Безтрансформаторное питание 24в своими руками схемы. Бестрансформаторный блок питания на 24 вольта: схема, принцип работы, сборка своими руками

Как работает бестрансформаторный блок питания на 24В. Какие компоненты нужны для его сборки. Пошаговая инструкция по изготовлению своими руками. На что обратить внимание при проектировании схемы.

Принцип работы бестрансформаторного блока питания на 24 вольта

Бестрансформаторный блок питания позволяет преобразовать переменное напряжение сети 220В в постоянное напряжение 24В без использования габаритного и дорогого трансформатора. Основные компоненты такого БП:

• Конденсатор, ограничивающий ток
• Выпрямительный мост
• Сглаживающий конденсатор
• Стабилизатор напряжения

Принцип работы заключается в следующем:

1. Входной конденсатор ограничивает ток, снижая напряжение
2. Выпрямительный мост преобразует переменное напряжение в пульсирующее постоянное
3. Сглаживающий конденсатор уменьшает пульсации
4. Стабилизатор обеспечивает стабильное выходное напряжение 24В

Такая схема позволяет получить стабильное напряжение 24В при токе до 100-200 мА без использования трансформатора.

Преимущества и недостатки бестрансформаторных блоков питания

У бестрансформаторных БП есть ряд достоинств и ограничений по сравнению с классическими трансформаторными:

Преимущества:

• Компактные размеры и малый вес
• Низкая стоимость
• Высокий КПД (до 80-90%)
• Отсутствие электромагнитных помех от трансформатора

Недостатки:

• Ограниченная мощность (обычно до 3-5 Вт)
• Отсутствие гальванической развязки от сети
• Высокий уровень пульсаций выходного напряжения
• Чувствительность к перегрузкам

Поэтому бестрансформаторные БП обычно применяются для питания маломощной электроники, где не требуется гальваническая развязка.

Расчет и выбор компонентов для схемы на 24В

Рассмотрим расчет основных элементов бестрансформаторного БП на 24В и ток до 100 мА:

Входной конденсатор

Емкость входного конденсатора C1 рассчитывается по формуле:

C1 = I / (2 * π * f * U)

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

Для тока 100 мА получаем C1 ≈ 330 нФ. Выбираем конденсатор на 400В.

Выпрямительный мост

Диоды моста выбираем на обратное напряжение не менее 400В и прямой ток не менее 1А. Подойдет мост на диодах 1N4007.

Сглаживающий конденсатор

Емкость сглаживающего конденсатора C2:

C2 = I / (2 * f * U * k)

где k — коэффициент пульсаций (0.1-0.3).

Получаем C2 ≈ 1000 мкФ на напряжение не менее 35В.

Стабилизатор напряжения

Для стабилизации на 24В подойдет микросхема LM7824 или аналог.

Правильный выбор номиналов обеспечит стабильную работу бестрансформаторного БП на 24В.

Пошаговая инструкция по сборке блока питания своими руками

Рассмотрим последовательность действий для самостоятельной сборки бестрансформаторного БП на 24В:

1. Подготовить печатную плату или макетную доску
2. Установить и припаять входной конденсатор C1
3. Смонтировать диодный мост
4. Припаять сглаживающий конденсатор C2
5. Установить микросхему стабилизатора с радиатором
6. Добавить входные и выходные клеммы
7. Проверить монтаж на отсутствие замыканий
8. Поместить схему в изолирующий корпус

При сборке важно соблюдать меры электробезопасности, так как схема не имеет гальванической развязки от сети 220В.

Меры безопасности при работе с бестрансформаторными БП

При изготовлении и эксплуатации бестрансформаторных блоков питания необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Использовать качественные компоненты с запасом по напряжению
• Обеспечить надежную изоляцию всех токоведущих частей
• Применять предохранитель по входу
• Не превышать максимальную мощность схемы
• Не касаться схемы при подключенном напряжении
• Использовать БП только для питания изолированных устройств

Соблюдение этих правил позволит безопасно использовать бестрансформаторный источник питания на 24В.

Область применения бестрансформаторных блоков питания

Бестрансформаторные БП на 24В находят применение в следующих областях:

• Питание маломощных контроллеров и датчиков
• Зарядные устройства для гаджетов
• Блоки питания для светодиодных лент
• Источники питания для IoT устройств
• Лабораторные источники питания малой мощности

Благодаря компактности и низкой стоимости такие БП часто используются в бытовой электронике и автоматике.

Особенности проектирования схемы бестрансформаторного БП

При разработке схемы бестрансформаторного блока питания на 24В следует учитывать ряд важных моментов:

• Обеспечить эффективное охлаждение стабилизатора напряжения
• Применять многослойные печатные платы для улучшения теплоотвода
• Использовать конденсаторы с низким ESR для уменьшения пульсаций
• Добавить варистор для защиты от перенапряжений в сети
• Предусмотреть защиту от короткого замыкания на выходе

Грамотное проектирование позволит создать надежный и безопасный бестрансформаторный источник питания на 24В.

Сравнение с трансформаторными блоками питания

Рассмотрим основные отличия бестрансформаторных БП от классических трансформаторных:

Параметр	Бестрансформаторный БП	Трансформаторный БП
Габариты и вес	Компактный, легкий	Крупный, тяжелый
Стоимость	Низкая	Высокая
КПД	80-90%	60-70%
Гальваническая развязка	Отсутствует	Есть
Максимальная мощность	До 5-10 Вт	Сотни ватт

Выбор типа БП зависит от конкретного применения и требований к источнику питания.

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП НА 5, 9, 12, 24 В

Небольшие бестрансформаторные блоки питания часто используются для питания маломощных устройств от сети 220 В. Если ток потребляемый нагрузкой составляет порядка нескольких десятков миллиампер, можно легко преобразовать входное напряжение переменного тока в выходное постоянного, без необходимости использования громоздких и дорогих трансформаторов. Бестрансформаторные решения не только легче по весу и размерам, но и дешевле.

В зависимости от типа схемы бестрансформаторные источники питания делятся на две категории: емкостные и резистивные. Далее разберем характеристики каждой из этих схем. А также дадим практические советы о том, как выбрать мощность соответствующих электронных компонентов для этой схемы и какие меры следует предпринять для повышения безопасности такого источника питания.

Емкостный бестрансформаторный источник питания

Схема бестрансформаторного емкостного источника питания представлена на рисунке.

Значения, указанные для компонентов, зависят от параметров схемы, формулы для расчета этих значений приведены. L и N представляют собой фазовую линию и ноль сетевого напряжения переменного тока соответственно, а Vout – это выходное напряжение от источника питания. Выходной ток обозначен как Iout.

Пусковой ток, способный повредить компоненты источника питания, ограничивается резистором R1 и реактивным сопротивлением конденсатора C1. Элемент D1 – стабилитрон, обеспечивающий стабилизацию опорного напряжения, а D2 – обычный кремниевый диод, задачей которого является выпрямление переменного напряжения. Напряжение на нагрузке остается постоянным, пока выходной ток Iout меньше или равен входному току Iin, значение которого можно рассчитать как:

Где VZ – напряжение стабилитрона, VRMS – среднеквадратичное значение входного переменного напряжения, а f – его частота. Минимальное значение Iin должно соответствовать потребляемой мощности нагрузки, а максимальное значение используется для выбора соответствующей номинальной мощности для каждого элемента.

Выходное напряжение Vout можно рассчитать как:

Где VD – напряжение прямого смещения D2 – падение напряжения на диоде (обычно 0,7 В для кремниевого диода). Что касается R1, рекомендуется выбирать элемент с мощностью, по крайней мере, в 2 раза превышающей значение теоретической мощности рассеиваемой на R1 (PR1), которая определяется формулой:

Конденсатор C1, от которого происходит название схемы этого типа, следует выбирать с напряжением по крайней мере, в 2 раза превышающим напряжение сети переменного тока (400 В минимум). Диод D1 должен иметь мощность как минимум в 2 раза больше теоретического значения, определяемого по следующей формуле:

То же самое относится к мощности диода D2, где только вместо VZ теперь можно использовать постоянное значение падения напряжения, например 0,7 В для типичного кремниевого выпрямительного диода. В случае C2 обычно используется электролитический конденсатор с напряжением в 2 раза превышающим напряжение VZ.

Основными преимуществами емкостного решения перед БП на основе трансформатора являются уменьшенный размер, вес и стоимость. 2 для R1 и P = V х I для диодов D1 и D2). Электролитический конденсатор С2 следует выбирать как для емкостного исполнения.

Преимущество резистивного источника питания в том, что он меньше по размеру и весу по сравнению с трансформаторной схемой и является самым дешевым решением для электропитания. Но и в этом случае нет гальванической развязки от сети переменного тока, и кроме того, КПД ниже чем в емкостном решении.

Безопасность бестрансформаторных БП

Обе электросхемы имеют свои ограничения: они лишены какой-либо изоляции и защиты от сетевого напряжения, что является серьезной проблемой для безопасности. Но благодаря незначительным изменениям, можно адаптировать обе представленные схемы для реального использования и обеспечить соблюдение минимальных стандартов безопасности. Модификации включают:

1. Добавление предохранителя для защиты от чрезмерного входного тока;
2. Добавление варистора для защиты от переходных процессов;
3. Резистор R2 (R3) подключен параллельно C1 (C3) для улучшения электромагнитной устойчивости;
4. Разделение R1 на два резистора R1 и R2 для обеспечения лучшей защиты от скачков напряжения и предотвращения электрических дуг для резистивной цепи.

Для небольших нагрузок можно снизить напряжение с 220 В переменного тока до нескольких вольт (например 5, 9, 12 или 24), используя только токоограничивающий резистор, как показано на принципиальной схеме. КПД такой схемы чрезвычайно низок (1%), поскольку большая часть энергии теряется в виде тепла через резистор R1. Этот компонент действительно должен проделать большую работу чтобы снизить напряжение с 220 В до 12 В.

В этом примере этот линейный элемент рассеивает в среднем 22 Вт. Следовательно, он должен быть рассчитан не менее чем на 50 Вт. Его мощность рассеяния можно определить по формуле:

Переходные напряжения (за одну секунду) со значениями используемых компонентов показаны на графиках.

График верхний показывает, сколько времени требуется чтобы выходное напряжение достигло 12 В. Это время зависит от постоянной времени схемы, определяемой конденсатором C1. Тут время зарядки конденсатора следующее:

• C1 = 100 мкФ, T = 25 мс
• C1 = 470 мкФ, T = 130 мс
• C1 = 1000 мкФ, T = 290 мс
• C1 = 4700 мкФ, T = 1,4 сек
• C1 = 10000 мкФ, T = 3 сек

При постоянном сопротивлении нагрузки пульсации выходного напряжения зависят от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость конденсатора, тем меньше пульсации выходного напряжения. При использовании указанных выше конденсаторов уровень пульсаций, измеренный как размах напряжения сигнала, выглядит следующим образом:

• C1 = 100 мкФ, пульсации = 1,2 Vpp
• C1 = 470 мкФ, пульсации = 261,7 mVpp
• C1 = 1000 мкФ, пульсации = 121,5 mVpp
• C1 = 4700 мкФ, пульсации = 25,3 mVpp
• C1 = 10 000 мкФ, пульсации = 11,9 mVpp

Но что более важно чем пульсация, на рисунке видно что выходное напряжение от источника питания не достигает желаемого напряжения 12 В, а только около 11,3 В.

Оказывается даже без нагрузки при подключении выходное напряжение всегда ниже 12 В. Это падение напряжения вызвано диодом D2. Помещенный в это место диод Шоттки мог бы уменьшить его, но не до нуля.

Конденсатор улучшает ситуацию

Как видно на схеме, добавление полиэфирного конденсатора последовательно с линией питания повышает эффективность. В этой конфигурации КПД уже составляет до 20%.

Поскольку максимальное напряжение на конденсаторе превышает 320 В, необходимо выбрать компонент, способный работать при напряжении не менее 600 В, как показано на рисунке.

В этой конфигурации R1 рассеивает только 0,5 Вт, но всегда лучше использовать его с номинальной мощностью не менее 2 Вт. Конденсатор C2 действует как резистор и имеет некоторую емкость при 50 Гц. Более конкретно емкость конденсатора на частоте f определяется по следующей формуле:

Из приведенной формулы конденсатор C2 имеет реактивное сопротивление 6772 Ом при 50 Гц, но, в отличие от резистора он не выделяет тепла. Выходное напряжение схемы также составляет 12 В за вычетом падения напряжения на диоде D1.

Рекомендации по проектированию БП

Когда цепь отключена, конденсатор C2 может оставаться заряженным в течение длительного времени. Рекомендуется подключать резистор с высоким сопротивлением параллельно этому элементу, как показано на рисунке. Этот резистор, например сопротивлением 470 кОм, не влияет на нормальную работу схемы. В стандартных условиях он рассеивает около 100 мВт тепла. Полный разряд конденсатора С2 происходит примерно за 1 секунду, но уже через 0,4 секунды значение напряжения на этом элементе станет не опасным для человека.

Следует отметить, что R2 должен быть рассчитан на работу при таком высоком напряжении. Поэтому обычно используются два или более обычных резистора мощностью 1/4 Вт, соединенных последовательно (для увеличения максимального напряжения пробоя).

Что касается последовательного резистора с токоограничивающим конденсатором, резистор нельзя полностью заменить перемычкой, потому что при подключении блока питания к сети можно словить вершину синусоиды и реактивное сопротивление конденсатора будет порядка не килоом, а единиц Ом. Резистор – это защита от такой «удачи». В свою очередь, большой резистор означает большие потери мощности и даже более низкий КПД.

Вот относительно мощный блок питания, сделанный для тока 150 мА 24 В. Помимо токоограничивающих элементов и разрядного резистора (C 2,5 uF, R 51R и 1M), на плате есть диодный мост, стабилитрон 24V и конденсатор фильтра 100 uF.

В общем самые большие преимущества бестрансформаторного источника питания можно увидеть, когда токовые требования составляют до 30 мА, тогда конечно вес, количество элементов, простота эксплуатации сделают разумным выбор такой схемы. Но всегда помните про отсутствие гальванической развязки с сетью 220 В!

   Форум по блокам питания

Блок питания 24В 8-10А. Обзоры источников питания. Обзоры товаров из Китая. Обзоры, тесты и испытания блоков питания

$15.58

Перейти в магазин

Появилась у меня возможность потестировать еще блоки питания и сегодня обзор первого из них.
Как всегда в обзоре будет осмотр, анализ, схема, тесты и выводы.

Блок питания заказывался скорее из интереса, такой модели у меня еще не было. Обзор будет относительно коротким, но это совсем не значит что готовился он быстро, просто в данном случае я постараюсь информацию подать сжато.

Упаковка предельно проста, пакет с защелкой замотанный в лист мягкого материала, банггуд частенько пакует товары именно так.

Характеристики, заявленные на странице товара
Вход: AC 85-265В
Выход: 24 В постоянного тока
Частота переменного тока: 50/60 Гц
Выходной ток: 8-10А
Выходная мощность: 192-240 Вт
Размер: 140х72,5х38 мм (измеренные)

Исполнение — бескорпусное, потому внешне он напоминает «народные» блоки питания, не удивлюсь если у них один разработчик/производитель.

Плата заметно больше чем у «народного», слева модель 300Вт, справа «народный».

Общее качество изготовления относительно неплохое и на мой взгляд такое же или немного лучше чем у показанных выше.

1. Подключение при помощи винтового клеммника, на входе есть предохранитель, а также полноценный сетевой фильтр, включающий в себя конденсаторы как X-типа, так и Y. Единственное чего нет, это варистора, на его место почему-то распаян Y-конденсатор.
2. Входных фильтрующих конденсаторов два по 82мкФ, но реальная общая емкость немного ниже — 143мкФ, что для заявленной мощности мало. Также по входу есть термистор, про которые я недавно как раз выкладывал видео.
3. В названии товара указано 24В 10А, при этом на самой плате есть маркировка 24В 8А.
4. Трансформатор не назвал бы большим, размеры магнитопровода 33х30х14, что для обратноходового блока не очень много. Конечно можно сказать что размеры зависят от частоты работы, но обычно блоки такого типа имеют максимум 100кГц. Кроме того обмотки намотаны проводом большого диаметра, хотя при таких мощностях уже как бы неплохо мотать литцендратом.
5. Имеется межобмоточный конденсатор Y-типа емкостью 1нФ, потому сильно «кусаться» не будет.
6. Выходных диодных сборок две, MBR20200, установлены на двух радиаторах и сначала может показаться что блок на два напряжения.

Общая компоновка блока свободная, но узел ШИМ контроллера скомпонован очень плотно.

1. Применен ШИМ контроллер NE1119J. К сожалению даташит не нашел.
2. Транзистор инвертора K16A60W, даташит не искал, судя по маркировке скорее всего 16А 600В. Корпус полностью изолирован, пасты нет.
3. По выходу четыре конденсатора 1000мкФ 35В, но что любопытно, два диаметром 10мм и два 13мм, напряжение при этом у них одинаковое. Около выходных клемников есть светодиод красного цвета свечения.
4. Клемник по выходу самый обычный, по два контакта на полюс. Левее есть разъем для подключения вентилятора, подключен параллельно выходу без каких либо схем регулировки.

Судя по наличию разъема вентилятора явно становится понятным, что блок ориентирован на активное охлаждение, это довольно популярная практика, когда заявляются два варианта характеристик, для пассивного и активного охлаждения. но вот компоновка радиаторов очень неудобная для организации принудительного охлаждения, систему «на продув» не сделать, а дуть просто на блок питания уже не так эффективно и часто неудобно.

Плата двухслойная, но монтаж односторонний. Имеется большое количество переходных отверстий между слоями платы особенно в силовых цепях. Вообще трассировка местами хоть и грубовата, но в целом корректна.

Есть некое подобие даташита, а также небольшое описание с китайского форума, потому в гуглопереводе, вдруг окажется полезным.

Стандартное название функции NE1119J: повышение частоты + включение двухступенчатого регулятора времени с защитой OCP.
1. Если стандартное исследование повысит частоту с 65К до 133К с учетом КПД трансформатора, КПД машины будет увеличен примерно в 1,2 раза. Даже если частота увеличится до 180К, мощность, как правило, не увеличится более чем в 1,4 раза — — Мы называем это силой не может выйти, частота поднимается выше 150K, EMI — это трагедия (есть полная теория анализа и отчеты о практике).
2. Увеличение мощности достигается, когда нагрузка превышает нормальную нагрузку, и микросхема автоматически обнаруживает и увеличивает предельное напряжение резистора обнаружения. Это хорошо для выходной мощности, и не нужно увеличивать точку защиты OCP и приводить к тому, что сопротивление обнаружения слишком мало или В случае короткого замыкания, когда машина включена, EMI будет легко решена, но недостатком является то, что трансформатор будет больше,
увеличение частоты + увеличение мощности является патентом NEM.
3. Двухступенчатая защита OCP Смысл контролируемого времени очень прост: микросхема будет иметь две защиты OCP, одна — обычная OCP, одна — пиковая OCP, а время устанавливается внешне.
4. Самая большая проблема этого типа источника питания заключается в том, что существует пиковая мощность, поэтому напряжение напряжения силового устройства будет особенно большим во время перегрузки по току и короткого замыкания. Хорошо, что NE1119J и NE1118E / F сделали технологию подавления пикового напряжения. Если технология будет обсуждаться подробно, это будет долгий бред. Использование этой технологии может снизить напряжение напряжения обычных чипов ШИМ примерно на 130
В. Разница между NE1118E / F и NE1119J заключается в том, что мощность не увеличивается, а частота не увеличивается. Двухступенчатое управление защитой OCP является более мощным, чем NE1119J. Оно включает в себя принтеры и двигатели. В области аудио режим ожидания находится в пределах 75 мВт.
Пиковая мощность NE1119J и NE1118E / F может превышать трехкратную нормальную мощность. Конечно, если эти две микросхемы добавляются с TL431, интеллектуальное управление может быть выполнено, поскольку напряжение FB микросхемы находится на фиксированной нагрузке, как высокой, так и низкой. Это то же самое.

Конечно была начерчена схема данного блока питания и не зря, так как она содержит решения, которые мне раньше как-то не попадались.

Из необычного есть:
Красным — Входной Y конденсатор по входу параллельно X-конденсатору, скорее всего запаяли чтобы был. Необычная схема запуска ШИМ контроллера, из преимуществ — питается только когда есть входное напряжение.
Зеленым — Цепь основного питания ШИМ контроллера из двух диодов и двух конденсаторов.
Синим — Судя по всему ШИМ контроллер квазирезонансный, на один из входов идет напряжение прямо с силового трансформатора до выпрямителя.

О том что не понравилось еще до тестов.
Для начала оказалось что один угол платы чем-то ударили, не критично, но упаковывать надо получше. Кроме того магнитопровод входного дросселя болтается, ни на что не влияет, но тем не менее.

Радиатор высоковольтного транзистора соединен с минусом высоковольтной шины питания, но изоляции под ним нет. По большому счету не сильно критично, но под радиатором проходит дорожка запуска ШИМ контроллера и второй контакт токоизмерительного шунта.

И конечно радиатор выходных диодов, а точнее то, как установлены конденсаторы. Конечно такое решение не ново и оно попадается и у Минвела, но только качество примененных конденсаторов у них все таки отличается.

Имеется очень много мест под установку керамических конденсаторов параллельно выходу, но установлен всего один.

Тесты.

Исходно блок питания настроен на напряжение чуть выше чем заявлено, опять же, большого значения такой разброс не имеет.
Но вот потребление без нагрузки реально удивило, оно 0.1Вт и меньше потому как иногда ваттметр показывал вообще 0.0 и здесь я вспомнил описание с китайского форума —

режим ожидания находится в пределах 75 мВт

Уже скорее ради интереса решил измерить время, в течение которого будет работать ШИМ контроллер от заряда входных конденсаторов и у меня получилось почти две с половиной минуты. Именно столько напряжение по выходу стабилизируется, затем резко начинает снижаться так как подпитки выходных конденсаторов уже нет.

Нагрузочная характеристика и КПД измерялось при токе до 10А, который блок питания выдает без особых проблем, правда заметно греется.

Напряжение блок питания держит средне, в полном диапазоне до тока 10А напряжение менялось от 24,572 до 24,382, т.е. разница составила 0.19В, при этом большая часть пришлась на ток нагрузки более 6-7А.
КПД составил около 86-87%

Порог срабатывания защиты от перегрузки проверял два раза, в первый раз выставил лимит в 13А и был удивлен что защита не сработала, оказалось что до срабатывания защиты я недотянул всего порядка 150-200мА. После срабатывания защиты выход полностью отключается и через несколько секунд блок перезапускается.

Прогрев планировалось проводить при токах нагрузки 3.3, 6.6 и 10А, по 20 минут на этап, но увидев большой нагрев уже при токе 6.6А на следующем этапе выставил ток 8А и буквально через минуту сработала защита от перегрева что дало следующую информацию:
1. Термозащита есть, это хорошо
2. БП без принудительного охлаждения больше чем 6-7А не тянет, это плохо.

Основной нагрев сосредоточен около трех компонентов — высоковольтного транзистора, трансформатора и выходных диодных сборок. Термофото после окончания прогона при токах 3.3 и 6.6А, по понятным причинам результата при токе 8А нет.

Так как термофото не отражает температуру отдельных компонентов, то в процессе измерял её и компактными пирометром и выяснилось что больше всего греется высоковольтный транзистор, трансформатор же имеет еще небольшой запас, а выходным диодам еще далеко до перегрева.
Также измерялась и температура выходных конденсаторов, она оказалась всего на 8 градусов ниже чем температура диодных сборок, впрочем для фирменных конденсаторов 70 градусов это не так много, но как поведут себя безымянные, скорее всего понятно.

А вот стабильность напряжения в зависимости от температуры просто отличная, разница если и была, то порядка 10мВ. Слева горячий блок питания, справа примерно через пол часа после окончания тестов.

Ну и конечно пульсации, какой же обзор блока питания без понимания того, что у него творится на выходе.
1. В режиме без нагрузки блок питания переходит в режим работы с очень короткими и редкими (порядка 1Гц) импульсами, потому пришлось увеличить время развертки. Причем напряжение на выходе без нагрузки заметных колебания не имеет, те же 10мВ что я указывал выше.
2, 3, 4. Ток нагрузки 3.3, 6.6 и 10А. Здесь конечно явно заметно что фильтрующего дросселя по выходу нет, полный размах основных пульсаций около 400мВ, но есть и импульсная составляющая, с которой уже получается ближе к 650мВ.
5, 6. При токе 5 и 10А но с более медленной разверткой. При не очень большой емкости фильтра пульсации 100Гц не очень большие, что хорошо.

Выводы будут относительно короткими и неутешительными. С одной стороны задумка хорошая, но пока как-то сыроватая.
Без активного охлаждения длительно снимать более 150-160 Вт я бы не стал, после улучшения охлаждения высоковольтного транзистора порог можно немного поднять, думаю хватило бы даже простого добавления теплопроводящей пасты, но сильно это картину не улучшит.
Заметно поднять мощность можно только добавив активное охлаждение, но как я писал, конструктив блока питания не способствует его эффективному применению.

Пульсации не назвал бы совсем большими, естественно с учетом выходного напряжения, но тем не менее можно было бы добавить дроссель между парами конденсаторов. Правда добавление дросселя увеличило бы импульсную нагрузку на те конденсаторы которые стоят между радиаторами и мы опять возвращаемся к недоработкам конструкции.

Если коротко — в исходном виде работоспособен, но с ограничениями и оговорками, после доработок вполне можно использовать нормально, но здесь вопрос в цене, стоит ли оно того и не получится ли что в сумме с доработками он выйдет как фирменный, например тот же Минвелл.

На этом у меня на сегодня все, надеюсь что обзор был полезен.

$15.58

Перейти в магазин

Схема бестрансформаторного источника питания — Проект «Сделай сам»

5 месяцев назад 11 мая 2020 г. Мунназа Малик

10 377 просмотров

Разработка эффективных источников питания является серьезной проблемой современной электроники, поскольку одной из основных проблем современной электроники является эффективное генерирование постоянного тока низкого напряжения из источника переменного тока, такого как настенная розетка, для питания любой цепи. Одним из решений, которое может прийти в голову, является источник питания на основе трансформатора, который понижает мощность источника переменного тока, чтобы его можно было выпрямить до приемлемого уровня источника постоянного тока. Но несмотря на то, что трансформаторные блоки питания весьма полезны, они часто оказываются довольно дорогими и требуют много места для правильного размещения. Итак, в этом проекте мы собираемся разработать простую и компактную емкостную бестрансформаторную схему источника питания постоянного тока.

Сердцем этого бестрансформаторного источника питания является конденсатор класса X. Это керамический металлизированный полипропиленовый пленочный конденсатор. Конденсаторы с рейтингом X обычно подключаются последовательно к любой линии переменного тока, находящейся под напряжением, чтобы снизить напряжение переменного тока. Они также подключены от линии к нейтрали в некоторых цепях. Это затем помогает блокировать любые электрические помехи от проникновения в цепь.

Аппаратные компоненты

Следующие компоненты необходимы для изготовления бестрансформаторного источника питания

S.No	Component	Value	Qty
1)	Film Capacitor (ceramic)	1. 1uF/115J/400V	1
2)	Diodes	1N4007	4
3)	AC Wall outlet	220V	1
4)	AVO Meter	–	1
5)	Capacitor	220uF/63V	1
6)	Resistors	2.2M Ohms, 100K Ohms, 680 Ohms	3
7)	Breadboard/Veroboard	–	1
8)	Soldering Iron	45W – 60W	1
9)	Soldering wire with Flux	–	1
10)	Перемычки	–	При необходимости

Цепь бестрансформаторного источника питания

Шаги

Обязательно выполните шаги, показанные на видео выше.

1) Припаяйте резистор 2,2 МОм к плате Vero.

2) Припаяйте пленочный конденсатор 1,1 мкФ параллельно резистору 2,2 МОм.

3) Припаяйте 4 диода (1N4007) к плате Veroboard.

4) Припаять резистор 680 Ом на выходе выпрямительного моста.

5) Припаяйте резистор 100кОм последовательно с резистором 680Ом

6) Припаяйте конденсатор 220мкФ параллельно выпрямительному мосту.

7) Припаяйте входные и выходные разъемы к схеме.

8) Проверить и проверить цепь с помощью мультиметра.

Объяснение работы

Схема работает следующим образом, в цепь подается входное напряжение 220 В переменного тока. Конденсатор с рейтингом X (1,1 мкФ) снижает напряжение до желаемого диапазона напряжения (12 В), здесь резистор 2,2 МОм подключен параллельно конденсатору, чтобы разрядить накопленный ток в конденсаторе, когда цепь выключена, тем самым предотвращая поражение электрическим током. Это сопротивление называется Сопротивление прокачки .

Низкий сигнал переменного тока затем отправляется на мостовой выпрямитель (комбинация из 4 диодов), который преобразует сигнал переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Затем сигнал постоянного тока проходит через сглаживающий конденсатор (220 мкФ), прежде чем двигаться к выходу. Используйте только резисторы с номинальной мощностью 1 Вт или выше, иначе резисторы могут сгореть через некоторое время.

Application

• Мы обычно используем для питания небольших электронных проектов.
• Он также может служить в качестве источника питания испытательного стенда для небольших академических проектов.

Похожие сообщения:

Общие принципы работы и требования. Объяснение

Как правило, электронные продукты имеют понижающий трансформатор, который позволяет блоку питания постоянного тока преобразовывать сетевое напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока (часто небольшого). Процесс включает преобразование более высокого переменного тока в более низкий переменный ток, а затем в низковольтный постоянный ток с использованием импульсного трансформатора. Хотя этого процесса достаточно в долгосрочной перспективе, он может быть дорогим и громоздким, поскольку также потребует большего пространства при разработке и производстве продукта. Поэтому более дешевая и лучшая альтернатива, на которую стоит обратить внимание, — это бестрансформаторный блок питания. Помимо того, что это импульсный источник питания, он дешевле и имеет небольшие размеры. Кроме того, вы можете использовать его в широком спектре электронных компонентов, таких как бытовая техника.

Что такое бестрансформаторный блок питания?

Как следует из названия, в бестрансформаторной цепи питания не используется катушка индуктивности или трансформатор при обеспечении низкого постоянного тока от сети переменного тока высокого напряжения. Он работает, заставляя высоковольтный конденсатор понижать первичный переменный ток (120 В или 230 В) до низкого уровня тока (12 В, 5 В или 3 В).

Нижний уровень подходит, поскольку он обеспечивает оптимальную работу подключенной нагрузки или электронной схемы. Таким образом, вы должны получить бестрансформаторный источник питания для схемы при использовании электрической цепи, которая требует малых токов (например, несколько миллиампер) или в схемах микропроцессора.

Принцип работы бестрансформаторной схемы включает в себя ограничение пускового тока, разделение напряжения питания, регулировку и выпрямление, которые будут обсуждаться в структуре источника питания.

Бестрансформаторный источник питания Преимущества и недостатки

Как и любое другое технологическое оборудование, бестрансформаторный источник питания имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества

• Во-первых, это дешево.
• Затем он требует меньше места, что делает его менее громоздким, в отличие от приложения на основе трансформатора, которое является хаотичным и тяжелым.
• Также его можно использовать в маломощных электронных компонентах.

Недостатки

• Во-первых, избыточное тепловыделение резистивного бестрансформаторного источника питания снижает конечное выходное напряжение, что снижает его эффективность.
• К сожалению, максимальный выходной ток, который вы можете получить, составляет примерно 1 ампер. Это неблагоприятно для токовых индуктивных или резистивных нагрузок, для работы которых требуется 20 или 30 А.
• Опять же, схема не имеет изоляции от входного источника питания, что делает работу с ней рискованной (отсутствие изоляции между выходом и входом). Более того, небольшая поломка или отсоединение компонента от схемы разрушит все устройство.
• Наконец, настройка и низкая производительность не подходят для более сложных систем, таких как устройства безопасности или медицинские устройства.

К счастью, описанная нами бестрансформаторная силовая схема имеет различные стабилизирующие каскады после мостового выпрямителя. Таким образом, риски становятся низкими.

Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания Введение

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_power_supply#/media/File:Capacitive_Power_Supply. png

(схема цепи бестрансформаторного источника питания)

На приведенной выше принципиальной схеме схема бестрансформаторного источника питания функционирует путем преобразования высокого напряжения переменного тока в низкое напряжение постоянного тока без катушки индуктивности или трансформатора. В следующем разделе мы разберем, как работает схема.

Несколько мер предосторожности, которые вы должны принять, прежде чем включать цепь бестрансформаторного источника питания;

• Прежде всего, работа с входным напряжением переменного тока без качественных знаний и опыта чрезвычайно опасна. Поэтому обращайтесь с цепью с особой осторожностью.
• Во-вторых, используйте стабилитрон или резистор мощностью не более 1 Вт (5 Вт).
• В-третьих, если у вас нет стабилитрона, вы можете использовать регулятор напряжения IC для регулирования напряжения.
• Также не пытайтесь заменить конденсатор класса X другим конденсатором. Причина в том, что другой конденсатор лопнет.
• В дальнейшем, из соображений безопасности, можно использовать предохранитель на 1 А перед конденсатором номиналом X и последовательно с фазной линией.
• Достаточно разместить компоненты.
• Кроме того, не прикасайтесь ни к каким точкам гасящего конденсатора, даже если вы отключили цепь, чтобы избежать удара током.
• И последнее, но не менее важное: используйте другое значение конденсатора с рейтингом X, если продукт требует большего выходного тока и выходного напряжения.

Компоненты

Компоненты бестрансформаторной силовой цепи включают;

• R1: резистор 1 Ом, 5 Вт.
• R2: резистор 10 Ом; нагрузка здесь должна быть не менее 10 Ом.
• R3: резистор 470 кОм, 1 Вт.
• R4: резистор 1 Ом, 5 Вт.
• R5: предохранитель 200 мА.
• Конденсатор, падающий по напряжению/конденсатор класса X (основной компонент) – доступны для переменного тока 230 В, 400 В, 600 В или выше.

(типы конденсаторов).

• C1: 33 000 – поляризованный электролитический конденсатор мкФ, 25 В.
• C2 и C3: Неполяризованный конденсатор из полиэстера ≥ 400 В, 10 мкФ.
• D1: Диод 1N4007.
• D2: стабилитрон 12 В, 3 Вт.
• от D3 до D13: 1N4007.

Идеальная бестрансформаторная конструкция

1. Конденсатор C1 уменьшает большой ток от сети 120 В или 220 В до соответственно более низкой выходной нагрузки постоянного тока. Таким образом, одна мкФ от С1 дает около 50мА тока на выходную нагрузку.
2. Резистор R1 обеспечивает путь разряда для высокого напряжения C1, когда вы отключаете цепь от сетевого входа. Это связано с тем, что C1 может накапливать высокое напряжение, то есть 120 В или 220 В, и вызывать удар высоким напряжением, когда вы касаетесь контактов вилки в отключенном состоянии. R1 быстро разрядит высокое напряжение.
3. Диоды D1–D4 работают как мостовой выпрямитель, который преобразует переменный ток слабого тока из конденсатора C1 в постоянный ток слабого тока. C1 не ограничивает напряжение до 50 мА, но ограничивает ток. Другими словами, постоянное напряжение на выходе мостового выпрямителя имеет пиковое значение 220 В. Расчет следующий;

220 x 1,41 = 310 В постоянного тока. В итоге мы получим примерно 310 В с 50 мА на выходе моста.

4. 310 В, однако, слишком высокое для низкого напряжения, за исключением случаев, когда оно используется в реле. Таким образом, вы будете использовать правильный номинал стабилитрона для шунтирования 310 В постоянного тока до желаемого низкого уровня, например, 24 В, 12 В и т. д.

(типы стабилитронов)

5. Резистор R2 является токоограничивающим резистором. Несмотря на то, что C1 действует как ограничитель тока, когда вы мгновенно подаете входной переменный ток в цепь, C1 функционирует как короткое замыкание в течение нескольких миллисекунд. Через несколько миллисекунд, когда переключатель включен, в цепь питания поступает высокое входное переменное напряжение 220 В. К сожалению, высокие уровни напряжения могут разрушить выходную нагрузку постоянного тока.

Лучший способ справиться с ситуацией — ввести NTC. Но в этом случае мы используем R2 в качестве ограничителя.

Конденсатор фильтра C2. В основном, он работает, сглаживая пульсации 100 Гц от моста, который вы изначально выпрямили, до более чистого постоянного тока.

Тип бестрансформаторного источника питания

Бестрансформаторный источник питания доступен в двух основных типах, и мы подробно обсудим их.

Примеры:

1. Резистивный бестрансформаторный источник питания

В резистивном источнике питания вы используете резистор на резисторе, снижающем напряжение, для уменьшения нагрева в форме энергии. Из-за уменьшения тепла существует сопротивление, которое ограничивает избыточный ток. Как правило, резистор, понижающий напряжение, рассеивает тепловую энергию.

Обратите внимание: в большинстве случаев вы найдете применение резистору с двойной номинальной мощностью. Это потому, что он рассеивает больше энергии по сравнению с другими типами бестрансформаторных источников питания.

2. Емкостный бестрансформаторный источник питания

Второй тип, емкостный источник питания, работает с низкими потерями мощности и рассеивает тепло, что делает его более эффективным.

Структура; Здесь конденсатор с рейтингом X имеет последовательное соединение 230 В, 400 В и 600 В. Затем сеть действует как падающие конденсаторы и снижает напряжение.

Различие между резистивным и емкостным бестрансформаторным блоком питания

В основном эти два типа различаются. Потери энергии и тепловыделение в цепи емкостного источника питания практически нулевые, так как резистор, понижающий напряжение, снижает избыточное напряжение. Напротив, резистивный тип будет рассеивать дополнительную энергию в виде тепла на резисторе, понижающем напряжение.

Бестрансформаторные источники питания 12 В

Мы будем использовать приведенную выше схему для обсуждения третьего типа, бестрансформаторного источника питания 12 В.

Принцип действия; он использует стабилитрон, мостовой выпрямитель, конденсатор и резистор для преобразования напряжения сети переменного тока 220 В в напряжение постоянного тока 12 В.

• C1 действует как конденсатор класса X, который снижает повышенное напряжение переменного тока.
• Диоды мостового выпрямителя D1, D2, D3 и D4 преобразуют переменный ток (AC) в постоянный ток (DC) посредством выпрямления. Выпрямление приводит к преобразованию 230 В переменного тока в высокие 310 В постоянного тока из-за пикового среднеквадратичного значения в сигнале переменного тока.
• В-третьих, конденсатор С2 избавляет от пульсаций, которые получило напряжение постоянного тока.
• Затем резистор R1 устраняет накопленный ток, возникающий при отключении цепи. С другой стороны, резистор R2, используемый для ограничения пускового тока, ограничивает протекание избыточного тока.
• Далее стабилитрон устраняет пиковое обратное напряжение, затем стабилизирует и регулирует выходное постоянное напряжение до требуемых 12 В.
• Чтобы убедиться, работает он или нет, вы подключаете светодиод к цепи.
• Наконец, вы полностью покрываете цепь ударопрочным материалом для предотвращения повреждений и поражения электрическим током. Кроме того, вы можете подключить небольшой изолирующий трансформатор на входе источника питания, чтобы изолировать его от основного источника переменного тока.

6. Применение бестрансформаторного источника питания

Бестрансформаторный источник питания часто применяется в недорогих и маломощных электронных компонентах, таких как;

• Аналого-цифровые преобразователи, 9 шт.
• Электронные игрушки,
• Зарядные устройства для мобильных устройств,
• Светодиодные лампы,

с регулировкой) 

• Аварийное освещение.

Заключение

Таким образом, схема бестрансформаторного блока питания является надежной заменой трансформаторного блока питания.