Бестрансформаторный блок питания схема: Бестрансформаторные блоки питания. Сетевые понижающие источники питания с гасящими конденсаторами, а также ключевые схемы бестрансформаторных преобразователей напряжения.

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:

Схемы бестрансформаторного сетевого питания микроконтроллеров

Бестрансформаторные источники питания проще в изготовлении и дешевле, чем трансформаторные, однако они представляют определённую опасность для жизни человека при налаживании, ремонте и в эксплуатации. Неосторожное прикосновение одновременно ктоковедущей части и к заземлённой поверхности может окончиться весьма плачевно.

Схемы без гальванической развязки применяют в тех конструкциях, где не требуется постоянное присутствие человека или обеспечена надёжная изоляция от поражения током. Стоит отметить, что использовать такие источники питания целесообразно только при небольших токах нагрузки, так как в противном случае размеры и стоимость нужных компонентов растут очень быстро.

Различают следующие разновидности бестрансформаторных блоков питания:

• с балластным резистором во входной цепи;
• с балластным конденсатором во входной цепи;
• с импульсным неизолированным AC/DC-преобразователем.

Балластными резисторами и конденсаторами гасится излишек сетевого напряжения. Соответственно резисторы должны быть рассчитаны на большую мощность рассеяния, а конденсаторы должны быть плёночными, например, К73-17, желательно с рабочим напряжением не менее 630 В. Запас нужен, потому что допустимое переменное напряжение КАС на частоте 50 Гц у данного класса конденсаторов значительно меньше допустимого постоянного напряжения KDC (Табл. 6.2).

Схемы балластного типа «не любят» частых включений/выключений, поскольку в начальный момент времени возникают всплески напряжения. Если имеется возможность, то лучше вообще обойтись без сетевого тумблера, что значительно продлит ресурс работы устройства. Оптимальная сфера применения балластных схем — маломощные приборы с круглосуточным режимом функционирования.

Импульсные сетевые бестрансформаторные преобразователи напряжения носят название AC/DC («переменное» АС в «постоянное» DC). Они обеспечивают высокий КПД и малые габариты, но генерируют импульсные помехи достаточно высокой частоты и амплитуды. Кроме того, микросхемы, применяемые в этих преобразователях, к числу дешёвых и широкораспространённых не относятся.

На Рис. 6.3, а…м показаны схемы бестрансформаторного питания с балластными резисторами и конденсаторами, а на Рис. 6.4, а…г — с микросхемами импульсных AC/DC-преобразователей.

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (начало):

а) диоды VD1…VD4 должны выдерживать обратное напряжение не менее 400 В. Резисторы Rl, R2 являются балластными для стабилитрона VD5. Сопротивление резистора R3 выбирается так, чтобы выходное напряжение не превышало +5.25 В при любом токе нагрузки. ФНЧ на элементах C1, R3, С2 сглаживает сетевые пульсации удвоенной частоты 100 Гц;

б) аналогично Рис. 6.3, а, но параллельные балластные резисторы заменяются последовательно включёнными резисторами RL..R3, RС-фильтр заменяется LC-фильтром LI, C1, а также добавляется предохранитель FUI. Максимально допустимый ток через дроссель LI должен быть с запасом больше, чем ток нагрузки;

в) полная классическая схема источника питания с балластным конденсатором C1. Резистор R1 ограничивает начальный ток заряда конденсатора С2 и является обязательным в подобных схемах. Резистор R2 быстро разряжает конденсатор C1 после отключения вилки от сети 220 В. Сборка диодов VD1 выпрямляет напряжение и может быть заменена двумя диодами типа 1 N4004… 1 N4007. Конденсатор С2 сглаживает сетевые пульсации, а конденсатор C3 устраняет ВЧ-помехи. Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона VD2 и тока нагрузки;

г) питание от трёхфазной сети через балластные резисторы RL..R3. Стабилитрон VD4 нужен, чтобы микросхема DA1 не вышла из строя от высокого входного напряжения при обрыве нагрузки в цепи +5 В или при резком снижении тока потребления;

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (продолжение):

д) стабилитроны VD3, VD4 имеют повышенную мощность рассеяния 1…3 Вт и выполняют предварительное ограничение напряжения. Стабилизатор на микросхеме DA I обеспечивает выходное напряжение;

е) двухполупериодный выпрямитель с диодным мостом VD1 и светодиодной индикацией наличия питания. Резистор R3 определяет ток в нагрузке, а также яркость свечения индикатора HLI. Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона VD2 и тока нагрузки;

ж) двухполярный источник питания. Для полной симметрии схемы желательно обеспечить одинаковые токовые нагрузки по цепям +5 и -5 В;

з) разделение выходного напряжения на две отдельные ветви для исключения взаимных помех, например, для питания МК и для управление тиристором. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на уровне +5.6 В. Диоды VD2, VD3 снижают его до +4.8…+5 В в каждом канале;

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (окончание):

и) получение двух напряжений от одного источника питания. Суммарный ток нагрузки состоит из суммы токов в каналах +9…+12 В и +5 В. При значительных колебаниях тока нагрузки следует выбрать стабилитрон VD3 с повышенной мощностью рассеяния 1…3 Вт;

к) стабилитроны VDI, VD2 одновременно служат стабилизаторами и выпрямителями. Стабилитроны следует выбирать мощные, с запасом по току;

л) вместо одного применяются два балластных конденсатора C1, С2, которые могут быть рассчитаны на меньшее допустимое напряжение;

м) в закрытом состоянии тиристора VS1 ток на бестрансформаторный стабилизатор напряжения (C1…CJ, RL..R3, VDI, VD2) проходит через нагрузку RH. Ввиду низкого значения тока, нагрузка не работает в полную мощность, например, лампа не светится, вентилятор не крутится и т.д. После включения тиристора VSI, в нагрузку RH подаётся полная мощность, а напряжение на выходе стабилизатора снижается с +5 до +2.7 В. Чтобы МК нормально функционировал, он должен быть широкодиапазонным по питанию и иметь возможность организации рестарта.

Рис. 6.4. Схемы сетевых бестрансформаторных блоков питаь с AC/DC-преобразователями:

а) типовая схема включения импульсного AC/DC-преобразователя напряжения на микросхеме DA1 фирмы ROHM;

б) типовая схема включения импульсного AC/DC-преобразователя напряжения на микросхеме DA1 фирмы Power Integrations. Дроссели LI, L2снижают уровень пульсаций;

в) формирователь двух популярных у радиолюбителей напряжений питания +5 и +3.3 В. Микросхема DA1 — это импульсный АC1DC-преобразователь напряжения фирмы Supertex;

т) DAI — это импульсный АC1DC-преобразователь напряжения фирмы Supertex. Общий ток нагрузки по выходам +18 и +5 В не должен превышать 40 мА.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Бестрансформаторный блок питания с регулируемым выходным напряжением

Предлагаемый бестрансформаторный блок питания позволяет в широких пределах плавно изменять выходное напряжение.

Принципиальная схема

Его особенность заключается в использовании регулируемой отрицательной обратной связи с выхода блока на транзисторный каскад VT1, включенный параллельно выходу диодного моста.

Этот каскад является параллельным регулирующим элементом и управляется сигналом с выхода однокаскадного усилителя на VT2.

Выходной сигнал VT2 зависит от разности напряжений, подаваемых с переменного резистора R7, включенного параллельно выходу блока питания, и источника опорного напряжения на диодах VD3, VD4.

По существу, схема представляет собой регулируемый параллельный стабилизатор. Роль балластного резистора играет гасящий конденсатор С1, роль параллельного управляемого элемента — транзистор VT1.

Работает этот блок питания следующим образом. При включении в сеть транзисторы VT1 и VT2 заперты, через диод VD2 происходит заряд накопительного конденсатора С2.

При достижении на базе транзистора VT2 напряжения, равного опорному на диодах VD3, VD4, транзисторы VT2, VT1 начинают отпираться.

Транзистор VT1 шунтирует выход диодного моста, и его выходное напряжение начинает падать, что приводит к уменьшению напряжения на накопительном конденсаторе С2 и к запиранию транзисторов VT2 и VT1. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение шунтирования выхода диодного моста, увеличение напряжения на С2 и отпирание VT2, VT1, и т.д.

За счет действующей таким образом отрицательной обратной связи выходное напряжение остается постоянным (стабилизированным) при включенной нагрузке R9 и без нее, на холостом ходу. Его величина зависит от положения движка потенциометра R7.

Верхнему (по схеме) положению движка соответствует большее выходное напряжение. Максимальная выходная мощность приведенного устройства равна 2 Вт. Пределы регулировки выходного напряжения — от 16 до 26 В, а при закороченном диоде VD4 пределы регулировки — от 15 до 19,5 В. В этих диапазонах при отключении R9 (сброс нагрузки) увеличение выходного напряжения не превышает одного процента.

Рис. 1. Принципиальная схема бестрансформаторного стабилизированного блока питания с регулировкой.

VT1 работает в переменном режиме: при работе на нагрузку R9 — в линейном режиме; на холостом ходу — в режиме широтно-им-пульсной модуляции (ШИМ) с частотой пульсации напряжения на конденсаторе С2 — 100 Гц.

При этом импульсы напряжения на коллекторе транзистора VT1 имеют пологие фронты. Линейный режим является облегченным, транзистор VT1 нагревается мало и может работать практически без радиатора.

Небольшой нагрев имеет место в нижнем положении движка потенциометра R7 при минимальном выходном напряжении. На холостом ходу, с отключенной нагрузкой R9, тепловой режим транзистора VT1 ухудшается в верхнем положении движка R7.

В этом случае транзистор VT1 должен быть установлен на небольшой радиатор, например, в виде алюминиевой пластинки квадратной формы со стороной 3 см, толщиной 1…2 мм.

Детали

Регулирующий транзистор VT1 — средней мощности, с большим коэффициентом передачи (составной). Его коллекторный ток должен быть в 2…3 раза больше максимального тока нагрузки.

Коллекторное напряжение VT1 должно быть не меньше максимального выходного напряжения блока питания. В качестве VT1 могут быть использованы n-p-п транзисторы КТ972А, КТ829А, КТ827А и т.д.

Транзистор VT2 работает в режиме малых токов, поэтому годится любой маломощный р-п-р транзистор — КТ203А…В, КТ361А…Г, КТЗ 1 ЗА/Б, КТ209А/Б.

По принципу приведенной схемы могут быть построены аналогичные блоки питания на другие требуемые значения мощности.

Первоисточник: неизвестен.

Бестрансформаторный блок питания с регулируемым выходным напряжением

Предлагаемый позволяет в широких пределах плавно изменять выходное напряжение (рис. 6.11). Его особенность заключается в использовании регулируемой отрицательной обратной связи с выхода блока на транзисторный каскад VTI, включенный параллельно выходу диодного моста. Этот каскад является параллельным регулирующим элементом и управляется сигналом с выхода однокаскадного усилителя на VT2. Выходной сигнал VT2 зависит от разности напряжений, подаваемых с переменного резистора R7, включенного параллельно выходу , и источника опорного напряжения на диодах VD3, VD4.

По существу, схема представляет собой регулируемый параллельный стабилизатор. Роль балластного резистора играет гасящий конденсатор С1, роль параллельного управляемого элемента — транзистор VT1. Работает этот блок питания следующим образом. При включении в сеть транзисторы VT1 и VT2 заперты, через диод VD2 происходит заряд накопительного конденсатора С2. При достижении на базе транзистора VT2 напряжения, равного опорному на диодах VD3, VD4, транзисторы VT2, VT1 начинают отпираться. Транзистор VT1 шунтирует выход диодного моста, и его выходное напряжение начинает падать, что приводит к уменьшению напряжения на накопительном конденсаторе С2 и к запиранию транзисторов VT2 и VT1. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение шунтирования выхода диодного моста, увеличение напряжения на С2 и отпирание VT2, VT1, и т.д.

За счет действующей таким образом отрицательной обратной связи выходное напряжение остается постоянным (стабилизированным) при включенной нагрузке R9 и без нее, на холостом ходу. Его величина зависит от положения движка потенциометра R7. Верхнему (по схеме) положению движка соответствует большее выходное напряжение. Максимальная выходная мощность приведенного устройства равна 2 Вт. Пределы регулировки выходного напряжения — от 16 до 26 В, а при закороченном диоде VD4 пределы регулировки — от 15 до 19,5 В. В этих диапазонах при отключении R9 (сброс нагрузки) увеличение выходного напряжения не превышает одного процента.

VT1 работает в переменном режиме: при работе на нагрузку R9 — в линейном режиме; на холостом ходу — в режиме широтно-им-пульсной модуляции (ШИМ) с частотой пульсации напряжения на конденсаторе С2 — 100 Гц. При этом импульсы напряжения на коллекторе транзистора VT1 имеют пологие фронты. Линейный режим является облегченным, транзистор VT1 нагревается мало и может работать практически без радиатора.

Небольшой нагрев имеет место в нижнем положении движка потенциометра R7 при минимальном выходном напряжении. На холостом ходу, с отключенной нагрузкой R9, тепловой режим транзистора VT1 ухудшается в верхнем положении движка R7. В этом случае транзистор VT1 должен быть установлен на небольшой радиатор, например, в виде алюминиевой пластинки квадратной формы со стороной 3 см, толщиной 1…2 мм.

Регулирующий транзистор VT1 — средней мощности, с большим коэффициентом передачи (составной). Его коллекторный ток должен быть в 2…3 раза больше максимального тока нагрузки. Коллекторное напряжение VT1 должно быть не меньше максимального выходного напряжения блока питания. В качестве VT1 могут быть использованы n-p-п транзисторы КТ972А, КТ829А, КТ827А и т.д. Транзистор VT2 работает в режиме малых токов, поэтому годится любой маломощный р-п-р транзистор — КТ203А…В, КТ361А…Г, КТЗ 1 ЗА/Б, КТ209А/Б. По принципу приведенной схемы могут быть построены аналогичные блоки питания на другие требуемые значения мощности.

Бестрансформаторные Схемы Питания

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:

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.

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:

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.

⚡️Бестрансформаторный блок питания — простые схемы

На чтение 5 мин Опубликовано 27.06.2015 Обновлено 07.07.2019

В последние годы вновь пробудился интерес радиолюбителей к бестрансформаторным блокам питания (БТБП). При надежной изоляции питаемого устройства (пластмассовый корпус, отсутствие наружных токонесущих деталей) такие БП можно применить взамен трансформаторных, причем по масса габаритным показателям бестрансформаторный блок питания имеют заметные преимущества.

Кроме экономической целесообразности, бестрансформаторным БП присущи и другие достоинства — большая надежность при правильном выборе элементов, нечувствительность к коротким замыканиям на выходе выпрямителя.

Описание работы бестрансформаторного блока питания и его инженерный расчет можно найти в [1…3]. Кроме ценных рекомендаций, в статье В.Банникова приведена очень полезная радиолюбителям таблица для выбора емкости гасящего конденсатора в зависимости от заданного тока нагрузки.

В дополнение к сведениям, изложенным в [1…5], из собственного опыта добавлю следующее:

1. При выборе схемы бестрансформаторного блока питания следует отдавать безусловное предпочтение мостовому выпрямителю (рис.1). Эффективное значение переменного напряжения в данной схеме, приложенное к диодному мосту VD1, не превышает выпрямленного — Uo. Это позволяет использовать любые малогабаритные универсальные диоды с относительно низким максимально допустимым обратным напряжением — 50…100 В. например, широко распространенные Д219…Д223 с любыми буквенными индексами, а также многие другие.
2. В качестве балластного (С1) мною используются бескорпусные полиэтилентерефталатные конденсаторы типа К73-17 и полипропиленовые К78-2, применяемые в схемах строчной развертки отечественных телевизоров и мониторов. Оба типа конденсаторов специально предназначены для работы в цепях переменного, пульсирующего и импульсного токов. Допустимая амплитуда переменного напряжения или переменная составляющая пульсирующего при частоте 50 Гц лежит в пределах 55…70% от номинального напряжения Uн (6). Таким образом, в схемах бестрансформаторного блока питания можно применять указанные конденсаторы с Uн = 400, 630 и 1000 В. Еще одно достоинство конденсаторов с пленочным (синтетическим) диэлектриком — весьма малые потери и, следовательно, ничтожный нагрев при работе в цепях переменного тока. Благодаря бескорпусному прямоугольному исполнению, они занимают небольшой объем при значительной емкости и высоком рабочем напряжении. Поэтому, в отличие от рекомендуемых в [2] бумажных конденсаторов МБГЧ и КГБ, пленочные К73-17, К78-2 легко помещаются в корпусах малогабаритных блоков питания — адаптерах.
3. Рекомендую добавлять в фирменные и самодельные адаптеры (как трансформаторные, так и БТБП) плавкие предохранители. Если из-за малого объема корпуса в блоке питания невозможно установить держатель предохранителя, малогабаритные вставки ПМ и ВП следует впаивать на весу между штырем вилки и выводом первичной обмотки. Радиопромышленность выпускает также модификацию керамических предохранителей ВП с гибкими выводами для пайки. Как правило, для защиты БП малой мощности достаточно предохранителя на ток 0,25 А. Чтобы исключить возможность замыканий внутри адаптера, на припаянный с одной стороны предохранитель натягивается небольшой отрезок хлорвиниловой трубочки, а затем впаивается второй конец.
4. На выходе выпрямителя бестрансформаторного блока питания, даже еспи он работает на постоянную (по силе тока) не отключаемую нагрузку, следует устанавливать стабилитрон или предложенный в [4] транзисторный стабилизатор напряжения. В этом случае при обрыве цепи нагрузки не произойдет аварийного повышения напряжения на диодах выпрямительного моста и конденсаторе фильтра С2. Чтобы повысить надежность БП, советую применять не маломощные стабилитроны Д808…Д813, Д814А…Д. а приборы средней мощности — Д815А…Ж, Д816А…Д, Д817А…Г. Выход из строя более мощных стабилитронов гораздо менее вероятен. Так как конденсатор С1 на переменном токе играет роль ограничительного сопротивления, дополнительного балластного резистора к стабилитрону VD2 не требуется.
5. Если БП предназначен для работы с достаточно дорогим устройством, для которого опасно повышение питающего напряжения (например, пейджером), следует установить на выходе адаптера дополнительную ступень защиты. Такая мера применяется иногда в зарубежной РЭА для защиты ИМС процессоров и микроконтроллеров.

На рис.2 приведена схема простого тиристорного устройства, срабатывающего только при аварийном повышении напряжения на выходе выпрямителя или стабилизатора. При. этом по цепи управления открывается маломощный тиристор VS1, который шунтирует выход выпрямителя и вызывает форсированное сгорание плавкого предохранителя FU2.

Резистор R2 задает кратность перегрузки. При отношении аварийного тока перегрузки Iав к номинальному току Iн от 10 до 20, время плавления предохранителей ВП1-1 составляет 2…5 мс. Кроме бестрансформаторных выпрямителей, гасящие конденсаторы могут применяться в комбинированных блок питания [5], где первичная обмотка сетевого (разделительного) трансформатора не рассчитана на полное напряжение питающей электросети (рис.3).

На этом принципе основан успешно применяемый мною способ переделки маломощных блоков питания, предназначенных для 120-вольтовой сети, или ремонта перегоревших например, при обрыве одного из выводов первичной обмотки трансформатора на 220 В.

В подавляющем большинстве зарубежных, да и во многих отечественных адаптерах отсутствуют плавкие предохранители, защищающие первичную обмотку сетевого трансформатора. При аварийных замыканиях на выходе выпрямителя (в нагрузке), а также пробое диодов выпрямителя или конденсаторов фильтра, вместо дешевого, легко заменяемого предохранителя перегорает тонкий провод первичной обмотки.

Нередко из-за технологических нарушений, допущенных при изготовлении трансформатора, со временем происходит разрыв провода вследствие его окисления в месте пайки вывода. Если трансформатор был рассчитан на два питающих напряжения — 127/220 В, как правило, остается целой часть сетевой обмотки на напряжение 93…127 В.

В этом случае, а также при переделке 120-вольтового импортного адаптера, можно восстановить блок питания для сети 220 В без замены трансформатора. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включается гасящий конденсатор, и подбором его емкости добиваются необходимого распределения переменных напряжений на конденсаторе и первичной обмотке. Чем меньше емкость этого конденсатора, тем меньшая часть сетевого напряжения приложена к обмотке трансформатора.

Интересный вариант последней схемы с симметричным ограничением переменного напряжения на первичной обмотке трансформатора был описан Л. Пожаринским в журнале “Радио”. Стабилитроны-ограничители VD4. VD5 типа Д815Г показаны пунктиром на рис.3.

Все эксперименты по подбору емкости конденсатора и налаживанию бестрансформаторного блока питания должны проводиться от источника регулируемого переменного напряжения (лабораторного автотрансформатора — ЛАТРа), начиная от нуля и до Uc = 220 В с постоянным контролем тока, потребляемого блоком питания, и при строгом соблюдении правил электробезопасности.

Простые бестрансформаторные стабилизаторы с регулировкой U

Бестрансформаторные стабилизаторы отлично подойдут для питания маломощного устройства не критичного к пульсациям напряжения. К том же они просты в изготовлении и компактны.

Внимание схема работает от 220В, будьте внимательны, соблюдайте технику безопасности!

Следует учесть, что такие стабилизаторы обладают рядом недостатков и их применение ограничено:

• Имеется связь с фазой электросети.
• Выдаваемая мощность таким стабилизатором достаточно мала, около 2 Вт.
• В момент подключения, отключения нагрузки напряжение скачет.
• Пульсация напряжения.

Предлагаемая мною схема обладает защитой от короткого замыкания, уровнем пульсаций 850 мВ, мощностью около 2 Вт и возможностью регулировки выходного напряжения от 16 до 30В.

Напряжение от сети 220В подается на конденсатор С1 и резистор R1. Конденсатор выполняет роль гасящего элемента для напряжения. Этот элемент непосредственно влияет на мощность всего блока питания, чем выше его емкость, тем больше ток выдаст блок питания. Его следует брать напряжением от 300 В. Резистор R1 выполняет роль балласта, ограничителя тока. Он необходим, для защиты всей схемы. Его мощность 1Вт.

Схема самого стабилизатора выполнена по классической схеме, с принципом работы можно ознакомится тут 

Транзистор VT1 КТ972А, можно заменить на КТ829А, КТ827А, КТ819А. Транзистор VT2 КТ 361 с любым буквенным индексом, можно заменить на КТ3107А,Б, КТ203Б. Конденсатор С2 следует брать напряжением не меньше 50В.

Это сильно упрощённая схема первого варианта. Она рассчитана на малый ток, до 200 мА.

Принцип её работы очень прост, мы видим аналогичную входную цепь. Стабилитрон VD2 задает напряжение 68В. При помощи переменного резистора мы регулируем напряжение на управляющем электроде тиристора VS1, и он может приоткрывается или закрываться, изменяя тем самым выходное напряжение.  Резистор R3 ограничивает ток на тиристоре VS1.

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

Строительство, работа и ее виды

В обычных электронных продуктах источник питания постоянного тока преобразует напряжение переменного тока в небольшое напряжение постоянного тока с помощью понижающего трансформатора. Импульсный источник питания или понижающий трансформатор преобразует более высокое переменное напряжение в более низкое переменное напряжение, а затем в желаемое низкое напряжение постоянного тока. Этот процесс имеет главный недостаток, заключающийся в том, что он будет стоить дорого и потребует больше места во время производства и проектирования продукта. Итак, чтобы преодолеть эти недостатки, используется бестрансформаторный блок питания.Это не что иное, как блок питания на основе переключателя. В данной статье описан бестрансформаторный блок питания на 12 В.

Что такое бестрансформаторный источник питания?

Определение: Бестрансформаторный источник питания преобразует высокое входное напряжение переменного тока (120 В или 230 В) в желаемое выходное низкое напряжение постоянного тока (3 В или 5 В или 12 В) с низким выходным током в миллиамперах. Он используется в маломощных электронных устройствах, таких как светодиодные лампы, игрушки и бытовая техника. Это рентабельно и требует меньше места.

Принцип работы

Основной принцип работы бестрансформаторного источника питания — это схема делителя напряжения, которая преобразует однофазное высокое напряжение переменного тока в желаемое низкое постоянное напряжение без использования трансформатора и индуктора. Вся концепция этого источника питания включает выпрямление, деление напряжения, регулировку и ограничение бросков тока. Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания представлена ​​ниже.

Однофазное высокое напряжение переменного тока (120 В или 230 В) преобразуется в низкое постоянное напряжение (12 В, 3 В или 5 В).Диоды используются для выпрямления и регулирования желаемого постоянного напряжения. Конденсатор, подключенный последовательно с переменным током, ограничивает прохождение переменного тока из-за его реактивного сопротивления. Он контролирует поток тока до определенного значения в зависимости от его типа.

Обычно в этом источнике питания используется конденсатор класса X. Резистор используется для рассеивания избыточной энергии в виде тепла и тока. Диоды используются для выпрямления высокого напряжения переменного тока в низкое напряжение постоянного тока. Схема мостового выпрямителя снимает отрицательное напряжение и стабилизирует пиковое напряжение в процессе выпрямления.Стабилитрон используется для удаления пульсаций и регулирования напряжения. Светодиод подключается для проверки цепи.

Конструкция / конструкция бестрансформаторного источника питания

Конструкция этого блока питания очень проста. В нем используется неполяризованный конденсатор 225 кОм / 400 В, подключенный последовательно к основному напряжению питания переменного тока и подключенный параллельно к резистору 470 кОм / 1 Вт для разрядки тока (цепь отключена) и предотвращения поражения электрическим током. Конденсатор поддерживает постоянный ток тока благодаря своему реактивному сопротивлению.Так как реактивное сопротивление конденсатора больше сопротивления резистора. Конденсатор класса X используется для снижения тока, а его рабочее напряжение составляет от 250 до 600 В.

Мостовая выпрямительная схема с 4 диодами для выпрямления. Он рассчитан на переменный ток и постоянный ток (от 220 до 310 В постоянного тока). Конденсатор C2 470мкФ / 100В используется для фильтрации. Он удаляет пульсации из полученного выходного напряжения и поддерживает пиковое напряжение. Стабилитрон используется в качестве регулятора для преобразования в желаемое напряжение постоянного тока (5 В, 3 В или 12 В) в зависимости от области применения.Резистор R3 220 Ом / 1Вт предназначен для ограничения броска тока и действует как ограничивающий ток резистор.

Схема бестрансформаторного источника питания

Принципиальная схема этого источника питания показана ниже.

Этот тип источника питания преобразует высокое переменное напряжение в низкое постоянное напряжение без использования трансформатора и индуктора. Он в основном используется в электронных устройствах малой мощности. Использование бестрансформаторного источника питания снижает стоимость электронных продуктов и занимает меньше места при производстве и проектировании.Они доступны в небольшом размере и небольшом весе по сравнению с трансформаторными или импульсными источниками питания. Основным недостатком этого типа является отсутствие развязки между входным главным переменным напряжением и выходом, что приводит к сбоям и проблемам безопасности в цепи.

Типы бестрансформаторных источников питания

Доступны два типа, включая следующие.

Резистивный бестрансформаторный источник питания

Резистор используется параллельно резистору, понижающему напряжение, чтобы отбрасывать избыточную энергию в виде тепла.Он ограничивает избыточный ток за счет своего сопротивления. Резистор падения напряжения рассеивает мощность. Используется резистор с удвоенной номинальной мощностью, потому что на нем рассеивается больше мощности.

Емкостный бестрансформаторный источник питания

он более эффективен, поскольку тепловыделение и потери мощности низкие. В этом типе конденсатор класса X на 230 В, 600 В или 400 В подключается последовательно к сети для падения напряжения и действует как конденсатор падения напряжения.

Основное различие между резистивным и емкостным типами заключается в том, что избыточная энергия рассеивается в виде тепла на резисторе падения напряжения, а в емкостном типе избыточное напряжение падает на резисторе падения напряжения без какого-либо рассеивания тепла и потерь энергии.

Бестрансформаторный блок питания 12В

На схеме выше представлен бестрансформаторный источник питания 12 В.Это не что иное, как преобразование основного переменного напряжения 220 В в напряжение постоянного тока 12 В с использованием конденсатора, резистора, мостового выпрямителя и стабилитрона. Как видно из рисунка выше, C1 используется в качестве конденсатора X-класса для падения высокого переменного напряжения. Мостовой выпрямитель (D1, D2, D3, D4) преобразует переменный ток в постоянный посредством выпрямления. Он преобразует 230 В переменного тока в высокий уровень 310 В постоянного тока из-за пикового среднеквадратичного значения в сигнале переменного тока. Конденсатор C2 удаляет пульсации из полученного напряжения постоянного тока.

Резистор R1 снимает накопленный ток при отключении цепи.Резистор R2 ограничивает прохождение избыточного тока и используется для ограничения броска тока. Стабилитрон используется для снятия пикового обратного напряжения, стабилизации и регулирования выходного постоянного напряжения до 12 В. К цепи подключается светодиод, чтобы проверить, работает он или нет. Вся схема защищена противоударным корпусом, чтобы избежать поражения электрическим током и повреждений. Для изоляции от основного источника переменного тока на входе источника питания можно подключить небольшой изолированный трансформатор.

Приложения

Область применения Бестрансформаторного источника питания 12 В включает маломощные и недорогие приложения, такие как

 IRMS = VIN / X 

Существует два типа бестрансформаторных источников питания: емкостный и резистивный .Емкостный тип более эффективен по сравнению с резистивным типом из-за низкого тепловыделения и очень низких потерь мощности . Если для схемы требуется очень низкий ток несколько миллиампер , такой источник питания является идеальным решением.

Перед тем, как приступить к проектированию источника питания, нам необходимо ознакомиться с некоторыми конструктивными особенностями . Если неполяризованный конденсатор и резистор включены последовательно с линией питания переменного тока, через резистор может поддерживаться постоянный ток.В этом случае реактивное сопротивление конденсатора должно быть больше, чем сопротивление используемого резистора.

Ток, протекающий через резистор R, зависит от емкости конденсатора C. Чем больше Емкость , тем больше ток в цепи. Ток через конденсатор C зависит от его реактивного сопротивления (X) . Значение тока, проходящего через конденсатор с номиналом X, определяется как:

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

Мы использовали конденсатор 0,47 мкФ, частота сети 50 Гц, поэтому реактивное сопротивление X составляет:

Теперь мы можем рассчитать ток (I) в цепи:

В качестве входного напряжения мы использовали 220 В переменного тока .Вы можете подключить предохранитель из соображений безопасности. Затем 220 В переменного тока выпрямляется через несколько диодов . В этой схеме мы использовали 2 диода 1N4007 в качестве полумостового выпрямителя . Обычно делители напряжения постоянного тока изготавливаются с парой резисторов. Вместе они определяют ток, протекающий по пути.

Мы использовали стабилитрон 9 В 1N4739A , чтобы ограничить напряжение до 9 В. Если вам нужно 5 В или 12 В или любое другое выходное напряжение, вам понадобится определенный стабилитрон в соответствии с номинальным напряжением.Вы можете использовать наш самодельный вольтметр для измерения выходного напряжения.

Мы смоделировали схему с помощью программного обеспечения Proteus . Смоделированное изображение показано ниже.

Бестрансформаторный источник питания 6 В постоянного тока

Почти все электронные схемы и устройства требуют низкого постоянного напряжения от 3,3 В до 12 В, иногда не более 30 В, в других случаях мало. Чтобы получить низкое напряжение постоянного тока из сети переменного тока, мы используем понижающий трансформатор и выпрямитель, схемы регулятора, в зависимости от технических характеристик понижающего трансформатора, стоимость цепей переменного и постоянного тока варьируется.


Если мы проектируем схему, которая не требует чистого постоянного тока, а требует только постоянного тока, мы можем использовать бестрансформаторный источник питания с конденсатором x-номинала. Он способен обеспечить почти чистое питание постоянного тока от сети переменного тока.

Бестрансформаторный источник питания, рассчитанный на выходное напряжение 6 В постоянного тока, эта схема принимает переменный ток от 200 до 300 В, конденсатор С1 с номиналом X (474 ​​к / 400 В) последовательно соединен с фазной линией сети переменного тока через предохранитель, а резистор R2 подключен параллельно. к конденсатору C1 для разряда энергии при отсутствии источника переменного тока между предохранителем и конденсатором C1 MOV (металлооксидный варистор), подключенным для защиты схемы от скачков напряжения и скачков напряжения.

Мостовой выпрямитель, построенный с использованием четырех диодов 1N4007 и выхода выпрямителя, соединенного с фильтрующим конденсатором C2, затем напряжение постоянного тока, регулируемое с помощью стабилитрона (6,2 В / 1 Вт). Красный светодиод, подключенный к выходной линии постоянного тока, указывает на наличие источника постоянного тока. Мы можем получить другой уровень постоянного напряжения, заменив стабилитроны разных номиналов.

«Эта цепь задействована в работе высокого напряжения, которое может привести к летальному исходу, обращайтесь с особой осторожностью»

При подаче питания переменного тока на эту схему конденсатор с номиналом x понижает подачу переменного тока до переменного тока низкого напряжения за счет свойства емкостного реактивного сопротивления, источник переменного тока низкого напряжения Выпрямляется и преобразуется в источник постоянного тока с помощью элементов мостового выпрямителя, затем выход постоянного тока фильтруется и регулируется конденсатором и стабилитрон то в конце получаем 6.Выход 2 В постоянного тока.

MOV (Металлооксидный варистор)

Этот элемент представляет собой устройство, зависящее от напряжения и предназначенное для защиты компонентов электронных схем от нежелательных скачков напряжения, вызванных различными факторами. Этот варистор защищает от высоких перепадов напряжения и препятствует резким перепадам напряжения.

Конденсатор X-Rated

с номиналом X также известен как конденсатор падения напряжения и конденсатор фильтра линии питания, который в основном используется для уменьшения подачи переменного тока за счет свойства емкостного реактивного сопротивления.Этот элемент не имеет полярности, поэтому мы можем подключать его в любом направлении.

Конденсатор с рейтингом X, мкФ

Конденсатор с номиналом X Выходное напряжение и ток при подключении к сети переменного тока без нагрузки.

«Эта цепь задействована в работе высокого напряжения, которое может привести к летальному исходу, обращайтесь с особой осторожностью»

— Выходы 5 В постоянного тока

Бестрансформаторный источник питания Цепь

Вот недорогая и простая схема, которую можно использовать для питания небольших электронных устройств.Питание осуществляется напрямую от сети через резистор R1. D1 выпрямляет напряжение, а C1 и C2 используются для фильтрации выходного сигнала. Стабилитрон D2 будет регулировать отфильтрованный постоянный ток и поддерживать постоянное напряжение на уровне 5 В.

  Вам также может понравиться:   Бестрансформаторный импульсный источник питания  

• Эта схема может выдавать ток только до 2омА, поэтому не подходит для серьезных схем.
• Вы можете использовать этот источник питания для небольших светодиодных цепей и т. Д.
• Помните, что вы играете с сетью. Всегда будьте осторожны. Бестрансформаторный источник питания можно сделать более безопасным, установив предохранитель на 1 А, что позволит избежать повреждений из-за короткого замыкания.Металлооксидный варистор (MOV) также может быть включен во избежание резких скачков напряжения.
  

Плюсы использования этой схемы

• Общий вес схемы будет намного меньше, чем у трансформаторного блока питания.
• Стоимость может быть снижена, поскольку сам трансформатор будет стоить вам почти столько же, сколько стоимость постройки бестрансформаторного источника питания.

Минусы

• Отсутствие вариантов изоляции может создать множество проблем с безопасностью.

У нас есть другие схемы источников питания, на которые вы, возможно, захотите взглянуть:

  1. Регулятор 9 В 

  2. Цепь отключения высокого и низкого напряжения 

  3. Цепь аварийной сигнализации отказа сети 

  4. Схема повышения напряжения 

  5. Расширитель регулируемой мощности  

Похожие сообщения

Блок питания без трансформатора

Одним из основных компонентов нашей электронной продукции является источник питания постоянного тока, который преобразует сетевое напряжение переменного тока в более низкое напряжение постоянного тока.Обычно мы используем понижающий трансформатор, чтобы снизить сетевое напряжение переменного тока до желаемого низкого напряжения переменного тока, а затем преобразовать его в постоянный ток, или мы используем источники питания с переключаемым режимом. Но в обоих случаях стоимость очень высока и занимает много места. Другой недорогой альтернативой источникам питания на базе трансформатора и переключателя является блок питания без трансформатора. Существует два основных типа безтрансформаторных источников питания.

Основное различие между ними заключается в том, что в резистивном трансформаторе с меньшим количеством источников питания избыточная энергия падает в виде тепла через резистор падения напряжения, в то время как в конденсаторных источниках питания напряжение падает на конденсатор падения напряжения, поэтому потери энергии или рассеивание тепла отсутствуют.

В конденсаторных источниках питания мы используем конденсатор падения напряжения последовательно с фазной линией. Обычный конденсатор не следует использовать в этих приложениях, потому что скачки напряжения в сети могут образовывать дыры в диэлектрике обычных конденсаторов, и конденсатор перестанет работать. Это может привести к выходу устройства из строя из-за выброса тока из сети. Таким образом, мы используем конденсатор номиналом X с требуемым напряжением, который используется для этой задачи. Доступны конденсаторы номиналом X, рассчитанные на 250, 400, 600 В переменного тока и выше.Реактивное сопротивление конденсатора падения напряжения должно быть больше сопротивления нагрузки, чтобы ток через нагрузку оставался постоянным.

Реактивное сопротивление конденсатора, X = 1 / 2ΠfC

Где f — частота, а C — емкость. Таким образом, конденсатор емкостью 0,22 мкФ имеет реактивное сопротивление 14,4 кОм на частоте сети (50 Гц). Примерное значение максимального тока можно узнать, разделив напряжение сети на реактивное сопротивление конденсатора (поскольку сопротивление нагрузки невелико).

I = V / X

I = 230 В / 14.4 = 15,9 мА

Таким образом, конденсатор 0,22 мкФ может обеспечивать максимальный ток около 15 мА.

Как показано на рисунке, во избежание повреждений из-за короткого замыкания можно использовать предохранитель на 1 А, а также можно подключить MOV (металлооксидный варистор), как показано выше, чтобы избежать проблем из-за переходных процессов напряжения. Резистор R1 используется для ограничения высокого тока, который может возникнуть при включении питания. Конденсатор C1 225K (2,2 мкФ) используется в качестве конденсатора падения напряжения.Параллельно ему подключен стягивающий резистор для разряда конденсатора при отключении питания. Диоды D1 — D4 подключены как мостовой выпрямитель, а конденсатор C2 используется для фильтрации пульсирующего постоянного тока. Стабилитрон используется для регулирования отфильтрованного постоянного тока, или вы можете использовать IC Voltage Regulator для лучших результатов. Резистор R3 используется для ограничения тока через стабилитрон.

В следующей таблице показаны максимальный ток и напряжение холостого хода некоторых часто используемых конденсаторов.

Преимущества

• Значительно меньше по размеру и весу, чем трансформаторные блоки питания.
• Меньше по стоимости по сравнению с источниками питания на базе трансформатора или коммутатора.
Конденсаторный источник питания
• более эффективен, чем резистивный трансформаторный источник питания.

Недостатки

• Более высокая стоимость по сравнению с резистивным источником питания.
• Отсутствие изоляции от сети переменного тока, что создает множество проблем с безопасностью.

похож на блок питания с конденсатором, за исключением того, что вместо реактивного сопротивления он использует сопротивление для ограничения тока.Таким образом, здесь избыточная энергия рассеивается в виде тепла через резистор падения напряжения.

Следует проявлять осторожность при выборе резистора для снижения напряжения, поскольку избыточная мощность рассеивается через него. Рассчитайте мощность, умножив напряжение на ток. P = VI

Лучше использовать резистор с удвоенной номинальной мощностью.

Преимущества

• Значительно малые размеры и вес по сравнению с трансформаторными блоками питания.
• Меньшая стоимость, чем блоки питания на базе трансформаторов или коммутаторов.
• Меньшая стоимость, чем конденсаторный источник питания.

Недостатки

• Отсутствие изоляции от сети переменного тока, что создает множество проблем с безопасностью.
Резистивные источники питания
• менее эффективны, поскольку избыточная энергия теряется в виде тепла через резистор падения напряжения.

Не пробуйте эту схему, если у вас нет большого опыта работы с электроникой. Следует соблюдать осторожность при тестировании или использовании этой схемы.Не касайтесь каких-либо точек цепи, так как некоторые точки этой цепи находятся под напряжением сети. После сборки и тестирования поместите схему в металлический корпус, не касаясь печатной платы и металлического корпуса.