Как работает бестрансформаторный блок питания. Какие существуют схемы таких источников питания. В чем преимущества и недостатки бестрансформаторных блоков питания. Как правильно рассчитать и собрать бестрансформаторный источник питания.

Принцип работы бестрансформаторного блока питания

Бестрансформаторный блок питания позволяет получить низкое напряжение постоянного тока из сетевого напряжения 220В без использования понижающего трансформатора. Основной принцип работы такого источника питания заключается в использовании реактивного сопротивления конденсатора для ограничения тока.

Упрощенная схема бестрансформаторного блока питания выглядит следующим образом:

1. Гасящий (балластный) конденсатор, ограничивающий ток
2. Выпрямительный мост на диодах
3. Сглаживающий конденсатор
4. Стабилитрон для стабилизации напряжения

Принцип работы основан на том, что конденсатор ограничивает ток, проходящий через схему, до безопасного значения. При этом падение напряжения на самом конденсаторе незначительно. Выпрямительный мост преобразует переменное напряжение в пульсирующее постоянное, которое сглаживается конденсатором. Стабилитрон стабилизирует выходное напряжение на заданном уровне.

Основные схемы бестрансформаторных блоков питания

Существует несколько базовых схем бестрансформаторных источников питания:

1. Простейшая схема с гасящим конденсатором

Состоит из гасящего конденсатора, выпрямительного моста и сглаживающего конденсатора. Обеспечивает нестабилизированное выходное напряжение. Подходит для питания маломощных устройств с невысокими требованиями к стабильности напряжения.

2. Схема со стабилизацией на стабилитроне

Дополняется стабилитроном для стабилизации выходного напряжения. Позволяет получить более стабильное напряжение, но имеет низкий КПД из-за потерь на стабилитроне.

3. Схема с параметрическим стабилизатором

Использует транзистор и стабилитрон для более эффективной стабилизации. Обеспечивает лучшую стабильность напряжения при изменении нагрузки.

4. Схема с ШИМ-стабилизатором

Применяет широтно-импульсную модуляцию для стабилизации. Обладает высоким КПД и хорошей стабильностью, но более сложна в реализации.

Преимущества бестрансформаторных блоков питания

Бестрансформаторные источники питания имеют ряд преимуществ по сравнению с трансформаторными:

• Малые габариты и вес из-за отсутствия громоздкого трансформатора
• Низкая стоимость компонентов
• Высокий КПД (особенно для схем с ШИМ-стабилизацией)
• Простота конструкции
• Возможность получения малых токов

Благодаря этим преимуществам, бестрансформаторные блоки питания широко применяются в маломощной бытовой электронике, светодиодном освещении, зарядных устройствах.

Недостатки и ограничения бестрансформаторных схем

Несмотря на преимущества, бестрансформаторные источники питания имеют некоторые существенные недостатки:

• Отсутствие гальванической развязки от сети
• Ограничение по максимальной мощности (обычно до 10-15 Вт)
• Высокий уровень пульсаций выходного напряжения
• Чувствительность к перегрузкам
• Генерация помех в сеть

Из-за этих ограничений бестрансформаторные блоки питания не рекомендуется использовать для питания сложной электроники или в условиях, требующих повышенной электробезопасности.

Расчет бестрансформаторного блока питания

Ключевым элементом при расчете бестрансформаторного источника питания является выбор гасящего конденсатора. Его емкость определяет выходной ток схемы и рассчитывается по формуле:

C = (I * 1000000) / (2 * π * f * U)

Где:

• C — емкость конденсатора в мкФ
• I — требуемый выходной ток в А
• f — частота сети (50 Гц)
• U — напряжение сети (220 В)

При расчете необходимо учитывать:

• Напряжение конденсатора должно быть не менее 400 В
• Реальный ток может отличаться от расчетного на 10-15%
• Емкость следует выбирать из стандартного ряда номиналов

Остальные элементы схемы выбираются исходя из требуемого выходного напряжения и тока нагрузки.

Правила безопасности при работе с бестрансформаторными блоками питания

При сборке и эксплуатации бестрансформаторных источников питания необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Использовать качественные компоненты с соответствующими номиналами
• Обеспечить надежную изоляцию всех элементов схемы
• Не прикасаться к схеме при включенном питании
• Использовать предохранитель на входе схемы
• Не подключать к схеме устройства, требующие заземления
• При настройке использовать развязывающий трансформатор

Соблюдение этих правил позволит безопасно эксплуатировать бестрансформаторный блок питания и избежать поражения электрическим током.

Области применения бестрансформаторных источников питания

Благодаря своим преимуществам, бестрансформаторные блоки питания нашли широкое применение в различных областях:

• Светодиодное освещение (драйверы светодиодных ламп и лент)
• Зарядные устройства для мобильных телефонов и гаджетов
• Маломощные бытовые приборы (электронные часы, весы и т.п.)
• Системы «умный дом» (датчики, контроллеры)
• Электронные трансформаторы для галогенных ламп
• Блоки питания для радиолюбительских конструкций

В этих сферах бестрансформаторные источники питания позволяют создавать компактные и недорогие устройства с низким энергопотреблением.

Сравнение бестрансформаторных и трансформаторных блоков питания

Чтобы лучше понять особенности бестрансформаторных источников питания, сравним их с традиционными трансформаторными:

Параметр	Бестрансформаторный БП	Трансформаторный БП
Габариты и вес	Малые	Большие
Стоимость	Низкая	Высокая
КПД	Высокий (до 90%)	Средний (60-80%)
Максимальная мощность	До 10-15 Вт	Не ограничена
Гальваническая развязка	Отсутствует	Есть
Уровень пульсаций	Высокий	Низкий
Помехи в сеть	Высокие	Низкие

Как видно из сравнения, бестрансформаторные блоки питания имеют как преимущества, так и недостатки по сравнению с трансформаторными. Выбор типа источника питания зависит от конкретного применения и требований к устройству.

Заключение

Бестрансформаторные блоки питания представляют собой простое и эффективное решение для питания маломощных электронных устройств. Они обладают рядом преимуществ, таких как компактность, низкая стоимость и высокий КПД. Однако имеют и существенные ограничения, в первую очередь связанные с безопасностью и максимальной мощностью.

При правильном расчете и соблюдении мер безопасности, бестрансформаторные источники питания могут успешно применяться во многих областях электроники. Они особенно эффективны там, где требуется создать недорогое компактное устройство с низким энергопотреблением.

Важно помнить, что выбор между бестрансформаторным и трансформаторным блоком питания должен осуществляться на основе тщательного анализа требований конкретного проекта, с учетом всех преимуществ и недостатков каждого решения.

Бестрансформаторные Схемы Питания

Без трансформаторная Концепция Электропитания

Без трансформаторная концепция работает с использованием высоковольтного конденсатора для снижения переменного тока сети до требуемого более низкого уровня, необходимого для подключенной электронной схемы или нагрузки.

Спецификация этого конденсатора выбрана с запасом. Пример конденсатора, который обычно используется в схемах без трансформаторного питания, показан ниже:

Этот конденсатор соединен последовательно с одним из входных сигналов переменного напряжения АС.
Когда сетевой переменный ток входит в этот конденсатор, в зависимости от величины конденсатора, реактивное сопротивление конденсатора вступает в действие и ограничивает переменный ток сети от превышения заданного уровня, указанным значением конденсатора.

Однако, хотя ток ограничен, напряжение не ограниченно, поэтому, при измерении выпрямленного выхода без трансформаторного источника питания, обнаруживаем, что напряжение равно пиковому значению сети переменного тока , это около 310 В.

Но поскольку ток достаточно понижен конденсатором, это высокое пиковое напряжение стабилизируется с помощью стабилитрона на выходе мостового выпрямителя.

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

Преимущества использования без трансформаторной схемы питания

Дешевизна и при этом эффективность схемы для маломощных устройств.
Без трансформаторная схема питания, описанная здесь, очень эффективно заменяет обычный трансформатор для устройств, мощностью тока ниже 100 мА.

Здесь высоковольтный металлизированный конденсатор использован на входном сигнале для понижения тока сети
Схема показанная выше может быть использована как источник электропитания DC 12 В для большинства электронных схем.
Однако, обсудив преимущества вышеописанной конструкции, стоит остановиться на нескольких серьезных недостатках, которые может включать в себя данная концепция.

Недостатки без трансформаторной схемы питания

Во-первых, цепь неспособна произвести сильнотоковые выходы, что не критично для большинства конструкций.

Другим недостатком, который, безусловно, требует некоторого рассмотрения, является то, что концепция не изолирует цепь от опасных потенциалов сети переменного тока.

Этот недостаток может иметь серьезные последствия для конструкций связанных с металлическими шкафами, но не будет иметь значения для блоков, которые имеют все покрыты в непроводящем корпусе.

И последнее, но не менее важное: вышеупомянутая схема позволяет скачкам напряжения проникать через нее, что может привести к серьезному повреждению цепи питания и самой схемы питания.

Однако в предложенной простой без трансформаторной схеме питания этот недостаток был разумно устранен путем введения различных типов стабилизирующих ступеней после мостового выпрямителя.

Этот конденсатор основывает мгновенные высоковольтные пульсации, таким образом эффективно защищая связанную электронику с ним.

Как схема работает
1. Когда сетевой вход сети переменного тока включен, конденсатор C1 блокирует вход сетевого тока и ограничивает его до более низкого уровня, определенного значением реактивного сопротивления C1. Здесь можно примерно предположить, что он составляет около 50 мА.

2. Однако напряжение тока не ограничено, и поэтому 220V может находиться на входном сигнале позволяя достигнуть последующий этап выпрямителя тока .
3. Выпрямитель тока моста выпрямляет 220V к более высокому DC 310V, к пиковому преобразованию формы волны AC.
4. DC 310V быстро уменьшен к низкоуровневому DC стабилитроном, который шунтирует его к значение согласно номинала стабилитрона. Если используется 12V стабилитрон, то и на выходе будет 12 вольт.
5. C2 окончательно фильтрует DC 12V с пульсациями, в относительно чистый DC 12V.

Пример схемы

Цепь драйвера показанная ниже управляет лентой менее 100 светодиодов (при входном сигнале 220В), каждый светодиод рассчитан на 20мА, 3.3 В 5мм:

Здесь входной конденсатор 0.33 uF / 400V выдает около 17 ма, что примерно правильно для выбранной светодиодной ленты.
Если драйвер использовать для большего числа подобных светодиодных лент 60/70 параллельно, то просто значение конденсатора пропорционально увеличить для поддержания оптимального освещения светодиодов.

Поэтому для 2 лент включенных в параллель требуемое значение будет 0.68 uF/400V, для 3 лент заменить на 1uF / 400V. Аналогично для 4 лент должно быть обновлено до 1.33 uF / 400V, и так далее.

Важно: хотя не показан ограничивающий резистор в схеме, было бы неплохо включить резистор 33 Ом 2 Вт последовательно с каждой светодиодной лентой, для дополнительной безопасности. Можно вставить в любом месте последовательно с отдельными лентами.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ВСЕ ЦЕПИ, УПОМЯНУТЫЕ В ЭТОЙ СТАТЬЕ, НЕ ИЗОЛИРОВАНЫ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ВСЕ СЕКЦИИ ЦЕПИ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНЫ ДЛЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ К СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

usamodelkina.ru

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.

---

---

radio-stv.ru

Бестрансформаторный блок питания | kavmaster

Данная схема бестрансформаторного блока питания для светодиодов и светодиодной ленты достаточно проста и эффективна. Собрать её можно как навесным монтажом так и изготовить для неё печатную плату. Схема блока питания проверенна и полностью рабочая, а с помощью простой формулы для расчета гасящего конденсатора (балластового), можно легко подобрать необходимый ток для питания светодиодов.

Схема бестрансформаторного блока питания

В данной схеме, используется балластовый конденсатор C1, который гасит сетевое напряжение, после чего, ток поступает на диодный выпрямитель собранный на диодах VD1-VD4. Конденсатор C2 используется в качестве фильтра. Для быстрой разрядки конденсаторов C1 и С2, в схеме предусмотрены резисторы R2 и R3. Резистор R1 ограничивает ток при включении нагрузки.

Перед сборкой схемы, необходимо рассчитать конденсатор C1 так как именно от его номинала, зависит ток который блок питания способен обеспечить. Для расчета госящего конденсатора, используют простую формулу:

С = 3200∙I/Uc где:

• I — ток нагрузки в A
• Uc — напряжение сети
• С — в микрофарадах

Для примера, светодиодная лента длиной 30 см. по параметрам, потребляет ток максимум 400 Ma, но конечно же не желательно питать её максимальным током, ограничим его до 150 Ma. Напряжение сети составляет 230 вольт, значит нам нужно 3200×0.15÷230=2.08 мкФ.

Теперь осталось подобрать номинал конденсатора близких к расчетному, это будет 2.2 мкФ не менее 400 Вольт! На этом все, осталось только применить его по назначению.

Внимание! Данная схема бестрансформаторного блока питания, не имеет гальванической развязки с питающей сетью. Поэтому будьте осторожны при монтаже данной схемы, соблюдайте технику безопасности! Все соединения элементов, должны быль изолированны или помещены в пластиковых корпус!

>> Светодиодные ленты и блоки питания <<

Похожее

kavmaster.ru

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.

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 управление 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 заряжается 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 управляющем электроде 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

www.joyta.ru

Как сделать блок питания, выбор схемы. — Радиомастер инфо

Как известно, блок питания едва ли не самое распространенное электронное устройство. Простой блок питания сделать под силу даже начинающим. Но какую схему выбрать? Их столько, что многие теряются. В данной статье коротко рассказано об основных четырех типах схем и даны рекомендации их использования.

Перед тем, ка вы решили изготовить или подобрать готовый блок питания необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Какое напряжение должен выдавать блок питания? Это можно определить по характеристикам того устройства, которое будет подключаться к блоку питания.
2. Какой ток должен обеспечивать блок питания? Это так же указано на устройстве, которое будет подключено. Если указана потребляемая мощность, то ток можно определить, разделив мощность на напряжение.

Учитывая сказанное, перейдем к рассмотрению основных типов схем.

1. Бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором.

Применяется при небольших токах, десятки миллиампер, редко сотни миллиампер. На практике используется для зарядки аккумуляторов небольших фонарей, питания светодиодов и т.д. Схема такого блока питания:

Величина емкости С1 при активной нагрузке определяется по формуле:

С1 – емкость, Ф

Iэфф – эффективное значение тока нагрузки, А

Uc — напряжение сети, В

Uн – напряжение на нагрузке, В

f -частота сети, 50 Гц

π — число 3,14

Если нагрузка не всегда подключена, или ее ток меняется, то схема должна содержать стабилитрон, который не позволит напряжению на конденсаторе С2 и нагрузке превысить допустимое значение:

Величина емкости С1 рассчитывается с учетом максимального тока стабилитрона и тока нагрузки.

В этой формуле: 3,5 — коэффициент, Iстmin — минимальный ток стабилитрона, Iнmax — ток нагрузки максимальный, Ucmin — напряжение сети минимальное, Uвых — напряжение выхода блока питания.

Тип емкости С1 К73-17 или подобные, рабочее напряжение не ниже 400 В. Можно С1 зашунтировать резистором несколько сотен кОм, для разряда конденсатора в выключенном состоянии.

Подробнее о расчетах таких схем рассказано в журнале Радио №5 за 1997 год (стр. 48-50).

Понятно, что при отключенной нагрузке блок питания будет потреблять мощность на работу стабилитрона, соизмеримую с мощностью нагрузки. КПД поэтому низкий. Это одна из причин использования таких схем только для малых токов. Работая с такими блоками питания важно помнить, что их детали имеют гальваническую связь с сетью и опасность поражения током велика.

2. Второй тип схем, трансформаторные блоки питания. Вот основная схема.

По такой схеме можно делать блоки питания практически на любые напряжения и токи. На практике они представлены от маломощных, например, блок питания антенного усилителя собранный в сетевой вилке, до сварочника, вес которого десятки килограмм.

Приблизительный расчет трансформатора можно посмотреть здесь, более подробный и точный здесь.

Если токи нагрузки большие, емкость фильтра С1 нужна большая, тысячи микрофарад. В этом случае после диодного моста нужно ставить сопротивление, несколько Ом, чтобы в момент включения, когда С1 разряжен, бросок зарядного тока не вывел из строя диодный мост.

Если токи несколько ампер, то на диодах будет рассеиваться большая мощность. Для ее снижения применяют диоды Шоттки, на них падает меньшее напряжение (до 0,5 В), в отличие от кремниевых диодов на которых при больших токах может падать больше 1 В.

Чтобы еще снизить потери, применяют двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами и двумя обмотками. Вот его схема:

В данном случае вторичных обмотки две. Они соединены последовательно. Мотаются проводом в половину тоньше, чем для схемы с четырьмя диодами. Так, что количество меди то же самое. Потери ниже вдвое, так как диода два. Допустим на каждом падает 1 В, при токе 10 А, это мощность потерь 10 Вт на каждом диоде. Если диода два вместо четырех, в тепло идет не 40 Вт, а 20. Польза очевидна.

Вышеприведенные схемы имеют существенный недостаток. Напряжение на выходе меняется при изменении напряжения сети. Как известно, допустимые изменения напряжения сети ±5%, от 220 В это составит (209-231) В, предельные изменения ±10%, (198-242) В. В процентном отношении так же будет изменяться и выходное напряжение.

Для устранения этого недостатка применяют стабилизаторы, от простейших на стабилитроне, иногда с транзистором, до стабилизаторов на микросхемах.

Например:

Здесь 7812 (LM7812 или аналог) распространенная микросхема стабилизатор на 12 В. Основные правила применения таких микросхем:

— напряжение на входе от 14 В до 35 В, (при минимальном напряжении сети не менее 14 В при максимальном не более 35 В)

— максимальный ток, при длительной работе 1,5 А

— мощность, рассеиваемая без теплоотвода 1,5 Вт, с теплоотводом до 15 Вт (в некоторых справочниках пишут даже 9 Вт).

Главная ошибка, которую допускают при применении таких микросхем заключается в том, что в основном смотрят на ток и забывают про мощность. Например, от микросхемы хотят запитать нагрузку на напряжение 12 В потребляющую ток 1 А. Кажется, что это можно сделать без проблем, ведь максимальный ток этой микросхемы 1,5 А.

Но, допустим, в сети максимальное напряжение 242 В и на входе микросхемы 35 В. Эта микросхема компенсационного типа, т.е. все лишнее напряжение 35 – 12 = 23 В упадет на микросхеме. При этом мощность, которая будет рассеиваться на микросхеме будет равна 23В х 1А= 23Вт. А допустимая мощность, с радиатором, всего 15 Вт. Микросхема перегреется и сгорит. Для такого случая ее допустимый ток 15 Вт : 23 В = 0,65 А, и это с радиатором.

3. Импульсные стабилизаторы в трансформаторных блоках питания.

Эти стабилизаторы имеют значительно меньшие потери, чем выше рассмотренные. В них регулирующий элемент работает в ключевом режиме. У него два состояния полностью открыт или полностью закрыт. Падение напряжения на нем при этом минимально и рассеиваемая мощность также. Величина выходного напряжения пропорциональна длительности выходных импульсов.

Uвых = tоткр/T × Uвх

Где:

Uвых — напряжение на выходе стабилизатора

tоткр – время открытого состояния ключа

Т — период импульсов

Uвх – входное напряжение стабилизатора

Схема, поясняющая принцип работы:

Как видим, здесь присутствует индуктивность L, в которой накапливается энергия и импульсный диод VD. Именно с помощью этих двух элементов, ну и конечно конденсатора С, установленного за индуктивностью, импульсы после ключа VT превращаются в постоянное напряжение.

Пример такой схемы на транзисторах:

И на микросхеме:

4. Импульсные блоки питания.

Это самые эффективные и малогабаритные блоки. У них нет большого понижающего трансформатора, даже при больших токах и мощностях. Пример наиболее мощного импульсного блока питания — сварочный инвертор, который при сварочных токах 250 А весит всего несколько килограмм.

Принцип работы.

Напряжение сети 220 В поступает на диодный мост и затем на фильтр (конденсатор). Напряжение приобретает значение 310 В (при напряжении сети 220 В). Это напряжение питает выходной трансформаторный каскад и генератор. Вся схема работает на частотах до 100 кГц и даже выше. На таких частотах трансформаторы делают из феррита и их габариты в десятки раз меньше, чем у трансформаторов, работающих на частоте сети 50 Гц. Как правило, сама схема импульсного блока питания является стабилизатором и напряжение на выходе не зависит от изменения напряжения сети. Современные импульсные блоки питания, как правило работают при изменении напряжения сети от 110 В до 240 В.

Пример схемы импульсного блока питания, поясняющий принцип работы, на наиболее распространенной микросхеме UC3842.

Напряжение сети 220В через плату фильтра (ППФ) поступает на сетевой выпрямитель (СВ), конденсатор фильтра (Сф) и через обмотку трансформатора на ключ VT. Через сопротивление R3 уменьшенное напряжение поступает на вывод 7 для запуска микросхемы. После начала работы на вывод 7 дополнительно, через диод VD1, с обмотки трансформатора поступает питание в установившемся режиме.

Внутри микросхемы мы видим генератор (ГЕН), ШИМ (широтно-импульсный модулятор) для управления мощным ключом, выполненном на полевом транзисторе VT. На вывод 3 поступает сигнал обратной связи.

Практическая схема импульсного блока питания на микросхеме UC3842:

Пример изготовления схемы блока питания для ноутбука можно посмотреть здесь.

Есть микросхемы импульсных блоков питания, совмещенные с мощным выходным ключом. Но их принцип работы аналогичен рассмотренному.

Вывод.

Если нужны токи десятки миллиампер блок питания можно сделать по схеме первого типа.

Дешевый блок питания, габариты которого не так важны можно собрать по схеме второго типа. Компенсационные стабилизаторы целесообразно применять на токах до 1 А.

Так же недорогой блок питания, даже со стабилизатором выходного напряжения, на токи до 3 А можно собрать по схеме третьего типа.

Ну а если нужен малогабаритный блок питания, с защитой от перегрузок, на токи больше 3 А, с малым уровнем пульсаций, устойчивый к изменениям напряжения сети — конечно нужно собирать по схеме четвертого типа.

Материал статьи продублирован на видео:

 

radiomasterinfo.org.ua

Простейший бестрансформаторный источник питания для светодиодной матрицы

Для питания многих светодиодных лампочек и прожекторов требуется 12 В, что вынуждает покупать или где-то доставать источник питания. На самом деле его можно сделать самому из недорогих запчастей.

Материалы:

• Светодиодная матрица 12 В 5 Вт.
  
• 4 диода 1N4007;
  
• керамический конденсатор 1 мкФ, напряжение не ниже 400 В;
  
• 1 резистор в промежутке 300 кОм — МОм;
  
• конденсатор 220 мкФ 25 В;
  
• электрокабель с вилкой.

Сборка бестрансформаторного источника

Для начала нужно спаять между собой 4 диода 1N4007, по схеме как на фото. Обратите внимание на полярность. Важно, чтобы направление анода и катода были как на фотографии. Начинающим любителям радиотехники нужно просто ориентироваться по серой полоске по окружности корпуса диода. Как видно одна пара из них соединяются полоской к полоске, а вторая темными сторонами. Соответственно между собой пары спаяны полоса к однотонной стороне.

У конденсатора 220 мкФ 25 В нужно разогнуть контакты и припаять их к рамке из диодов. На его корпусе имеется продольная полоса. Противоположный к ней электрод паяется к контактам диодов соединенных полоска к полоске. Примыкающий до метки контакт скрепляется соответственно с диодами со стороны противоположной до полос.

Далее к имеющейся схеме припаивается одним усиком керамический конденсатор 1 мкФ (105J). Для этого его следует расположить по левую руку и повернуть маркировкой к себе.

Между усиками керамического конденсатора впаивается резистор 1 МОм. В нем нет полярности, поэтому его можно расположить любой стороной. Этот резистор нужен для разряда конденсатора, когда питание отключено от всей цепи.

К схеме подключается потребитель. В данном случае используется светодиодная матрица на 12 В и 5 Вт.

Чтобы он светил, нужно соблюсти полярность. Минус присоединяется к электродам со стороны полоски на конденсаторе 220 мкФ 25 В. Плюс паяется напротив.

Чтобы запитать схему от сети 220В нужно присоединить двухжильный кабель с вилкой. Одна жила паяется к электроду керамического конденсатора и резистора, а вторая к незадействованной противоположной части рамки из диодов.

Включаем в сеть.

Работает отлично.

Важно! Техника безопасности

Это очень дешевый в изготовлении источник для питания светодиодов и их матриц, но он имеет один очень существенный недостаток: к нему нельзя прикасаться, чтобы не получить разряд в 220 В, так как вся схема не имеет гальванической развязки. Поэтому не всем может подойти эта самоделка.
Готовый источник необходимо разместить в коробе из диэлектрического материала. Во время работы запрещается дотрагиваться даже до светодиодной матрицы, учтите это обязательно.

Смотрите видео

sdelaysam-svoimirukami.ru

Бестрансформаторные блоки питания — Копилка знаний

Конденсаторно-стабилитронный выпрямитель

Бестрансформаторные маломощные сетевые блоки питания с гасящие конденсатором получили широкое распространение в радиолюбительских конструкциях благодаря простоте своей конструкции, несмотря на такой серьезный недостаток, как наличие гальванической связи блока питания с сетью.

Входная часть блока питания (рис. 6.2) содержит балластный кон­денсатор С1 и мостовой выпрямитель из диодов VD1, VD2 и ста­билитронов VD3, VD4. Для ограничения броска тока через диоды и стабилитроны моста в момент включения в сеть последовательно с балластным конденсатором следует включить токоограничивающий резистор сопротивлением 50… 100 Ом, а для разрядки конденсатора после отключения блока от сети, параллельно ему — резистор со­противлением 150…300 кОм. К выходу блока подключают оксидный конденсатор фильтра емкостью 2000 мкФ на номинальное напря­жение не менее 10 В. В результате получаются функционально законченные блоки питания.
При использовании мощных стабилитронов (Д815А … Д817Г), их можно установить на общий радиатор, если в обозначении их типа присутствуют буквы ПП (стабилитроны Д815АПП…Д817ГПП имеют обратную полярность выводов). В противном случае диоды и стабилитроны необходимо поменять местами. Гальваническая связь сети с выходом блока питания, а значит, и с питаемой аппаратурой, создает реальную опасность поражения электрическим током. Об этом следует помнить при конструировании и налаживании блоков с конденсаторно-стабилитронным выпрямителем.

 

Два бестрансформаторных блока питания
Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи перемен­ного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить заранее пригодность конденсатора для использования в источнике можно, просто подключив его к электросети и оценив темпера­туру корпуса через полчаса. Если конденсатор успевает заметно разогреться, его следует счесть непригодным для использования в источнике. Практически не нагреваются специальные конденса­торы для промышленных электроустановок — они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы используют в люминесцентных светильниках, в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей и т.п.

Ниже представлены две практические схемы источников питания с конденсаторным делителем: пятивольтовый общего назначения на ток нагрузки до 0,3 А (рис. 6.3) и источник бесперебойного питания для кварцованных электронно-механических часов (рис. 6.4). Дели­тель напряжения пятивольтового источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных С2 и СЗ, образующих нижнее по схеме неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Поляризующими диодами для оксидной пары служат левые по схеме диоды моста. При номиналах элементов, указанных на схеме, ток короткого замыкания на выходе блока питания равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 в отсутствие нагрузки — 27 В.

Широко распостраненные электронно-механические часы-будиль­ники китайского производства обычно питают от одного гальва­нического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА.
Напряжение, снятое с делителя CI, С2, выпрямляет узел на эле­ментах VD1, VD2. СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12 В.

 

Маломощный конденсаторный выпрямитель с ШИМ стабилизатором
Предлагаемый вашему вниманию бестрансформаторный конден­саторный выпрямитель работает с автостабилизацией выходного напряжения во всех возможных режимах работы (от холостого хода до номинальной нагрузки). Это достигнуто за счет карди­нального изменения принципа формирования выходного напря­жения — не за счет падения напряжения от импульсов тока выпрямленных полуволн сетевого напряжения на сопротивлении стабилитрона, как в других подобных устройствах, а за счет из­менения времени подключения диодного моста к накопительному конденсатору.
Схема стабилизированного конденсаторного выпрямителя приве­дена на рис. 6.12. Параллельно выходу диодного моста включен транзистор VT1, работающий в ключевом режиме. База ключево­го транзистора VT1 через пороговый элемент (стабилитрон VD3) соединена с накопительным конденсатором С2, отделенным по постоянному току от выхода моста диодом VD2 для исключения быстрого разряда при открытом VT1. Пока напряжение на С2 меньше напряжения стабилизации VD3, выпрямитель работает известным образом. При увеличении напряжения на С2 и откры­вании VD3 транзистор VT1 также отрывается и шунтирует выход выпрямительного моста. Вследствие этого напряжение на выходе моста скачкообразно уменьшается практически до нуля, что при­водит к уменьшению напряжения на С2 и последующему выклю­чению стабилитрона и ключевого транзистора.

Далее напряжение на конденсаторе С2 снова увеличивается до момента включения стабилитрона и транзистора и т.д. Процесс автостабилизации выходного напряжения очень похож на функ­ционирование импульсного стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием. Только в предлагаемом устройстве частота следования импульсов равна частоте пульсации напряже­ния на С2. Ключевой транзистор VT1 для уменьшения потерь должен быть с большим коэффициентом усиления, например, составной КТ972А, КТ829А, КТ827А и др. Увеличить выходное напряжение выпрямителя можно, применив более высоковольтный стабилитрон или два низковольтных, соединенных последователь­но. При двух стабилитронах Д814В и Д814Д и емкости конденсатора С1 2 мкФ выходное напряжение на нагрузке сопротивлени­ем 250 Ом может составлять 23…24 В. По предложенной методике можно застабилизировать выходное напряжение одно-полупериодного диодно-конденсаторного выпрямителя, выпол­ненного, например, по схеме рис. 6.13. Для выпрямителя с плю­совым выходным напряжением параллельно диоду VD1 включен n-p-п транзистор КТ972А или КТ829А, управляемый с выхода выпрямителя через стабилитрон VD3. При достижении на кон­денсаторе С2 напряжения, соответствующего моменту открывания стабилитрона, транзистор VT1 тоже открывается. В результате амплитуда положительной полуволны напряжения, поступающе­го на С2 через диод VD2, уменьшается почти до нуля. При умень­шении же напряжения на С2 транзистор VT1, благодаря стаби­литрону, закрывается, что приводит к увеличению выходного напряжения. Процесс сопровождается широтно-импульсным ре­гулированием длительности импульсов на входе VD2, следовательно, напряжение на конденсаторе С2 остается стабилизированным как на холостом ходу, так и под нагрузкой.
В выпрямителе с отрицательным выходным напряжением парал­лельно диоду VD1 нужно включить p-n-р транзистор КТ973А или КТ825А. Выходное стабилизированное напряжение на нагрузке сопротивлением 470 Ом — около 11 В, напряжение пульсации — 0,3…0,4 В.
В обоих предложенных вариантах бестрансформаторного выпря­мителя стабилитрон работает в импульсном режиме при токе в единицы миллиампер, который никак не связан с током нагруз­ки выпрямителя, с разбросом емкости гасящего конденсатора и колебаниями напряжения сети. Поэтому потери в нем существен­но уменьшены, и теплоотвод ему не требуется. Ключевому тран­зистору радиатор также не требуется.
Резисторы Rl, R2 в этих схемах ограничивают входной ток при переходных процессах в момент включения устройства в сеть. Из-за неизбежного «дребезга» контактов сетевых вилки и розетки, процесс включения сопровождается серией кратковременных за­мыканий и разрывов цепи. При одном из таких замыканий гася­щий конденсатор С1 может зарядиться до полного амплитудного значения напряжения сети, т.е. примерно до 300 В. После разры­ва и последующего замыкания цепи из-за «дребезга» это и сетевое напряжения могут сложиться и составить в сумме около 600 В. Это наихудший случай, который необходимо учитывать для обеспечения надежной работы устройства. Конкретный пример: мак­симальный коллекторный ток транзистора КТ972А равен 4 А, поэтому суммарное сопротивление ограничительных резисторов должно составлять 600 В / 4 А = 150 Ом. С целью уменьшения потерь сопротивление резистора R1 можно выбрать 51 Ом, а ре­зистора R2 — 100 Ом. Их мощность рассеяния — не менее 0,5 Вт. Допустимый коллекторный ток транзистора КТ827А составляет 20 А, поэтому для него резистор R2 необязателен.

По этой теме читайте на сайте :

kopilca.ru