Схемы бестрансформаторных блоков питания. Бестрансформаторные блоки питания: виды, схемы, особенности применения

Что такое бестрансформаторный блок питания. Какие бывают виды бестрансформаторных блоков питания. Как работают схемы с балластными элементами и импульсные преобразователи. Какие меры безопасности нужно соблюдать при использовании бестрансформаторных блоков питания.

Что такое бестрансформаторный блок питания и в чем его особенности

Бестрансформаторный блок питания — это устройство для преобразования сетевого напряжения 220 В в низковольтное постоянное напряжение без использования трансформатора. Основные особенности таких блоков питания:

• Отсутствие гальванической развязки от сети
• Компактные размеры
• Низкая стоимость
• Простота конструкции
• Ограниченная мощность (обычно до 10-20 Вт)
• Повышенные требования к технике безопасности

Бестрансформаторные блоки питания применяются в основном в маломощных устройствах, где важны компактность и низкая цена, а отсутствие гальванической развязки не критично.

Основные виды бестрансформаторных блоков питания

Существует несколько основных типов бестрансформаторных блоков питания:

1. С балластным резистором

В таких схемах для снижения напряжения используется мощный резистор. Простейший вариант, но с низким КПД из-за больших потерь на резисторе.

2. С балластным конденсатором

Применяется специальный высоковольтный конденсатор для ограничения тока. Более эффективен, чем схема с резистором.

3. Импульсные преобразователи

Используют ключевой режим работы и обеспечивают высокий КПД. Самые эффективные, но и самые сложные схемы.

Схемы бестрансформаторных блоков питания с балластными элементами

Рассмотрим некоторые типовые схемы бестрансформаторных блоков питания с балластными элементами:

Схема с балластным резистором

Простейшая схема включает:

• Балластный резистор для снижения напряжения
• Выпрямительный мост
• Сглаживающий конденсатор
• Стабилитрон для стабилизации напряжения

Недостаток — большие потери на резисторе и низкий КПД.

Схема с балластным конденсатором

Основные элементы:

• Балластный конденсатор (обычно 0.47-1 мкФ 630В)
• Токоограничивающий резистор
• Выпрямительный мост
• Сглаживающий конденсатор
• Стабилитрон

Более эффективна, чем схема с резистором. Конденсатор должен быть специального типа для работы от сети.

Импульсные бестрансформаторные преобразователи напряжения

Импульсные бестрансформаторные преобразователи обеспечивают наиболее высокий КПД среди бестрансформаторных схем. Их особенности:

• Используют ключевой режим работы силового транзистора
• Содержат специализированные микросхемы контроллеров
• Обеспечивают КПД до 80-90%
• Компактные размеры
• Генерируют высокочастотные помехи

Типовая схема импульсного бестрансформаторного преобразователя включает:

• Входной выпрямитель и фильтр
• Микросхему ШИМ-контроллера
• Силовой ключевой транзистор
• Выходной выпрямитель и фильтр
• Цепи обратной связи

Меры безопасности при работе с бестрансформаторными блоками питания

При использовании бестрансформаторных блоков питания необходимо соблюдать особые меры предосторожности:

• Обеспечить надежную изоляцию всех токоведущих частей
• Использовать двойную изоляцию корпуса устройства
• Не прикасаться к схеме при включенном питании
• Отключать устройство от сети перед обслуживанием
• Не подключать заземленное оборудование
• Использовать предохранители и защитные цепи

Несоблюдение правил безопасности может привести к поражению электрическим током!

Сравнение бестрансформаторных и трансформаторных блоков питания

Рассмотрим основные отличия бестрансформаторных блоков питания от классических трансформаторных:

Параметр	Бестрансформаторные	Трансформаторные
Гальваническая развязка	Отсутствует	Есть
Габариты	Компактные	Крупные
Стоимость	Низкая	Выше
КПД	50-90%	60-85%
Мощность	До 10-20 Вт	До сотен Вт
Безопасность	Требует мер защиты	Безопаснее

Области применения бестрансформаторных блоков питания

Бестрансформаторные блоки питания находят применение в следующих областях:

• Маломощная бытовая техника (часы, радиоприемники)
• Системы «умный дом» (датчики, контроллеры)
• Светодиодное освещение
• Зарядные устройства для гаджетов
• Блоки питания для модемов и роутеров
• Маломощные промышленные контроллеры

Основные требования для применения — малая мощность, компактность, низкая цена.

Как рассчитать бестрансформаторный блок питания

При расчете бестрансформаторного блока питания необходимо учитывать следующие параметры:

1. Требуемое выходное напряжение
2. Максимальный ток нагрузки
3. Допустимые пульсации выходного напряжения
4. Напряжение сети и его возможные отклонения

Основные этапы расчета:

1. Выбор схемы (с резистором, конденсатором или импульсная)
2. Расчет балластного элемента (резистора или конденсатора)
3. Выбор выпрямительных диодов
4. Расчет сглаживающего фильтра
5. Выбор стабилизирующего элемента

Для схемы с балластным конденсатором его емкость можно рассчитать по формуле:

C = I / (2π * f * U),

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

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:

 

Конденсаторное питание | Электроника для всех

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

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

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

Помните обычный резистивный делитель?

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

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

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

Теоретическое отступление

В цепи бывают три вида сопротивлений:

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

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

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

f — частота тока.

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

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

Получается у нас вот такая вот схема:

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

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

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

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

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

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

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

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

I = 2F * C (1.41U — Uвых/2).

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

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

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

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

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

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

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

Как всегда, прикладываю LAY файл.

После чего, как обычно, все вытравил и спаял:

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

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

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

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

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

Поэтому неукоснительно соблюдайте ряд правил:

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

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

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

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

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

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 СЗ 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.

Бестрансформаторное питание. Принцип работы. Ч.1

   Устройства на микроконтроллерах требуют для своей работы постоянного стабилизированного напряжения величиной 3.3 — 5 Вольт. Как правило, такое напряжение получают из переменного сетевого напряжения с помощью трансформаторного источника питания и в простейшем случае он представляет собой следующую схему.

 

   Понижающий трансформатор, диодный мост, сглаживающий конденсатор и линейный/импульсный стабилизатор. Дополнительно такой источник может содержать в себе предохранитель, цепи фильтрации, схему плавного включения, схему защиты от перегрузки и т.д. 
   Данный источник питания (при соответствующем выборе компонентов) позволяет получать большие токи и имеет гальваническую развязку от сети переменного тока, что немаловажно для безопасной работы с устройством. Однако, такой источник может иметь большие габариты, благодаря трансформатору и фильтрующим конденсаторам.
   В некоторых устройствах на микроконтроллерах гальванической развязки от сети не требуется. Например, если устройство представляет собой герметичный блок, с которым конечный пользователь никак не контактирует. В этом случае, если схема потребляет относительно невысокий ток (десятки миллиампер), ее можно запитать от сети 220 В с помощью бестрансформаторного источника питания.
   В этой статье мы рассмотрим принцип работы такого источника питания, последовательность его расчета и практический пример использования.

   Резистор R1 разряжает конденсатор C1, когда схема отключена от сети. Это нужно для того, чтобы источник питания не ударил тебя током при прикосновении к входным контактам.
   При подключении источника питания к сети, разряженный конденсатор C1 представляет из себя, грубо говоря, проводник и через стабилитрон VD1 кратковременно протекает огромный ток, способный вывести его из строя. Резистор R2 ограничивает бросок тока в момент включения устройства.

  «Бросок тока» в начальный момент включения схемы. Синим цветом нарисовано сетевое напряжение, красным ток потребляемый источником питания. Для наглядности график тока увеличен в несколько раз.

   Если ты подключишь схему к сети в момент перехода напряжения через ноль, броска тока не будет. Но какова вероятность, что у тебя это получится? 
  Любой конденсатор оказывает сопротивление протеканию переменного тока. (По постоянному току конденсатор представляет собой обрыв.) Величина этого сопротивления зависит от частоты входного напряжения и емкости конденсатора и может быть вычислена по формуле. Конденсатор С1 выполняет роль балластного сопротивления, на котором будет падать большая часть входного напряжения сети.

   У тебя может возникнуть резонный вопрос: а почему нельзя поставить вместо C1 обычный резистор? Можно, но на нем будет рассеиваться мощность, в результате чего он будет греться. С конденсатором этого не происходит — активная мощность выделяемая на нем за один период сетевого напряжения равна нулю. В расчетах мы коснемся этого момента.

   Итак, на конденсаторе C1 упадет часть входного напряжения. (Падение напряжения на резисторе R2 можно не учитывать, так как он имеет маленькое сопротивление.) Оставшееся напряжение окажется приложенным к стабилитрону VD1.
В положительный полупериод входное напряжение будет ограничиваться стабилитроном на уровне его номинального напряжения стабилизации. В отрицательный полупериод входное напряжение будет прикладываться к стабилитрону в прямом направлении и на стабилитроне будет напряжение примерно минус 0.7 Вольт.

   Естественно такое пульсирующее напряжение не годится для запитывания микроконтроллера, поэтому после стабилитрона стоит цепочка из полупроводникового диода VD2 и электролитического конденсатора C2. Когда напряжение на стабилитроне положительное, через диод VD2 протекает ток. В этот момент заряжается конденсатор C2 и запитывается нагрузка. Когда напряжение на стабилитроне падает, диод VD2 запирается и конденсатор C2 отдает запасенную энергию в нагрузку.
   Напряжение на конденсаторе C2 будет колебаться (пульсировать). В положительный полупериод сетевого напряжения оно будет расти до значения Uст минус напряжение на VD2, в отрицательный полупериод падать вследствие разряда на нагрузку. Амплитуда колебаний напряжения на C2 будет зависеть от его емкости и тока потребляемого нагрузкой. Чем больше емкость конденсатора C2 и чем меньше ток нагрузки, тем меньшей величины будут эти пульсации.
   Если ток нагрузки и пульсации небольшие, то после конденсатора C2 уже можно ставить нагрузку, но для устройств на микроконтроллерах лучше все-таки использовать схему со стабилизатором. Если мы правильно рассчитаем номиналы всех компонентов, то на выходе стабилизатора получим постоянное напряжение.
   Схему можно улучшить, добавив в нее диодный мост. Тогда источник питания будет использовать оба полупериода входного напряжения – и положительный, и отрицательный. Это позволит при меньшей емкости конденсатора C2 получить лучшие параметры по пульсациям. Диод между стабилитроном и конденсатором из этой схеме можно исключить.

Продолжение следует…

Бестрансформаторный блок питания: схемы и расчет

В каждой современной квартире имеется большое количество всевозможных гаджетов, требующих постоянного электрического питания. В основном они работают от различных батареек. Многие хозяева пытаются подключать эти устройства через обычные сетевые блоки питания на 12 В, но в большинстве случаев это не очень удобно. Основная причина заключается в больших размерах понижающих трансформаторов, которые требуют себе отдельного места. Выйти из положения поможет бестрансформаторный блок питания, изготовленный на основе гасящего конденсатора.

Общее устройство и принцип действия

Представленная схема отличается простотой, надежностью и эффективностью. Она может быть изготовлена не только методом навесного монтажа, но и в виде печатной платы. Данная схема на двенадцать вольт является рабочей, требуется лишь заранее рассчитать параметры балластового гасящего конденсатора и подобрать нужное значение тока для конкретного устройства. Практически можно сделать 5,5-вольтовый блок с возможностью увеличения напряжения до 25 В.

Основой устройства служит балластовый конденсатор, гасящий сетевое напряжение. После этого ток попадает в диодный выпрямитель, а второй конденсатор выполняет функцию фильтра. Иногда возникает необходимость быстро разрядить оба конденсатора. С этой целью в схеме предусмотрены резисторы R1 и R2. Еще один резистор R3 используется в качестве ограничителя тока при включении нагрузки.

Расчет балластного конденсатора выполняется до сборки схемы. Для этого используется простая формула С = 3200хI/Uc, в которой I является током нагрузки (А), Uc – сетевым напряжением, С – емкостью конденсатора (мкФ). Чаще всего такие расчеты используются для светодиодов.

В качестве примера можно взять любой прибор с током 150 мА. Это может быть обычная светодиодная лампа. Сетевое напряжение будет 230 В. Таким образом, 3200 х 0,15/230 = 2,08 мкФ. Номинал конденсатора выбирается наиболее близко к расчетному, то есть, его емкость составит 2,2 мкФ, а расчетное напряжение – 400 В.

Такой простейший бестрансформаторный блок не имеет гальванической развязки с питающей сетью. В связи с этим должна быть обеспечена надежная изоляция всех соединений, а само устройство – помещено в корпус из диэлектрического материала.

Основные рабочие схемы

В большинстве случаев используются две схемы источников БП. Как правило, каждый из них представляет собой бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором, который служит основным элементом данных приборов. Теоретически считается, что в цепях переменного тока эти устройства вообще не потребляют мощности. Однако в реальности в конденсаторах возникают определенные потери, что приводит к выделению некоторого количества тепла.

Поэтому все конденсаторы подвергаются предварительной проверке на возможность использования его в блоке питания. Для этого их подключают к электрической сети и отслеживают колебания температуры через некоторый промежуток времени. Если конденсатор заметно разогревается, то его нельзя использовать в качестве конструктивного элемента. Допускается лишь незначительный нагрев, неспособный повлиять на общую работоспособность устройства.

1.

Представленные на рисунках источники питания имеют конденсаторный делитель. На рисунке 1 представлен делитель общего назначения на 5 В, рассчитанный на токовую нагрузку до 0,3 А. На рисунке 2 отображается схема источника бесперебойного питания, который применяется в электронно-механических кварцевых часах.

В первой схеме делитель напряжения включает в себя бумажный конденсатор С1 и два оксидных конденсатора С2 и С3. Оба последних элемента составляют неполярное плечо, расположенное ниже С1. Его общая емкость составляет 100 мкФ. Составные части диодного моста, расположенные слева, выступают в качестве поляризующих диодов, предназначенных для оксидной пары С2 и С3. На схеме указаны номиналы элементов, в соответствии с которыми на выходе ток короткого замыкания будет равен 600 мА, а напряжение на конденсаторе С4 без нагрузки – 27 вольт.

2.

Вторая схема бестрансформаторного блока питания предназначена для замены батареек (1,5В), используемых в качестве источника питания в электронно-механических часах. Напряжение, вырабатываемое блоком питания, составляет 1,4 В при средней токовой нагрузке 1 мА. Напряжение на конденсаторе С3 без нагрузки не превышает 12 В. Оно снимается с делителя, поступает на узел с элементами VD1 и VD2, где и происходит его выпрямление.

В каждом из этих вариантов рекомендуется использовать два дополнительных резистора вспомогательного назначения. Первый элемент с сопротивлением от 300 кОм до 1 мОм подключается параллельно с гасящим конденсатором. С помощью данного резистора ускоряется его разрядка, после того как устройство отключено от сети.

Другой резистор имеет сопротивление от 10 до 50 Ом и считается балластным. Он подключается в разрыв какого-либо сетевого провода последовательно с гасящим конденсатором. Данный резистор ограничивает ток, проходящий через диодный мост при подключении устройства к сети. Оба резистора должны обладать мощностью рассеяния не менее 0,5 Вт, позволяющей предотвратить вероятные поверхностные пробои этих деталей действием высокого напряжения. Балластный резистор снижает нагрузку на стабилитрон, но одновременно наблюдается рост средней мощности, потребляемой самим блоком питания.

Расчеты основных параметров

Для того чтобы устройство было работоспособным и надежно функционировало, необходимо выполнить предварительный расчет бестрансформаторного блока питания. С этой целью потребуется рассчитать основные параметры:

• Емкостное сопротивление. При включении конденсатора в цепь переменного тока, он начинает оказывать влияние на силу тока, протекающего по этой цепи, то есть на определенном этапе он становится сопротивлением. Чем больше емкость конденсатора и частота переменного тока, тем меньше величина емкостного сопротивления и наоборот. Для расчетов используется формула X_C = 1 /(2πƒC), где Х_С – емкостное сопротивление, f – частота, С – емкость. Ускорить расчеты и получить точные данные поможет онлайн-калькулятор, в который достаточно лишь ввести исходные данные.
• Сопротивление нагрузки (Rн). Его расчет позволяет выяснить, до какого значения Rн может быть уменьшено, чтобы Напряжение нагрузки стало равным напряжению стабилизации. Когда необходимо изготовить блок питания своими руками, рекомендуется воспользоваться справочной таблицей, поскольку формулы слишком сложные и не дают точных результатов.
• Напряжение гасящего конденсатора. Этот показатель обычно составляет не менее 400 В, при сетевом напряжении 220 вольт. В некоторых случаях используется более мощный элемент, с номинальным напряжением 500 или 600 В. Для бестрансформаторных блоков подходят не все типы конденсаторов. Например, устройства МБПО, МБГП, МБМ, МБГЦ-1 и МБГЦ-2 не могут работать в цепях переменного тока, в которых амплитудное значение напряжения более 150 В.

Бестрансформаторные блоки питания_окончание. — Блоки питания (бестрансформаторные) — Источники питания

                                  Бестрансформаторные блоки питания 

                                                  (окончание)                                

Бестрансформаторный блок питания с регулируемым выходным напряжением показан на рис.10а. Его особенность заключается в использовании регулируемой отрицательной обратной связи с выхода блока на транзисторный каскад VT1, включенный параллельно выходу диодного моста. Этот каскад является регулирующим элементом и управляется сигналом с выхода од-нокаскадного 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, параллельного управляемого элемента — транзистор VT1.

Работает этот блок питания следующим образом. При включении в сеть транзисторы VT1 и VT2 заперты, а через диод VD2 происходит заряд накопительного конденсатора С2. При достижении на базе транзистора VT2 напряжения, равного опорному на диодах VD3, VD4, транзисторы VT2 и VT1 отпираются. Транзистор VT1 шунтирует выход диодного моста, и его выходное напряжение падает, что Приводит к уменьшению напряжения на накопительном конденсаторе С2 и к запиранию транзисторов VT2 и VT1. Это, в свою очередь, вызывает увеличение напряжения на С2, отпирание VT2, VT1 и повторение цикла.

За счет действующей таким образом отрицательной обратной связи выходное напряжение остается постоянным (стабилизированным) как при включенной нагрузке (R9), так 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 — от 15 до 19,5 В, Уровень пульсаций на нагрузке — не более 70 мВ.

Транзистор VT1 работает в переменном режиме: при наличии нагрузки — в линейном режиме, на холостом ходу — в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с частотой пульсации напряжения на конденсаторе С2 100 Гц. При этом импульсы напряжения на коллекторе VT1 имеют пологие фронты.

Критерием правильности выбора емкости С1 является получение на нагрузке требуемого максимального напряжения. Если его емкость уменьшена, то максимальное выходное напряжение на номинальной нагрузке не достигается. Другим критерием выбора С1 является неизменность осциллограммы напряжения на выходе диодного моста (рис.10 6). Осциллограмма напряжения имеет вид последовательности выпрямленных синусоидальных . полуволн сетевого напряжения с ограниченными (уплощенными) вершинами положительных полусинусоид. Амплитуда вершин является переменной величиной, зависящей от положения движка R7, и меняется линейно при его вращении. Но каждая полуволна должна обязательно доходить до нуля, наличие постоянной составляющей (как показано на рис. 10 б пунктиром) не допускается, т.к. при этом нарушается режим стабилизации.

Линейный режим является облегченным, транзистор VT1 нагревается мало и может работать практически без радиатора. Небольшой нагрев имеет место в нижнем положении движка R7 (при минимальном выходном напряжении). На холостом ходу тепловой режим транзистора VT1 ухудшается в верхнем положении движка R7. В этом случае транзистор VT1 должен быть установлен на небольшой радиатор, например, в виде «флажка» из алюминиевой пластинки квадратной формы со стороной 30 мм и толщиной 1…2 мм.

Регулирующий транзистор VT1 — средней мощности, с большим коэффициентом передачи. Его коллекторный ток должен быть в 2…3 раза больше максимального тока нагрузки, допустимое напряжение коллектор-эмиттер — не меньше максимального выходного напряжения блока питания, В качестве VT1 могут быть использованы транзисторы КТ972А, КТ829А, КТ827А и т.п. Транзистор VT2 работает в режиме малых токов, поэтому годится любой маломощный р-п-р-транзистор — КТ203, КТ361 и пр.

Резисторы R1, R2 — защитные. Они предохраняют регулирующий транзистор VT1 от выхода из строя вследствие перегрузки по току при переходных процессах в момент включения блока в сеть.

Бестрансформаторный конденсаторный выпрямитель (рис.11) работает с автостабилизацией выходного напряжения. Это достигнуто за счет изменения времени подключения диодного моста к накопительному конденсатору. Параллельно выходу диодного моста включен транзистор VT1, работающий в ключевом режиме. База VT1 через стабилитрон VD3 соединена с накопительным конденсатором С2, отделенным по постоянному току от выхода моста диодом VD2 для исключения быстрого разряда при открытом VT1. Пока напряжение на С2 меньше напряжения стабилизации VD3, выпрямитель работает как обычно. При увеличении напряжения на С2 и открывании VD3 транзистор VT1 также открывается и шунтирует выход выпрямительного моста. Напряжение на выходе моста скачкообразно уменьшается практически до нуля, что приводит к уменьшению напряжения на С2 и выключению стабилитрона и ключевого транзистора.

Далее напряжение на конденсаторе С2 снова увеличивается до момента включения стабилитрона и транзистора и т.д. Процесс автостабилизации выходного напряжения очень похож на работу импульсного стабилизатора напряжения с широтно-им-пульсным регулированием. Только в предлагаемом устройстве частота следования импульсов равна частоте пульсаций напряжения на С2. Ключевой транзистор VT1 для уменьшения потерь должен быть с большим коэффициентом усиления, например, КТ972А, КТ829А, КТ827А и др.

Увеличить выходное напряжение выпрямителя можно, применив более высоковольтный стабилитрон (цепочку низковольтных, соединенных последовательно). При двух стабилитронах Д814В, Д814Д и емкости конденсатора С1 2 мкФ выходное напряжение на нагрузке сопротивлением 250 Ом может составлять 23.„24 В.

Аналогично можно стабилизировать выходное напряжение однопо-лупериодного диодно-конденсаторного выпрямителя (рис.12). Для выпрямителя с плюсовым выходным напряжением параллельно диоду VD1 включен п-р-п-транзистор, управляемый с выхода выпрямителя через стабилитрон VD3. При достижении на конденсаторе С2 напряжения, соответствующего моменту открывания стабилитрона, транзистор VT1 тоже открывается. В результате, амплитуда положительной полуволны напряжения, поступающего на С2 через диод VD2, уменьшается почти до нуля. При уменьшении же напряжения на С2 транзистор VT1 благодаря стабилитрону закрывается, что приводит к увеличению выходного напряжения. Процесс сопровождается широтно-импульсным регулированием длительности импульсов на входе VD2, следовательно, напряжение на конденсаторе С2 стабилизировано,

В выпрямителе с отрицательным выходным напряжением параллельно диоду VD1 нужно включить р-п-р-транзистор КТ973А или КТ825А. Выходное стабилизированное напряжение на нагрузке сопротивлением 470 Ом — около 11В, напряжение пульсаций — 0,3…0,4 В

В обоих вариантах стабилитрон работает в импульсном режиме при токе в единицы миллиампер, который никак не связан с током нагрузки выпрямителя, разбросом емкости гасящего конденсатора и колебаниями напряжения сети. Поэтому потери в нем существенно уменьшены, и теплоотвод ему не требуется. Ключевому транзистору радиатор также не требуется.

Резисторы R1, R2 в этих схемах ограничивают входной ток при переходных процессах в момент включения устройства в сеть. Из-за неизбежного «дребезга» контактов сетевой вилки процесс включения сопровождается серией кратковременных замыканий и разрывов цепи. При одном из таких замыканий гасящий конденсатор С1 может зарядиться до полного амплитудного значения напряжения сети, т.е. примерно до 300 В. После разрыва и последующего замыкания цепи из-за «дребезга» это и сетевое напряжения могут сложиться и составить в сумме около 600 В. Это наихудший случай, который необходимо учитывать для обеспечения надежной работы устройства

Другой вариант ключевой бестрансформаторной схемы источника питания представлен на рис.13. Сетевое напряжение, проходя через диодный мост на VD1.. .VD4, преобразуется в пульсирующее амплитудой около 300 В. Транзистор VT1 — компаратор, VT2 — ключ. Резисторы R1, R2 образуют делитель напряжения для VT1. Подстройкой R2 можно установить напряжение срабатывания компаратора. Пока напряжение на выходе диодного моста не достигнет.установленного порога, транзистор VT1 закрыт, на затворе VT2 — отпирающее напряжение и он открыт. ЧерезЛ/Т2 и диод VD5 заряжается конденсатор С1. При достижении установленного порога срабатывания транзистор VT1 открывается и шунтирует затвор VT2. Ключ закрывается и снова откроется тогда, когда напряжение на выходе моста станет меньше порога срабатывания компаратора. Таким образом, на С1 устанавливается напряжение, которое стабилизируется интегральным стабилизатором DA1.

С приведенными на схеме номиналами источник обеспечивает выходное напряжение 5 В при токе до 100 мА. Настройка заключается в установке порога срабатывания VT1. Вместо IRF730 можно использовать КП752А, IRF720, BUZ60, 2N6517 заменяется на КТ504А.

Миниатюрный бестрансформаторный блок питания для малопотребпя-ющих устройств можно построить на микросхеме HV-2405E (рис.14), которая осуществляет прямое преобразование переменного напряжения в постоянное. Диапазон входного напряжения ИМС—15…275 В, выходного — 5.. .24 В при максимальном выходном токе до 50 мА. Выпускается в плоском пластмассовом корпусе DIP-8. Структура микросхемы приведена на рис.15а, цоколевка — на рис.156.

В схеме источника (рис. 14) особое внимание нужно уделить резисторам R1 и R2. Их общее сопротивление должно быть в районе 150 Ом, а рассеиваемая мощность — не менее 3 Вт. Входной высоковольтный конденсатор С1 может иметь емкость от 0,033 до 0,1 мкФ. Варистор Rv можно применить практически любой с рабочим напряжением 230…250 В. Резистор R3 выбирается в зависимости от требуемого выходного на пряжения. При его отсутствии (выходы 5 и 6 замкнуты) выходное напряжение чуть более 5 В, при сопротивлении 20 кОм выходное напряжение — около 23 В. Вместо резистора можно включить стабилитрон с необходимым напряжением стабилизации (от 5 до 21 В). К остальным деталям особых требований нет, за исключением выбора рабочего напряжения электролитических конденсаторов (формулы для расчета приведены на схеме).

Учитывая потенциальную опасность бестрансформаторных источников, в ряде случаев может представлять интерес компромиссный вариант: с гасящим конденсатором и трансформатором (рис.16). Здесь подойдет трансформатор с высоковольтной вторичной обмоткой, поскольку необходимое выпрямленное напряжение устанавливается подбором емкости конденсатора С1. Главное, чтобы обмотки трансформатора обеспечивали требуемый ток.

Чтобы устройство не вышло из строя при отключении нагрузки, к выходу моста VD1…VD4 следует подключить стабилитрон Д815Г. В нормальном режиме он не работает, поскольку его напряжение стабилизации выше рабочего на выходе моста. Предохранитель FU1 защищает трансформатор и стабилизатор при пробое конденсатора С1

В источниках такого вида в цепи последовательно соединенных емкостного (конденсатор С1) и индуктивного (трансформатор Т1) сопротивлений , может возникать резонанс напряжения. Об этом следует помнить при их налаживании и контролировать напряжения осциллографом.    ( В.Новиков )

Схема бестрансформаторного источника питания » Паятель.Ру

В различных конструкциях очень часто применяются бестрансформаторные маломощные источники питания. Обычно, они представляют собой своеобразный симбиоз параметрического стабилизатора и выпрямителя. Сетевое напряжение в таких схемах используются полностью (вся амплитуда), а избыток напряжения гасится постоянным резистором, на котором выделяется мощность или реактивным сопротивлением высоковольтного конденсатора.

И ту и другую схему трудно назвать оптимальным решением, разве что с точки зрения предельной простоты. Но существует и ключевая схема бестрансформаторного источника, в которой используется не вся амплитуда напряжения сети, а только её небольшой участок, — от нуля до некоторого заданного значения.

Работает такой стабилизатор примерно так: при проходе синусоиды переменного тока электросети через нуль ключ включается и остается включенным до тех пор, пока полуволна сетевого напряжения не достигнет некоторого значения. Затем ключ закрывается.

Таким образом, он обрезает полуволны сетевого напряжения на некотором уровне. Затем это пульсирующее напряжение сглаживается конденсатором и стабилизируется стабилизатором. В таком источнике нет гасящих резисторов или конденсаторов. Он просто использует только небольшие кусочки полуволн.

Принципиальная схема источника, работающего по такому принципу показана на рисунке 1. Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. На выходе этого моста нет конденсатора, поэтому здесь будет пульсирующее напряжение, изменяющееся от нуля до 300V. Транзистор VT1 — компаратор, а транзистор VT2 — ключ. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения на базе VT1.

Подстройкой резистора R2 можно установить порог открывания VT1, например, равный 18V. Пока напряжение на выходе моста VD1-VD4 не достигнет этого значения, транзистор VT1 закрыт. На затвор транзистора VT2 поступает отпирающее напряжение и он открыт. Напряжение через него и диод VD5 проходит на конденсатор С1 и заряжает его.

Затем, как только напряжение на выходе выпрямителя превысит установленный порог, транзистор VT1 откроется и зашунтирует затвор VT2. Ключ VT2 закроется. И откроется только на спаде пульсирующего напряжения, когда его величина окажется ниже порога открывания VT1.

Таким образом, на С1 будет накоплено напряжение около 15-18V, которое поступает на интегральный стабилизатор А1 и на выход источника. Источник по схеме на рисунке 1 дает стабильное напряжение 5V при токе до 100mA.

На рисунке 2 приводится схема ключевого источника на специализированной микросхеме SR037. Схема дает два напряжения 18V и 5V, оба с максимальным током 30mA.

Работая с данными источниками нужно не забывать, что их вторичные цепи имеют гальваническую связь с электросетью, и предпринимать все соответствующие меры электробезопасности.

Конструкция, работа и ее типы

В обычных электронных продуктах источник питания постоянного тока преобразует переменное напряжение в небольшое постоянное напряжение 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 представляет собой схему 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.

Принципиальная электрическая схема бестрансформаторного источника питания

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 отвода 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 источника 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 предназначен для преобразования переменного тока в постоянный (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. Схема бестрансформаторного источника питания

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 входом и выходом высокого напряжения переменного тока, 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, для сброса избыточной энергии 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, так как 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 состоит 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 приведенной выше схеме показан бестрансформаторный блок питания 12В.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

приложений Бестрансформаторного источника питания 12 В включают маломощные и недорогие приложения, такие как

• Мобильные зарядные устройства
• Светодиодные лампы
• Электронные игрушки
• Аварийное освещение
• Цепи делителя и регулятора напряжения
• Телевидение приемники
• Аналого-цифровые преобразователи
• Телекоммуникационные системы
• Цифровые системы связи и т. д.

Итак, это все о бестрансформаторных источниках питания 12 В: определение, теория, конструкция, типы и применения. Вот вам вопрос: «Каковы преимущества и недостатки бестрансформаторного блока питания

Бестрансформаторный блок питания | с полной схемой

Рис. 1: Переменный ток через последовательный конденсатор и резистор

Одной из основных проблем при проектировании схемы является создание низковольтного постоянного тока из переменного тока для питания схемы. Существует множество методов преобразования переменного напряжения в постоянное.Наиболее распространенный метод — использование понижающего трансформатора для понижения 230 В переменного тока до более низкого значения переменного тока. Затем это исправляется и устраняется пульсация с помощью бестрансформаторного источника питания.

Несмотря на то, что трансформаторный блок питания обеспечивает достаточный ток, он занимает много места и делает гаджет громоздким. Стоимость трансформатора также высока. Бестрансформаторный источник питания является идеальным решением для питания слаботочных логических схем и микропроцессорных схем.У этих источников питания есть явные преимущества и недостатки. Они экономичны и занимают меньше места, поэтому гаджет становится удобным. Но низкий выход по току делает их неидеальными для удовлетворения высоких требований по току большинства цепей. Тем более что нет изоляции от сети.

Рис. 2: Емкостный источник питания

Бестрансформаторные источники питания двух основных типов — емкостные и резистивные. Емкостный тип более эффективен, так как его тепловыделение и потери мощности очень низкие.С другой стороны, источник питания резистивного типа рассеивает больше тепла, поэтому потери мощности довольно высоки. Если в цепи требуется очень низкий ток в несколько миллиампер, бестрансформаторный источник питания является идеальным решением. Перед проектированием бестрансформаторного источника питания необходимо учесть некоторые факты, связанные с падением переменного тока через конденсатор или резистор.

Соображения по конструкции

Если неполяризованный конденсатор и резистор включены последовательно с линией питания переменного тока, через резистор может поддерживаться постоянный ток при условии, что реактивное сопротивление конденсатора больше, чем сопротивление используемого последовательного резистора.

Ток, протекающий через резистор R, зависит от номинала конденсатора C. То есть конденсатор более высокого номинала подает больший ток в схему. Ток через конденсатор C зависит от его реактивного сопротивления, а значение тока, проходящего через конденсатор, представлено как:

 IRMS = VIN / X 

, где «X» — реактивное сопротивление конденсатора, а VIN — линейное напряжение (230 В).

Перед тем, как выбрать конденсатор, необходимо понять, как ведет себя падающий конденсатор при пропускании тока.Конденсатор, предназначенный для работы от переменного напряжения, относится к категории «X» с рабочим напряжением от 250 до 600 вольт. Если частота сети составляет 50 Гц, реактивное сопротивление (X) конденсатора составляет:

Бестрансформаторный источник питания

---

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

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

Рис.1: Изображение конденсатора

X Номинальный конденсатор 400 В

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

X = 1 / (2 ¶ фКл)

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

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

Z = v R + X

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

I = В / Х

Таким образом, окончательное уравнение становится

.

I = 230 В / 14.4 = 15,9 мА.

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

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

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

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

Исправление

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

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

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

Рис.5: Изображение диода

Сглаживание постоянным током

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

Регулирование напряжения

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

.

R = Vin — Vz / Iz

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

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

.

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

Номинальная мощность стабилитрона также является важным фактором, который следует учитывать при выборе стабилитрона. По формуле P = IV. P — мощность в ваттах, ток I в амперах и V — напряжение. Таким образом, максимальное рассеивание мощности, которое может быть допущено в стабилитроне, — это напряжение стабилитрона, умноженное на ток, протекающий через него.Например, если стабилитрон 12 В пропускает ток 12 В постоянного тока и 100 мА, его рассеиваемая мощность составит 1,2 Вт. Поэтому следует использовать стабилитрон мощностью 1,3 Вт.

Светодиодный индикатор

и схема

Светодиодный индикатор

Светодиодный индикатор

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

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

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

R = V / I

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

.

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

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

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

Принципиальная схема

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

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

В недостаток конденсаторного блока питания входит

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

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

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

Осторожно

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

Принципиальные схемы

Цепь бестрансформаторного источника питания — Выходы 5 В постоянного тока

Бестрансформаторный источник питания Цепь

Описание

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  

Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания со списком деталей Схема бестрансформаторного источника питания

Компонент	Спецификация
Неоновая лампа
R1	12 К
R2	100 К
D1	1N4007
Стабилитрон, D2	5.2 В, 250 мВт
C1	220 мкФ
C2	0,1 мкФ

Примечания

• Эта схема может выдавать 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 уменьшена, поскольку сам трансформатор будет стоить вам почти столько же, сколько стоимость здания 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

Бестрансформаторный блок питания для микроконтроллеров

Бестрансформаторный источник питания для микроконтроллеров, в этой статье вы узнаете, как спроектировать менее мощный трансформатор.Применение трансформатора без источника питания. Анализ стоимости широко используемых источников питания и бестрансформаторных источников питания.

Применение без трансформатора источника питания:

Бестрансформаторный источник питания подходит только для приложений с низким энергопотреблением. Например, схемы на основе микроконтроллеров требуют источника питания 5 В, а максимальный ток, необходимый для этих схем на основе микроконтроллеров, не превышает 20-30 мА. Таким образом, блок питания номиналом 30 м x 5 = 1.Для схем на основе микроконтроллеров обычно требуется 5 Вт. Бестрансформаторные источники питания также используются в недорогих аварийных осветительных приборах и мобильных зарядных устройствах.

Почему для микроконтроллеров лучше питание без трансформатора?

Обычно используемые источники питания требуют понижающего трансформатора для понижения напряжения 220/120 переменного тока до необходимого низкого напряжения. Это низкое напряжение затем выпрямляется с помощью выпрямительной схемы. После этого регулятор напряжения используется для создания стабилизированного напряжения из выпрямленного напряжения.Такие блоки питания полезны для приложений с высокой мощностью. Но эти источники питания дороги для приложений с низким энергопотреблением, то есть для схем на основе микроконтроллеров. Бестрансформаторный источник питания может быть изготовлен по очень низкой цене, а также имеет очень небольшие размеры. Стоимость бестрансформаторного блока питания для микроконтроллеров почти в 5 раз меньше, чем у блока питания с понижающим трансформатором.

Описание блока питания без трансформатора:

Принципиальная схема бестрансформаторного блока питания микроконтроллеров приведена ниже.Я использовал нумерационные метки, чтобы объяснить каждый компонент и функциональность каждого компонента, используемого в этой схеме.

• Метка 1 — вход переменного напряжения. Это может быть вход переменного тока 220 вольт или вход переменного тока 120 вольт. Это зависит от выбора напряжения в вашей стране, предоставленного энергокомпанией.
• Label 2 выполняет важнейшую функцию в бестрансформаторных источниках питания. Метка два состоит из двух резисторов и одного конденсатора. Как вы знаете, основная концепция физики заключается в том, что при последовательном соединении конденсатора и резистора не допускается протекание тока выше определенного предела.Другими словами, для создания источника постоянного тока можно использовать последовательно соединенные резисторы или конденсаторы. Но при условии, что реактивное сопротивление конденсатора должно быть намного больше сопротивления. На схеме, показанной ниже, резистор R1 и конденсатор C1 служат в качестве источника постоянного тока. Резистор R2 имеет высокое сопротивление. На этом резисторе будет падать максимальное напряжение. Таким образом, метка два позволит использовать только постоянный ток и необходимое напряжение для следующего этапа.
• Lable 3 — это диод, который используется в качестве свободного диода.
• Label 4 — это диод, который используется как выпрямительный диод, который используется для преобразования переменного напряжения в постоянное. В этой схеме используется только полуволновое выпрямление. После выпрямительного диода используется конденсатор для отключения компонентов переменного тока от выпрямленного напряжения.
• Label 5 — стабилитрон на 5 вольт, который используется в качестве регулятора напряжения для поддержания постоянного выходного напряжения 5 вольт. Поскольку для микроконтроллеров предназначен бестрансформаторный источник питания, микроконтроллеры обычно работают при напряжении 5.

Принципиальная схема БП

Принципиальная схема безтрансформаторного блока питания:

Полная принципиальная электрическая схема бестрансферного источника питания приведена ниже:

Схема бестрансформаторного источника питания

Если после прочтения этой статьи у вас возникнут какие-либо проблемы, и что-то неясно по указанной выше схеме, вы можете спросить, комментируя этот пост.Поделитесь этим сообщением с другими, нажав под кнопками социальных сетей. Спасибо 🙂

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 выше 30 В. Для получения низкого постоянного напряжения от 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 обеспечивать почти чистое питание постоянного тока от сети переменного тока.

Схема подключения

Строительство и работа

Бестрансформаторный источник питания, рассчитанный на выходное напряжение 6 В постоянного тока, эта схема принимает входной переменный ток от 200 до 300 В, конденсатор С1 с номиналом X (474 ​​к / 400 В) последовательно подключается к фазной линии переменного тока через предохранитель, а резистор R2 подключается 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.

предупреждение

«Эта цепь задействована в работе высокого напряжения, которое может вызвать смертельный шок, 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

Конденсатор

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.

предупреждение

«Эта цепь задействована в работе высокого напряжения, которое может вызвать смертельный шок, обращайтесь с особой осторожностью»

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.

Конденсатор номиналом X

В конденсаторных источниках питания мы используем конденсатор падения напряжения последовательно с фазовой линией. Обычный конденсатор не следует использовать в этих приложениях, потому что скачки напряжения в сети могут образовывать дыры в диэлектрике обычных конденсаторов, и конденсатор не будет 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.

Принципиальная схема

Блок питания без емкостного трансформатора — принципиальная схема

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, во избежание 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.

Конденсатор	Напряжение	Текущий
104 К	4	8 мА
334 К	10	22 мА
474K	12	25 мА
684K	18 В	100 мА
105 К	24 В	40 мА
225 К	24 В	100 мА

Преимущества

• Значительно меньше по размеру и весу, чем трансформаторные блоки питания.
• Меньшая стоимость по сравнению с блоками 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.

Блок питания без резистивного трансформатора

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.

Принципиальная схема

Схема цепи питания без резистивного трансформатора

Следует проявлять осторожность при выборе резистора для снижения напряжения, поскольку избыточная мощность рассеивается через него.