Kako izračunati napajanja bez transformatora

Ovaj post objašnjava kako izračunati vrijednosti otpornika i kondenzatora u strujnim krugovima bez transformatora pomoću jednostavnih formula poput zakona oma.

Analiza kapaktivnog napajanja

Prije nego što naučimo formulu za izračunavanje i optimizaciju vrijednosti otpornika i kondenzatora u napajanju bez transformatora, bilo bi važno prvo sažeti standard dizajn napajanja bez transformatora .

Pozivajući se na dijagram, raznim uključenim komponentama dodijeljene su sljedeće specifične funkcije:

C1 je nopolarni visokonaponski kondenzator koji je uveden za spuštanje smrtonosne mrežne struje na željene granice prema specifikaciji opterećenja. Ova komponenta tako postaje izuzetno bitna zbog dodijeljene funkcije ograničavanja mrežne struje.

D1 do D4 su konfigurirani kao mreža ispravljača mostova za ispravljanje odstupljenog izmjeničnog napona od C1, kako bi izlaz bio prikladan za bilo koje namjeravano istosmjerno opterećenje.

Z1 je postavljen za stabilizaciju izlaza do potrebnih sigurnih granica napona.

C2 je instaliran na filtrirati bilo koje mreškanje u DC i stvoriti savršeno čisti DC za priključeno opterećenje.

R2 može biti neobavezan, ali se preporučuje za uklanjanje prenapona na prekidaču iz mreže, iako je poželjno da se ova komponenta mora zamijeniti NTC termistorom.

Koristeći Ohmov zakon

Svi znamo kako funkcionira Ohmov zakon i kako ga koristiti za pronalaženje nepoznatog parametra kad su poznata druga dva. Međutim, s kapacitivnim tipom napajanja koji ima posebne značajke i s LED diodama koje su na njega povezane, izračunavanje struje, pada napona i LED otpora postaje pomalo zbunjujuće.

Kako izračunati i odvesti parametre struje, napona u napajanjima bez transformatora.

Nakon pažljivog proučavanja relevantnih obrazaca, osmislio sam jednostavan i učinkovit način rješavanja gornjih problema, posebno kada se koristi napajanje bez transformatora ili uključuje PPC kondenzatore ili reaktansu za kontrolu struje.

Procjena struje u kapacitivnim napajanjima

Tipično, a napajanje bez transformatora proizvest će izlaz s vrlo niskim vrijednostima struje, ali s naponima jednakim primijenjenoj izmjeničnoj mreži (dok se ne napuni).

Na primjer, mrežno napajanje od 1 µF, 400 V (napona proboja) kad je priključeno na 220 V x 1,4 = 308 V (nakon mosta) proizvest će najviše 70 mA struje i početno očitanje napona od 308 volti.

Međutim, ovaj napon pokazat će vrlo linearni pad dok se izlaz opterećuje i struja crpi iz rezervoara '70 mA'.

Znamo da bi, ako opterećenje troši cijelih 70 mA, značilo da napon pada na gotovo nulu.

Sada, budući da je ovaj pad linearni, možemo jednostavno podijeliti početni izlazni napon s maksimalnom strujom kako bismo pronašli padove napona koji bi se dogodili za različite veličine struja opterećenja.

Stoga dijeljenje 308 volti sa 70 mA daje 4,4 V. To je brzina kojom će napon pasti za svakih 1 mA struje dodane s opterećenjem.

To znači da ako opterećenje troši 20 mA struje, pad napona bit će 20 × 4,4 = 88 volti, pa će izlaz sada pokazivati ​​napon od 308 - 62,8 = 220 volti istosmjerne struje (nakon mosta).

Na primjer s a LED od 1 W spojen izravno na ovaj krug bez otpornika, pokazivat će napon jednak naprijed smanjenom naponu LED-a (3,3 V), to je zato što LED tone gotovo svu struju dostupnu iz kondenzatora. Međutim, napon na LED-u ne pada na nulu, jer je prednji napon maksimalno zadani napon koji može pasti preko njega.

Iz gornje rasprave i analize postaje jasno da je napon u bilo kojoj jedinici napajanja beznačajan ako je trenutna sposobnost isporuke napajanja 'relativno' niska.

Na primjer, ako uzmemo u obzir LED diodu, ona može izdržati struju od 30 do 40 mA na naponima blizu svog 'pada napona naprijed', međutim pri višim naponima ova struja može postati opasna za LED, tako da je sve u tome da maksimalna struja ostane jednaka najveća sigurno podnošljiva granica tereta.

Izračunavanje vrijednosti otpornika

Otpornik za opterećenje : Kada se kao opterećenje koristi LED, preporučuje se odabrati kondenzator čija vrijednost reaktancije dopušta samo najveću podnošljivu struju LED-a, u kojem slučaju se otpornik može potpuno izbjeći.

Ako je vrijednost kondenzatora je velika s većim strujnim izlazima, tada vjerojatno, kao što je gore spomenuto, možemo ugraditi otpornik da smanjimo struju na dopuštene granice.

Izračunavanje otpornika na prenaponski val : Otpornik R2 u gornjim oblicima dijagrama uključen je kao otpornik ograničenja prenaponske sklopke. U osnovi štiti osjetljivo opterećenje od početne udarne struje.

Tijekom početnih razdoblja UKLJ., Kondenzator C1 djeluje poput potpunog kratkog spoja, iako samo nekoliko milisekundi, i može dopustiti cijelih 220 V na izlazu.

To može biti dovoljno za puhanje osjetljivih elektroničkih sklopova ili LED-a povezanih s napajanjem, što također uključuje stabilizatorsku zener-diodu.

Budući da zener dioda tvori prvi elektronički uređaj u nizu koji treba zaštititi od početnog prenapona, R2 se može izračunati prema specifikacijama zener diode, a maksimum struja zenera , ili disipacija zenera.

Maksimalna tolerantna struja zenera za naš primjer bit će 1 vata / 12 V = 0,083 ampera.

Stoga bi R2 trebao biti = 12 / 0,083 = 144 ohma

Međutim, budući da je prenaponska struja samo milisekunde, ta bi vrijednost mogla biti puno niža od ove.

Ovdje. ne uzimamo u obzir ulaz od 310 V za izračun zenera, jer je C1 struja ograničena na 70 mA.

Budući da R2 može nepotrebno ograničiti dragocjenu struju za opterećenje tijekom normalnog rada, u idealnom slučaju mora biti NTC vrsta otpornika. NTC će osigurati da je struja ograničena samo tijekom početnog razdoblja UKLJ. Uključivanja, a tada punih 70 mA smije proći neograničeno za opterećenje.

Izračunavanje otpornika za pražnjenje : Otpornik R1 koristi se za pražnjenje pohranjenog visokonaponskog naboja unutar C1, kad god se krug isključi iz mreže.

Vrijednost R1 trebala bi biti što je niža moguća za brzo pražnjenje C1, a pritom odvaja minimalnu toplinu dok je spojena na električnu mrežu AC.

Budući da R1 može biti otpor 1/4 vata, njegova disipacija mora biti niža od 0,25 / 310 = 0,0008 ampera ili 0,8 mA.

Prema tome R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohma ili približno 390 k.

Izračun otpornika LED od 20 mA

Primjer: Na prikazanom dijagramu vrijednost kondenzatora daje 70 mA maks. struja koja je prilično velika da bi je bilo koja LED mogla podnijeti. Korištenje standardne formule LED / otpor:

R = (napon napajanja VS - prednji napon LED VF) / LED struja IL,
= (220 - 3,3) / 0,02 = 10,83K,

Međutim, vrijednost 10,83K izgleda prilično ogromno i značajno bi smanjila osvjetljenje LED-a .... svejedno izračuni izgledaju apsolutno opravdano .... pa nedostaje li nam ovdje nešto ??

Mislim da ovdje napon '220' možda nije ispravan jer bi u konačnici LED trebao samo 3.3V .... pa zašto ne primijeniti ovu vrijednost u gornjoj formuli i provjeriti rezultate? U slučaju da ste koristili zener diodu, tada bi se umjesto toga ovdje mogla primijeniti zener vrijednost.

Ok, idemo opet.

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

Sad ovo izgleda puno bolje.

U slučaju da ste koristili, recimo 12V cener diodu prije LED-a, formula bi se mogla izračunati kako je dano u nastavku:

R = (napon napajanja VS - prednji napon LED VF) / LED struja IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 ohma,

Stoga vrijednost otpora za upravljanje jednim crvena LED sigurno bi bilo oko 400 ohma.

Pronalaženje struje kondenzatora

U cjelokupnom dizajnu bez transformatora koji je gore razmatran, C1 je jedna presudna komponenta koja mora biti pravilno dimenzionirana tako da trenutni izlaz iz njega bude optimiziran optimalno prema specifikaciji opterećenja.

Odabir kondenzatora velike vrijednosti za relativno manje opterećenje može povećati rizik od prekomjerne prenaponske struje koja ulazi u teret i prije ga oštećuje.

Ispravno izračunati kondenzator, naprotiv, osigurava kontrolirani prenaponski udar i nominalno rasipanje, održavajući odgovarajuću sigurnost za priključeno opterećenje.

Koristeći Ohmov zakon

Jačina struje koja može biti optimalno dopuštena kroz napajanje bez transformatora za određeno opterećenje može se izračunati pomoću Ohmovog zakona:

I = V / R

gdje je I = struja, V = napon, R = otpor

Međutim, kao što vidimo, u gornjoj formuli R je čudan parametar, jer imamo posla s kondenzatorom kao trenutnim graničnim elementom.

Da bismo to riješili, moramo izvesti metodu koja će prevesti trenutnu graničnu vrijednost kondenzatora u smislu Ohma ili jedinice otpora, kako bi se mogla riješiti formula Ohmovog zakona.

Izračunavanje reaktanta kondenzatora

Da bismo to učinili, prvo saznajemo reaktanciju kondenzatora koja se može smatrati ekvivalentom otpora otpornika.

Formula reaktancije je:

Xc = 1/2 (pi) fC

gdje je Xc = reaktancija,

pi = 22/7

f = frekvencija

C = vrijednost kondenzatora u Faradsu

Rezultat dobiven iz gornje formule nalazi se u Ohmima koji se mogu izravno zamijeniti u našem prethodno spomenutom Ohmovu zakonu.

Riješimo primjer za razumijevanje provedbe gornjih formula:

Pogledajmo koliko struje kondenzator od 1uF može isporučiti određenom opterećenju:

U ruci imamo sljedeće podatke:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (mrežna frekvencija mreže)

i C = 1uF ili 0,000001F

Rješavanje jednadžbe reaktancije pomoću gornjih podataka daje:

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

= Približno 3184 ohma

Zamjenom ove ekvivalentne vrijednosti otpora u našoj Ohmovoj zakonskoj formuli dobivamo:

R = V / I

ili I = V / R

Pod pretpostavkom da je V = 220V (budući da je kondenzator namijenjen radu s mrežnim naponom.)

Dobivamo:

I = 220/3184

= 0,069 ampera ili približno 69 mA

Slično se mogu izračunati i drugi kondenzatori da bi se znalo njihov maksimalni kapacitet ili nazivna snaga.

Gornja rasprava sveobuhvatno objašnjava kako se struja kondenzatora može izračunati u bilo kojem relevantnom krugu, posebno u kapacitivnim napajanjima bez transformatora.

UPOZORENJE: GORNJI DIZAJN NIJE IZOLIRAN OD GLAVNIH ULAZA, ZATO DA CIJELA JEDINICA MOŽE LETATI LETALNIM ULAZNIM MREŽAMA, BUDITE Izuzetno oprezni pri rukovanju u položaju preklopljenom.