Kako izračunati napajalnike brez transformatorja

Ta objava pojasnjuje, kako izračunati vrednosti uporov in kondenzatorjev v napajalnih tokokrogih brez transformatorja z uporabo preprostih formul, kot je zakon ohmov.

Analiza zmogljivega napajalnika

Preden se naučimo formule za izračun in optimizacijo vrednosti upora in kondenzatorja v napajalniku brez transformatorja, bi bilo pomembno najprej povzeti standard brez transformatorja .

Glede na diagram so različnim vključenim komponentam dodeljene naslednje posebne funkcije:

C1 je nepolarni visokonapetostni kondenzator, ki je uveden za spuščanje smrtonosnega omrežnega toka na želene meje glede na specifikacijo obremenitve. Ta komponenta tako postane izjemno ključna zaradi dodeljene funkcije omejevanja omrežnega toka.

D1 do D4 so konfigurirani kot mostno usmerniško omrežje za odpravo stopnjevanega AC iz C1, da je izhod primeren za katero koli predvideno enosmerno obremenitev.

Z1 je nameščen za stabilizacijo izhoda na zahtevane varne meje napetosti.

C2 je nameščen v filtrirajte morebitno valovanje v enosmernem toku in ustvariti popolnoma čist enosmerni tok za priključeno obremenitev.

R2 je morda neobvezen, vendar je priporočljiv za odpravljanje prenapetosti stikala ON iz omrežja, čeprav je po možnosti to komponento treba zamenjati s NTC termistorjem.

Uporaba Ohmovega zakona

Vsi vemo, kako deluje Ohmov zakon in kako ga uporabiti za iskanje neznanega parametra, ko sta znana druga dva. Vendar pa s kapacitivnim tipom napajalnika s posebnimi lastnostmi in z LED-diodami, povezanimi z njim, izračun toka, padca napetosti in upora LED postane nekoliko zmeden.

Kako izračunati in odšteti parametre toka, napetosti v napajalnikih brez transformatorja.

Po natančnem preučevanju ustreznih vzorcev sem zasnoval preprost in učinkovit način reševanja zgornjih vprašanj, zlasti kadar je uporabljeno napajanje brez transformatorja ali vključuje PPC kondenzatorje ali reaktanco za nadzor toka.

Ocenjevanje toka v kapacitivnih napajalnikih

Običajno a brez transformatorja bo ustvaril izhod z zelo nizkimi vrednostmi toka, vendar z napetostmi, ki so enake uporabljenemu omrežju AC (dokler se ne naloži).

Na primer, 1 µF, 400 V (napetost okvare), ko je priključen na omrežje 220 V x 1,4 = 308 V (po mostu), bo proizvedel največ 70 mA toka in začetni odčitek napetosti 308 voltov.

Vendar pa bo ta napetost pokazala zelo linearni padec, ko se izhod obremeni in se tok črpa iz rezervoarja '70 mA'.

Vemo, da če bi obremenitev porabila celotnih 70 mA, bi napetost padla na skoraj nič.

Ker je ta padec linearen, lahko začetno izhodno napetost preprosto razdelimo na največji tok, da ugotovimo padce napetosti, ki bi se pojavili pri različnih velikostih tokov obremenitve.

Če torej delimo 308 voltov na 70 mA, dobimo 4,4 V. To je hitrost, pri kateri bo napetost padla za vsakih 1 mA toka, dodanega z obremenitvijo.

To pomeni, da če obremenitev porabi 20 mA toka, bo padec napetosti 20 × 4,4 = 88 voltov, zato bo izhod prikazal napetost 308 - 62,8 = 220 voltov enosmernega toka (po mostu).

Na primer z a 1 W LED priključen neposredno na to vezje brez upora bi pokazal napetost, ki je enaka padcu napetosti LED (3,3 V), to je zato, ker LED tone skoraj ves tok, ki je na voljo iz kondenzatorja. Vendar napetost na LED ne pade na nič, ker je naprej napetost največja določena napetost, ki lahko pade čez njo.

Iz zgornje razprave in analize je razvidno, da je napetost v kateri koli napajalni enoti nepomembna, če je trenutna zmogljivost oskrbe z električno energijo 'razmeroma' nizka.

Na primer, če upoštevamo LED, lahko prenese tok od 30 do 40 mA pri napetostih blizu svojega 'padca napetosti naprej', pri višjih napetostih pa lahko ta tok postane nevaren za LED, zato gre za ohranjanje največjega toka enakega največja varna dopustna meja obremenitve.

Izračun vrednosti uporov

Upor za obremenitev : Kadar se kot obremenitev uporablja LED, je priporočljivo izbrati kondenzator, katerega reaktančna vrednost dopušča le največji dopustni tok LED, v tem primeru se uporu popolnoma izognemo.

Če je vrednost kondenzatorja je velika z višjimi tokovnimi izhodi, potem verjetno, kot smo že omenili, lahko vgradimo upor za zmanjšanje toka na sprejemljive meje.

Izračun prenapetostnega upora : Upor R2 v zgornjih oblikah diagrama je vključen kot vklopni upor omejevalnika prenapetosti. V bistvu ščiti ranljivo obremenitev pred začetnim prenapetostnim tokom.

Med začetnimi obdobji vklopa kondenzator C1 deluje kot popoln kratek stik, čeprav le nekaj milisekund, in lahko dovoli celotnih 220 V na izhodu.

To lahko zadostuje za vžig občutljivih elektronskih vezij ali LED, povezanih z napajalnikom, ki vključuje tudi stabilizirajočo cenerjevo diodo.

Ker zener dioda tvori prvo elektronsko napravo v vrsti, ki jo je treba zaščititi pred začetnim prenapetostnim pritiskom, lahko R2 izračunamo glede na specifikacije zener diode in največ tok Zenerja ali razpršitev cenerja.

Največji sprejemljivi tok zenerja za naš primer bo 1 vat / 12 V = 0,083 amperov.

Zato mora biti R2 = 12 / 0,083 = 144 ohmov

Ker pa je prenapetostni tok le milisekunde, je ta vrednost lahko precej nižja od te.

Tukaj. za izračun zenerja ne upoštevamo vhoda 310 V, saj je tok C1 omejen na 70 mA.

Ker lahko R2 med običajnim delovanjem po nepotrebnem omeji dragoceni tok za obremenitev, mora biti v idealnem primeru NTC vrsta upora. NTC bo poskrbel, da bo tok omejen samo med začetnim obdobjem vklopa, nato pa bo polnih 70 mA neomejeno prešlo za obremenitev.

Izračun razelektritvenega upora : Upor R1 se uporablja za praznjenje shranjenega visokonapetostnega naboja znotraj C1, kadar koli je tokokrog izključen iz omrežja.

Vrednost R1 bi morala biti čim manjša za hitro praznjenje C1, vendar odvaja najmanjšo toploto, medtem ko je priključena na omrežje AC.

Ker je R1 lahko upor 1/4 W, mora biti njegova disipacija nižja od 0,25 / 310 = 0,0008 amperov ali 0,8 mA.

Zato je R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohmov ali približno 390 k.

Izračun 20 mA LED upora

Primer: V prikazanem diagramu vrednost kondenzatorja ustvarja največ 70 mA. tok, ki je dokaj visok, da lahko zdrži katera LED. Uporaba standardne formule LED / upor:

R = (napajalna napetost VS - prednja napetost LED VF) / LED tok IL,
= (220 - 3,3) / 0,02 = 10,83K,

Vendar je vrednost 10,83K videti precej ogromna in bi znatno zmanjšala osvetlitev LED .... kljub temu so izračuni videti povsem legitimno .... torej kaj tu pogrešamo ??

Mislim, da napetost '220' tukaj morda ni pravilna, ker bi na koncu LED potreboval le 3,3 V .... zakaj ne bi uporabili te vrednosti v zgornji formuli in preverili rezultate? Če ste uporabili cenerjevo diodo, bi lahko namesto tega uporabili zenerjevo vrednost.

Ok, spet gremo.

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

Zdaj je to videti veliko bolje.

V primeru, da ste uporabili, recimo 12V cener diodo pred LED, bi lahko izračunali formulo, kot je navedeno spodaj:

R = (napajalna napetost VS - prednja napetost LED VF) / LED tok IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 ohmov,

Zato vrednost upora za nadzor enega rdeča LED varno bi bilo okoli 400 ohmov.

Iskanje kondenzatorskega toka

V celotni zgoraj obravnavani zasnovi brez transformatorja je C1 tista ključna komponenta, ki jo je treba pravilno dimenzionirati, tako da je trenutni izhod iz njega optimalno optimiziran v skladu s specifikacijami obremenitve.

Izbira kondenzatorja visoke vrednosti za sorazmerno manjšo obremenitev lahko poveča tveganje, da prekomerni prenapetostni tok vstopi v tovor in ga prej poškoduje.

Pravilno izračunan kondenzator, nasprotno, zagotavlja nadzorovan prenapetostni pretok in nominalno odvajanje, ki ohranja ustrezno varnost za priključeno obremenitev.

Uporaba Ohmovega zakona

Velikost toka, ki je lahko optimalno dovoljena z napajalnikom brez transformatorja za določeno obremenitev, se lahko izračuna z uporabo Ohmovega zakona:

I = V / R

kjer je I = tok, V = napetost, R = upor

Kakor pa lahko vidimo, je v zgornji formuli R čuden parameter, saj imamo za kondenzator trenutno omejevalni element.

Da bi to rešili, moramo izpeljati metodo, ki bo pretvorila trenutno mejno vrednost kondenzatorja v ohme ali uporno enoto, tako da bi lahko rešili formulo Ohmovega zakona.

Izračun reaktanca kondenzatorja

Da bi to naredili, najprej ugotovimo reaktanco kondenzatorja, ki jo lahko štejemo za uporovni ekvivalent upora.

Formula za reaktanco je:

Xc = 1/2 (pi) fC

kjer je Xc = reaktanca,

pi = 22/7

f = frekvenca

C = vrednost kondenzatorja v Faradsu

Rezultat iz zgornje formule je v ohmih, ki ga lahko neposredno nadomestimo v prej omenjenem ohmovem zakonu.

Rešimo primer za razumevanje izvajanja zgornjih formul:

Poglejmo, koliko toka 1uF kondenzator lahko odda določeni obremenitvi:

V roki imamo naslednje podatke:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (omrežna izmenična frekvenca)

in C = 1uF ali 0,000001F

Rešitev enačbe reaktanca z uporabo zgornjih podatkov daje:

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

= Približno 3184 ohmov

Če nadomestimo to enakovredno vrednost upora v naši Ohmovi zakonski formuli, dobimo:

R = V / I

ali I = V / R

Ob predpostavki, da je V = 220V (ker je kondenzator namenjen za delo z omrežno napetostjo.)

Dobimo:

I = 220/3184

= 0,069 amperov ali približno 69 mA

Podobno je mogoče izračunati tudi druge kondenzatorje, da se pozna njihova največja trenutna zmogljivost ali nazivna moč.

Zgornja razprava izčrpno pojasnjuje, kako je mogoče izračunati tok kondenzatorja v katerem koli ustreznem vezju, zlasti v kapacitivnih napajalnikih brez transformatorja.

OPOZORILO: ZGORNJA ZASNOVA NI IZOLIRANA IZ GLAVNIH VHODOV, DA BI LAHKO PLAČALA CELOTNA ENOTA Z LETALNIMI VHODNIMI MREŽI, BODITE IZJEMNO PREVIDNI PRI ROČANJU V STIKU.