Hvordan beregne transformerløse strømforsyninger

Dette innlegget forklarer hvordan man beregner motstands- og kondensatorverdier i transformerløse strømforsyningskretser ved hjelp av enkle formler som ohmsloven.

Analyse av en kapaktiv strømforsyning

Før vi lærer formelen for beregning og optimalisering av motstands- og kondensatorverdier i en transformatorfri strømforsyning, ville det være viktig å først oppsummere en standard transformerfri strømforsyningsdesign .

Med henvisning til diagrammet er de forskjellige komponentene som er involvert tilordnet følgende spesifikke funksjoner:

C1 er den ikke-polære høyspenningskondensatoren som innføres for å slippe den dødelige strømmen til de ønskede grensene i henhold til lastspesifikasjonen. Denne komponenten blir dermed ekstremt viktig på grunn av den tildelte strømstrømbegrensningsfunksjonen.

D1 til D4 er konfigurert som en bro likeretter nettverk for å korrigere den trappede vekselstrømmen fra C1, for å gjøre utgangen egnet til alle tiltenkte DC-belastninger.

Z1 er posisjonert for å stabilisere utgangen til de nødvendige sikre spenningsgrensene.

C2 er installert til filtrer ut eventuelle krusninger i DC og å skape en perfekt ren DC for tilkoblet belastning.

R2 kan være valgfritt, men anbefales for å takle en bryter PÅ strøm fra strømnettet, selv om denne komponenten helst må byttes ut med en NTC-termistor.

Bruke Ohms lov

Vi vet alle hvordan Ohms lov fungerer og hvordan vi kan bruke den til å finne den ukjente parameteren når de to andre er kjent. Imidlertid, med en kapasitiv type strømforsyning som har særegne funksjoner og med lysdioder koblet til den, blir beregning av strøm, spenningsfall og LED-motstand litt forvirrende.

Hvordan beregne og redusere strøm, spenningsparametere i transformerløse strømforsyninger.

Etter å ha studert de relevante mønstrene nøye, utviklet jeg en enkel og effektiv måte å løse de ovennevnte problemene på, spesielt når strømforsyningen som brukes er en transformatorfri eller inneholder PPC-kondensatorer eller reaktans for å kontrollere strøm.

Evaluering av strøm i kapasitiv strømforsyning

Vanligvis er en transformatorfri strømforsyning vil produsere en utgang med svært lave strømverdier, men med spenninger lik den påførte vekselstrømmen (til den er lastet).

For eksempel vil en 1 µF, 400 V (nedbrytningsspenning) når den er koblet til en 220 V x 1,4 = 308V (etter bro) strømforsyning produsere maksimalt 70 mA strøm og en innledende spenningsavlesning på 308 Volt.

Denne spenningen vil imidlertid vise et veldig lineært fall når utgangen belastes og strøm trekkes fra '70 mA' reservoaret.

Vi vet at hvis belastningen forbruker hele 70 mA, vil spenningen falle til nesten null.

Siden dette fallet er lineært, kan vi ganske enkelt dele den opprinnelige utgangsspenningen med maks strøm for å finne spenningsfallene som ville oppstå for forskjellige størrelser av laststrømmer.

Å dele 308 volt med 70 mA gir derfor 4,4V. Dette er hastigheten som spenningen vil falle for hver 1 mA strøm som tilføres med belastningen.

Det innebærer at hvis belastningen bruker 20 mA strøm, vil spenningsfallet være 20 × 4,4 = 88 volt, så utgangen nå vil vise en spenning på 308 - 62,8 = 220 volt DC (etter bro).

For eksempel med en 1 watt LED koblet direkte til denne kretsen uten motstand, vil vise en spenning som er lik spenningsfallet for LED (3.3V), dette er fordi LED-en synker nesten all strømmen som er tilgjengelig fra kondensatoren. Imidlertid faller ikke spenningen over LED-lampen til null fordi fremoverspenningen er maksimal spesifisert spenning som kan falle over den.

Fra diskusjonen og analysen ovenfor blir det klart at spenning i en hvilken som helst strømforsyningsenhet er uvesentlig hvis strømforsyningens nåværende leveringsevne er 'relativt' lav.

For eksempel hvis vi vurderer en LED, kan den tåle 30 til 40 mA strøm ved spenninger nær 'fremover spenningsfall', men ved høyere spenninger kan denne strømmen bli farlig for LED, så det handler om å holde maksimal strøm lik maksimal sikker tolerabel grense for lasten.

Beregning av motstandsverdier

Motstand for belastningen : Når en LED brukes som belastning, anbefales det å velge en kondensator hvis reaktansverdi bare tillater maksimal tolerabel strøm til LED, i så fall kan en motstand helt unngås.

Hvis den kondensatorverdi er stor med høyere strømutganger, så sannsynligvis som diskutert ovenfor kan vi innlemme en motstand for å redusere strømmen til tålelige grenser.

Beregning av overspenningsgrensemotstand : Motstanden R2 i skjemaet ovenfor er inkludert som overspenningsbegrensningsmotstand. Det beskytter i utgangspunktet den sårbare belastningen fra den opprinnelige overspenningsstrømmen.

I løpet av de første PÅ-periodene fungerer kondensatoren C1 som en komplett kortslutning, men bare i noen få millisekunder, og kan tillate hele 220V over utgangen.

Dette kan være nok til å blåse de følsomme elektroniske kretsene eller lysdiodene som er koblet til strømforsyningen, som også inkluderer den stabiliserende zenerdioden.

Siden zener-dioden utgjør den første elektroniske enheten på linje som må beskyttes mot den første bølgen, kan R2 beregnes i henhold til zener-diodespesifikasjonene, og maksimum zener strøm , eller zener-spredning.

Den maksimale tolerable strømmen fra zener for vårt eksempel er 1 watt / 12 V = 0,083 ampere.

Derfor bør R2 være = 12 / 0,083 = 144 ohm

Men siden overspenningsstrømmen bare er i millisekunder, kan denne verdien være mye lavere enn dette.

Her. vi vurderer ikke 310V-inngangen for zener-beregningen, siden strømmen er begrenset til 70 mA av C1.

Siden R2 unødvendig kan begrense dyrebar strøm for lasten under normal drift, må den ideelt sett være en NTC type motstand. En NTC vil sørge for at strømmen bare er begrenset i løpet av den første PÅ-perioden, og da får hele 70 mA passere ubegrenset for belastningen.

Beregning av utslippsmotstanden : Motstand R1 brukes til å tømme den lagrede høyspenningsladningen inne i C1 når kretsen kobles fra strømnettet.

R1-verdien skal være så lav som mulig for rask utladning av C1, men likevel avgi minimumsvarme mens du er koblet til strømnettet.

Siden R1 kan være en motstand på 1/4 watt, må spredningen være lavere enn 0,25 / 310 = 0,0008 ampere eller 0,8 mA.

Derfor er R1 = 310 / 0,0008 = 387500 ohm eller 390 k omtrent.

Beregner en 20 mA LED-motstand

Eksempel: I det viste diagrammet produserer kondensatorens verdi 70 mA på maks. strøm som er ganske høy for enhver LED å tåle. Ved hjelp av standard LED / motstandsformel:

R = (forsyningsspenning VS - LED fremover spenning VF) / LED strøm IL,
= (220 - 3,3) /0,02 = 10,83K,

Imidlertid ser 10.83K-verdien ganske stor ut, og vil i vesentlig grad slippe belysningen på LED-en .... ikke desto mindre ser beregningene helt legitime ut ... så mangler vi noe her?

Jeg tror her at spenningen '220' kanskje ikke er riktig, fordi LED til slutt vil kreve bare 3,3V ... så hvorfor ikke bruke denne verdien i formelen ovenfor og sjekke resultatene? Hvis du har brukt en zener-diode, kan zener-verdien brukes her i stedet.

Ok, her går vi igjen.

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

Nå ser dette mye bedre ut.

Hvis du brukte, la oss si en 12V zenerdiode før LED, kan formelen beregnes som gitt nedenfor:

R = (forsyningsspenning VS - LED fremover spenning VF) / LED strøm IL,
= (12 - 3.3) /0.02 = 435 ohm,

Derfor verdien av motstanden for å kontrollere en rød LED trygt ville være rundt 400 ohm.

Finne kondensatorstrøm

I hele transformatorløs design diskutert ovenfor, er C1 en avgjørende komponent som må dimensjoneres riktig slik at strømutgangen fra den optimaliseres optimalt i henhold til lastspesifikasjonen.

Hvis du velger en kondensator med høy verdi for en relativt mindre belastning, kan det øke risikoen for at overspenningsstrøm kommer inn i lasten og skader den raskere.

En riktig beregnet kondensator tvert imot sikrer en kontrollert overspenningsstrøm og nominell spredning, og opprettholder tilstrekkelig sikkerhet for den tilkoblede belastningen.

Bruke Ohms lov

Strømmen som kan være optimalt tillatt gjennom en transformatorfri strømforsyning for en bestemt belastning, kan beregnes ved hjelp av Ohms lov:

Jeg = V / R

hvor jeg = strøm, V = spenning, R = motstand

Imidlertid, som vi kan se, er formel R en merkelig parameter siden vi har å gjøre med en kondensator som det nåværende begrensningselementet.

For å knekke dette må vi utlede en metode som vil oversette kondensatorens nåværende begrensningsverdi når det gjelder ohm eller motstandsenhet, slik at Ohms lovformel kan løses.

Beregning av kondensatorreaktans

For å gjøre dette finner vi først ut kondensatorens reaktans, som kan betraktes som motstandsekvivalenten til en motstand.

Formelen for reaktans er:

Xc = 1/2 (pi) fC

hvor Xc = reaktans,

pi = 22/7

f = frekvens

C = kondensatorverdi i Farads

Resultatet oppnådd fra formelen ovenfor er i Ohms, som kan erstattes direkte i vår tidligere nevnte Ohms lov.

La oss løse et eksempel for å forstå implementeringen av formlene ovenfor:

La oss se hvor mye strøm en 1uF kondensator kan levere til en bestemt belastning:

Vi har følgende data i hånden:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (AC-frekvens)

og C = 1uF eller 0,000001F

Å løse reaktansligningen ved hjelp av dataene ovenfor gir:

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

= Omtrent 3184 ohm

Ved å erstatte denne tilsvarende motstandsverdien i Ohms lovformel får vi:

R = V / I

eller I = V / R

Forutsatt at V = 220V (siden kondensatoren er ment å fungere med netspenningen.)

Vi får:

Jeg = 220/3184

= 0,069 ampere eller omtrent 69 mA

Tilsvarende kan andre kondensatorer beregnes for å kjenne deres maksimale nåværende kapasitet eller vurdering.

Ovennevnte diskusjon forklarer grundig hvordan en kondensatorstrøm kan beregnes i en hvilken som helst relevant krets, spesielt i transformerløse kapasitive strømforsyninger.

ADVARSEL: OVENSTÅENDE DESIGN ER IKKE ISOLERT FRA HOVEDINNGANGEN, DERFOR KAN HELE ENHETEN FLYTTE MED LETTELIGE INNGANGSHÅNDTER, VÆR UTSETT FORSIKTIG MED HÅNDTERING HÅNDT PÅ POSISJON.