Hoe transformatorloze voedingen te berekenen

Dit bericht legt uit hoe weerstands- en condensatorwaarden kunnen worden berekend in transformatorloze voedingscircuits met behulp van eenvoudige formules zoals de ohm-wet.

Analyse van een capactieve voeding

Voordat we de formule leren voor het berekenen en optimaliseren van weerstands- en condensatorwaarden in een transformatorloze voeding, zou het belangrijk zijn om eerst een standaard samen te vatten transformatorloze voeding ontwerp ​

Verwijzend naar het diagram, zijn de verschillende betrokken componenten toegewezen met de volgende specifieke functies:

C1 is de niet-polaire hoogspanningscondensator die wordt geïntroduceerd om de dodelijke netstroom te verlagen tot de gewenste limieten volgens de belastingsspecificatie. Dit onderdeel wordt dus uiterst cruciaal vanwege de toegewezen netstroombegrenzingsfunctie.

D1 tot D4 zijn geconfigureerd als een brug gelijkrichter netwerk voor het corrigeren van de verlaagde AC van C1, om de uitgang geschikt te maken voor elke beoogde DC-belasting.

Z1 is gepositioneerd om de output te stabiliseren tot de vereiste veilige spanningslimieten.

C2 is geïnstalleerd op filter elke rimpel eruit in de DC en om een ​​perfect schone DC voor de aangesloten belasting te creëren.

R2 kan optioneel zijn, maar wordt aanbevolen voor het aanpakken van een AAN-schakelaar van het lichtnet, hoewel dit onderdeel bij voorkeur moet worden vervangen door een NTC-thermistor.

De wet van Ohm gebruiken

We weten allemaal hoe de wet van Ohm werkt en hoe we deze moeten gebruiken om de onbekende parameter te vinden als de andere twee bekend zijn. Met een capacitief type voeding met eigenaardige kenmerken en met aangesloten LED's, wordt het berekenen van stroom, spanningsval en LED-weerstand een beetje verwarrend.

Hoe stroom- en spanningsparameters in transformatorloze voedingen te berekenen en af ​​te leiden.

Na zorgvuldig de relevante patronen te hebben bestudeerd, bedacht ik een eenvoudige en effectieve manier om de bovenstaande problemen op te lossen, vooral wanneer de gebruikte voeding een transformatorloze voeding is of PPC-condensatoren of reactantie bevat voor het regelen van de stroom.

Evaluatie van stroom in capacitieve voedingen

Typisch een transformatorloze voeding zal een uitgang produceren met zeer lage stroomwaarden maar met spanningen die gelijk zijn aan het toegepaste wisselstroomnet (totdat deze is geladen).

Bijvoorbeeld, een 1 µF, 400 V (doorslagspanning) bij aansluiting op een 220 V x 1,4 = 308 V (na brug) netvoeding zal maximaal 70 mA stroom en een initiële spanningswaarde van 308 Volt produceren.

Deze spanning zal echter een zeer lineaire daling vertonen naarmate de uitgang wordt belast en stroom wordt onttrokken aan het '70 mA' -reservoir.

We weten dat als de belasting de hele 70 mA zou verbruiken, de spanning tot bijna nul zou dalen.

Aangezien deze daling lineair is, kunnen we eenvoudig de initiële uitgangsspanning delen met de maximale stroom om de spanningsdalingen te vinden die zouden optreden bij verschillende groottes van belastingsstromen.

Daarom geeft het delen van 308 volt door 70 mA 4,4V. Dit is de snelheid waarmee de spanning daalt voor elke 1 mA stroom die wordt toegevoegd met de belasting.

Dat betekent dat als de belasting 20 mA stroom verbruikt, de spanningsval 20 × 4,4 = 88 volt zal zijn, dus de output zal nu een spanning van 308 - 62,8 = 220 volt DC weergeven (na brug).

Bijvoorbeeld met een 1 watt LED rechtstreeks aangesloten op dit circuit zonder een weerstand zou een spanning vertonen die gelijk is aan de voorwaartse spanningsval van de LED (3.3V), dit komt doordat de LED bijna alle beschikbare stroom van de condensator zakt. De spanning over de LED zakt echter niet naar nul, omdat de voorwaartse spanning de maximale gespecificeerde spanning is die eroverheen kan vallen.

Uit de bovenstaande bespreking en analyse wordt duidelijk dat spanning in een voedingseenheid niet van belang is als het stroomleverend vermogen van de voeding 'relatief' laag is.

Als we bijvoorbeeld een LED beschouwen, kan deze 30 tot 40 mA stroom weerstaan ​​bij spanningen die dicht bij de 'voorwaartse spanningsval' liggen, maar bij hogere spanningen kan deze stroom gevaarlijk worden voor de LED, dus het gaat erom de maximale stroom gelijk te houden aan de maximaal toelaatbare limiet van de belasting.

Weerstandswaarden berekenen

Weerstand voor de belasting : Wanneer een LED als belasting wordt gebruikt, wordt aanbevolen om een ​​condensator te kiezen waarvan de reactantiewaarde alleen de maximaal toelaatbare stroom naar de LED toelaat, in welk geval een weerstand volledig kan worden vermeden.

Als het condensator waarde is groot met hogere stroomuitgangen, dan kunnen we waarschijnlijk, zoals hierboven besproken, een weerstand opnemen om de stroom tot aanvaardbare limieten te verminderen.

De weerstand van de pieklimiet berekenen : De weerstand R2 in de bovenstaande diagramformulieren is opgenomen als de inschakelstroombegrenzerweerstand. Het beschermt in feite de kwetsbare belasting tegen de initiële stootstroom.

Tijdens de initiële inschakelingsperioden gedraagt ​​de condensator C1 zich als een complete kortsluiting, hoewel slechts voor een paar milliseconden, en kan de volledige 220V over de uitgang worden geleid.

Dit kan voldoende zijn om de gevoelige elektronische circuits of LED's die zijn aangesloten op de voeding, die ook de stabiliserende zenerdiode bevat, te blazen.

Aangezien de zenerdiode het eerste elektronische apparaat in lijn vormt dat moet worden beschermd tegen de initiële piek, kan R2 worden berekend volgens de specificaties van de zenerdiode, en maximaal zener stroom of zenerdissipatie.

De maximaal toelaatbare stroom door de zener voor ons voorbeeld is 1 watt / 12 V = 0,083 ampère.

Daarom moet R2 = 12 / 0,083 = 144 Ohm zijn

Omdat de stootstroom echter slechts milliseconden duurt, kan deze waarde veel lager zijn dan dit.

Hier. we overwegen de 310V-ingang niet voor de zenerberekening, aangezien de stroom door de C1 wordt beperkt tot 70 mA.

Aangezien R2 kostbare stroom voor de belasting onnodig kan beperken tijdens de normale werking, moet het idealiter een NTC type weerstand. Een NTC zorgt ervoor dat de stroom alleen wordt beperkt tijdens de initiële inschakelperiode, waarna de volledige 70 mA onbeperkt mag passeren voor de belasting.

Berekening van de ontladingsweerstand : Weerstand R1 wordt gebruikt voor het ontladen van de opgeslagen hoogspanningslading in C1, telkens wanneer het circuit wordt losgekoppeld van het lichtnet.

De R1-waarde moet zo laag mogelijk zijn voor een snelle ontlading van C1, maar toch minimale warmte afvoeren terwijl deze is aangesloten op het lichtnet.

Aangezien R1 een weerstand van 1/4 watt kan zijn, moet de dissipatie ervan lager zijn dan 0,25 / 310 = 0,0008 ampère of 0,8 mA.

Daarom R1 = 310 / 0.0008 = 387500 Ohm of 390 k ongeveer.

Berekening van een 20 mA LED-weerstand

Voorbeeld: in het getoonde diagram levert de waarde van de condensator 70 mA van max. stroom die vrij hoog is voor elke LED om te weerstaan. Met behulp van de standaard LED / weerstandsformule:

R = (voedingsspanning VS - LED doorlaatspanning VF) / LED stroom IL,
= (220 - 3.3) /0.02 = 10.83K,

De waarde van 10,83K ziet er echter behoorlijk groot uit en zou de verlichting van de LED aanzienlijk doen afnemen ... niettemin zien de berekeningen er absoluut legitiem uit ... dus missen we hier iets ??

Ik denk dat hier de spanning '220' misschien niet correct is, omdat de LED uiteindelijk slechts 3,3 V nodig heeft ... dus waarom zou u deze waarde niet toepassen in de bovenstaande formule en de resultaten controleren? Als u een zenerdiode heeft gebruikt, zou hier in plaats daarvan de zenerwaarde kunnen worden toegepast.

Oké, hier gaan we weer.

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

Nu ziet dit er veel beter uit.

Als u bijvoorbeeld een 12V zenerdiode voor de LED hebt gebruikt, kan de formule als volgt worden berekend:

R = (voedingsspanning VS - LED doorlaatspanning VF) / LED stroom IL,
= (12 - 3.3) /0.02 = 435 Ohm,

Daarom de waarde van de weerstand voor het besturen van een rode LED veilig zou rond de 400 ohm zijn.

Condensatorstroom zoeken

In het volledige transformatorloze ontwerp dat hierboven is besproken, is C1 het enige cruciale onderdeel dat correct moet worden gedimensioneerd, zodat de stroomuitvoer optimaal wordt geoptimaliseerd volgens de belastingsspecificatie.

Het selecteren van een condensator met een hoge waarde voor een relatief kleinere belasting kan het risico vergroten dat een overmatige stootstroom de belasting binnendringt en deze eerder beschadigt.

Een correct berekende condensator daarentegen zorgt voor een gecontroleerde piekstroom en nominale dissipatie die voldoende veiligheid voor de aangesloten belasting handhaaft.

De wet van Ohm gebruiken

De grootte van de stroom die optimaal toelaatbaar is via een transformatorloze voeding voor een bepaalde belasting, kan worden berekend met behulp van de wet van Ohm:

Ik = V / R

waarbij I = stroom, V = spanning, R = weerstand

Zoals we echter kunnen zien, is in de bovenstaande formule R een vreemde parameter omdat we te maken hebben met een condensator als het stroombegrenzende lid.

Om dit te kraken, moeten we een methode afleiden die de huidige grenswaarde van de condensator vertaalt in termen van ohm of weerstandseenheid, zodat de formule van de wet van Ohm kan worden opgelost.

Condensatorreactantie berekenen

Om dit te doen, vinden we eerst de reactantie van de condensator die kan worden beschouwd als het weerstandsequivalent van een weerstand.

De formule voor reactantie is:

Xc = 1/2 (pi) fC

waar Xc = reactantie,

pi = 22/7

f = frequentie

C = condensatorwaarde in Farads

Het resultaat dat wordt verkregen met de bovenstaande formule is in Ohms, die direct kan worden vervangen door de eerder genoemde wet van Ohm.

Laten we een voorbeeld oplossen om de implementatie van de bovenstaande formules te begrijpen:

Laten we eens kijken hoeveel stroom een ​​condensator van 1uF kan leveren aan een bepaalde belasting:

We hebben de volgende gegevens in onze hand:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (AC-netfrequentie)

en C = 1 uF of 0,000001F

Het oplossen van de reactantievergelijking met behulp van de bovenstaande gegevens geeft:

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

= 3184 ohm ongeveer

Als we deze equivalente weerstandswaarde in de formule van onze Ohm-wet vervangen, krijgen we:

R = V / I

of I = V / R

Ervan uitgaande dat V = 220V (aangezien de condensator bedoeld is om te werken met de netspanning.)

We krijgen:

I = 220/3184

= Ongeveer 0,069 ampère of 69 mA

Evenzo kunnen andere condensatoren worden berekend om hun maximale stroomafgiftecapaciteit of -classificatie te kennen.

De bovenstaande bespreking legt uitvoerig uit hoe een condensatorstroom kan worden berekend in elk relevant circuit, in het bijzonder in capacitieve voedingen zonder transformator.

WAARSCHUWING: HET BOVENSTAANDE ONTWERP IS NIET GEÏSOLEERD VAN DE NETVOEDING, DAAROM KAN DE HELE UNIT MET LETHALE INVOERVOEDINGEN ZWEVEN.