БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП НА 5, 9, 12, 24 В

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

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

Емкостный бестрансформаторный источник питания

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

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

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

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

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

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

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

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

Безопасность бестрансформаторных БП

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

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

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

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

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

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

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

При постоянном сопротивлении нагрузки пульсации выходного напряжения зависят от емкости конденсатора С1.

Чем больше емкость конденсатора, тем меньше пульсации выходного напряжения. При использовании указанных выше конденсаторов уровень пульсаций, измеренный как размах напряжения сигнала, выглядит следующим образом:

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

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

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

Конденсатор улучшает ситуацию

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

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

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

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

Рекомендации по проектированию БП

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

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

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

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

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

   Форум по блокам питания

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…

Бестрансформаторные блоки питания: самостоятельная сборка схем

---

Компактные бестрансформаторные блоки питания часто используются для питания от электросети небольших маломощных устройств. В этой статье мы рассмотрим несколько аппаратных аспектов, а во второй части покажем, как смоделировать такую ​​схему.

Если ток, потребляемый нагрузкой, составляет порядка нескольких десятков миллиампер, можно легко преобразовать входное напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока без необходимости использования громоздких и дорогих трансформаторов.

Бестрансформаторные блоки питания не только имеют меньший вес и габариты, но и дешевле. В зависимости от типа схемы, бестрансформаторные блоки питания делятся на две категории: емкостные и резистивные.

Ниже мы разберем характеристики каждого типа этих схем. В статье также даются практические советы о том, как выбрать мощность соответствующих электронных компонентов для этой системы и какие меры следует предпринять для повышения безопасности эксплуатации такого блока питания.

Бестрансформаторный емкостный блок питания

Схема бестрансформаторного емкостного блока питания показана на рисунке 1. Значения, указанные для компонентов, относятся к конкретной схеме блока питания, а формулы, позволяющие рассчитать эти значения, приведены ниже. L и N указывают, соответственно, «фазу» и «ноль» сетевого напряжения переменного тока, в то время как VOUT — выходное напряжение, а I_OUT — выходной ток.

Пусковой ток (потенциально способный повредить компоненты) ограничивается резистором R₁ и реактивным сопротивлением C₁. Элемент D₁ является диодом Зенера, который обеспечивает стабилизированное опорное напряжение, в то время как D₂ представляет собой кремниевый диод с задачей выпрямления напряжения переменного тока.

Рисунок 1: Емкостный бестрансформаторный блок питания

Напряжение на нагрузке остается постоянным, пока выходной ток I_OUT меньше или равен входному току I_IN, значение которого можно рассчитать как:

Где V_Z — напряжение стабилитрона, V_RMS — это среднеквадратичное значение входного переменного напряжения, а f — его частота. Минимальное значение I_IN должно соответствовать потребной мощности нагрузки, а его максимальное значение должно использоваться для выбора правильной номинальной мощности для каждого компонента. Выходное напряжение V_OUT можно рассчитать как:

Где V_D — напряжение прямого смещения на D₂ (0,6–0,7v для обычного кремниевого диода). Что касается R₁, рекомендуется выбирать элемент, по крайней мере, с удвоенной мощностью сравнительно с теоретическим значением P_R1, определяемым по формуле:

Конденсатор C₁, который дает название этому типу схемы, следует выбирать с напряжением, по крайней мере, вдвое превышающим напряжение сети переменного тока (например, 250v в США). Диод D₁ должен иметь мощность, как минимум, в два раза превышающую теоретическое значение, определяемое следующей формулой:

То же самое относится к мощности диода D₂, где значение постоянного напряжения 0,7v теперь может использоваться вместо V_Z. Для C₂ обычно применяется электролитический конденсатор с напряжением в два раза выше V_Z.

Основные преимущества емкостной схемы, в сопоставлении с трансформаторным вариантом заключаются в меньших размерах, весе и стоимости. Сравнительно с конструкцией резистивного типа, представленным в следующем абзаце, эта схема позволяет получить более высокий уровень эффективности. К недостаткам можно отнести отсутствие изоляции от входного переменного напряжения и более высокую стоимость в отличии от резистивным прибором.

Бестрансформаторный резистивный блок питания

Схема типичного бестрансформаторного резистивного блока питания показана на рисунке 2. Опять же, выходное напряжение V_OUT остается постоянным, пока ток I_OUT меньше или равен входному току I_{IN, с той лишь разницей, что теперь ограничение пускового тока осуществляется только резистором R1. Выходное напряжение VOUT можно рассчитать по той же формуле, что и для емкостного блока питания, а входной ток IIN теперь можно получить, применив следующую формулу:}

Рисунок 2: Резистивный бестрансформаторный источник питания

Как и в предыдущем случае, компоненты должны быть выбраны со значением мощности, по крайней мере, вдвое превышающим теоретическое значение, которое можно рассчитать, применив закон Ома ( P=R×I2 для резистора R₁ и P=V×I для диодов D₁ и D₂ ). Электролитический конденсатор С₂ должен иметь такое же значение, как в емкостном случае.

Преимущество резистивного источника питания в том, что он имеет меньшие размеры и вес в отличии от трансформаторной версии и представляет собой самое дешевое устройство. Однако даже в этом случае нет изоляции от сети переменного тока и КПД ниже, чем у емкостного варианта схемы.

Как повысить безопасность

Обе предложенные схемы имеют большой предел: они лишены какой-либо изоляции и защиты от сетевого напряжения, что представляет собой серьезную проблему безопасности. Однако путем внесения некоторых небольших изменений можно настроить обе цепи для удовлетворения этого требования. Модификации, показанные на рисунке 3, включают в себя эти добавления:

• Предохранитель для защиты от перегрузки по току
• Варистор для защиты от переходных процессов
• Резистор R ₂ ( R₃ ) параллельно включенный с C₁ ( C₃ ) обеспечивают улучшения электромагнитной устойчивости.
• Разделение R₁ на два резистора R₁ и R₂ для лучшей защиты от переходных процессов напряжения и предотвращения возникновения электрической дуги (только для резистивной цепи).

Рисунок 3: Модификации для повышения безопасности

Принцип работы бестрансформаторного блока питания на гасящем конденсаторе

Не для кого не секрет, что источник вторичного электропитания является неотъемлемой частью любого прибора. В данной статье я постараюсь описать довольно распространенный тип источников питания — бестрансформаторные на гасящем конденсаторе.

Основными достоинствами его являются малые габариты, дешевизна и простота устройства, именно по этому его часто используют например, в терморегуляторах тёплого пола, блоках управления бытовыми холодильниками, блоках дистанционного управления люстрами, базы электрочайников с сенсорным управлением и подобных малогабаритных устройствах с сетевым питанием. Не смотря на все положительные качества есть и недостатки, пожалуй самый большой из которых это отсутствие гальванической развязки с питающей сетью и невысокий ток нагрузки.

Отсутствие гальванической развязки требует от мастера повышенного внимания при ремонте и наладке схемы!

Для начала рассмотрим типовую схему такого источника

Это самый стандартный вариант, встречающийся в 80% случаев, в остальных 20% могут присутствовать изменения которые не меняют принципа диагностики и ремонта.

Назначение элементов схемы:

-> Резистор(R1) является токоограничивающим, он ограничивает ток заряда конденсатора в момент включения в сеть т.к. разряженный конденсатор имеет низкое сопротивление, а следовательно потребляет значительный ток, так же в некоторых схемах он используется разрывной и одновременно служит плавким предохранителем

-> Конденсатор (С1) является основным элементом схемы. За счет своего реактивного сопротивления он гасит излишний ток. Напряжение же получается лишь тогда, когда появляется нагрузка, его величина подчиняется закону ома.
-> Резистор(R2) – разряжающий. Он служит для того чтобы разрядить конденсатор, иначе при отключении от сети вилка устройства будет биться током, во многих схемах не имеющих разъемных соединений, например в термостате теплого пола, датчиках движения его не ставят.

-> Диодный мост(Br1) служит для выпрямления тока, в целях экономии его часто заменяют на однополупериодный выпрямитель состоящий из одного диода.
-> Конденсатор(С2) необходим для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.
-> Стабилитрон(D1) стабилизирует напряжение. Т.к. конденсатор ограничивает ток, то напряжение в отсутствии нагрузки было бы равно сетевому, а так же при изменении тока нагрузки скакало в широких пределах, стабилитрон же является постоянной нагрузкой в цепи и не позволяет напряжению превышать определенный порог, равный его напряжению стабилизации

Самая частая неисправность с которой подобные устройства заходят на ремонт «Не включается, не светится» и подобные выражения, которые сообщает клиент мастеру.

При данных признаках в большинстве случаев происходит пробой стабилитрона, т.к. он «сдерживает» напряжение при изменении нагрузки или скачках напряжения в сети, а в отсутствии нагрузки вся выработанная мощность БП рассеивается на нем в виде тепла.

С такой проблемой был принят в ремонт термостат тёплого пола Electrolux

Подключаем к питанию, проводим замеры питающего напряжения. Удобнее и быстрее всего произвести замер в очевидных точках, если есть микросхемы, на питающих выводах, на сглаживающем конденсаторе, и т. д.

Когда выяснено, что проблема с питающими линиями, более детально осматриваем цепи питания и воспроизводим схему питания устройства

Данная схема очень типичная, кроме наличия 2 стабилитронов, включенных последовательно, Это необходимо для питания напряжением 12В цепей управления и 17В для запитки реле.(Реле в этом регуляторе используется на 24В, выбранное производителем пониженное напряжение 17В позволяет реле уверенно срабатывать и при этом иметь минимальный нагрев)

Диагностируется данная проблема просто: Находим стабилитрон и мультиметром в режиме прозвонки производим измерение на его выводах При исправном стабилитроне на экране прибора будет какое либо значение много больше нуля, при не исправном раздастся писк свидетельствующий о коротком замыкании.
Если при диагностике обнаружен перегоревший плавкий предохранитель, то в первую очередь проверяем сам гасящий конденсатор на пробой.

Далее удаляем стабилитрон и прозваниваем без него. Короткое скорее всего пропадёт.

Так же, чтобы убедиться проверяем стабилитрон.

А далее заменяем его на исправный, если есть следы свидетельствующие о перегреве (потемнение платы) то заменяем его на стабилитрон с большей мощностью рассеяния или заменяем на включенные параллельно с выравнивающими резисторами

Далее проверяем результат нашего ремонта
При включении в сеть загорелся светодиод «Нагрев» и отчетливо слышен щелчок реле.

Ну Вот уже хоть что-то, критика, но логичная и возможно, где-то есть истинные моменты, но главное что технически обоснованная информация, а не однострочный коммент из серии «все неправильно, я умею лучше»
С меня лайк, за аргументы, хоть с многими и не согласен — alexragulin 18 ноя

Александр(alexragulin) могу более конкретно: про отличие двухполупериодного(мост) от однополупериодного(диод) выпрямителя только в удвоении частоты заряда и коротком времени разряда электролита С2. Про MKP X2 на 275V это узко специальные конденсаторы для фильтров, где емкость не критична, а ставят в токозадающие цепи, где потери в 20-30% уже неисправность! Схем подобных полно, от холодильников до таймеров духовок… 90% поломок в этих кондерах. — user659 18 ноя

@user659

17 ноя

Скорее всего это зависит от качества конденсаторов, по моей статистике на 10 неисправностей, обычно 1-3 случая потери емкости, остальное в основном пробитые стабилитроны, возможно зависит от качества питающего напряжения в том или ином регионе — KSkondratenko 17 ноя

В «гасящем» конденсаторе нечему сохнуть. — uinner 18 ноя

Согласен на 100%, по крайней мере у меня 3 случая из 4-х с такой схемой (тв дежурка, духовка, счетчик эл.энергии). — pikto 14 дек

далее, реле не хватает напруги для срабатывания, далее неисправное реле возможно со сваренными контактами. — Максимэн 1 апр

@nrgizer79

12 ноя

РЕГУЛИРОВКА Uвых БЕСТРАНСФОРМАТОРНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

Н.ЦЕСАРУК, г.Тула.

Известные читателям [1…5] бестрансформаторные блоки питания с гасящим конденсатором (БПГК) (рис.1) обладают существенным недостатком — невозможностью плавно регулировать выходное напряжение. Его величина всегда фиксирована и однозначно определяется напряжением стабилизации примененного стабилитрона, и изменить его плавно нельзя. Во многих случаях такая регулировка необходима.

Рисунок 1 — Бестрансформаторные блоки питания

Предлагаю БПГК, позволяющий в широких пределах плавно изменять выходное напряжение (рис.2). Его особенность заключается в использовании регулируемой отрицательной обратной связи с выхода блока на транзисторный каскад VT1, включенный параллельно выходу диодного моста. Этот каскад является параллельным регулирующим элементом и управляется сигналом с выхода однокаскадного 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.

Рисунок 2 — Схема блока питания

По существу, эта схема представляет собой регулируемый параллельный стабилизатор. Роль балластного резистора играет гасящий конденсатор С1, роль параллельного управляемого элемента — транзистор VT1.

Работает этот блок питания следующим образом. При включении в сеть транзисторы VT1 и VT2 заперты, через диод VD2 происходит заряд накопительного конденсатора С2. При достижении на базе транзистора VT2 напряжения, равного опорному на диодах VD3, VD4, транзисторы VT2, VT1 начинают отпираться. Транзистор VT1 шунтирует выход диодного моста, и его выходное напряжение начинает падать, что приводит к уменьшению напряжения на накопительном конденсаторе С2 и к запиранию транзисторов VT2 и VT1. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение шунтирования выхода диодного моста, увеличение напряжения на С2 и отпирание VT2, VT1, и т.д.

За счет действующей таким образом отрицательной обратной связи выходное напряжение остается постоянным (стабилизированным) при включенной нагрузке R9 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 В до 26 В, а при закороченном диоде VD4 пределы регулировки — от 15 В до 19,5 В. В этих диапазонах при отключении R9 (сброс нагрузки) увеличение выходного напряжения не превышает одного процента. Блок питания по схеме рис.2 не боится короткого замыкания нагрузки.

Транзистор VT1 работает в переменном режиме: при работе на нагрузку R9 — 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 транзистора VT1 имеют пологие фронты.

Линейный режим является облегченным, транзистор VT1 нагревается мало и может работать практически без радиатора. Небольшой нагрев имеет место в нижнем положении движка потенциометра R7 при минимальном выходном напряжении. На холостом ходу, с отключенной нагрузкой R9, тепловой режим транзистора VT1 ухудшается в верхнем положении движка R7. В этом случае транзистор VT1 должен быть установлен на небольшой радиатор, например в виде алюминиевой пластинки квадратной формы со стороной 3 см, толщиной 1…2 мм.

Регулирующий транзистор VT1 — средней мощности, с большим коэффициентом передачи (составной). Его коллекторный ток должен быть в 2…3 раза больше максимального тока нагрузки. Коллекторное напряжение VT1 должно быть не меньше максимального выходного напряжения блока питания.

В качестве VT1 могут быть использованы п-р-п транзисторы КТ972А, КТ829А, КТ827А и т. д. Транзистор VT2 работает в режиме малых токов, поэтому годится любой маломощный р-п-р транзистор — КТ203А…В, КТ361А…Г, КТ313А, Б, КТ209А, Б и т.д.

Емкость гасящего конденсатора С1 может быть ориентировочно определена по методикам [3, 5]. Критерием правильности выбора емкости С1 является получение на нагрузке требуемого максимального напряжения. Если его емкость искусственно уменьшить на 20…30%, то максимальное выходное напряжение на номинальной нагрузке не будет обеспечено.

Другим критерием правильности выбора С1 является неизменность характера осциллограммы напряжения на выходе диодного моста (рис.3). Осциллограмма напряжения имеет вид последовательности выпрямленных синусоидальных полуволн сетевого напряжения с ограниченными (уплощенными) вершинами положительных полусинусоид. Амплитуды ограниченных вершин являются переменной величиной, зависят от положения движка потенциометра R7 и меняются линейно при его вращении. Но каждая полуволна должна обязательно доходить до нуля, наличие постоянной составляющей (как показано на рис. 3 пунктиром) не допускается, т.к. при этом нарушается режим стабилизации.

Рисунок 3

Уровень пульсации на нагрузке для схемы рис.2 — не более 70 мВ. 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 (из-за дребезга контактов соединительной пары сетевая вилка-розетка).

По принципу приведенной схемы могут быть построены аналогичные блоки питания на другие требуемые значения мощности.

Литература

1. Дорофеев М. Бестрансформаторный с гасящим конденсатором. — Радио, 1995, N1, С.41; N2, С.36, 37.

2. Хухтитков Н. Зарядное устройство. — Радио,1993, N5, С.37.

3. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. — Радио, 1997, N5, С.48-50.

4. Ховайко О. Источник питания с конденсаторным делителем напряжения. — Радио, 1997, N11, С.56.

5. Банников В. Упрощенный расчет бестрансформаторного блока питания. — Радиолюбитель, 1998, N1, С.14-16; N2.C.16, 17.

(РЛ 5-99)

Нравится

Твитнуть

1.2. Бестрансформаторный стабилизированный источник питания на интегральном стабилизаторе. Электронные самоделки

1.2. Бестрансформаторный стабилизированный источник питания на интегральном стабилизаторе. Электронные самоделки

ВикиЧтение

Электронные самоделки
Кашкаров А. П.

Содержание

1.2. Бестрансформаторный стабилизированный источник питания на интегральном стабилизаторе

Когда необходим источник постоянного стабилизированного напряжения для электронных устройств с небольшим током потребления (до 150 мА), резонно применять недорогие (по себестоимости дискретных элементов) бес-трансформаторные источники питания. Такие источники питания находят практическое применение в малогабаритных бытовых включателях освещения на основе датчиков движения, датчиках охранной сигнализации и других промышленных конструкциях. В литературе многократно описаны плюсы и минусы таких источников, однако, на мой взгляд, под определенные задачи радиолюбителя они безусловно подходят.

В предлагаемом источнике в качестве стабилизатора применена микросхема КР142ЕН8. Электрическая схема устройства представлена на рис. 1.2.

Максимальное напряжение, которое выдает данный стабилизированный источник на выходе, в данном исполнении составляет 12 В.

При токе нагрузки до 150 мА микросхема DA1 обеспечивает малое падение напряжения. Разница между выходным и входным напряжением (при условии подключения вывода 2 к минусовому проводу) составит всего 0,4–0,6 В. Это важно, например, когда понижающий трансформатор с выпрямителем выдают на выходе постоянное напряжение 12,5 В, а требуется 12 В, — в этом случае такой стабилизатор оказывается практически незаменимым.

Если необходима регулировка выходного напряжения, то вывод 2 микросхемы DA1 подключают к общему проводу через потенциометр (переменный резистор, например, типа СПО-1 с линейной характеристикой изменения сопротивления). Тогда выходное напряжение может изменяться в диапазоне 12–22 В.

Как вариант, в качестве микросхемы DA1 можно применять любой другой интегральный стабилизатор с аналогичными электрическими характеристиками, например, КР1212ЕН5, КР1157ЕН5А, КР5010ЕН5, КР1162ЕН5, КР1183ЕН5 и др.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

ОТХОДЫ КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

ОТХОДЫ КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ Переработка городских отбросов путем их обеззараживания сжиганием — вот та радикальная мера, какую гигиенисты с последних десятилетий XIX века считают оптимальной. Сжигание мусора в те годы вошло в моду, тем более что тогдашние

В ИНДУСТРИИ ПИТАНИЯ

В ИНДУСТРИИ ПИТАНИЯ В нашей стране большое внимание уделяется увеличению выпуска товаров народного потребления и улучшению их качества. Важная отрасль нашего народного хозяйства — пищевая промышленность, на долю которой приходится более половины всех потребительских

1.1. Мощный источник питания, рассчитанный на ток в нагрузке до 10 А

1.1. Мощный источник питания, рассчитанный на ток в нагрузке до 10 А Радиолюбителю необходим безопасный источник питания от сети 220 В, с помощью которого можно налаживать и испытывать самостоятельно собранные электронные устройства, а также ремонтировать устройства

1.3. Простой источник аварийного питания

1. 3. Простой источник аварийного питания Электрическая схема, представленная на рис. 1.3, удобна в применении на даче и там, где электроэнергия пока еще поступает нестабильно. Простое устройство, собранное по рекомендуемой схеме, обеспечит автоматическое включение

Глава вторая Незаменимый источник энергии

Глава вторая Незаменимый источник энергии

2.6. Блок питания

2.6. Блок питания Блок питания, как вы можете видеть из названия, отвечает за предоставление питания всем комплектующим компьютера, которые устанавливаются в материнскую плату и не имеют отдельной вилки для розетки. То есть, каждая деталь компьютера, чтобы работать,

Глава 3 Системы питания

Глава 3 Системы питания Для обеспечения функционирования роботам необходимо питание – большинство роботов используют для этого электричество. Для обеспечения мобильных роботов автономным питанием служат два источника: электрические батареи и фотоэлектрические

ЯДЕРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

ЯДЕРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ Применение энергии ядерного распада дает в отличие, например, от солнечных источников питания качественно иные типы космических электростанций длительного действия. Дело в том, что источники энергии, космических ядерных установок (реактор или

Глава 2 Импульсный источник вторичного электропитания конструктива ATX фирмы DTK

Глава 2 Импульсный источник вторичного электропитания конструктива ATX фирмы DTK С момента появления системных блоков персональных компьютеров они практически все комплектовались импульсными источниками питания, построенными на основе импульсных преобразователей

2.

2. Конструкция блока питания

2.2. Конструкция блока питания Блоки питания для IBM совместимых компьютеров выпускаются в корпусах, унифицированных по габаритным и посадочным размерам. Все узлы блока питания расположены в металлическом корпусе, который служит для механической защиты элементов блока

3.2. Конструкция блока питания

3.2. Конструкция блока питания В состав блока питания для системного модуля персонального компьютера входят: металлический корпус, печатная плата с установленными на ней компонентами электронной схемы, вентилятор, два трехконтактных разъема для подключения к первичной

1.6.1. Источник питания магнетрона

1.6.1. Источник питания магнетрона На рис. 1.13 представлена типовая электрическая схема источника питания магнетронов типа 2М-219хх. Рис. 1.13. Типовая электрическая схема источника питания магнетронов типа 2М-219ххУзел соединения магнетрона с источником питания содержит

Уход за источниками питания

Уход за источниками питания Ежедневное обслуживание включает в себя. Проверить внешним осмотром состояние и крепление аккумуляторной батареи, генератора, реле – регулятора и соединяющих их проводов.Первое и второе техническое обслуживание. Подтянуть крепления

6.6.7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ. СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ (ТП — Д) И ИСТОЧНИК ТОКА — ДВИГАТЕЛЬ (ИТ — Д)

6.6.7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ. СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ (ТП — Д) И ИСТОЧНИК ТОКА — ДВИГАТЕЛЬ (ИТ — Д) В послевоенные годы в ведущих лабораториях мира произошел прорыв в области силовой электроники, кардинально изменивший многие

10.

КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ

10. КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ Цель: ознакомиться с основными понятиями культуры и режима питанияКультура питания – это знание:• основ правильного питания;• свойств продуктов и их воздействия на организм, умение их правильно выбирать и

Шокирующая правда о бестрансформаторных блоках питания

Бестрансформаторные блоки питания часто появляются здесь, на Hackaday, особенно в недорогих продуктах, где стоимость трансформатора значительно увеличивает спецификацию. Но бестрансформаторные блоки питания — палка о двух концах. Этот титул? Не кликбейт. Копание в устройстве с бестрансформаторным питанием может превратить ваш осциллограф в дымящуюся кучу или привести к поражению электрическим током, если вы не понимаете их и не принимаете надлежащие меры предосторожности.

Но это не страшилка. Бестрансформаторные конструкции хороши на своем месте, и вы, вероятно, когда-нибудь столкнетесь с ними, потому что они есть во всем, от светодиодных лампочек до переключателей IoT WiFi. Мы собираемся посмотреть, как они работают, и как их проектировать и работать с ними безопасно, потому что вы никогда не знаете, когда вам захочется взломать один из них.

Кульминация: бестрансформаторные блоки питания можно безопасно использовать только в тех случаях, когда все устройство может быть закрыто и никто не может случайно коснуться какой-либо его части. Это означает, что никаких физических электрических соединений внутри и снаружи — РЧ и ИК — честная игра. И когда вы работаете с ним, вы должны знать, что любая часть схемы может находиться под сетевым напряжением. Теперь читайте дальше, чтобы понять, почему!

The Principle

Бестрансформаторный источник питания (TPS) — это, по сути, просто делитель напряжения, который берет 115 или 220 В переменного тока от вашей стены и делит его до любого желаемого напряжения. Если это напряжение должно быть постоянным, оно выпрямляется через несколько диодов и, возможно, регулируется до максимального напряжения, но мы доберемся до этого через минуту.

Обычно делители постоянного напряжения состоят из пары резисторов. В совокупности они определяют ток, протекающий по пути, и затем можно выбрать верхний резистор, чтобы уменьшить разницу между входным напряжением и желаемым выходным напряжением. Если в нашем случае эта разница составляет какую-то одну-две сотни вольт, даже если она должна пройти всего несколько десятков миллиампер, этот резистор быстро нагреется.

Лучшим компонентом для использования в верхней части делителя является конденсатор, реактивное сопротивление которого выбирается таким образом, чтобы обеспечить желаемое «сопротивление» при любой частоте сети, в которой вы живете. Например, предположим, что вы хотите получить 25 миллиампер на выходе при напряжении 5 В, а вы находитесь в Америке и вам нужно сбросить 110 В. R = V / I = 4400 Ом. Используя реактивное сопротивление конденсатора, это C = 1 / (2 * пи * 60 Гц * 4400) = 0,6 мкФ. Если вам нужен больший ток, используйте больший конденсатор, и наоборот. Это так просто!

Для полностью разработанной конструкции TPS требуется еще несколько деталей. В целях безопасности и для ограничения пускового тока рекомендуется установить на входе предохранитель и токоограничивающий резистор мощностью один ватт. Разрядный резистор большого номинала, подключенный параллельно реактивному конденсатору, не позволит ему удерживать высокое напряжение и не поразит вас электрическим током, когда цепь отключена.

И если говорить об этом конденсаторе, то это критическая для безопасности часть схемы. Он постоянно находится под высоким переменным напряжением, и в случае короткого замыкания выход «5 В» находится под напряжением сети, и части могут загореться. Это работа для конденсатора с рейтингом X. В основном вы увидите их с маркировкой X1 или X2, причем X1 способен выдерживать более высокие скачки напряжения. Подойдет любой из них, просто убедитесь, что он имеет номинал X и соответствует уровню напряжения вашей сети.

После конденсатора проходящий переменный ток необходимо преобразовать в постоянный. Здесь подойдет обычный однополупериодный или двухполупериодный выпрямитель: горстка диодов и сглаживающий конденсатор большой емкости. Если нагрузка непостоянна, вы, вероятно, захотите ограничить максимальное напряжение, воспринимаемое конденсатором, с помощью стабилитрона, чтобы избыточный ток шунтировался на землю, когда нагрузка потребляет менее 25 миллиампер, на которые мы рассчитывали. Эти части видят только низкое напряжение, поэтому здесь нет особых требований.

Наконец, обратите внимание, что существует множество возможных конфигураций этой схемы. Вместо того, чтобы сбрасывать большую часть напряжения между током и нашим устройством, также можно подключить наше устройство напрямую к проводу под напряжением, с конденсатором в нижней части делителя напряжения — та же схема в перевернутом виде. Разумеется, плавкий предохранитель и предохранительные резисторы могут быть расположены в любом месте цепи. Но основы те же: конденсатор действует как одна ветвь делителя напряжения, за которым следует некоторое выпрямление и регулировка, а нагрузка — как другая ветвь.

Закон Мафри

Большое предостережение в отношении цепи TPS заключается в том, что она должна быть изолирована. Это совершенно нормально для автономного переключателя IoT или диммера света, сделанного своими руками. TPS хорошо подходит для радио- или ИК-управления. Все светодиодные лампочки используют TPS внутри, потому что они дешевы и полностью герметичны. Но если вы думаете о том, чтобы прикоснуться к какой-либо части этой схемы или подключить к ней любую сигнальную линию, вместо этого вам следует обратить внимание на трансформатор.

Почему полная изоляция? Обратите внимание, что провод, который служит заземлением цепи, совпадает с нейтральной линией вашего дома (в отличие от «горячей» линии). Теперь представьте, что вы по ошибке вставили вилку обратной стороной. Земля горячая, и хотя устройство работает нормально, поскольку переменный ток симметричен, оно становится опасным для поражения электрическим током, если вы можете соприкоснуться с «землей». Подключите последовательный USB-разъем к этому устройству, и вы только что поджарили свой ноутбук через «землю». Таким образом, первая линия защиты — использовать поляризованные вилки, которые невозможно подключить неправильно. Если вы живете в Европе, это может быть не вариант.

Но даже полярных вилок недостаточно. В некоторых старых домах (включая квартиру, в которой мы жили в Вашингтоне, округ Колумбия) нейтральная и горячая линии перепутаны местами. Опять же, вы никогда не заметите, пока не коснетесь «нейтральной» и реальной земли одновременно, но когда вы это сделаете, это может быть фатальным. Вы можете и, вероятно, должны проверить это с помощью мультиметра прямо сейчас. По отношению к земле нейтральная линия должна находиться под напряжением переменного тока, в то время как горячая линия будет иметь значение 115 или 220 В переменного тока. Сравните их с вашими местными типами вилок.

В любом случае, даже если вы выберете правильную полярность вилки, между нейтральной и заземляющей линиями вашей настенной розетки будет разница. Коды в США и ЕС гласят, что нейтраль является токоведущей линией, а земля в нормальных условиях не должна ее нести. На практике это обеспечивают прерыватели цепи замыкания на землю (GFCI). Тем не менее, высокие нагрузки в других местах вашего дома в сочетании с существенным сопротивлением в проводке могут привести к напряжению на нейтральной линии примерно В = IR . Дисбаланс на служебном трансформаторе, который разделяет «фазы» питания, поступающего в ваш дом, также может отвлекать напряжение нейтрали от земли, в зависимости от того, где оно заземлено. Короче говоря, нейтральный должен быть вокруг земли, но это не гарантируется.

Единственный способ быть в полной безопасности с этой цепью — никогда не вступать с ней в контакт. Поместите его в непроводящую коробку или в металлическую коробку, подключенную к защитному заземлению. Если он будет подключен в обратном направлении или если нейтральный провод нагреется, никто не пострадает. Это то, что делают профи.

Что еще может пойти не так с этой схемой? Мы выбрали реактивный конденсатор, чтобы иметь правильное сопротивление при 50 или 60 Гц, но меньшее сопротивление при более высоких частотах. Если у вас дома есть высокочастотные коммутационные устройства, они могут пропускать неожиданный ток через ваш TPS. Например, быстрые всплески напряжения в сети проходят насквозь, и их демпфирование является одной из причин использования входного резистора. Удар молнии? Бламмо! Что-нибудь еще, что может пойти не так? Оставьте нам комментарий! (Но не упоминайте Мафри.)

Блок питания на основе трансформатора будет немного дороже и немного больше, чем эквивалентный TPS. Но если вы не можете полностью закрыть устройство или не можете абсолютно гарантировать соблюдение полярности входящего питания, вы не можете безопасно использовать TPS. Для личного повседневного использования я всегда выбираю импульсный блок питания или настенную розетку. Разве гальваническая развязка от стены не стоит пару долларов?

Let’s Take One Apart

С другой стороны, TPS есть во всех видах устройств, которые мы любим взламывать, поэтому вам нужно распознавать их в реальной жизни. Ищите предохранитель или большой конденсатор номиналом X1 или X2, и вы будете на правильном пути. (Есть ли у него параллельный резистор? Если нет, он может быть горячим.) Токоограничивающий резистор представляет собой большую керамическую штуку, едва заметную за крышкой X2. Фьюз одет для ночной прогулки по городу, в цельном черном комбинезоне из термоусадочной пленки.

Затем найдите секцию выпрямления — четырехдиодный двухполупериодный выпрямитель и конденсатор на 100 мкФ в этом дешевом настенном радиочастотном выключателе. Диоды направлены в сторону положительной шины постоянного тока и в сторону от отрицательной.

Теперь поищите диоды Зенера. В случае этого переключателя, управляемого радиочастотой, их два: стабилитрон на 25 В, используемый для активации реле, и стабилитрон на 5 В, который питает микросхему и радиосхему. Это удобная функция схемы TPS. Поскольку конденсатор пропускает некоторый ток, пока напряжение постоянного тока не превышает пики переменного тока, вы можете получить практически любое или несколько напряжений из одной и той же цепи, просто выбрав правильные стабилитроны.

Игра с огнём

Вам следует по возможности избегать работы на включенном TPS, но есть и способов сделать это безопасно. Это лучший случай для разделительного трансформатора, который по существу вставляет трансформатор в цепь, которой ему не хватает. В вашей цепи еще есть пара проводов с напряжением 115 или 220 В между ними, но хотя бы с помощью трансформатора вы можете присоединить свой прицел к устройству.

Джекпот!

Без разделительного трансформатора можно многое сделать с помощью мультиметра с батарейным питанием (незаземленного). Подключите устройство TPS к удлинителю с выключателем и держите его выключенным как можно дольше. Чтобы снять показания: отключите TPS, прикрепите припоем провода в местах, где вы хотите провести измерение, подключите их к мультиметру, отойдите и включите удлинитель. После того, как вы сделали чтение, выключите его и подождите тик, прежде чем прикасаться к чему-либо.

Единственная часть TPS, которая может удерживать заряд, — это реактивный конденсатор, поэтому на нем должен быть установлен стабилизирующий резистор. В нашей примерной схеме 0,6 мкФ * 1 МОм = 0,6 секунды, и вы, вероятно, хорошо подождите не менее пяти из этих постоянных времени, прежде чем что-либо прикасаться, поэтому посчитайте до трех. ВЧ-переключатель обходит конденсатор 0,33 мкФ с сопротивлением 220 кОм, так что безопаснее быстрее. (Он также использует два последовательно соединенных резистора SMT, по-видимому, потому, что номинальное напряжение одного из них было недостаточным. Продуманный дизайн.)

Вы можете узнать, какие части цепи находятся под каким напряжением, измерив их относительно контакта заземления настенной розетки. Например, с защитным резистором 560 Ом в возвратной ветви «земля» ВЧ-переключателя фактически плавает примерно на 12 В переменного тока выше земли. Это стоит знать, когда ковыряешься. Снова подключите щупы, отойдите в сторону, включите, прочитайте, выключите, подождите.

Вот и все. Теперь вы можете выяснить, какие напряжения находятся в устройстве, и использовать их для своих целей. Просто убедитесь, что все, что вы делаете, помещается обратно в красивый футляр. Потому что, хотя TPS вездесущи, малы и дешевы, потенциально они (хи-хи!) слишком горячие, чтобы до них можно было дотронуться.

Общие принципы работы и требования. Объяснение

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

Что такое бестрансформаторный блок питания?

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

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

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

Бестрансформаторный источник питания Преимущества и недостатки

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

Преимущества

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

Недостатки 

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

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

Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания. Введение 

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_power_supply#/media/File:Capacitive_Power_Supply.png На приведенной выше схеме схема бестрансформаторного источника питания работает путем преобразования высокого напряжения переменного тока в низкое напряжение постоянного тока без катушки индуктивности или трансформатора. В следующем разделе мы разберем, как работает схема.

Конструкция/конструкция бестрансформаторного источника питания 

Несколько мер предосторожности, которые вы должны предпринять, прежде чем включить в схему бестрансформаторного источника питания;

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

Компоненты

Компоненты бестрансформаторной силовой цепи включают;

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

(типы конденсаторов).

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

Идеальная бестрансформаторная конструкция

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

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

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

(типы стабилитронов)

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

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

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

Тип бестрансформаторного источника питания 

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

Примеры:

1. Резистивный бестрансформаторный источник питания

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

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

2. Емкостный бестрансформаторный источник питания

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

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

Различие между резистивным и емкостным бестрансформаторным блоком питания

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

Бестрансформаторные источники питания 12 В

Мы будем использовать приведенную выше схему для обсуждения третьего типа — бестрансформаторных источников питания 12 В.

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

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

6. Применение бестрансформаторного источника питания

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

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

с регулируемым) 

• Аварийное освещение.

Заключение

Таким образом, бестрансформаторная схема блока питания является надежной заменой трансформаторного блока питания. Это с точки зрения громоздкости, стоимости и размера. Несмотря на низкий ток, бестрансформаторная схема принесла пользу электроприборам с более низкими требованиями к напряжению.

Поскольку в процедуре есть спецификации, лучше принять дополнительные меры предосторожности, когда вы занимаетесь своими руками. Чтение этой статьи просветит вас и выделит необходимые шаги. Если, однако, у вас есть нерешенные вопросы или мысли, не стесняйтесь обращаться к нам. Решение ваших потребностей — это решение для технологического мира.

Бестрансформаторный блок питания — от 220 В переменного тока до 9 В постоянного тока

Electronics CircuitsPower Electronics

AdminПоследнее обновление: 21 августа 2022 г.

3 10 268 3 минуты чтения

---

Table of Contents

• 1 Overview: Transformerless Power Supply
• 2 Bill of Materials
• 3 Design considerations
• 4 Transformerless Power Supply Circuit
• 5 Project PCB Gerber File & PCB Ordering Online

Overview: Transformerless Блок питания

В этом проекте мы разработаем безтрансформаторный блок питания для слаботочного тока приложений. По сути, бестрансформаторный блок питания представляет собой просто сеть делителей напряжения, которая принимает 220 В переменного тока в качестве входного сигнала и делит его на более низкое постоянное напряжение, которое нам нужно. Необходимое напряжение переменного тока выпрямляется через несколько диодов и регулируется до максимального напряжения. Ранее мы узнали о схеме преобразователя постоянного тока . Но теперь мы преобразуем AC в DC .

Бестрансформаторный источник питания — это особенно недорогие продукты, где стоимость трансформатор снят. Трансформаторы громоздкие и дорогие. Большинство электроприборов, используемых в нашей повседневной жизни, таких как светодиодные фонари, лампы, ноутбуки и телефонные зарядные устройства , фены, игрушки и т. д., работают при более низком напряжении постоянного тока, таком как 5 В, 9 В, 12 В или 15 В. Таким образом, нам нужно понизить 220 В или 110 В переменного тока, чтобы снизить постоянный ток, не делая схему громоздкой и сохраняя небольшой размер печатной платы.

Для питания маломощных логических схем и микропроцессорных схем используется бестрансформаторный блок питания — идеальное решение.

---

Спецификация

Ниже перечислены компоненты, необходимые для выполнения этого проекта. Все компоненты можно легко купить на Amazon.

С.Н.	Компоненты	Описание	Количество
1	Резистор	470 Ом	2
2	Резистор	470 кОм	1
3	Конденсатор	0,47 мкФ, 450 В (электролитический конденсатор)	1
4	Конденсатор	470 мкФ, 25 В (электролитический конденсатор)	1
5	1N4007	Выпрямительный диод	2
6	1N4739A	Выпрямительный диод	1

---

Особенности конструкции

Существует два типа бестрансформаторных источников питания: емкостной и резистивный . Емкостный тип более эффективен по сравнению с резистивным из-за низкого тепловыделения и очень низких потерь мощности . Если в цепи требуется очень низкий ток в несколько миллиампер , такой блок питания является идеальным решением.

Перед проектированием источника питания нам необходимо рассмотреть некоторые проектных соображений . Если неполяризованный конденсатор и резистор включены последовательно с линией питания переменного тока, постоянный ток может поддерживаться через резистор. В этом случае реактивное сопротивление конденсатора должно быть больше сопротивления используемого резистора.

Ток, протекающий через резистор R, зависит от емкости конденсатора C. Чем больше емкость , тем больше ток в цепи. Ток, протекающий через разрядный конденсатор С, зависит от его реактивное сопротивление (X) . Значение тока, проходящего через конденсатор X-Rated, определяется как:

IRMS = VIN /X

Выбор конденсатора, снижающего напряжение, очень важен. он основан на реактивном сопротивлении конденсатора и величине отбираемого тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по следующей формуле:

Мы использовали конденсатор 0,47 мкФ и частоту сети 50 Гц, поэтому реактивное сопротивление X равно:

X = 1 / 2 3,14 50 0,47 10-6 = 6,77 кОм

Теперь мы можем рассчитать ток (I) в цепи:

= 5/67 I3 В0 34 мА

---

Цепь бестрансформаторного источника питания

Мы использовали Сеть 220 В переменного тока в качестве входного напряжения. Вы можете подключить предохранитель из соображений безопасности. Затем переменное напряжение 220 В выпрямляется через несколько диодов . В этой схеме мы использовали 2 диода 1N4007 в качестве полумостового выпрямителя . Обычно делители постоянного напряжения изготавливаются с парой резисторов. Вместе они определяют ток, протекающий по пути.

Мы использовали стабилитрон 9В 1N4739A для ограничения напряжения до 9В. Если вам нужно 5 В или 12 В или любое другое выходное напряжение, вам нужен специальный стабилитрон в соответствии с номинальным напряжением. Вы можете использовать наш самодельный вольтметр для измерения выходного напряжения.

Мы смоделировали схему, используя Программное обеспечение Proteus . Смоделированное изображение показано ниже.

---

Печатная плата проекта Gerber File & PCB Ordering Online

Если вы не хотите собирать схему на макетной плате и вам нужна печатная плата для проекта, то эта печатная плата для вас. Печатная плата для бестрансформаторного источника питания разработана с использованием онлайн-инструмента для проектирования схем и печатных плат EasyEDA . Печатная плата выглядит примерно так, как показано ниже.

Файл Gerber для печатной платы приведен ниже. Вы можете просто загрузить Gerber-файл и заказать печатную плату из https://www.nextpcb.com/

Загрузите файл Gerber: Бестрансформаторный блок питания

Теперь вы можете посетить официальный сайт NextPCB, нажав здесь: https://www.nextpcb.com/ . Таким образом, вы будете перенаправлены на веб-сайт NextPCB .

Теперь вы можете загрузить файл Gerber на веб-сайт и разместить заказ. Качество печатной платы превосходное и высокое. Вот почему большинство людей доверяют NextPCB для PCB & 9.0075 Службы PCBA .

Похожие статьи

Бестрансформаторный блок питания для микроконтроллеров

Что, если я скажу об использовании бестрансформаторного блока питания для маломощных проектов. Нет необходимости в каких-либо SMPS или PSU. Также очень легко сделать все данные, файлы Gerber, макеты печатных плат и схемы доступны здесь. Чтобы придать лучший и профессиональный вид, мы будем использовать сервис JLCPCB для создания этого прототипа. Да, этот проект представлен вам компанией JLCPCB, предлагающей печатные платы самого высокого качества (5 штук с двойным слоем всего за 2 доллара).

Детали

Что, если я скажу об использовании бестрансформаторного блока питания для маломощных проектов. Нет необходимости в каких-либо SMPS или PSU. Также очень легко сделать все данные, файлы Gerber, макеты печатных плат и схемы доступны здесь. Чтобы придать лучший и профессиональный вид, мы будем использовать сервис JLCPCB для создания этого прототипа. Да, этот проект представлен вам компанией JLCPCB, предлагающей печатные платы самого высокого качества (5 штук с двойным слоем всего за 2 доллара). https://jlcpcb.com/SSRF

примечание ** Этот блок питания может работать только с приложениями с низким энергопотреблением, такими как сбор данных, камеры ESP и платформы обмена данными IOT. И если говорить об этом конденсаторе, то это критическая для безопасности часть схемы. Он постоянно находится под высоким переменным напряжением, и в случае короткого замыкания выход «5 В» находится под напряжением сети, и части могут загореться. Это работа для конденсатора с рейтингом X. В основном вы увидите их с маркировкой X1 или X2, причем X1 способен выдерживать более высокие скачки напряжения. Подойдет любой из них, просто убедитесь, что он имеет номинал X и соответствует уровню напряжения вашей сети.

Безопасность превыше всего: Единственная часть TPS, которая может удерживать заряд, — это реактивный конденсатор, поэтому на нем должен быть установлен стабилизирующий резистор. В нашем примере схемы 0,6 мкФ * 1 МОм = 0,6 секунды, и вы, вероятно, хорошо подождите хотя бы пять из этих постоянных времени, прежде чем что-либо трогать, так что посчитайте до трех

Принцип:

Бестрансформаторный блок питания (TPS) — это, по сути, просто делитель напряжения, который берет 115 или 220 В переменного тока от вашей стены и делит его до любого напряжения, которое вы хотите. Если это напряжение должно быть постоянным, оно выпрямляется через несколько диодов и, возможно, регулируется до максимального напряжения, но мы доберемся до этого через минуту.

Обычно делители постоянного напряжения состоят из пары резисторов. В совокупности они определяют ток, протекающий по пути, и затем можно выбрать верхний резистор, чтобы уменьшить разницу между входным напряжением и желаемым выходным напряжением. Если в нашем случае эта разница составляет какую-то одну-две сотни вольт, даже если она должна пройти всего несколько десятков миллиампер, этот резистор быстро нагреется.

После конденсатора проходящий переменный ток необходимо преобразовать в постоянный. Здесь подойдет обычный однополупериодный или двухполупериодный выпрямитель: горстка диодов и сглаживающий конденсатор большой емкости. Если нагрузка непостоянна, вы, вероятно, захотите ограничить максимальное напряжение, воспринимаемое конденсатором, с помощью стабилитрона, чтобы избыточный ток шунтировался на землю, когда нагрузка потребляет менее 25 миллиампер, на которые мы рассчитывали. Эти части видят только низкое напряжение, поэтому здесь нет особых требований. Кроме того, чем больше количество конденсаторов, тем больше будет выходной ток.

Наконец, обратите внимание, что существует много возможных конфигураций этой схемы. Вместо того, чтобы сбрасывать большую часть напряжения между током и нашим устройством, также можно подключить наше устройство напрямую к проводу под напряжением, с конденсатором в нижней части делителя напряжения — та же схема в перевернутом виде. Разумеется, плавкий предохранитель и предохранительные резисторы могут быть расположены в любом месте цепи. Но основы те же: конденсатор действует как одна ветвь делителя напряжения, за которым следует некоторое выпрямление и регулировка, а нагрузка — как другая ветвь.

Требуемые компоненты:

1) Конденсатор 105/104/474К

2) 1 МОм, резистор 100 Ом/10 кОм

3) 1N4007 Диоды

4) Предпочтительный стабилитрон (от 5 до 18 В)

5) электролитический конденсатор 220 мкФ/470 мкФ

Принципиальная схема:

Описание схемы:

Переменный ток от 1-го разъема подается на конденсатор и диоды с резистором 100 Ом. Это сопротивление 100 Ом действует как предохранитель для цепи и защищает от перенапряжения и проблем с током. Параллельно с конденсаторами всегда имеется резистор, поэтому он может разряжать цепь, когда он не используется. Мостовой выпрямитель с электролитическим конденсатором в качестве фильтра для подачи постоянного тока на выходе. Стабилитрон в цепи предназначен для регулирования мощности, обеспечивает надлежащий стабильный постоянный ток в цепи.

конструкций печатных плат:

Скачать Gerber…

Подробнее »

Посмотреть все подробности

• 1 × конденсатор 105Дж
• 1 × конденсатор 220 мкФ
• 1 × резистор 1 МОм
• 1 × резистор 100 Ом
• 1 × диоды

Посмотреть все 9 компонентов

Нравится этот проект?

Делиться

Transformerless PSUs

Transformerless PSUs

Elliott Sound Products

Transformerless Power Supplies

© July 2022, Rod Elliott

---

Main Index Articles Index

---

Contents

• Введение
• 1  Процесс проектирования
• 2  Двойные/негативные расходные материалы
• 3  Противопоказания
• 4  Предпочтительная альтернатива
• Выводы
• Ссылки

---

Введение

Бестрансформаторные источники питания были показаны во многих статьях ESP, но по большей части без подробностей. Эти источники по своей сути опасны, потому что они напрямую подключены к электросети. Изоляция отсутствует, поэтому все питаемые схемы также находятся под потенциалом сети. Этот тип питания нельзя использовать для аудио, потому что нет (разумного) способа обеспечить входы и выходы. Тем не менее, их можно использовать для схем «мягкого пуска» (ограничение пускового тока) и везде, где требуется неизолированный источник питания.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Следующие цепи не изолированы от сети и никогда не должны использоваться с какой-либо формой входного или выходного соединения общего назначения. Все схемы должны работать при полном потенциале сети и должны быть соответствующим образом изолированы. Никакая часть цепи не может быть заземлена через защитное заземление сети или любым другим способом. Не работайте с источником питания или любыми подключенными цепями, пока подается питание, так как это может привести к смерти или серьезной травме. Ни при каких обстоятельствах лица, не имеющие опыта работы с сетевым напряжением, не должны пытаться создавать бестрансформаторные источники питания, так как даже небольшая ошибка может быть очень опасной. Эти припасы потенциально смертельны и требуют большой осторожности — всегда !   Продолжая, вы принимаете на себя все риски и освобождаете ESP от любых причиненных смертей или травм.

Источники питания этого класса кратко описаны в статье «Маленькие маломощные источники питания — часть 1» вместе с некоторыми соответствующими предупреждениями. Есть примеры, в том числе тот, который был опубликован некоторое время назад и который нарушал правила электропроводки каждой страны на планете. К сожалению, его все еще можно найти в сети, и, несомненно, некоторые люди по-прежнему будут считать его хорошей идеей (это , а не ! ).

Хотя эти схемы могут быть полезны, их область применения ограничена. Входы и выходы, доступные пользователю, невозможны, потому что они находятся под потенциалом сети, и даже потенциометры и/или поворотные выключатели должны иметь пластиковые стержни и с пластиковыми резьбовыми втулками, чтобы обеспечить их надлежащую изоляцию (внутренняя изоляция не рассчитана на напряжения сети). Даже если вы думаете, что вы будете единственным человеком, использующим устройство с питанием от этого типа источника питания, кто-то еще почти наверняка подвергнется воздействию этого на каком-то этапе. Помните, что если вы создадите схему, которая убьет или ранит кого-то, вы будете нести ответственность !

Примечание:   Сеть переменного тока почти всегда имеет активный (также известный как «под напряжением», «горячий» и т. д.) и нейтральный проводник, которые связаны с землей. Однако органы снабжения во всем мире настаивают на том, что (якобы «безопасный») нейтральный проводник считается под напряжением (под потенциалом сети). Неважно, что на нейтрали вы можете измерить максимум пару вольт (относительно «истинного» потенциала земли), нейтраль не может (и не должен ) считаться безопасным. Неправильно подключенная сетевая вилка или розетка, ненадежный удлинитель или даже старая проводка в здании (проложенная до введения правил) могут поменять местами активную и нейтральную части.

В некоторых частях мира широко распространены неполяризованные сетевые вилки, которые можно вставлять в розетку любым способом, поэтому термины «под напряжением» и «нейтраль» являются произвольными! Пожалуйста, будьте очень осторожны, если вы собираетесь экспериментировать с этим типом источника питания. Убедитесь, что вы прочитали и поняли каждое предупреждение, содержащееся в тексте. Если вы не разбираетесь в деталях, у вас нет достаточного опыта для создания бестрансформаторного блока питания. Сетевые напряжения смертельно опасны, и я сомневаюсь, что кто-то захочет стать статистикой.

---

1  Процесс проектирования

Существуют неизолированные импульсные источники питания, которые можно считать «бестрансформаторными», но в этой статье описаны только типы слаботочных источников питания с конденсаторами. Они распространены в некоторых бытовых приборах, поскольку экономят место и деньги (последнее является основным требованием в потребительских товарах). Показанные схемы предназначены для малых токов, обычно менее 50 мА. Если вам нужно более 50 мА, бестрансформаторная конструкция не подходит, и требуется другой подход (см. раздел 4).

Первым этапом проектирования является определение требований. Главное, что вам нужно знать, это ток, потребляемый цепью, так как он определяет почти все остальное. Общей потребностью является управление реле, которым можно управлять с помощью любого количества датчиков. Помните, что все находится под потенциалом сети, и это распространяется на датчики, переключатели/кнопки управления и индикаторы (например, светодиоды, 7-сегментные дисплеи, ЖК-дисплеи [жидкокристаллические дисплеи] и т. д.).

Если ваша конструкция включает реле, я рекомендую использовать его с катушкой на 24 В постоянного тока. Это снижает потребляемый ток (по сравнению с реле на 12 В), поэтому конденсатор ограничения входного тока может быть меньше. Наиболее распространенным ограничителем тока является конденсатор, который должен быть типа X-класса (чаще всего X2). В других местах вы можете увидеть схемы, в которых используется конденсатор на 400 В постоянного тока, но их никогда не следует использовать, особенно в сетях с напряжением 230 В. Крышки X-Class предназначены для «самовосстановления» и не выйдут из строя при коротком замыкании. Крышки постоянного тока не имеют механизма гарантированного отказа, и они могут выйти из строя из-за короткого замыкания. В некоторых случаях для ограничения тока можно использовать резистор, но он может рассеивать значительную мощность.

Во все следующие цепи я включил MOV для минимизации скачков напряжения в сети, которые могут повредить C1. Это должно соответствовать напряжению вашей сети и обычно составляет 275 В RMS для сети 230 В или 140 В RMS для сети 120 В. MOV имеют ограниченный срок службы, и они могут выйти из строя из-за короткого замыкания, поэтому необходима защита с помощью предохранителей. MOV является необязательным.

Есть несколько «хитростей», которые можно использовать для минимизации общих текущих требований, и они будут рассмотрены более подробно позже. На данный момент мы предположим, что у вас есть некоторая простая схема, которая управляет реле, которая может быть простой схемой таймера, такой как показанная в Проекте 222 (бестрансформаторная версия P39).). С этим типом поставки всегда есть предостережения, и вы игнорируете их на свой страх и риск.

Расположение, которое вы часто будете видеть, показано ниже. В этой и всех последующих схемах я указал «общую» шину, заземление , а не . Никакая часть цепи не может быть заземлена/заземлена, так как это может привести к короткому замыканию в сети. Никакая часть этих цепей не является «безопасной», и сделать их таковыми невозможно.

Рис. 1.1. Простейший возможный бестрансформаторный источник питания

Эта схема (обычно) неоптимальна, так как половина доступного тока отбрасывается, потому что это только однополупериодный выпрямитель. Ток нагрузки обеспечивается D2, а D1 просто замыкает отрицательные полупериоды сети на общую шину. Немного схемы 9Однако 0706 требует ½-волнового выпрямителя, например, если «общий» должен включать входящий переменный ток. «Общим» предпочтительно будет нейтральный, хотя на самом деле это не имеет большого значения.

При добавлении еще двух диодов схема становится двухполупериодной, и нагрузка может потреблять до 12 мА. Это все еще не очень много, но он может питать некоторые простые схемы (включая реле с некоторыми хитростями). Два резистора по 270 кОм сбрасывают любое напряжение, которое может быть на C1 при отключении питания. Они вносят незначительный ток (менее 250 мкА при 230 В переменного тока), но он должен составлять не менее ½ Вт, чтобы гарантировать, что их номинальное напряжение не будет превышено. Вы часто будете видеть эти резисторы параллельно входу сети. Это работает так же хорошо, но небольшой ток, проходящий через резисторы, тратится впустую. Наличие их параллельно с C1 означает, что вы можете использовать несколько дополнительных микроампер.

R1 ограничивает пусковой ток при зарядке C1. Пусковой ток самый высокий, если сеть включается на пике сигнала. Этот пиковый ток может быть на удивление большим, если не использовать резистор R1 (легко превысить 50 А), и это может привести к повреждению диода. Пусковой ток в наихудшем случае составляет чуть менее 1,5 А при 220 Ом. Более высокое сопротивление ограничивает это еще больше, но может вызвать чрезмерное рассеяние. При среднеквадратичном токе 16 мА, если вы используете 220 Ом для R1, он будет рассеивать около 56 мВт.

Доступный ток зависит от двух основных факторов: напряжения сети и последовательной емкости. Это емкостное реактивное сопротивление, которое используется для ограничения тока. Емкостное реактивное сопротивление определяется по формуле …

XC = 1 / ( 2π F C )      поэтому для 220 нФ при 50 Гц это …
XC = 1 / ( 2π 50 x 220n ) = 14,47 кОм Среднеквадратичное значение, без учета последовательного резистора и выходного напряжения. Если половину этого отбросить, доступный ток будет (что неудивительно) половиной того, который проходит через конденсатор. Используя двухполупериодный (мостовой) выпрямитель, мы получаем больший выходной ток, и можно уменьшить значение C1. Существует очень мало схем, которые не могут использовать двухполупериодное выпрямленное напряжение, но они существуют (например, в схемах диммера, разработанных ESP, показанных в проектах 157 и 159).). Диммер заднего фронта даже не использует конденсатор — он использует резистивный ограничитель тока (необычный выбор, но необходимый для этой схемы).

Диоды показаны как 1N4004, но это больше для удобства, чем для чего-либо еще. Обратное напряжение составляет всего около 14 В для выхода 12 В постоянного тока. Теоретически вы можете использовать диоды 1N4148, но пиковый ток может достигать 1,4 А при подаче питания, что может привести к выходу диода из строя. Пиковый ток ограничен резистором R1.

R4 показан как необязательный. Это уменьшает пульсации в источнике питания 12 В, но мало влияет на доступный ток, поскольку источник (через C1) имеет высокий импеданс. Можно использовать любое значение между 10 Ом и 220 Ом, в зависимости от необходимого тока. Напряжение на C2 будет больше, чем напряжение стабилитрона, если R4 включен. Зенер рассеет около 190 мВт, поэтому он должен быть рассчитан на 1 Вт, чтобы он не перегревался.

Рис. 1.2. Предпочтительная схема безтрансформаторного источника питания

Для обеих показанных цепей, если напряжение сети 120 В, 60 Гц, емкость должна быть чуть меньше указанной в два раза (390 нФ будет работать, поскольку частота выше). R1 можно уменьшить вдвое, а R3 опустить (закоротить), потому что напряжение ниже. Со схемой, показанной на рис. 1.2, вы получите крошечных бит больше тока при 120 В по сравнению с 230 В (используя 390 нФ для 120 В).

Средний выходной постоянный ток составляет (приблизительно) 0,83 среднеквадратичного значения входного тока. Поскольку конденсатор 220 нФ может обеспечить среднеквадратический ток 15,8 мА (среднеквадратичное значение), ожидайте, что максимальный выход постоянного тока составит ~ 13,9 мА. В реальности будет немного меньше, в зависимости от выходного напряжения постоянного тока. Выходное напряжение постоянного тока уменьшает напряжение на C1, поэтому для выхода 24 В (например) пиковое напряжение на C1 уменьшается на 24 В — пиковое значение ~ 300 В, а не 325 В. Однако среднеквадратичное значение напряжения для не является пропорциональным. К счастью, вам не нужно подробно изучать эти зависимости, потому что напряжение в сети все равно меняется.

Можно получить выходной ток не менее 50 мА от схемы на рис. 1.2 без каких-либо изменений, кроме размера C1. Если C1 равен 1 мкФ (доступно с конденсаторами X2), вы можете легко получить 60 мА, но R1 придется уменьшить до 100 Ом, иначе его рассеивание будет слишком большим. Все это компромисс, и помните, что конденсаторы X-класса предназначены для самовосстановления, поэтому каждый раз, когда возникает внутренняя неисправность, емкость будет немного уменьшаться. В конце концов, вы достигнете точки, в которой емкость может составлять только половину номинального значения, и ваша схема больше не будет работать (или может «плохо себя вести» новыми и интересными способами).

Эта потеря емкости может помешать работе реле, но есть приемы, которые можно использовать, чтобы сделать ее менее критической. Реле на 24 В требует полного напряжения для надежного срабатывания, но ему требуется всего около 5-6 В, чтобы оставаться под напряжением. Любое техническое описание реле содержит подробную информацию о включении и отключении питания, а «типичное» падение напряжения составляет 1/10 ^th от номинального напряжения. Таким образом, реле на 24 В сработает только тогда, когда напряжение упадет до 2,4 В. В технических описаниях некоторых реле указано напряжение «должно быть отключено».

Если вы планируете с умом, вы можете убедиться, что у вас достаточно напряжения для активации реле, и напряжение может упасть менее чем наполовину, как только реле будет включено. Чтобы это работало, схема должна задерживать срабатывание реле до тех пор, пока напряжение не достигнет своего максимума перед включением. В схеме проекта 222 это происходит автоматически, потому что схема задержки специально разработана для того, чтобы реле имело более чем достаточное напряжение для надежного срабатывания перед ожидаемым срабатыванием. Однако, если значение C1 упадет достаточно далеко, реле не сработает, если другие схемы также потребляют ток.

Если в вашем проекте используется PIC или микроконтроллер, было бы разумно использовать вход ADC для контроля напряжения питания реле и помечать ошибку, если оно слишком низкое. Это значительно облегчит последующее обслуживание и потребует всего пару резисторов и немного кода. Вы также узнаете причину неисправности, так как есть только одна причина, которая может привести к слишком низкому напряжению. Замена C1 восстановит нормальную работу.

Если вы подсчитаете «полную мощность» (вольт-ампер) для схемы, вы обнаружите, что при 15 мА при 230 В это 3,45 ВА, а это указывает на очень плохой коэффициент мощности около 0,15 (в идеале единица !). Однако, в отличие от небольших импульсных источников питания, ток имеет (более или менее) синусоидальную форму со сравнительно низкими искажениями (9).0706 только 21%). Коэффициент мощности является опережающим (емкостным), что является небольшой проблемой для сети, но с пользователей взимается плата за мощность , а не ВА.

Теперь вы должны понять, почему эти расходные материалы так популярны. Тот же результат можно получить, используя резистор (для версии 220 нФ это будет около 15 кОм для входа 230 В). К сожалению, он будет рассеивать более 3,5 Вт, и помимо выделяемого тепла, это мощность, за которую вы платите. Вам понадобится резистор на 5 Вт, и он будет работать горячий !   Емкостное реактивное сопротивление не рассеивает мощность, поэтому эксплуатация намного дешевле. В зависимости от конкретного приложения вы можете обнаружить, что этот тип питания не разрешен некоторыми нормами, где коэффициент мощности должен быть не менее 0,9.

Далее показан пример схемы, использующей реле для управления сетевым (или другим) напряжением. Это преднамеренно сконфигурировано для обеспечения менее 24 мА (для катушки реле 1 кОм). Напряжение фиксируется на уровне 36 В, а цепь управления потребляет 5 мА. Это может использовать регулятор малой мощности для получения стабильного рабочего напряжения. Можно построить удивительное количество цепей, потребляющих менее 5 мА, так что это не ограничение. Более высокий ток можно получить, изменив C1 с 220 нФ на 470 нФ, что позволяет увеличить ток до 25 мА. Были показаны три стабилитрона на 12 В, поскольку один стабилитрон на 36 В рассеивает более ½ Вт (с 220 нФ) и нагревается. При использовании трех каждый рассеивает только 190 мВт. Если для C1 используется конденсатор 470 нФ, рассеяние стабилитрона увеличивается до 300 мВт на каждый без нагрузки. Держите стабилитроны подальше от C2, так как электроники не любят тепло.

Рис. 1.3. Бестрансформаторное питание. Питание реле

На рис. 1.4 показана последовательность включения реле. C1 — 220 нФ, C2 — 220 мкФ, катушка реле — 1 кОм. На графике нагрузки ~5 мА представлена ​​слаботочная схема управления. В течение первых 850 мс напряжение на C2 возрастает, пока не достигнет 36 В. Через 3 секунды реле активируется и получает полные 36 В при подаче питания, падая до 10,6 В при разряде C2. Также отображается ток реле. Он достигает 35 мА в момент подачи питания, а ток удержания составляет 10,6 мА. Номинальный ток катушки составляет 24 мА, и он превышается более чем на 120 мс, что гарантирует , что он будет заряжаться каждый раз.

Рисунок 1.4 – Напряжение и ток Для рис. 1.3

Единственным требованием для надежного срабатывания реле является то, что оно не должно повторно подавать напряжение до тех пор, пока не пройдет хотя бы одна секунда после включения питания или после отключения питания. Это позволяет C2 снова заряжаться до полных 36 В. Конечно, не обязательно допускать 36В для катушки реле 24В — будет достаточно даже 24В, но C2 должен быть большего значения (не менее 470мкФ). Проект 222 показывает пример схемы этого общего класса. Даже с конденсатором 100 мкФ для C2 срабатывание реле составляет абсолютно надежен, но больше емкость лучше. Я предположил, что катушка реле составляет 1 кОм, но вы можете получить множество реле на 24 В с более низким током катушки (сопротивление катушки около 1,4 кОм не редкость), и это делает все намного проще.

Например, у вас может быть термостат, управляющий нагревательным элементом. Если температура обогреваемого помещения ниже заданного значения, схема обычно пытается включить реле, как только подается питание. Это не сработает, потому что никогда не будет достаточного напряжения для срабатывания реле. Для реле на 24 В обычно требуется не менее 18 В, и если он подключен к источнику питания при запуске, напряжения никогда не будет достаточно, поскольку оно может достигать только ~ 10,6 В с подключенным реле. Простой ответ заключается в том, чтобы спроектировать схему управления таким образом, чтобы была задержка в несколько секунд после включения питания, прежде чем реле сработает.

Такой подход обеспечит нормальное функционирование схемы, и если вы ее хорошо спроектируете, она будет продолжать нормально функционировать даже после того, как C1 ухудшится. Схема, показанная на рис. 1.3, все еще будет работать, если C1 уменьшить до 100 нФ. Реле будет иметь постоянное напряжение только около 4,4 В, но это удобно выше, чем ~ 2,4 В, требуемое для «типичного» 24-вольтового реле. Цепь управления также должна оставаться работоспособной при резко сниженном напряжении, и это может быть проблемой.

Идея питать реле более высоким, чем обычно, напряжением, а затем позволять напряжению падать после того, как на него подается питание, часто называется «эффективной» схемой, поскольку она уменьшает рассеивание энергии катушки реле, когда реле включено. Реле с катушкой 1 кОм будет рассеивать 576 мВт при 24 В, но только 144 мВт при 12 В. Каждая экономия имеет смысл, но это, вероятно, спорный вопрос для нагревателя (например), который может потреблять 1-2 кВт при работе. Полная схема, как показано, будет рассеивать чуть более 420 мВт независимо от того, питает ли она реле или нет, тогда как небольшой импульсный источник питания может потреблять менее 100 мВт в режиме ожидания.

Вы можете использовать TRIAC с оптопарой TRIAC (например, MOC3020 или аналогичный) вместо питания электромеханического реле. Светодиоду оптопары обычно требуется 10 мА для надежного срабатывания, но, конечно, симистор также будет рассеивать мощность (обычно от 1 до 1,5 Вт/А), и ему потребуется радиатор для больших токов. Это может легко свести на нет любую экономию, которую вы можете сделать с самим запасом. Использование «горячего» радиатора (т.е. при сетевом напряжении) опасно и настоятельно не рекомендуется.

---

2   Двойные/отрицательные источники питания

Если в вашем проекте используется реле, реле на 24 В всегда лучше, чем что-либо с более низким напряжением катушки. Многое можно сказать о том, что питание реле может превысить номинальное напряжение катушки, поскольку это обеспечивает быстрое включение и сводит к минимуму возможное повреждение контактов. Как показано в Проекте 222, напряжение питания 36 В не является проблемой для реле, и напряжение может упасть до 5 В после подачи питания. Конечно, любые дополнительные схемы, которые вы включаете, должны также работать с пониженным напряжением, и необходимо учитывать ток, потребляемый схемой.

Хотя показанные расходные материалы имеют положительный выход, он может быть отрицательным, если это более удобно. Самый простой способ сделать это — классифицировать «выход» как общий, а «общий» терминал — это выход. Вы также можете иметь несколько напряжений, например ± 12 В. Это достигается простым подключением двух 12-вольтовых стабилитронов и использованием центрального отвода в качестве «общего» соединения. Поскольку этот класс питания не может (и не должен ) быть привязан к земле/земле, полярность выхода может быть произвольной. Они определяются вашим приложением.

Рис. 3.1. Бестрансформаторный источник питания с двумя выходами

Например, чтобы получить ±5 В, достаточно схемы на рис. 3.1. Он может подавать до 28 мА, и если вам нужно более высокое напряжение (например, ± 12 В), то это просто вопрос замены стабилитронов 5,1 В на 12 В. Ток немного уменьшился, но вы все еще можете получить 27 мА при ± 12 В. Однако это при номинальном питании 230 В, и нужно учитывать, что напряжение сети может варьироваться до ±10%. Соответственно изменяется доступный ток, поэтому никогда не следует рассчитывать на полный (теоретический) выходной ток. Это хорошая идея оставить где-то между 10% и 20% запаса прочности, поэтому, если максимум составляет (скажем) 25 мА, вы должны потреблять не более 20 мА. Больше нормально, если регулирование не является существенным.

Два выхода с таким же успехом могут быть +5 В и +10 В или любые другие напряжения, которые можно использовать с простым контроллером и реле (которое также может быть полупроводниковым типом [ТТР] для снижения потребляемого тока). Большинству твердотельных реле требуется входной ток около 10 мА, но их нельзя использовать с «эффективной схемой».

Вы можете получить больше тока, увеличив значение C1, или меньше, уменьшив его. Пара конденсаторов 470 нФ, включенных параллельно, позволит вам потреблять до 50 мА, и этого более чем достаточно для многих «типичных» приложений. Самое главное — убедиться, что реле никогда не включится одновременно с подачей питания.

---

3   Противопоказания

Бестрансформаторные источники питания предназначены для слаботочных приложений. В большинстве случаев это означает не более 50 мА, иначе схема больше не сможет удовлетворять критериям «малой мощности». По сути, мы смотрим на блок питания и рассеивание нагрузки, возможно, 1 Вт, а обычно меньше. 1 Вт обеспечивает до 80 мА при 12 В, но вы можете получить больше мощности при более высоком напряжении. Если у вас есть источник питания 24 В, довольно легко получить мощность до 2 Вт без необходимости использовать глупо большой конденсатор для C1. Не пытайтесь использовать низковольтные реле, так как они потребляют больше тока, чем реле с более высоким напряжением. 24 В рекомендуется, если это возможно.

Было бы неразумно пытаться запустить (например) Arduino или подобное от бестрансформаторного источника питания, так как они могут потреблять до 500 мА, а значение C1 будет чрезмерным. Вам потребуется не менее 7 мкФ (используйте 10 мкФ), рассчитанных на сетевое напряжение. Вместо R1 потребуется термистор NTC , иначе пусковой ток вызовет серьезные проблемы. Даже при использовании с «разумной» емкостью (220-470 нФ) пусковой ток оказывается на удивление высоким. Он ограничен только последовательным резистором (R1).

Все, что использует внешние датчики и вилки и розетки, очень рискованно, и его следует избегать. Существует несколько разъемов (кроме входных/выходных разъемов сети), которые рассчитаны на сетевое напряжение, поэтому это часто является серьезным ограничением. Точно так же не рассчитывайте, что к можно будет подключить любое внешнее устройство — например, ноутбук. Подходящих коннекторов не существует, а весь ноутбук был бы на сетевом потенциале. Риск очевиден, и результат может быть фатальным.

---

4   Предпочтительная альтернатива

Хотя бестрансформаторный источник питания может показаться привлекательным, вы можете использовать небольшой (~ 12 Вт) блок питания в виде штепсельной вилки. После извлечения из исходного корпуса его можно переместить в небольшую служебную / быстродействующую коробку, или вы можете распечатать его в 3D, если хотите. Выход изолирован от полного сетевого напряжения и максимально безопасен. Естественно, расходные материалы, которые вы используете , должны иметь полное разрешение на продажу там, где вы живете. См. статью Опасно или безопасно? — Plug-Packs (также известные как «Wall Warts») проверены. Это объясняет, почему надлежащее одобрение так важно.

Рис. 4.1. Использование небольшого SMPS

Очень хорошим примером является показанный выше. Блок питания хорошо спроектирован и изготовлен и идеально помещается внутри небольшого корпуса. В некоторых случаях вы можете разобрать корпус и отпилить контакты переменного тока (и любые другие ненужные выступы) и повторно использовать оригинальный корпус. Естественно, он будет использоваться внутри основного корпуса для проекта, для которого он предназначен, и вся сетевая проводка будет выполнена в соответствии с высокими стандартами.

Показанный блок питания имеет выходное напряжение 12 В, 1 А и регулируется. При использовании в качестве альтернативы бестрансформаторному источнику он, вероятно, большую часть времени будет работать в режиме холостого хода, а потери холостого хода при утвержденном источнике питания будут незначительными. Большинство из них будут разработаны с учетом требований к мощности в режиме ожидания менее 500 мВт, а «лучшие» модели потребляют не более 100 мВт без нагрузки (некоторые из них потребляют 9 мВт).0706 гораздо меньше ). Изображенный SMPS потребляет только 90 мВт (230 В) без нагрузки. При правильном проектировании ожидаемый срок службы, вероятно, аналогичен сроку службы бестрансформаторного источника питания, а это означает, что вы можете работать с электроникой, не опасаясь поражения электрическим током.

Другой (надеюсь) наиболее очевидный вариант — использование сетевого понижающего трансформатора. По умолчанию они полностью изолированы для использования с сетевым напряжением, и трансформатор, безусловно, является самым безопасным вариантом. Небольшие трансформаторы 50/60 Гц, которые могут выдавать 12 В переменного тока, могут иметь размеры 33 x 28 x 30 мм (2,3 ВА, 190 мА переменного тока при выходном напряжении 12 В переменного тока), и они относительно недороги. Многие из них по своей природе защищены от короткого замыкания, и вы можете получить около 120 мА постоянного тока из упомянутого примера. Вы должны добавить мостовой выпрямитель, крышку фильтра и, возможно, регулятор, чтобы увеличить площадь печатной платы. Тем не менее, это самый безопасный вариант из всех, и он будет иметь самый долгий срок службы.

---

Выводы

Простые таймеры, термостаты и другие полезные функции могут работать в пределах 2 Вт, если используется маломощная схема. Всегда необходимо проявлять большую осторожность, чтобы пользователь не мог получить доступ к какой-либо части источника питания или питаемой электроники, поскольку все находится под сетевым напряжением. Соединители абсолютно запрещены, если только они не рассчитаны на сетевое напряжение, а внешние датчики, потенциометры, переключатели и проводка также должны быть рассчитаны на полное сетевое напряжение.

Имейте в виду, что есть несколько проектов, которые вы найдете в Сети, которые могут быть смертельными, если их использовать. Опасно не только для пользователя, но и для осциллографа или другого тестового оборудования, которое может быть подключено. Любой бестрансформаторный источник питания , который обеспечивает доступ к выходу постоянного тока, является убийцей, просто ожидающим какой-нибудь несчастной души, которая думает, что это «хорошая идея». К сожалению, Сеть предоставляет полным идиотам доступ к публикации всего, что им нравится, не заботясь (или, возможно, даже не зная) о возможных последствиях.

С помощью слаботочной электроники можно получить большую функциональность. Многие микроконтроллеры PIC потребляют менее 10 мА при работе, что обеспечивает большую вычислительную мощность. Однако, как уже отмечалось, входы и выходы остаются серьезной проблемой. Как правило, электроника должна быть полностью «автономной» внутри корпуса. Как это устроено, зависит от приложения. Всегда помните о рассеиваемой мощности резисторов и (особенно) стабилитронов. Это особенно верно, если корпус пластиковый и герметичный, потому что тепло не может легко уйти.

Использование сетевого кабеля для датчика (например) громоздко, но необходимо, и многие из небольших переключателей, которые обычно используются в простых электронных схемах, небезопасны, когда электроника за ними находится под потенциалом сети. Производители могут обойти это, используя мембрану в качестве изоляционного барьера с переключателями за ней. Если у вас есть какие-либо сомнения относительно пригодности этого типа питания, я предлагаю вам использовать небольшой обратноходовой импульсный источник питания (штекерный блок, также известный как «настенная бородавка»). Как только ваша электроника отключена от сети, все становится намного проще.

Предпочтительным реактивным компонентом для такого источника питания является всегда конденсатор. Можно использовать резистор, но он будет рассеивать значительную мощность и нагреваться. Вы также заплатите за потраченную впустую энергию, что сделает это предложение непривлекательным. Вы могли бы использовать катушку индуктивности, но она будет намного больше и дороже, чем конденсатор. Я никогда не рассматривал это как вариант. Я упоминаю об этом только потому, что это возможно , но это определенно непрактично.

В общем и целом, одобренный блок питания SMPS всегда является лучшим выбором, а дополнительные затраты легко оправдываются для самостоятельного изготовления. Возможно, вам потребуется построить только одну единицу, так что небольшие дополнительные затраты на покупку безопасности не станут серьезным ударом по вашей «сумме». В конце концов, вы должны решить, сколько стоит ваша жизнь !

---

Ссылки

Внешних ссылок нет, только другие статьи ESP. Их можно найти в указателе статей.

---

 

---

Основной указатель Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2022. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, будь то электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: Страница опубликована в июле 2022 г. 7 968 ​​просмотров

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

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

Аппаратные компоненты

Следующие компоненты необходимы для изготовления бестрансформаторного источника питания

S.No	Component	Value	Qty
1)	Film Capacitor (ceramic)	1.1uF/115J/400V	1
2)	Diodes	1N4007	4
3)	AC Wall outlet	220V	1
4)	AVO Meter	–	1
5)	Capacitor	220uF/63V	1
6)	Resistors	2. 2M Ohms, 100K Ohms, 680 Ohms	3
7)	Breadboard/Veroboard	—	1
8)	паяль железа	45W — 60W	1
	Soldering Wire Wire Wire Flure с Fllerence Fllening Fller. Fllering Fllain.0378	Провода-перемычки	–	При необходимости

Цепь бестрансформаторного источника питания

Шаги

Обязательно выполните шаги, показанные на видео выше.

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

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

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

4) Припаять резистор 680 Ом на выходе выпрямительного моста.

5) Припаяйте резистор 100кОм последовательно с резистором 680Ом

6) Припаяйте конденсатор 220мкФ параллельно выпрямительному мосту.

7) Припаяйте входные и выходные разъемы к схеме.

8) Проверить и проверить цепь с помощью мультиметра.

Пояснение к работе

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

Низкий сигнал переменного тока затем отправляется на мостовой выпрямитель (комбинация из 4 диодов), который преобразует сигнал переменного тока в пульсирующий постоянный ток.