Простая схема бестрансформаторного блока для питания светодиодов

Плюс бестрансформаторного блока питания это простая схема с малым количеством деталей. Он имеет немного лучшие массогабаритные характеристики в сравнении с трансформаторным блоком. Минусы: низкий КПД при низком выходном напряжении, большой мощности от него не получить, а отсутствие гальванической развязки делает схемы, питаемые этим блоком потенциально опасными. Схема бестрансформаторного блока питания:

Вместо двух балластных конденсаторов C1, C2 можно поставить один, емкостью 220 nF и напряжением не менее 400В. У меня не было конденсатора такой емкости с таким напряжением, поэтому я поставил два последовательно. Можно конечно и на 250В поставить, но есть риск что его пробьет, надежность схемы будет меньше. Резисторы R1, R2 нужны для разряда конденсаторов после отключения от сети.

Реактивное сопротивление конденсатора на частоте f рассчитывается по формуле:

\( X_{c} = \frac{1}{2\pi f C} = \frac{1}{2 \times 3,14 \times 50 \times 0.

00000022} = 14476Ом \)

Ток через конденсатор рассчитывается также как и для резистора:

\( I_{c} = U / X_{c} = 220 / 14476 = 0.015А \)

Резистор R3 ограничивает начальный бросок тока через разряженные конденсаторы. Диодный мост любой на напряжение не менее 400В.

В сети переменного тока могут быть гармонические колебания высокой частоты для которых балластный конденсатор имеет низкое сопротивление. Из за этого ограничение тока конденсатором может оказаться недостаточным. Резистор R4 и конденсатор C3 образуют фильтр высоких частот первого порядка с частотой среза около 60Гц по уровню -3дБ. Также этот фильтр должен уменьшить примерно в два раза уровень пульсаций частотой 100Гц, которые получаются после двухполупериодного выпрямления.

Стабилитрон D2 устанавливает выходное напряжение. Следует помнить что без нагрузки весь ток потечет через стабилитрон и он может сгореть. Поэтому не рекомендуется включать бестрансформаторные блоки питания без нагрузки. Вместо 1n4744 можно взять д814д. Мощность выделяемую на стабилитроне можно узнать перемножив напряжение стабилизации на проходящий через стабилитрон ток. Ток у нас ограничен до 15мА, напряжение стабилизации 1n4744 15В. Получается без нагрузки на стабилитроне будет рассеиваться 0.23Вт. 1n4744 может рассеивать до 1Вт тепла, так что он не сгорит, а вот д814д с максимальной рассеиваемой мощностью 0.34Вт может и сгореть, ведь с повышением температуры рассеиваемая мощность падает.

Блок с указанными номиналами выдал около 12мА через цепочку из 5-ти светодиодов. Напряжение при этом упало до 13В. Получается мощность такого блока всего 156мВт. При этом потребляемая от сети мощность около 3Вт. КПД крайне низкий, около 5%. Для увеличения мощности нужно увеличить емкость балластного конденсатора. При этом увеличиваются габариты схемы и теряется преимущество в компактности. Если нужна мощность больше целесообразнее использовать маленький трансформатор.

Значительно увеличить мощность в нагрузке можно увеличив выходное напряжение, применив стабилитрон на большее напряжение. Правда нагрузка должна выдерживать это высокое напряжение. И одной из таких нагрузок может быть цепочка последовательно соединенных светодиодов. Но стабилизировать напряжение на светодиодах не очень хорошая идея. Лучше добавить в схему линейный стабилизатор тока на двух транзисторах:

Чтобы найти мощность рассеиваемую линейным стабилизатором нужно разницу входного и выходного напряжений умножить на протекающий через стабилизатор ток. Чтобы найти сопротивление R5 нужно напряжение насыщения транзистора Q2 поделить на требуемый ток. Типовое напряжение насыщения база-эмиттер транзистора 13002s 0.9В. Значит для получения тока в 50мА нужен резистор 18Ом.

Я подключил к схеме 6 светодиодов. КПД при этом составил 6%. Для 12 светодиодов КПД уже 13%. Для максимального КПД нужно подключать максимально возможное количество светодиодов.

Подключая 6 светодиодов к схеме я думал что транзистор Q1 сгорит так как на входе около трехсот вольт, а на выходе 6 светодиодов съедят вольт 16.

Разница между входом и выходом 284 вольта, ток 50мА, получается стабилизатор должен рассевать мощность аж 14Вт. Но замерив напряжение на конденсаторе C2 обнаружил, что оно выше напряжения на светодиодах лишь на 12В. Такая же разница напряжений была и когда подключил 12 светодиодов. Получается 12В падает на стабилизаторе, 32В на 12-ти светодиодах. А куда девается остальное? Предполагаю что светодиоды играют роль стабилитрона. С разницей между входным и выходным напряжением 12В на стабилизаторе тока рассеивается 0.64Вт.

Чтобы не соединять кучу светодиодов можно взять светодиодные чипы, внутри которых несколько кристаллов, например 5050.

После отключения из сети схема остается еще некоторое время опасной, так как конденсаторы разряжаются не мгновенно. Лучше выждать секунд 10 перед тем как что то менять.

Бестрансформаторный источник питания. Схема и расчет

Главная » Источники питания » Бестрансформаторный источник питания. Схема и расчет

в Источники питания 0 1,716 Просмотров

Источники питания с гасящим конденсатором — это простое и дешевое решение для питания маломощных устройств. В данной статье мы рассмотрим, как можно спроектировать, бестрансформаторный источник питания с гасящим конденсатором.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Принципиальная электрическая схема

Преимущество этой схемы в том, что здесь избыточная энергия не рассеивается в виде тепла (как при использовании резистора).

Здесь предохранитель на 200 мА защищает цепь от короткого замыкания или отказа компонентов. Варистор на 275В предохраняет схему от скачков напряжения. Основной частью этого источника питания является конденсатор С1 (X типа), так как на нем падает основная часть избыточного напряжения электросети.

Резистор R1 предназначен для разрядки конденсатора C1 при отключении питания, что предотвращает любые удары, вызванные зарядом конденсатора.

Резистор R2 предназначен для предотвращения чрезмерного переходного тока, который может протекать при включении источника питания (во время заряда C1). Полупроводники D1…D4 представляют собой мостовой выпрямитель, который выпрямляет переменное напряжение. Среди них D1 и D2 — стабилитроны, а D3 и D4 – диоды. Таким образом, выпрямленное напряжение будет ограничено напряжением стабилитронов. Конденсатор C2 — это фильтрующий конденсатор, который фильтрует выпрямленное напряжение от помех.

Блок питания 0…30 В / 3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Работу бестрансформаторного источника питания демонстрирует выше приведенное изображение, которое не требует какого-либо особого пояснения.

В положительном полупериоде полупроводники D1 и D4 смещены в прямом направлении, и ток течет через нагрузку. Выходное напряжение будет ограничено стабилитроном D1. В отрицательном полупериоде полупроводники D2 и D3 смещены в прямом направлении, и выходное напряжение будет ограничиваться стабилитроном D2.

Расчет бестрансформаторного источника питания

Максимальный ток:

I = V / Z, где V — напряжение, а Z — полное сопротивление.

Емкостное реактивное сопротивление конденсатора равно:

X_C1 = 1 / (2πfC), где f — частота, а C — емкость.

• X_C1 = 1/(2 x 3.14 x 50 x 680 x 10^-9) = 4683Ω.
• X₁ = (X_C1 x R1)/ (X_C1 + R₁) = (4683 x 470 x 103)/ (4683 + 470 x 103) = 4637Ω (общее сопротивление C1 и R1)
• Напряжение стабилитрона Vz = 12V
• Vin = 230V
• Падение на диоде, Vd = 0.7V
• I = (Vin – Vd – Vz)/(X₁ + R2) = (230 – 0.7 – 12)/(4637 + 100) = 0.046A = 46mA.

Характеристики компонентов для источника питания 12 В, 40 мА

Согласно приведенным выше расчетам, C1 = 680 нФ, 400 В

• V _X1 = X₁ x I = 4637 x 0,046 = 213,3 В
• P_R1 = I² R1 = V²/R1 = (213,3)²/470000 = 0,1 Вт
• R1 = 470 кОм, 0,25 Вт
• P_R2 = I²R2 = (0,046)²x100 = 0,2116 Вт
• R2 = 100 Ом, 0,5 Вт
• Мощность стабилитрона , Pz = Vz x Imax = 12 x 0,046 = 0,552 Вт
• D1, D2 = 12 В, 1 Вт
• D3, D4 = 1N4007

Примечание. Лучше выбирать номинальную мощность резисторов, превышающую удвоенную рассеиваемую мощность.

Эксперимент

В нашем эксперименте мы использовали резисторы с более высоким номиналом, чем указано в расчетах. В качестве нагрузочного резистора использовали резистор сопротивлением 300 Ом (12В / 300 Ом = 40 мА), чтобы проверить нагрузочную способность источника питания.

Выходное напряжение = Vz — Vd = 12 — 0,7 = 11,3 В

Внимание. Следует соблюдать осторожность при тестировании или использовании этой схемы! Не прикасайтесь ни к каким точкам цепи, так как некоторые точки этой цепи находятся под напряжением сети!

Источник

Портативный паяльник TS80P

TS80P- это обновленная версия паяльника TS80 Smart, работающий от USB…

Подробнее

бест 2021-01-17

С тегами: бест

Сильноточная схема бестрансформаторного источника питания

Простая конфигурация схемы бестрансформаторного источника питания, представленная ниже, способна обеспечить большой ток при любом назначенном фиксированном уровне напряжения. Идея, кажется, решила проблему получения большого тока от емкостных источников питания, которая ранее казалась трудной задачей. Я предполагаю, что я первый человек, который изобрел это.

Введение

В этом блоге я обсудил несколько схем бестрансформаторных источников питания, которые хороши только для маломощных приложений и имеют тенденцию становиться менее эффективными или бесполезными при сильноточных нагрузках.

Вышеупомянутая концепция использует высоковольтные полипропиленовые конденсаторы для снижения сетевого напряжения до требуемого уровня, однако она не может повысить уровень тока в соответствии с любым желаемым конкретным приложением.

Хотя, поскольку ток прямо пропорционален реактивному сопротивлению конденсаторов, это означает, что ток можно поднять, просто подключив больше конденсаторов параллельно. Но это создает риск высоких начальных импульсных токов, которые могут мгновенно разрушить задействованную электронную схему.

Добавление конденсаторов для увеличения тока

Таким образом, добавление конденсаторов может помочь увеличить токовые характеристики таких источников питания, но сначала необходимо позаботиться о коэффициенте перенапряжения, чтобы сделать схему пригодной для практического использования.

Схема сильноточного бестрансформаторного источника питания, описанная здесь, мы надеемся, эффективно справляется с выбросами, возникающими из-за переходных процессов питания, так что выход становится безопасным и обеспечивает требуемый ток при номинальных уровнях напряжения.

Все в схеме остается таким же, как и его старый аналог, за исключением включения сети симистора и стабилитрона, которая на самом деле является сетью лома, используемой для заземления всего, что превышает номинальное напряжение.

В этой схеме выход, как мы надеемся, обеспечит стабильное напряжение около 12+ вольт при токе около 500 мА без опасностей любого случайного напряжения или притока тока.

ВНИМАНИЕ: ЭТА ЦЕПЬ НЕ ИЗОЛИРОВАНА ОТ СЕТИ, ПОЭТОМУ СВЯЗАНА С ВЫСОКИМ РИСКОМ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ, НЕОБХОДИМО ПРИНЯТЬ СООТВЕТСТВУЮЩИЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ.

ОБНОВЛЕНИЕ: Лучшая и более совершенная конструкция может быть изучена в этой схеме бестрансформаторного источника питания с регулируемым переходом через ноль

Список деталей

• R1 = 1M, 1/4 Вт
• R2, R3 = 1K, 1/4 Watt
• C1 —- C5 = 2 UF/400V PPC, каждый
• C6 = 100 UF/25 В
• Все диоды = 1N4007
• Z1 = 15 В, 1 Ват
• TRIA приведенный выше сильноточный бестрансформаторный источник питания можно увидеть ниже, он был разработан г-ном Патриком Брюйном, одним из заядлых подписчиков этого блога.

  Обновление

  Более глубокий анализ схемы показал, что симистор сбрасывал значительный ток, одновременно ограничивая выбросы и контролируя ток.

  Подход, использованный в приведенной выше схеме для контроля напряжения и перенапряжения, является отрицательным с точки зрения эффективности.

  Чтобы получить предполагаемые результаты, предложенные в приведенной выше конструкции, и без шунтирования драгоценных ампер, необходимо реализовать схему с точно противоположной характеристикой, как показано выше

  Интересно, что здесь симистор не сконфигурирован для сброса питания, а подключен таким образом, что он отключает питание, как только выход достигает заданного безопасного предела напряжения, который обнаруживается каскадом BJT.

  Новое обновление:

  В приведенной выше модифицированной конструкции симистор может работать некорректно из-за его довольно неудобного расположения. Следующая диаграмма предлагает правильно сконфигурированную версию вышеперечисленного, которая, как ожидается, будет работать в соответствии с ожиданиями. В этой конструкции мы включили тиристор вместо симистора, поскольку устройство расположено после мостового выпрямителя, и, следовательно, вход имеет форму пульсаций постоянного тока, а не переменного тока.

  Улучшение вышеуказанной конструкции:

  В приведенной выше схеме бестрансформаторного источника питания на основе SCR выход защищен от перенапряжения через SCR, но BC546 не защищен. Чтобы обеспечить полную защиту всей схемы вместе с драйверным каскадом BC546, к каскаду B546 необходимо добавить отдельный маломощный каскад запуска. Измененный дизайн можно увидеть ниже:

  Вышеприведенный дизайн можно улучшить, изменив положение SCR, как показано ниже:

  До сих пор мы изучали несколько конструкций бестрансформаторных источников питания с высокими характеристиками тока, а также узнали об их различных режимах конфигураций.

  Ниже мы пойдем немного дальше и узнаем, как создать схему переменной версии с использованием SCR. Объясняемая конструкция не только обеспечивает возможность получения непрерывно изменяемого выходного сигнала, но также защищена от перенапряжения и, следовательно, становится очень надежной при выполнении своих предполагаемых функций.

  Схема понятна из следующего описания:

  Работа схемы

  Левая часть схемы нам хорошо знакома, входной конденсатор вместе с четырьмя диодами и фильтрующим конденсатором образуют части общей ненадежной бестрансформаторной цепи питания с фиксированным напряжением.

  Выход этой секции будет нестабильным, подверженным импульсным токам и относительно опасным для работы с чувствительными электронными схемами.

  Часть схемы с правой стороны предохранителя придает ему совершенно новый, сложный дизайн.

  Сеть лома

  На самом деле это сеть лома, введенная для некоторых интересных функций.

  Стабилитрон вместе с резисторами R1 и P1 образуют своего рода ограничитель напряжения, который определяет, при каком уровне напряжения должен срабатывать тринистор.

  P1 эффективно изменяет напряжение стабилитрона от нуля до его максимального значения, поэтому здесь предполагается, что оно составляет от нуля до 24 В.

  В зависимости от этой настройки устанавливается напряжение срабатывания SCR.

  Предположим, что P1 устанавливает диапазон 12 В для затвора SCR, как только питание сети включено, выпрямленное постоянное напряжение начинает развиваться на D1 и P1.

  В тот момент, когда оно достигает отметки 12 В, SCR получает достаточное напряжение срабатывания и мгновенно проводит ток, замыкая выходные клеммы.

  Короткое замыкание выхода приводит к падению напряжения до нуля, однако в тот момент, когда падение напряжения становится ниже установленной отметки 12 В, тринистор блокируется от требуемого напряжения затвора и возвращается в непроводящее состояние…. ситуация снова позволяет напряжению расти, и SCR повторяет процесс, следя за тем, чтобы напряжение никогда не превышало установленный порог.

  Включение конструкции ломика также обеспечивает выходной сигнал без перенапряжения, поскольку тиристор ни при каких обстоятельствах не допускает прохождения перенапряжения на выходе, а также позволяет работать с относительно более высокими токами.

  Принципиальная схема

  Другая схема на основе SCR

  Этот сильноточный бестрансформаторный источник питания на основе SCR состоит из нескольких легкодоступных электронных частей. Уровень выходного напряжения (а также уровень допустимого тока, как указано в таблице I) регулируется вращением поворотного переключателя S1.

  Таблица №1

  Цепь бестрансформаторного источника питания с регулируемым переходом через нуль

  На следующей схеме показано, как концепция перехода через нуль может быть реализована для создания эффективной бестрансформаторной схемы сильноточного источника питания с широкими возможностями настройки.

  Преимущества этой схемы следующие:

  100% защита от перенапряжения обеспечивает полную безопасность нагрузки, стабилитрона и конденсатора в течение всего времени, независимо от условий переключения на входе источника питания.

  Отсутствие рассеивания тепла обеспечивает максимальную эффективность схемы.

  Как работает схема

  Мы знаем, что основная проблема с бестрансформаторной схемой питания — это импульсный ток при включении, который возникает из-за резкого скачка переменного тока, поступающего в электронную схему, связанную с источником питания.

  Этот внезапный скачок напряжения и тока приводит к сгоранию уязвимых электронных компонентов, подключенных к источнику питания.

  Это означает, что если разрешить включение нагрузки всякий раз, когда сигнал переменного тока приближается к пересечению нуля, то таких сбоев можно избежать.

  Приведенная выше схема делает именно это.

  PNP TIP127 работает только тогда, когда форма сигнала переменного тока ниже значения стабилитрона.

  Когда TIP127 проводит ток, переменный ток уже находится в безопасном диапазоне нагрузки, и это безопасное напряжение сохраняется в конденсаторе емкостью 1000 мкФ для питания нагрузки.

  Процесс продолжается для каждого цикла и только тогда, когда пиковое значение переменного тока безопасно падает до значения стабилитрона, что обеспечивает стабильное питание нагрузки с оптимизированным входным напряжением и током.

  Бестрансформаторный блок питания | 5v / 9v / 12v / 15v » Freak Engineer

  12 июля 2022 г. 9 ноября 2021 г. Акаш Шарма

  В этой статье рассказывается о работе, схеме, преимуществах, недостатках и применении бестрансформаторного источника питания.

  Как правило, источники питания постоянного тока преобразуют переменный ток в постоянный (небольшое постоянное напряжение) с помощью понижающих трансформаторов или SMPS (импульсный источник питания). Эти блоки питания включают в себя множество шагов для понижения постоянного тока. Для небольших приложений эти шаги являются основным недостатком. То есть –

  1. Высокая стоимость
  2. Громоздкий
  3. Требуется больше места

  Что такое бестрансформаторный блок питания?

  Бестрансформаторный источник питания представляет собой схему, которая преобразует входное переменное напряжение высокого напряжения (230 В) в низкое напряжение постоянного тока при слабом токе без использования трансформатора.

  Он используется там, где мало места для цепи.

  Принцип работы бестрансформаторного источника питания

  Принцип работы бестрансформаторного источника питания включает в себя схему делителя напряжения. Он преобразует однофазное переменное напряжение в желаемое низкое напряжение постоянного тока. Концепция этого источника питания включает в себя разделение напряжения, выпрямление, регулирование и ограничение тока.

  Конденсатор 225j снижает напряжение 230 В переменного тока примерно до 24 В переменного тока. Резистор сопротивлением 1 МОм, который закорачивает конденсатор, называется продувочным резистором, назначение этого резистора — разрядить конденсатор, когда цепь отключена.

  Далее в схеме имеется мостовой выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный. Стабилитрон рядом с ним регулирует напряжение до нужного уровня, а конденсатор емкостью 470 мкФ сглаживает протекание тока. Резистор 100 Ом ограничивает протекание тока в цепи.

  Необходимые компоненты

  Компоненты, необходимые для бестрансформаторного источника питания:

  1. Конденсатор 225 Дж / 400 В
  2. Конденсатор 470 мкФ / 25 В
  3. In 4007 Диод x 4
  4. Стабилитрон (5 В / 9 В / 12 В) Резистор 1 МОм 0,25 Вт
  5. Резистор 100 Ом 2 Вт
  6. Соединительные провода
  7. Veroboard / Breadboard

  Принципиальная схема

  Схема бестрансформаторного блока питания

  На приведенном выше рисунке показан бестрансформаторный блок питания. Он преобразует 220 В переменного тока в 5 В, 9 В, 12 В, 15 В с использованием конденсатора (емкостное сопротивление), резистора, мостового выпрямителя и стабилитрона.

  Конденсатор (225 Дж / 400 В) снижает напряжение, выпрямитель преобразует его в постоянный ток, стабилитрон регулирует напряжение, а резистор ограничивает ток.

  Соединение

  Подсоедините провода шаг за шагом, как указано ниже –

  1. Возьмите конденсатор 225Дж и закоротите его клемму с помощью разрядного резистора 1 МОм.
  2. Сделайте мостовой выпрямитель, используя диод in4007, как показано на принципиальной схеме.
  3. Теперь подключите один вывод конденсатора 225 Дж к мостовому выпрямителю, как показано на рисунке.
  4. Подключите резистор 100 Ом к мостовому выпрямителю, как показано на рисунке.
  5. Подключите стабилитрон с нужным напряжением.
  6. Добавьте конденсатор фильтра 470 мкф / 25 В к выходу постоянного тока мостового выпрямителя.