БЕСТРАНСФОРМАТОРНОЕ ПИТАНИЕ СХЕМ

Схемы бестрансформаторного сетевого питания микроконтроллеров

Бестрансформаторные источники питания проще в изготовлении и дешевле, чем трансформаторные, однако они представляют определённую опасность для жизни человека при налаживании, ремонте и в эксплуатации. Неосторожное прикосновение одновременно ктоковедущей части и к заземлённой поверхности может окончиться весьма плачевно.

Схемы без гальванической развязки применяют в тех конструкциях, где не требуется постоянное присутствие человека или обеспечена надёжная изоляция от поражения током. Стоит отметить, что использовать такие источники питания целесообразно только при небольших токах нагрузки, так как в противном случае размеры и стоимость нужных компонентов растут очень быстро.

Различают следующие разновидности бестрансформаторных блоков питания:

  • с балластным резистором во входной цепи;
  • с балластным конденсатором во входной цепи;
  • с импульсным неизолированным AC/DC-преобразователем.

Балластными резисторами и конденсаторами гасится излишек сетевого напряжения. Соответственно резисторы должны быть рассчитаны на большую мощность рассеяния, а конденсаторы должны быть плёночными, например, К73-17, желательно с рабочим напряжением не менее 630 В. Запас нужен, потому что допустимое переменное напряжение КАС на частоте 50 Гц у данного класса конденсаторов значительно меньше допустимого постоянного напряжения KDC (Табл. 6.2).

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Схемы балластного типа «не любят» частых включений/выключений, поскольку в начальный момент времени возникают всплески напряжения. Если имеется возможность, то лучше вообще обойтись без сетевого тумблера, что значительно продлит ресурс работы устройства. Оптимальная сфера применения балластных схем — маломощные приборы с круглосуточным режимом функционирования.

Импульсные сетевые бестрансформаторные преобразователи напряжения носят название AC/DC («переменное» АС в «постоянное» DC). Они обеспечивают высокий КПД и малые габариты, но генерируют импульсные помехи достаточно высокой частоты и амплитуды. Кроме того, микросхемы, применяемые в этих преобразователях, к числу дешёвых и широкораспространённых не относятся.

На Рис. 6.3, а. м показаны схемы бестрансформаторного питания с балластными резисторами и конденсаторами, а на Рис. 6.4, а. г — с микросхемами импульсных AC/DC-преобразователей.

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (начало):

а) диоды VD1. VD4 должны выдерживать обратное напряжение не менее 400 В. Резисторы Rl, R2 являются балластными для стабилитрона VD5. Сопротивление резистора R3 выбирается так, чтобы выходное напряжение не превышало +5.25 В при любом токе нагрузки. ФНЧ на элементах C1, R3, С2 сглаживает сетевые пульсации удвоенной частоты 100 Гц;

б) аналогично Рис. 6.3, а, но параллельные балластные резисторы заменяются последовательно включёнными резисторами RL..R3, RС-фильтр заменяется LC-фильтром LI, C1, а также добавляется предохранитель FUI. Максимально допустимый ток через дроссель LI должен быть с запасом больше, чем ток нагрузки;

в) полная классическая схема источника питания с балластным конденсатором C1. Резистор R1 ограничивает начальный ток заряда конденсатора С2 и является обязательным в подобных схемах. Резистор R2 быстро разряжает конденсатор C1 после отключения вилки от сети 220 В. Сборка диодов VD1 выпрямляет напряжение и может быть заменена двумя диодами типа 1 N4004. 1 N4007. Конденсатор С2 сглаживает сетевые пульсации, а конденсатор СЗ устраняет ВЧ-помехи. Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона VD2 и тока нагрузки;

г) питание от трёхфазной сети через балластные резисторы RL..R3. Стабилитрон VD4 нужен, чтобы микросхема DA1 не вышла из строя от высокого входного напряжения при обрыве нагрузки в цепи +5 В или при резком снижении тока потребления;

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (продолжение):

д) стабилитроны VD3, VD4 имеют повышенную мощность рассеяния 1. 3 Вт и выполняют предварительное ограничение напряжения. Стабилизатор на микросхеме DA I обеспечивает выходное напряжение;

е) двухполупериодный выпрямитель с диодным мостом VD1 и светодиодной индикацией наличия питания. Резистор R3 определяет ток в нагрузке, а также яркость свечения индикатора HLI. Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона VD2 и тока нагрузки;

ж) двухполярный источник питания. Для полной симметрии схемы желательно обеспечить одинаковые токовые нагрузки по цепям +5 и -5 В;

з) разделение выходного напряжения на две отдельные ветви для исключения взаимных помех, например, для питания МК и для управление тиристором. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на уровне +5.6 В. Диоды VD2, VD3 снижают его до +4.8. +5 В в каждом канале;

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (окончание):

и) получение двух напряжений от одного источника питания. Суммарный ток нагрузки состоит из суммы токов в каналах +9. +12 В и +5 В. При значительных колебаниях тока нагрузки следует выбрать стабилитрон VD3 с повышенной мощностью рассеяния 1. 3 Вт;

к) стабилитроны VDI, VD2 одновременно служат стабилизаторами и выпрямителями. Стабилитроны следует выбирать мощные, с запасом по току;

л) вместо одного применяются два балластных конденсатора C1, С2, которые могут быть рассчитаны на меньшее допустимое напряжение;

м) в закрытом состоянии тиристора VS1 ток на бестрансформаторный стабилизатор напряжения (C1. CJ, RL..R3, VDI, VD2) проходит через нагрузку RH. Ввиду низкого значения тока, нагрузка не работает в полную мощность, например, лампа не светится, вентилятор не крутится и т.д. После включения тиристора VSI, в нагрузку RH подаётся полная мощность, а напряжение на выходе стабилизатора снижается с +5 до +2.7 В. Чтобы МК нормально функционировал, он должен быть широкодиапазонным по питанию и иметь возможность организации рестарта.

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Рис. 6.4. Схемы сетевых бестрансформаторных блоков питаь с AC/DC-преобразователями:

а) типовая схема включения импульсного AC/DC-преобразователя напряжения на микросхеме DA1 фирмы ROHM;

б) типовая схема включения импульсного AC/DC-преобразователя напряжения на микросхеме DA1 фирмы Power Integrations. Дроссели LI, L2снижают уровень пульсаций;

в) формирователь двух популярных у радиолюбителей напряжений питания +5 и +3.3 В. Микросхема DA1 — это импульсный АC1DC-преобразователь напряжения фирмы Supertex;

т) DAI — это импульсный АC1DC-преобразователь напряжения фирмы Supertex. Общий ток нагрузки по выходам +18 и +5 В не должен превышать 40 мА.

Бестрансформаторные Схемы Питания

Без трансформаторная концепция работает с использованием высоковольтного конденсатора для снижения переменного тока сети до требуемого более низкого уровня, необходимого для подключенной электронной схемы или нагрузки.
Спецификация этого конденсатора выбрана с запасом. Пример конденсатора, который обычно используется в схемах без трансформаторного питания, показан ниже:

Этот конденсатор соединен последовательно с одним из входных сигналов переменного напряжения АС.
Когда сетевой переменный ток входит в этот конденсатор, в зависимости от величины конденсатора, реактивное сопротивление конденсатора вступает в действие и ограничивает переменный ток сети от превышения заданного уровня, указанным значением конденсатора.

Однако, хотя ток ограничен, напряжение не ограниченно, поэтому, при измерении выпрямленного выхода без трансформаторного источника питания, обнаруживаем, что напряжение равно пиковому значению сети переменного тока , это около 310 В.

Но поскольку ток достаточно понижен конденсатором, это высокое пиковое напряжение стабилизируется с помощью стабилитрона на выходе мостового выпрямителя.

Мощность стабилитрона должна быть выбрана в соответствии с допустимым уровнем тока конденсатора.

Преимущества использования без трансформаторной схемы питания

Дешевизна и при этом эффективность схемы для маломощных устройств.
Без трансформаторная схема питания, описанная здесь, очень эффективно заменяет обычный трансформатор для устройств, мощностью тока ниже 100 мА.

Здесь высоковольтный металлизированный конденсатор использован на входном сигнале для понижения тока сети
Схема показанная выше может быть использована как источник электропитания DC 12 В для большинства электронных схем.
Однако, обсудив преимущества вышеописанной конструкции, стоит остановиться на нескольких серьезных недостатках, которые может включать в себя данная концепция.

Недостатки без трансформаторной схемы питания

Во-первых, цепь неспособна произвести сильнотоковые выходы, что не критично для большинства конструкций.
Другим недостатком, который, безусловно, требует некоторого рассмотрения, является то, что концепция не изолирует цепь от опасных потенциалов сети переменного тока.

Этот недостаток может иметь серьезные последствия для конструкций связанных с металлическими шкафами, но не будет иметь значения для блоков, которые имеют все покрыты в непроводящем корпусе.

И последнее, но не менее важное: вышеупомянутая схема позволяет скачкам напряжения проникать через нее, что может привести к серьезному повреждению цепи питания и самой схемы питания.

Читайте также  Обзор лучших программ для составления электрических схем

Однако в предложенной простой без трансформаторной схеме питания этот недостаток был разумно устранен путем введения различных типов стабилизирующих ступеней после мостового выпрямителя.

Этот конденсатор основывает мгновенные высоковольтные пульсации, таким образом эффективно защищая связанную электронику с ним.

Как схема работает
1. Когда сетевой вход сети переменного тока включен, конденсатор C1 блокирует вход сетевого тока и ограничивает его до более низкого уровня, определенного значением реактивного сопротивления C1. Здесь можно примерно предположить, что он составляет около 50 мА.
2. Однако напряжение тока не ограничено, и поэтому 220V может находиться на входном сигнале позволяя достигнуть последующий этап выпрямителя тока .
3. Выпрямитель тока моста выпрямляет 220V к более высокому DC 310V, к пиковому преобразованию формы волны AC.
4. DC 310V быстро уменьшен к низкоуровневому DC стабилитроном, который шунтирует его к значение согласно номинала стабилитрона. Если используется 12V стабилитрон, то и на выходе будет 12 вольт.
5. C2 окончательно фильтрует DC 12V с пульсациями, в относительно чистый DC 12V.

Цепь драйвера показанная ниже управляет лентой менее 100 светодиодов (при входном сигнале 220В), каждый светодиод рассчитан на 20мА, 3.3 В 5мм:

Здесь входной конденсатор 0.33 uF / 400V выдает около 17 ма, что примерно правильно для выбранной светодиодной ленты.
Если драйвер использовать для большего числа подобных светодиодных лент 60/70 параллельно, то просто значение конденсатора пропорционально увеличить для поддержания оптимального освещения светодиодов.

Поэтому для 2 лент включенных в параллель требуемое значение будет 0.68 uF/400V, для 3 лент заменить на 1uF / 400V. Аналогично для 4 лент должно быть обновлено до 1.33 uF / 400V, и так далее.

Важно: хотя не показан ограничивающий резистор в схеме, было бы неплохо включить резистор 33 Ом 2 Вт последовательно с каждой светодиодной лентой, для дополнительной безопасности. Можно вставить в любом месте последовательно с отдельными лентами.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ВСЕ ЦЕПИ, УПОМЯНУТЫЕ В ЭТОЙ СТАТЬЕ, НЕ ИЗОЛИРОВАНЫ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ВСЕ СЕКЦИИ ЦЕПИ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНЫ ДЛЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ К СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

Как сделать бестрансформаторный блок питания на 12В

Иногда для подключения различной аппаратуры требуется низковольтный источник тока. Модели, реализуемые в магазинах, имеют большие габариты и вес из-за понижающего трансформатора, который входит в их состав. Для некоторых устройств эти параметры могут оказаться критичными, поэтому все чаще пользователи предпочитают собирать бестрансформаторный блок питания на 12 Вольт своими руками.

Пригодность блока питания в быту

У каждого в доме есть различная аппаратура, работающая от батареек или аккумуляторов. Чтобы не менять каждый раз элементы, ее питают от любого источника, подключаемого к сети 220 В.

Большой мощности от полностью бестрансформаторного малогабаритного блока ждать не следует. Аккумуляторные инструменты (шуруповерты, дрели, дисковые пилы), насосы, планшеты и ноутбуки от него работать не будут.

К такому БП можно подключать осветительные приборы и электронную технику, которые потребляют ток до 500 мА:

  • малогабаритные приемники;
  • светодиодные лампы и гирлянды (но не ленты);
  • портативную маломощную медицинскую аппаратуру (наручный тонометр, измеритель пульса и других параметров);
  • зарядные модули телефонов;
  • детские игрушки;
  • моторы магнитофонов, вентиляторы;
  • самодельные устройства;
  • платы от Arduino.

Устройство и конструкция

Простой 12-вольтовый БП без трансформатора можно сделать из нескольких радиоэлементов. Он представляет собой диодный мост VD1-4 и 3 однотипных транзисторных стабилизатора, включенных последовательно.

Схема

Другая схема состоит из следующих деталей:

  • 2 конденсаторов C1 и C2;
  • 4 диодов, образующих мост VD1-4;
  • 1 стабилитрона D1.

C1, подключенный к сети 220 В, гасит большую часть напряжения. Оно выпрямляется диодным мостом VD1-4. Цепочка D1, C2 является параметрическим стабилизатором, с выхода которого снимается постоянное напряжение, питающее нагрузку.

Схема

Более продвинутое устройство содержит на входе сопротивление R1 для подавления броска тока и RC-цепочку — подключенные параллельно гасящая емкость C1 и резистор r2 большого номинала для ее разрядки. Средняя часть схемы такая же. На выходе установлен дополнительный неполярный конденсатор C3.

Схема_2

Дальнейшее усовершенствование предполагает установку на выходе БП стабилизатора VR1 на транзисторах или микросхеме.

Схема_3

Эти блоки опасны, так как их детали находятся под напряжением 220 В. При отсутствии нагрузки (если испорчен стабилизатор) потенциал на выходе будет равен сетевому.

Принцип работы

Бестрансформаторный блок на транзисторах работает следующим образом. 220 В выпрямляется мостом с конденсатором и поступает на стабилизаторы. Они все выполнены по одной схеме, но рассчитаны на разные напряжения. Первый ограничивает потенциал сети на уровне 150-180 В, второй стабилизатор сокращает его примерно в 2-3 раза. Третий выдает нужное напряжение. Меняя стабилитрон D3, можно получить бестрансформаторный БП, например, на 12 или 5 вольт.

Блок с RC-цепочкой является делителем напряжения. В его верхнем (по схеме) плече стоит конденсатор C1, представляющий для переменного тока реактивное (совсем не потребляет энергию) сопротивление. В нижней части расположен диодный мост VD1-4 с нагрузкой (стабилитрон, транзистор, микросхема и пр.).

Входное напряжение приходит на делитель, выпрямляется мостом и поступает на стабилизатор, который ограничивает его до необходимого значения.

Рабочие схемы

Все описанные устройства выполнены на распространенных радиоэлементах. Ниже приведены схемы с обозначением всех деталей.

Схема_4

В БП с транзисторными стабилизаторами КТ940А можно заменить на высоковольтный, выдерживающий более 250 В, а КТ815Г — на другой, с минимальным напряжением 80 В. При указанных деталях устройство может выдать до 300 мА. Для увеличения силы тока надо транзисторы установить на радиаторы. Если вместо стабилитрона КС512А поставить Д814Д, то выходной ток устройства уменьшится до 200 мА.

Схема_5

Традиционный бестрансформаторный блок на 12 В с RC-цепочкой выдает всего 20-40 мА. Если после моста установить мощный стабилитрон Д815Ж, который ограничит напряжение до 16-19 В, и дополнить схему стабилизатором на транзисторе, то выходной ток повысится до 120 мА. Для его увеличения до 180 мА необходимо параллельно конденсаторам C1, C2 припаять еще один такой же.

Схема_6

Более стабилен блок на микросхеме 78L08 (российское обозначение КР142Б). При указанных деталях он выдает до 200 мА.

Расчет параметров

Для предотвращения пробоя деталей бестрансформаторных схем их необходимо правильно рассчитать. Для каждого устройства существует свой метод.

Транзисторный блок считают по закону Ома: U=I×R. Необходимо рассчитать сопротивления R1, R2, R3 исходя из величины, напряжения и тока, которые выдерживает каждый стабилитрон.

Расчет балластного конденсатора для блоков с RC-цепочкой производится по следующей формуле C = I эфф/2*3,14*f *√(Uп²-Uв²), где:

  • С — емкость балласта (фарад);
  • Uп и Uв — питающее и выходное напряжения (вольт);
  • I эфф — ток нагрузки;
  • f — частота сигнала на входе устройства (герц).

Так как 1 фарад = 1 млн микрофарад, то формулу можно упростить:

C = 3200*I эфф/√(Uп²-Uв²).

Сопротивление R1 (кОм) примерно равняется 0,025 от величины балластного конденсатора. Его мощность не должна быть ниже 1 Вт (оптимально 2-5 Вт).

Если ручной подсчет неудобен, найдите и используйте калькулятор в режиме онлайн.

Создание блока питания на 12В своими руками

Бестрансформаторный блок можно сделать самостоятельно. Сначала необходимо выбрать одну из приведенных схем.

Понадобятся такие инструменты и материалы:

  • паяльник, флюс, припой;
  • радиодетали, указанные на рисунке;
  • провода в изоляции для формирования выводов;
  • фольгированный материал (текстолит, гетинакс) для изготовления печатной платы;
  • дрель с тонким (0,5-1 мм) сверлом;
  • кусачки или ножницы для обрезания выводов;
  • плоскогубцы или пинцет.

Для создания платы понадобится состав для травления, например:

  • раствор хлорного железа;
  • смесь пищевой соли (2 ст. л.), медного купороса (4 ст. л.) и 0,5 л воды.

Платы травятся 2-6 часов. Для уменьшения этого срока раствор рекомендуется подогреть до +50…+60 °С.

Далее выполняют следующие действия:

  1. Рисуют дорожки на плате и вытравляют их.
  2. Сверлят отверстия в нужных местах.
  3. Обрезают ножки деталей и формуют их.
  4. Вставляют их в отверстия и пропаивают.
  5. Устанавливают радиаторы (если нужно).

После сборки платы к ней подсоединяют провода с необходимыми разъемами. Для включения в 220 В применяют сетевую вилку, а на выходе ставят какой-либо разъем или специальный штекер.

(голосов: 1, средняя оценка: 1,00 из 5)

Читайте также  Какой блок питания выбрать для 7 кулеров для охлаждения оборудования?

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.

Для начала рассмотрим типовую схему такого источника

фото1.jpg

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

фото2.jpg

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.

фото3.jpg

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

фото4.jpg

фото5.jpg

фото6.jpg

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.

фото7.jpg

Так же, чтобы убедиться проверяем стабилитрон.

фото8.jpg

фото9.jpg

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

фото10.jpg

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

Зачем нужны бестрансформаторные блоки питания

Бестрансформаторные блоки питания-01

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 IOUT — 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.

Бестрансформаторные блоки питания -схема

Рисунок 1: Емкостный бестрансформаторный блок питания

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

Где VD — 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 PR1, 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 VZ. Для C2 обычно применяется электролитический конденсатор с напряжением в два раза выше VZ.

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 VOUT остается постоянным, пока ток IOUT меньше или равен входному току IIN, 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:

Бестрансформаторные блоки питания-2

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.

Читайте также  Схемы подключения пленочного теплого пола к сети

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 R2 ( 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).

Бестрансформаторные блоки питания-3

Рисунок 3: Модификации для повышения безопасности

Схемы бестрансформаторного сетевого питания микроконтроллеров

Бестрансформаторные источники питания проще в изготовлении и дешевле, чем трансформаторные, однако они представляют определённую опасность для жизни человека при налаживании, ремонте и в эксплуатации. Неосторожное прикосновение одновременно ктоковедущей части и к заземлённой поверхности может окончиться весьма плачевно.

Схемы без гальванической развязки применяют в тех конструкциях, где не требуется постоянное присутствие человека или обеспечена надёжная изоляция от поражения током. Стоит отметить, что использовать такие источники питания целесообразно только при небольших токах нагрузки, так как в противном случае размеры и стоимость нужных компонентов растут очень быстро.

Различают следующие разновидности бестрансформаторных блоков питания:

  • с балластным резистором во входной цепи;
  • с балластным конденсатором во входной цепи;
  • с импульсным неизолированным AC/DC-преобразователем.

Балластными резисторами и конденсаторами гасится излишек сетевого напряжения. Соответственно резисторы должны быть рассчитаны на большую мощность рассеяния, а конденсаторы должны быть плёночными, например, К73-17, желательно с рабочим напряжением не менее 630 В. Запас нужен, потому что допустимое переменное напряжение КАС на частоте 50 Гц у данного класса конденсаторов значительно меньше допустимого постоянного напряжения KDC (Табл. 6.2).

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Схемы балластного типа «не любят» частых включений/выключений, поскольку в начальный момент времени возникают всплески напряжения. Если имеется возможность, то лучше вообще обойтись без сетевого тумблера, что значительно продлит ресурс работы устройства. Оптимальная сфера применения балластных схем — маломощные приборы с круглосуточным режимом функционирования.

Импульсные сетевые бестрансформаторные преобразователи напряжения носят название AC/DC («переменное» АС в «постоянное» DC). Они обеспечивают высокий КПД и малые габариты, но генерируют импульсные помехи достаточно высокой частоты и амплитуды. Кроме того, микросхемы, применяемые в этих преобразователях, к числу дешёвых и широкораспространённых не относятся.

На Рис. 6.3, а. м показаны схемы бестрансформаторного питания с балластными резисторами и конденсаторами, а на Рис. 6.4, а. г — с микросхемами импульсных AC/DC-преобразователей.

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (начало):

а) диоды VD1. VD4 должны выдерживать обратное напряжение не менее 400 В. Резисторы Rl, R2 являются балластными для стабилитрона VD5. Сопротивление резистора R3 выбирается так, чтобы выходное напряжение не превышало +5.25 В при любом токе нагрузки. ФНЧ на элементах C1, R3, С2 сглаживает сетевые пульсации удвоенной частоты 100 Гц;

б) аналогично Рис. 6.3, а, но параллельные балластные резисторы заменяются последовательно включёнными резисторами RL..R3, RС-фильтр заменяется LC-фильтром LI, C1, а также добавляется предохранитель FUI. Максимально допустимый ток через дроссель LI должен быть с запасом больше, чем ток нагрузки;

в) полная классическая схема источника питания с балластным конденсатором C1. Резистор R1 ограничивает начальный ток заряда конденсатора С2 и является обязательным в подобных схемах. Резистор R2 быстро разряжает конденсатор C1 после отключения вилки от сети 220 В. Сборка диодов VD1 выпрямляет напряжение и может быть заменена двумя диодами типа 1 N4004. 1 N4007. Конденсатор С2 сглаживает сетевые пульсации, а конденсатор C3 устраняет ВЧ-помехи. Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона VD2 и тока нагрузки;

г) питание от трёхфазной сети через балластные резисторы RL..R3. Стабилитрон VD4 нужен, чтобы микросхема DA1 не вышла из строя от высокого входного напряжения при обрыве нагрузки в цепи +5 В или при резком снижении тока потребления;

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (продолжение):

д) стабилитроны VD3, VD4 имеют повышенную мощность рассеяния 1. 3 Вт и выполняют предварительное ограничение напряжения. Стабилизатор на микросхеме DA I обеспечивает выходное напряжение;

е) двухполупериодный выпрямитель с диодным мостом VD1 и светодиодной индикацией наличия питания. Резистор R3 определяет ток в нагрузке, а также яркость свечения индикатора HLI. Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона VD2 и тока нагрузки;

ж) двухполярный источник питания. Для полной симметрии схемы желательно обеспечить одинаковые токовые нагрузки по цепям +5 и -5 В;

з) разделение выходного напряжения на две отдельные ветви для исключения взаимных помех, например, для питания МК и для управление тиристором. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на уровне +5.6 В. Диоды VD2, VD3 снижают его до +4.8. +5 В в каждом канале;

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (окончание):

и) получение двух напряжений от одного источника питания. Суммарный ток нагрузки состоит из суммы токов в каналах +9. +12 В и +5 В. При значительных колебаниях тока нагрузки следует выбрать стабилитрон VD3 с повышенной мощностью рассеяния 1. 3 Вт;

к) стабилитроны VDI, VD2 одновременно служат стабилизаторами и выпрямителями. Стабилитроны следует выбирать мощные, с запасом по току;

л) вместо одного применяются два балластных конденсатора C1, С2, которые могут быть рассчитаны на меньшее допустимое напряжение;

м) в закрытом состоянии тиристора VS1 ток на бестрансформаторный стабилизатор напряжения (C1. CJ, RL..R3, VDI, VD2) проходит через нагрузку RH. Ввиду низкого значения тока, нагрузка не работает в полную мощность, например, лампа не светится, вентилятор не крутится и т.д. После включения тиристора VSI, в нагрузку RH подаётся полная мощность, а напряжение на выходе стабилизатора снижается с +5 до +2.7 В. Чтобы МК нормально функционировал, он должен быть широкодиапазонным по питанию и иметь возможность организации рестарта.

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Схемы бестрансформаторного сетевого питания

Рис. 6.4. Схемы сетевых бестрансформаторных блоков питаь с AC/DC-преобразователями:

а) типовая схема включения импульсного AC/DC-преобразователя напряжения на микросхеме DA1 фирмы ROHM;

б) типовая схема включения импульсного AC/DC-преобразователя напряжения на микросхеме DA1 фирмы Power Integrations. Дроссели LI, L2снижают уровень пульсаций;

в) формирователь двух популярных у радиолюбителей напряжений питания +5 и +3.3 В. Микросхема DA1 — это импульсный АC1DC-преобразователь напряжения фирмы Supertex;

т) DAI — это импульсный АC1DC-преобразователь напряжения фирмы Supertex. Общий ток нагрузки по выходам +18 и +5 В не должен превышать 40 мА.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

  • PCBWay — всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН.
  • Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет.
  • Проекты с открытым исходным кодом — доступ к тысячам открытых проектов в сообществе PCBWay!
  • Часы с календарем на индикаторах ИН-12
  • Стабилизированный лабораторный блок питания на 1,3-30V при токе 0-5A
  • Схема сигнализатора аварийного отключения электропитания
  • Приём сигналов с телефонной линии в микроконтроллер

Ошибки на странице: » Резистор R1 ограничивает начальный ток заряда конденсатора С2 и является обязательным в подобных схемах. Резистор R2 быстро разряжает конденсатор C1 после отключения вилки от сети» — перепутали нумерацию резисторов

Просмотрел, все верно написано и нечего не перепутано. С1 — проходной конденсатор и не электролитический, С2 — электролитический сглаживающий конденсатор и про функции резисторов все написано верно!

Да, там все верно. Ограничиваем же ток зарядки электролита, а на С1 пофигу

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: