиксированное постоянное напряжение, обычно считается, что для достижения этой цели требуется трансформатор.В этой статье будет представлена ​​другая альтернатива, и, что более важно, она будет смоделирована и сравнена со стандартным трансформаторным решением с точки зрения стоимости, размера и производительности.

Теория

Популярным способом понижения напряжения, который используется повсеместно в приложениях низкого напряжения / тока, является делитель напряжения.

Бестрансформаторный источник питания использует этот принцип для понижения напряжения до желаемого уровня, но вместо резистора в нем используется конденсатор с номиналом X, который использует свойство, называемое реактивным сопротивлением.

Реактивное сопротивление конденсатора — это значение сопротивления, которое конденсатор будет показывать последовательно для определенной частоты и номинала конденсатора. Следовательно, выбрав номинал конденсатора, мы можем рассчитать реактивное сопротивление по формуле:

Rx = 1 / (2 * pi * f * C)

Поскольку цепь подключена к сети переменного тока, важно, , чтобы использовался конденсатор класса X. Конденсатор класса X специально разработан, чтобы выдерживать скачки высокого напряжения и избегать короткого замыкания между пластинами в случае разрыва конденсатора.

необходимо использовать конденсатор класса X

Обратите внимание, что в этой статье основное внимание уделяется моделированию бестрансформаторного источника питания и его сравнению с трансформаторным блоком питания. Если вам нужно более подробное объяснение лежащей в основе теории, пожалуйста, ознакомьтесь с этой статьей на Hackaday и CircuitDigest.

Конструкция бестрансформаторного БП

Блок питания будет иметь следующие конструктивные характеристики

  • Понижение и преобразование 220 В переменного тока / 50 Гц в 12 В постоянного тока
  • Блок питания должен обеспечивать ток до 75 мА на нагрузку

Схема

Следующая топология схемы была взята из различных справочных материалов:

V1: максимальная амплитуда 220 В * SRQT (2) при 50 Гц

R4: спускной резистор для разряда конденсатора при отключении переменного тока

R3 и R2: токоограничивающие резисторы

D1-D4: Дискретный мостовой выпрямитель для преобразования сигнала переменного тока в напряжение постоянного тока

C2: конденсатор большой емкости для сглаживания выходного напряжения выпрямителя

D5: стабилитрон 12 В для предотвращения подачи более высокого напряжения на нагрузку

Если вы действительно хотите понять, как работает эта схема, я предлагаю загрузить LTSPice, файл моделирования, и попробовать изменить параметры компонентов.

Выбор конденсатора класса X C1

Чтобы обеспечить достаточный ток для нагрузки, нам необходимо теоретическое реактивное сопротивление:

Rx = 220 В / 0,075 A

Rx = 2933,33 Ом

Следовательно, нам нужна емкость:

C = 1 / (2 * пи * 50 Гц * 2933,33 Ом)

C = 1,085 мкФ

Для моделирования будет выбрано значение 2,2 мкФ с теоретическим реактивным сопротивлением:

R = 1 / (2 * пи * 50 Гц * 2.2 мкФом)

R = 1445 Ом

Симуляторы

Вышеупомянутая схема была смоделирована с использованием LTSpice в двух различных условиях: при максимальной нагрузке и при низком токе (5 мА). Были исследованы три разные точки: VCC (ожидаемое 12 В), I (R1), который представляет собой ток нагрузки, и ток, проходящий через стабилитрон I (D5).

Макс.нагрузка (75 мА)

Низкий ток (5 мА)

Анализ моделирования

Как видно из приведенных выше графиков, блок питания может выдавать до 75 мА при 12 В.2 = 0,8 Вт

R4_pdis = ~ R2_pdiss

Сравнение со штатным трансформаторным БП

На основе данных, полученных в результате моделирования, можно выбрать коммерческие компоненты у поставщика, чтобы сравнить стоимость и размер двух различных решений.

Стоимость

Компоненты, присутствующие в обоих решениях, не будут указаны, например, конденсатор большой емкости C2.

Все цены действительны на 22.08.18 на Digikey за 1000 единиц

Бестрансформаторный BOM

C1 — EMI SUPP MP X2 RAD 310VAC 2.2UFX2 — 0,73 $ / шт.

R2 — RES 100 OHM 1W 5% AXIAL– 0,023 $ / шт.

R3 — RES 100 OHM 1W 5% AXIAL– 0,023 $ / шт.

R4 — RES 470K OHM 1 / 2W 5% CF MINI — 0,01 $ / шт.

D5 — ДИОДНЫЙ ЗЕНЕР 12V 1.25W DO214AC — 0,11 $ / шт.

Итого = 0,9 $ / шт.

Спецификация трансформатора

T1 — ПРОХОДНОЕ ОТВЕРСТИЕ, ЛАМИНИРОВАННОЕ XFRMR 2,4 ВА — 2,7 $ / шт.

Итого = 2,7 $ / шт.

Космос

Пространство на печатной плате немного относительное, так как оно зависит от того, как вы размещаете и с какой стороны компоненты, ширина дорожек и максимальная высота компонентов.Для этого сравнения мы просто просуммируем общую площадь компонентов, используемых в 2D-плоскости.

Бестрансформаторный

C1 = 26 мм * 13 мм = 338 мм2

R2 и R3 = (2,4 * 6,3) мм * 2 = 30,24 мм2

R4 = 2,3 мм * 6,5 мм = 14,95 мм2

D5 = 4,5 мм * 2,5 мм = 11,25 мм2

Общая площадь = 395 мм2

Трансформатор

T1 = 34,93 мм * 28,58 мм = 1000 мм2 = общая площадь

Производительность

В этом разделе анализируются компромиссы бестрансформаторного источника питания по сравнению с трансформаторным решением

.
Рассеивание и КПД

Бестрансформаторная схема имеет серьезные проблемы с рассеиванием и эффективностью.

Как было вычислено выше, различные компоненты, включая резисторы и стабилитрон, могут рассеивать до 1 Вт каждый. Помимо того факта, что компоненты будут постоянно нагреваться, что уменьшит их срок службы, особенно стабилитрон, мы имеем следующую ситуацию с точки зрения эффективности:

Наша нагрузка 12 В и 0,075 А потребляет 0,9 Вт, однако для того, чтобы схема могла подавать этот ток и напряжение, она должна рассеивать как минимум в 3 раза больше мощности, чем требуется для схемы в других компонентах (R2, R3 и D1)!

Для сравнения, обычный трансформатор будет иметь КПД только от 90% до 95%.

Заключение

В следующей таблице обобщены результаты, обсужденные выше:

[идентификатор таблицы = 1 /]

Как видно из таблицы, бестрансформаторный блок питания определенно дешевле и может быть выполнен меньше и легче трансформаторного блока питания.

Однако он требует высокой производительности и эффективности, поскольку постоянно рассеивает значительное количество энергии.

Таким образом, идеальное применение для такого источника питания может быть на устройстве, которое работает при низкой температуре окружающей среды (ниже 25 ° C) и имеет доступ к достаточному количеству энергии.Датчик установлен где-то в Исландии на геотермальной электростанции? Может быть.

Вы раньше создавали бестрансформаторный блок питания? Поделитесь своими проблемами и открытиями!

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

ВЫШЕУКАЗАННАЯ ЦЕПЬ НЕ БЫЛА СОЗДАНА И НЕ ИСПЫТАНА, И НЕТ ГАРАНТИИ, ЧТО ОНА БУДЕТ РАБОТАТЬ.

ЕСЛИ ВЫ РЕШАЕТЕ СОЗДАТЬ ЕГО НА СВОЙ СОБСТВЕННЫЙ РИСК, БУДЬТЕ КРАЙНЕ ОСТОРОЖНЫ С НАПРЯЖЕНИЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ПОДСОЕДИНИТЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ ПОСЛЕ ПИТАНИЯ!

Список литературы

Шокирующая правда о бестрансформаторных источниках питания — Hackaday

Бестрансформаторный источник питания — CircuitDigest

.

Похожие записи

21.11.2024 0

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

19.11.2024 0

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

19.11.2024 0

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *