Πώς να υπολογίσετε τροφοδοτικά χωρίς μετασχηματιστή

Αυτή η ανάρτηση εξηγεί πώς να υπολογίσετε τις τιμές αντίστασης και πυκνωτή σε κυκλώματα τροφοδοσίας χωρίς μετασχηματιστή χρησιμοποιώντας απλούς τύπους όπως ο νόμος ohms.

Ανάλυση ενός ενεργού τροφοδοτικού

Πριν μάθουμε τον τύπο υπολογισμού και βελτιστοποίησης των τιμών αντίστασης και πυκνωτή σε τροφοδοσία χωρίς μετασχηματιστή, θα ήταν σημαντικό να συνοψίσουμε πρώτα ένα πρότυπο Σχεδιασμός τροφοδοσίας χωρίς μετασχηματιστή .

Αναφερόμενοι στο διάγραμμα, τα διάφορα στοιχεία που εμπλέκονται ανατίθενται με τις ακόλουθες συγκεκριμένες λειτουργίες:

Ο C1 είναι ο μη πολικός πυκνωτής υψηλής τάσης που εισάγεται για την πτώση του θανατηφόρου ρεύματος στα επιθυμητά όρια σύμφωνα με τις προδιαγραφές φορτίου. Αυτό το στοιχείο καθίσταται λοιπόν εξαιρετικά κρίσιμο λόγω της καθορισμένης λειτουργίας περιορισμού ρεύματος δικτύου.

Τα D1 έως D4 έχουν διαμορφωθεί ως δίκτυο ανορθωτή γεφυρών για τη διόρθωση του κατεβασμένου AC από το C1, προκειμένου να καταστεί η έξοδος κατάλληλη για οποιοδήποτε προβλεπόμενο φορτίο DC.

Το Z1 είναι τοποθετημένο για σταθεροποίηση της εξόδου στα απαιτούμενα όρια ασφαλούς τάσης.

Το C2 είναι εγκατεστημένο στο φιλτράρετε τυχόν κυματισμούς στο DC και να δημιουργήσετε ένα τέλεια καθαρό DC για το συνδεδεμένο φορτίο.

Το R2 μπορεί να είναι προαιρετικό, αλλά συνιστάται για την αντιμετώπιση της τάσης ενεργοποίησης από το δίκτυο, αν και κατά προτίμηση αυτό το εξάρτημα πρέπει να αντικατασταθεί με θερμίστορ NTC.

Χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm

Όλοι γνωρίζουμε πώς λειτουργεί ο νόμος του Ohm και πώς να τον χρησιμοποιήσουμε για την εύρεση της άγνωστης παραμέτρου όταν είναι γνωστές οι άλλες δύο. Ωστόσο, με έναν χωρητικό τύπο τροφοδοσίας με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και με LED συνδεδεμένα σε αυτό, ο υπολογισμός ρεύματος, πτώσης τάσης και αντίστασης LED γίνεται λίγο συγκεχυμένος.

Πώς να υπολογίσετε και να μειώσετε τις παραμέτρους ρεύματος και τάσης στα τροφοδοτικά χωρίς μετασχηματιστή.

Μετά από προσεκτική μελέτη των σχετικών προτύπων, επινόησα έναν απλό και αποτελεσματικό τρόπο επίλυσης των παραπάνω ζητημάτων, ειδικά όταν η τροφοδοσία που χρησιμοποιείται είναι χωρίς μετασχηματιστή ή ενσωματώνει πυκνωτές PPC ή αντίδραση για τον έλεγχο του ρεύματος.

Αξιολόγηση ρεύματος σε χωρητικά τροφοδοτικά

Συνήθως, α τροφοδοσία χωρίς μετασχηματιστή θα παράγει έξοδο με πολύ χαμηλές τιμές ρεύματος αλλά με τάσεις ίσες με το εφαρμοζόμενο δίκτυο AC (μέχρι να φορτωθεί).

Για παράδειγμα, ένα τροφοδοτικό 1 μF, 400 V (τάση διακοπής) όταν συνδέεται σε παροχή ρεύματος 220 V x 1,4 = 308V (μετά τη γέφυρα) θα παράγει μέγιστο ρεύμα 70 mA και αρχική ένταση τάσης 308 Volts.

Ωστόσο, αυτή η τάση θα δείξει μια πολύ γραμμική πτώση καθώς η έξοδος φορτώνεται και το ρεύμα αντλείται από τη δεξαμενή '70 mA'.

Γνωρίζουμε ότι εάν το φορτίο καταναλώνει ολόκληρα τα 70 mA θα σήμαινε πτώση της τάσης σχεδόν στο μηδέν.

Τώρα, επειδή αυτή η πτώση είναι γραμμική, μπορούμε απλά να διαιρέσουμε την αρχική τάση εξόδου με το μέγιστο ρεύμα για να βρούμε τις πτώσεις τάσης που θα συνέβαιναν για διαφορετικά μεγέθη ρεύματος φορτίου.

Επομένως, διαιρώντας 308 βολτ με 70 mA δίνει 4.4V. Αυτός είναι ο ρυθμός με τον οποίο η τάση θα πέφτει για κάθε 1 mA ρεύματος που προστίθεται με το φορτίο.

Αυτό σημαίνει ότι εάν το φορτίο καταναλώνει 20 mA ρεύματος, η πτώση της τάσης θα είναι 20 × 4,4 = 88 βολτ, οπότε η έξοδος τώρα θα δείξει τάση 308 - 62,8 = 220 βολτ DC (μετά τη γέφυρα).

Για παράδειγμα με ένα LED 1 watt συνδεδεμένο απευθείας σε αυτό το κύκλωμα χωρίς αντίσταση θα έδειχνε τάση ίση με την πτώση τάσης προς τα εμπρός του LED (3.3V), αυτό συμβαίνει επειδή το LED βυθίζει σχεδόν όλο το ρεύμα που διατίθεται από τον πυκνωτή. Ωστόσο, η τάση στο LED δεν μειώνεται στο μηδέν, επειδή η τάση προς τα εμπρός είναι η μέγιστη καθορισμένη τάση που μπορεί να πέσει πέρα ​​από αυτήν.

Από την παραπάνω συζήτηση και ανάλυση, γίνεται σαφές ότι η τάση σε οποιαδήποτε μονάδα τροφοδοσίας είναι άυλη εάν η τρέχουσα ικανότητα παράδοσης του τροφοδοτικού είναι «σχετικά» χαμηλή.

Για παράδειγμα, αν λάβουμε υπόψη ένα LED, μπορεί να αντέξει ρεύμα 30 έως 40 mA σε τάσεις κοντά στην «πτώση τάσης προς τα εμπρός», ωστόσο σε υψηλότερες τάσεις αυτό το ρεύμα μπορεί να γίνει επικίνδυνο για το LED, οπότε έχει να διατηρηθεί το μέγιστο ρεύμα ίσο με το μέγιστο ανεκτό όριο φορτίου.

Υπολογισμός τιμών αντιστάσεων

Αντίσταση για το φορτίο : Όταν χρησιμοποιείται ένα LED ως φορτίο, συνιστάται να επιλέξετε έναν πυκνωτή του οποίου η τιμή αντίδρασης επιτρέπει μόνο το μέγιστο ανεκτό ρεύμα στο LED, οπότε μπορεί να αποφευχθεί εντελώς μια αντίσταση.

Εάν το τιμή πυκνωτή είναι μεγάλη με υψηλότερες εξόδους ρεύματος, τότε πιθανώς όπως αναφέρθηκε παραπάνω μπορούμε να ενσωματώσουμε μια αντίσταση για να μειώσουμε το ρεύμα σε ανεκτά όρια.

Υπολογισμός αντίστασης ορίου κύματος : Η αντίσταση R2 στις παραπάνω μορφές διαγράμματος περιλαμβάνεται ως η αντίσταση περιορισμού κύματος ενεργοποίησης. Προστατεύει βασικά το ευάλωτο φορτίο από το αρχικό ρεύμα κύματος.

Κατά τη διάρκεια των αρχικών περιόδων ενεργοποίησης, ο πυκνωτής C1 ενεργεί σαν ένα πλήρες βραχυκύκλωμα, αν και μόνο για μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου, και μπορεί να επιτρέψει ολόκληρη την 220V σε όλη την έξοδο.

Αυτό μπορεί να είναι αρκετό για να χτυπήσει τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά κυκλώματα ή τα LED που συνδέονται με την παροχή, το οποίο περιλαμβάνει επίσης τη δίοδο σταθεροποίησης zener.

Δεδομένου ότι η δίοδος zener σχηματίζει την πρώτη ηλεκτρονική συσκευή στη σειρά που πρέπει να προστατευτεί από την αρχική αύξηση, το R2 μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές της διόδου zener και το μέγιστο ρεύμα zener ή διασκεδασμό zener.

Το μέγιστο ανεκτό ρεύμα από το zener για το παράδειγμά μας θα είναι 1 watt / 12 V = 0,083 amp.

Επομένως το R2 πρέπει να είναι = 12 / 0,083 = 144 Ohms

Ωστόσο, δεδομένου ότι το ρεύμα κύματος είναι μόνο για χιλιοστά του δευτερολέπτου, αυτή η τιμή θα μπορούσε να είναι πολύ χαμηλότερη από αυτήν.

Εδώ. δεν εξετάζουμε την είσοδο 310V για τον υπολογισμό του zener, καθώς το ρεύμα περιορίζεται στα 70 mA από το C1.

Δεδομένου ότι το R2 μπορεί να περιορίσει άσκοπα πολύτιμο ρεύμα για το φορτίο κατά τις κανονικές λειτουργίες, πρέπει ιδανικά να NTC τύπος αντίστασης. Ένας NTC θα διασφαλίσει ότι το ρεύμα περιορίζεται μόνο κατά την αρχική περίοδο ενεργοποίησης και, στη συνέχεια, το πλήρες 70 mA επιτρέπεται να περάσει χωρίς περιορισμούς για το φορτίο.

Υπολογισμός της αντίστασης απαλλαγής : Η αντίσταση R1 χρησιμοποιείται για την εκφόρτιση του αποθηκευμένου φορτίου υψηλής τάσης μέσα στο C1, κάθε φορά που το κύκλωμα αποσυνδέεται από το δίκτυο.

Η τιμή R1 πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη για γρήγορη εκφόρτιση του C1, αλλά να διαλύεται η ελάχιστη θερμότητα ενώ συνδέεται με το δίκτυο AC.

Επειδή το R1 μπορεί να είναι αντίσταση 1/4 watt, ο διασκορπισμός του πρέπει να είναι μικρότερος από 0,25 / 310 = 0,0008 αμπέρ ή 0,8 mA.

Επομένως R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohms ή 390 k περίπου.

Υπολογισμός αντίστασης LED 20 mA

Παράδειγμα: Στο απεικονιζόμενο διάγραμμα, η τιμή του πυκνωτή παράγει 70 mA μέγ. ρεύμα που είναι αρκετά υψηλό για να αντέχει κάθε LED Χρησιμοποιώντας τον τυπικό τύπο LED / αντίστασης:

R = (τάση τροφοδοσίας VS - LED προς τα εμπρός τάση VF) / LED ρεύμα IL,
= (220 - 3.3) /0.02 = 10.83K,

Ωστόσο, η τιμή 10,83K φαίνεται πολύ μεγάλη και θα μειώσει σημαντικά τον φωτισμό στο LED .... ωστόσο, οι υπολογισμοί φαίνονται απολύτως νόμιμοι .... άρα χάνουμε κάτι εδώ ;;

Νομίζω ότι εδώ η τάση «220» μπορεί να μην είναι σωστή, γιατί τελικά το LED θα απαιτούσε μόλις 3.3V .... οπότε γιατί να μην εφαρμόσουμε αυτήν την τιμή στον παραπάνω τύπο και να ελέγξουμε τα αποτελέσματα; Σε περίπτωση που έχετε χρησιμοποιήσει μια δίοδο zener, τότε θα μπορούσε να εφαρμοστεί εδώ η τιμή zener.

Εντάξει, εδώ πάμε ξανά.

R = 3,3 / 0,02 = 165 ohms

Τώρα αυτό φαίνεται πολύ καλύτερο.

Σε περίπτωση που χρησιμοποιήσατε, ας πούμε μια δίοδο zener 12V πριν από το LED, ο τύπος θα μπορούσε να υπολογιστεί όπως δίνεται παρακάτω:

R = (τάση τροφοδοσίας VS - LED τάσης προς τα εμπρός VF) / ρεύμα LED IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 Ωμ,

Επομένως, η τιμή της αντίστασης για τον έλεγχο μιας κόκκινο LED με ασφάλεια θα ήταν περίπου 400 ohm.

Εύρεση τρέχοντος πυκνωτή

Σε ολόκληρη τη σχεδίαση χωρίς μετασχηματιστή που συζητήθηκε παραπάνω, το C1 είναι το ένα κρίσιμο στοιχείο που πρέπει να έχει τη σωστή διάσταση έτσι ώστε η τρέχουσα έξοδος από αυτήν να βελτιστοποιείται βέλτιστα σύμφωνα με τις προδιαγραφές φορτίου.

Η επιλογή ενός πυκνωτή υψηλής τιμής για ένα σχετικά μικρότερο φορτίο μπορεί να αυξήσει τον κίνδυνο υπερβολικής εισόδου του ρεύματος στο φορτίο και να το καταστρέψει νωρίτερα.

Ένας σωστά υπολογισμένος πυκνωτής, αντίθετα, εξασφαλίζει ελεγχόμενη εισροή κύματος και ονομαστικό διασκεδασμό διατηρώντας επαρκή ασφάλεια για το συνδεδεμένο φορτίο.

Χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm

Το μέγεθος του ρεύματος που μπορεί να είναι βέλτιστα αποδεκτό μέσω τροφοδοσίας χωρίς μετασχηματιστή για ένα συγκεκριμένο φορτίο μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm:

I = V / R

όπου I = ρεύμα, V = Τάση, R = Αντίσταση

Ωστόσο, όπως μπορούμε να δούμε, στον παραπάνω τύπο R είναι μια παράξενη παράμετρος δεδομένου ότι έχουμε να κάνουμε με έναν πυκνωτή ως το τρέχον περιοριστικό μέλος.

Για να το σπάσουμε αυτό πρέπει να αντλήσουμε μια μέθοδο που θα μεταφράσει την τρέχουσα περιοριστική τιμή του πυκνωτή σε όρους Ohms ή μονάδας αντίστασης, έτσι ώστε να μπορέσει να λυθεί ο νόμος του Ohm.

Υπολογισμός αντίδρασης πυκνωτή

Για να γίνει αυτό, πρώτα ανακαλύπτουμε την αντίδραση του πυκνωτή που μπορεί να θεωρηθεί ως ισοδύναμο αντίστασης μιας αντίστασης.

Ο τύπος αντίδρασης είναι:

Xc = 1/2 (pi) fC

όπου Xc = αντιδραστικότητα,

pi = 22/7

f = συχνότητα

C = τιμή πυκνωτή σε Farads

Το αποτέλεσμα που προκύπτει από τον παραπάνω τύπο είναι στο Ohms, το οποίο μπορεί να αντικατασταθεί άμεσα στον προαναφερθέντα νόμο του Ohm.

Ας λύσουμε ένα παράδειγμα για την κατανόηση της εφαρμογής των παραπάνω τύπων:

Ας δούμε πόσο ρεύμα μπορεί να προσφέρει ένας πυκνωτής 1uF σε ένα συγκεκριμένο φορτίο:

Έχουμε τα ακόλουθα δεδομένα στο χέρι μας:

pi = 22/7 = 3.14

f = 50 Hz (συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος)

και C = 1uF ή 0,000001F

Η επίλυση της εξίσωσης αντίδρασης χρησιμοποιώντας τα παραπάνω δεδομένα δίνει:

Xc = 1 / (2 x 3,14 x 50 x 0,000001)

= 3184 ohms περίπου

Αντικαθιστώντας αυτήν την ισοδύναμη τιμή αντίστασης στον τύπο νόμου του Ohm, έχουμε:

R = V / Ι

ή I = V / R

Υποθέτοντας V = 220V (δεδομένου ότι ο πυκνωτής προορίζεται να λειτουργήσει με την τάση δικτύου.)

Παίρνουμε:

I = 220/3184

= 0,069 ενισχυτές ή περίπου 69 mA

Παρομοίως, άλλοι πυκνωτές μπορούν να υπολογιστούν για να γνωρίζουν τη μέγιστη τρέχουσα ικανότητα παράδοσης ή βαθμολογία τους.

Η παραπάνω συζήτηση εξηγεί διεξοδικά πώς μπορεί να υπολογιστεί ένα ρεύμα πυκνωτή σε οποιοδήποτε σχετικό κύκλωμα, ιδιαίτερα σε τροφοδοτικά χωρίς χωρητικότητα μετασχηματιστή.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Ο παραπάνω σχεδιασμός δεν είναι απομονωμένος από τις κύριες εισόδους, οπότε ολόκληρη η μονάδα πρέπει να επιπλέει με κύριες εισόδους εισαγωγής, να είστε προσεκτικά προσεκτικοί όταν χειρίζεστε σε θέση.