Безтрансформаторний блок живлення 12 1 а. Конденсаторне харчування. Розраховуємо вхідний струм джерела живлення

безтрансформаторний блок живлення своїми руками

Це досить проста схема безтрансформаторного блоку живлення. Пристрій виконаний на доступних елементах і попереднього налагодження не потребує. В якості діодного випрямлячавикористаний готовий міст серії КЦ405В(Г) також можна використовувати будь-які діоди з напругою не менше 250 вольт.

Електросхема показана малюнку:

Неполярний конденсатор підібрати на 400-600 вольт від його ємності залежить сила струму на виході. Резистор із опором від 75 до 150 кілоом. Після діодного мосту напруга близько 100 вольт його потрібно зменшити. Для цього використаний вітчизняний стабілітрон серії Д814Д.

Після стабілітрону вже отримуємо напругу 9 вольт, можна також використовувати буквально будь-які стабілітрони на 6-15 вольт. На виході використаний типовий мікросхемний стабілізатор на 5 вольт, все основне навантаження лежить саме на ньому, тому стабілізатор слід прикрутити на невеликий тепловідведення, бажано заздалегідь намазавши термопастою.

Полярні конденсатори призначені для гасіння та фільтрації мережевих перешкод. Пристрій працюєдуже стабільноале має всього один недолік - малий вихідний струм. Струм можна збільшити підбором конденсатора і резистора, в струмогасному ланцюзі.

Пристрій зараз активно використовується для малопотужних конструкцій. Вихідний струм досить великий, щоб зарядити мобільний телефон, живити світлодіоди та невеликі лампи розжарювання. Відео з експериментами та вимірами наводимо нижче:

Для будь-яких радіоелектронних схем потрібні джерела живлення. І якщо один пристрій може працювати безпосередньо від мережі, то для інших необхідні інші напруги: для цифрових мікросхем зазвичай +5V (для ТТЛ логіки) або +7..9V (для КМОП технологій).
До речі, що це таке: ТТЛ та КМОП можна почитати
Для різних іграшок потрібно зазвичай +5...12V. для живлення світлодіодів +3..+5V, для підсилювачів взагалі багато..

Загалом так чи інакше виникає питання про виготовленні джерела живлення, причому не просто джерела, а такого, щоб він відповідав відповідним вимогам: необхідна напруга і струм на виході, наявність захисту і так далі.

Джерелам харчування у нас присвячено окрему категорію, яка так і називається Джерела живлення(матеріали в категорії), тут же ми розглянемо найпростіший варіант безтрансформаторного джерела живленнядля простих виробів, який можна виготовити за пару хвилин. Ось його схема:

Звичайно потужність такого джерела невелика і його можна використовувати лише для найпростіших схем, але найголовніше те, що він стабілізований.

Саме "+" мікросхеми для негативної напруги мають маркування 79XX.

На схемі вказаної вище вихідна напруга становить +5V (за типом застосованої КРЕНКИ), але при необхідності її можна змінити і встановивши іншу мікросхему.
Тільки при цьому потрібно звернути увагу і на стабілітрон на вході: його потрібно вибирати таким, щоб напруга на вході і виході КРЕН мало різницю мінімум в 2V.

Ну це ще не все: навіть використовуючи мікросхему зі стандартною вихідною напругою все одно за потреби можна напругу на виході трохи змінювати (наприклад, отримати 7,5V або 6,5). Для цього до мікросхеми необхідно додати додатковий ланцюг з діодів або стабілітронів і як це зробити можна почитати.

Навіть таке просте джерело живлення можна трохи "умощнити", тобто досягти вищого струму в навантаженні. Але тоді буде потрібно введення додаткових баластових резисторів на вході. Так, наприклад, схема безтрансформаторного джерела живлення з вихідною напругою +12V

Багато радіоаматорів не вважають блоки живлення без трансформаторів. Але попри це вони використовуються досить активно. Зокрема, в охоронних пристроях, схемах радіокерування люстрою, навантаженнями та в багатьох інших пристроях. У даному відеоуроці розглянемо просту конструкцію такого випрямляча на 5 вольт, 40-50 мА. Однак можна змінити схему та отримати практично будь-яку напругу.

Безтрансформаторні джерела також застосовуються як зарядних пристроїві використовуються у запитці світлодіодних світильників та в китайських ліхтариках.

Для радіоаматорів є все в цьому китайському магазині.

Аналіз схеми.

Розглянемо просту схему безтрансформаторного. Напруга від мережі 220 вольт через обмежувальний резистор, який одночасно виступає як запобіжник, йде на конденсатор, що гасить. На виході також мережна напруга, але струм багаторазово знижений.

Малюнок. Схема безтрансформаторного випрямляча

Далі на двонапівперіодний діодний випрямляч, на його виході отримуємо постійний струм, який стабілізується за допомогою стабілізатора VD5 і згладжується конденсатором. У нашому випадку конденсатор 25, 100 мкФ, електролітичний. Ще один невеликий конденсатор встановлений паралельно до живлення.

Далі воно надходить на лінійний стабілізатор напруги. У даному випадкувикористаний лінійний стабілізатор 7808. У схемі є невелика друкарська помилка, вихідна напруга насправді приблизно 8 В. Для чого в схемі лінійний стабілізатор, стабілітрон? На лінійні стабілізатори напруги в більшості випадків не допускається подавати на вхід напругу вище 30 В. Тому в ланцюзі потрібен стабілітрон. Номінал вихідного струму визначається більшою мірою ємністю конденсатора, що гасить. У даному варіанті він з ємністю 0, 33 мкФ, з розрахунковою напругою 400 В. Паралельно конденсатору встановлений резистор, що розряджає, з опором 1 МОм. Номінал усіх резисторів може бути 0, 25 чи 0, 5 Вт. Даний резистор для того, щоб після вимкнення схеми з мережі конденсатор не тримав залишкової напруги, тобто розряджається.

Діодний міст можна зібрати з чотирьох випрямлячів на 1 А. Зворотна напруга діодів повинна бути не менше 400 В. Можна також застосувати готові діодні зборки типу КЦ405. У довіднику потрібно подивитися допустиму зворотну напругу через діодний міст. Стабілітрон бажано на 1 Вт. Напруга стабілізації цього стабілітрона має бути від 6 до 30 В, не більше. Струм на виході схеми залежить від номіналу даного конденсатора. При ємності в 1 мкФ струм буде близько 70 мА. Не слід збільшувати ємність конденсатора більше 0,5 мкФ, оскільки досить великий струм, звичайно ж, спалить стабілітрон. Ця схемахороша тим, що вона компактна, можна зібрати з підручних засобів. Але недоліком є ​​те, що вона не має гальванічної розв'язки із мережею. Якщо ви збираєтеся її застосовувати, то обов'язково в закритому корпусі, щоб не торкатися високовольтних частин схеми. І, звичайно, не варто пов'язувати з цією схемою великі надії, оскільки вихідний струм схеми невеликий. Тобто вистачить на запитку малопотужних пристроїв струмом до 50 мА. Зокрема, запитки світлодіодів та спорудження світлодіодних світильників та нічників. Перший запуск обов'язково робити послідовно з'єднаною лампочкою.

У цьому варіанті є резистор на 300 Ом, який в разі чого вийде з ладу. У нас на платі вже немає даного резистора, тому додали лампочку, яка трохи горітиме під час роботи нашої схеми. Для того, щоб перевірити вихідну напругу, будемо використовувати звичайнісінький мультиметр, постійний вимірювач 20 В. Підключаємо схему в мережу 220 В. Оскільки у нас є захисна лампочка, вона врятує ситуацію, якщо будуть якісь проблеми в схемі. Будьте обережні під час роботи з високою напругою, оскільки все-таки на схему надходить 220 В.

Висновок.

На виході 4,94, тобто майже 5 В. При струмі трохи більше 40-50 мА. Відмінний варіант для малопотужних світлодіодів. Можна запитати від цієї схеми світлодіодні лінійки, тільки при цьому замінити стабілізатор на 12-вольтовий, наприклад, 7812. В принципі, можна на виході отримати будь-яку напругу в межах розумної. На цьому все. Не забувайте передплатити канал і залишати свої відгуки про подальші відеоролики.

Увага! Коли зібрано блок живлення, важливо розмістити збірку в пластиковий корпус або ретельно ізолювати всі контакти та дроти для виключення випадкового дотику до них, оскільки схема підключена до мережі 220 вольт і це підвищує ймовірність удару струмом! Дотримуйтесь обережності та ТБ!

Коли ми маємо справу з пристроями, які працюють від джерела живлення з малою напругою, у нас зазвичай є кілька варіантів, як їх запитати. Крім простих, але дорогих і громіздких трансформаторів, можна використовувати безтрансформаторний блок живлення.

Наприклад, можна отримати 5 вольт з 220 вольт із застосуванням резистора, що гасить, або використовуючи реактивний опір конденсатора. Однак, таке рішення підходить тільки для пристроїв, які мають дуже малий струм споживання. Якщо нам потрібен більший струм, наприклад, для живлення світлодіодного ланцюга, то ми зіткнемося з обмеженням по продуктивності.

Якщо будь-який пристрій споживає великий струм і необхідно запитати його від мережі 220 вольт, тобто одне оригінальне рішення. Воно полягає у використанні для харчування частини синусоїди під час її зростання і падіння, тобто. в той момент, коли напруга мережі дорівнюватиме або менше, потрібного значення.

Опис роботи безтрансформаторного блоку живлення

Особливість схеми полягає в керуванні моментом відкриття транзистора MOSFET - VT2 (IRF830). Якщо поточне значення вхідної напруги нижче, ніж напруга стабілізації стабілітрона VD5 мінус падіння напруги на резисторі R3, то транзистор VT1 буде закритий. Завдяки цьому через резистор R4 йде позитивна напруга на транзистор VT2, у результаті він знаходиться у відкритому стані.

Через транзистор VT2 в даний момент протікає струм і поточне значення напруги заряджається конденсатор С2. Звичайно, напруга в мережі падає до нуля, тому необхідно в коло включити діод VD7, який перешкоджає розряду конденсатора назад в схему блоку живлення.

Коли вхідна напруга мережі перевищує порогову, струм, що проходить через стабілітрон VD5, призводить до відкриття транзистора VТ1. Транзистор своїм колектором шунтує затвор транзистора VT2, у результаті VТ2 закривається. Таким чином, конденсатор С2 заряджається лише необхідною напругою.

Потужний транзистор VТ2 відкривається тільки при низькій напрузі, так що його загальна потужність, що розсіює, у схемі дуже мала. Безумовно, стабільність роботи блоку живлення залежить від керуючого напруги стабілітрона, тому, наприклад, якщо ми хочемо живити схему з мікроконтролером, вихід необхідно доповнити невеликим .

Резистор R1 захищає ланцюг та зменшує стрибок напруги при першому включенні. Стабілітрон VD6 обмежує максимальну напругу на електроді, що управляє, транзистора VT2 в районі 15 вольт. Природно при перемиканні транзистора VТ2 з'являються електромагнітні перешкоди. Щоб уникнути передач перешкод в електромережу, у вхідному ланцюзі використовується простий LC фільтр, що складається з компонентів L1 і С1.

Безтрансформаторні джерела живлення простіше у виготовленні і дешевші, ніж трансформаторні, проте вони становлять певну небезпеку для життя людини при налагодженні, ремонті та експлуатації. Необережне дотик одночасно хтоковедучої частини і до заземленої поверхні може закінчитися дуже плачевно.

Схеми без гальванічної розв'язки застосовують у тих конструкціях, де не потрібна постійна присутність людини або забезпечена надійна ізоляція від ураження струмом. Варто відзначити, що використовувати такі джерела живлення доцільно тільки при невеликих струмах навантаження, тому що в іншому випадку розміри та вартість потрібних компонентів зростають дуже швидко.

Розрізняють такі різновиди безтрансформаторних блоків живлення:

• з баластовим резистором у вхідному ланцюзі;
• з баластним конденсатором у вхідному ланцюзі;
• з неізольованим імпульсним AC/DC-перетворювачем.

Баластними резисторами та конденсаторами гаситься надлишок мережної напруги. Відповідно резистори повинні бути розраховані на велику потужність розсіювання, а конденсатори повинні бути плівковими, наприклад, К73-17, бажано з робочою напругою не менше 630 В. Запас потрібен, тому що допустима змінна напруга КАС на частоті 50 Гц у даного класу конденсаторів значно менша допустимої постійної напруги KDC (Табл. 6.2).

Схеми баластного типу «не люблять» частих включень/вимкнень, оскільки в початковий час виникають сплески напруги. Якщо є можливість, краще взагалі обійтися без мережного тумблера, що значно продовжить ресурс роботи пристрою. Оптимальна сфера застосування баластових схем – малопотужні прилади із цілодобовим режимом функціонування.

Імпульсні мережні безтрансформаторні перетворювачі напруги звуться AC/DC («змінне» АС в «постійне» DC). Вони забезпечують високий ККД та малі габарити, але генерують імпульсні перешкоди достатньо високої частотита амплітуди. Крім того, мікросхеми, що застосовуються в цих перетворювачах, до дешевих і широкопоширених не відносяться.

Рис. 6.3 ам показані схеми безтрансформаторного живлення з баластними резисторами і конденсаторами, а на Рис. 6.4, а...г - з мікросхемами імпульсних AC/DC-перетворювачів.

Рис. 6.3. Схеми безтрансформаторного живлення з баластними елементами (початок):

а) діоди VD1...VD4 повинні витримувати зворотну напругу не менше 400 В. Резистори Rl, R2 є баластними для стабілітрона VD5. Опір резистора R3 вибирається так, щоб вихідна напруга не перевищувала +5.25 при будь-якому струмі навантаження. ФНЧ на елементах C1, R3, З2 згладжує мережеві пульсації подвоєної частоти 100 Гц;

б) аналогічно Мал. 6.3 а, але паралельні баластние резистори замінюються послідовно включеними резисторами RL..R3, RС-фільтр замінюється LC-фільтром LI, C1, а також додається запобіжник FUI. Максимально допустимий струм через дросель LI повинен бути із запасом більшим, ніж струм навантаження;

в) повна класична схема джерела живлення з баластним конденсатором C1. Резистор R1 обмежує початковий струм заряду конденсатора С2 і є обов'язковим у таких схемах. Резистор R2 швидко розряджає конденсатор C1 після відключення вилки від мережі 220 В. Складання діодів VD1 випрямляє напругу і може бути замінена двома діодами типу 1 N4004... 1 N4007. Конденсатор С2 згладжує мережеві пульсації, а конденсатор СЗ усуває перешкоди ВЧ. Вихідна напруга залежить від параметрів стабілітрона VD2 та струму навантаження;

г) живлення від трифазної мережі через баластові резистори RL..R3. Стабілітрон VD4 потрібен, щоб мікросхема DA1 не вийшла з ладу від високої вхідної напруги при обриві навантаження в ланцюзі +5 або при різкому зниженні струму споживання;

Рис. 6.3. Схеми безтрансформаторного живлення з баластними елементами (продовження):

д) стабілітрони VD3, VD4 мають підвищену потужність розсіювання 1...3 Вт і виконують попереднє обмеження напруги. Стабілізатор на мікросхемі DA I забезпечує вихідну напругу;

е) двонапівперіодний випрямляч з діодним мостом VD1 та світлодіодною індикацією наявності живлення. Резистор R3 визначає струм у навантаженні, а також яскравість свічення індикатора HLI. Вихідна напруга залежить від параметрів стабілітрона VD2 та струму навантаження;

ж) двополярне джерело живлення. Для повної симетрії схеми бажано забезпечити однакові струмові навантаження ланцюгами +5 і -5 В;

з) поділ вихідної напруги на дві окремі гілки для виключення взаємних перешкод, наприклад, для живлення МК та для керування тиристором. Стабілітрон VD1 обмежує напругу на рівні +5.6 В. Діоди VD2, VD3 знижують його до +4.8...+5 у кожному каналі;

Рис. 6.3. Схеми безтрансформаторного живлення з баластовими елементами (закінчення):

і) одержання двох напруг від одного джерела живлення. Сумарний струм навантаження складається із суми струмів у каналах +9...+12 В та +5 В. При значних коливаннях струму навантаження слід вибрати стабілітрон VD3 з підвищеною потужністю розсіювання 1...3 Вт;

к) стабілітрони VDI, VD2 одночасно служать стабілізаторами та випрямлячами. Стабілітрони слід вибирати потужні, із запасом по струму;

л) замість одного застосовуються два баластові конденсатори C1, С2, які можуть бути розраховані на меншу допустиму напругу;

м) у закритому стані тиристора VS1 струм на безтрансформаторний стабілізатор напруги (C1...CJ, RL..R3, VDI, VD2) проходить через навантаження RH. Зважаючи на низьке значення струму, навантаження не працює в повну потужність, наприклад, лампа не світиться, вентилятор не крутиться і т.д. Після включення тиристора VSI, навантаження RH подається повна потужність, а напруга на виході стабілізатора знижується з +5 до +2.7 В. Щоб МК нормально функціонував, він повинен бути широкодіапазонним по живленню і мати можливість організації рестарту.

Рис. 6.4. Схеми мережевих безтрансформаторних блоків живлять з AC/DC-перетворювачами:

а) типова схемавключення імпульсного AC/DC-перетворювача напруги на мікросхемі DA1 фірми ROHM;

б) типова схема включення імпульсного AC/DC-перетворювача напруги мікросхемі DA1 фірми Power Integrations. Дроселі LI, L2 знижують рівень пульсацій;

в) формувач двох популярних у радіоаматорів напруги харчування +5 і +3.3 В. Мікросхема DA1 - це імпульсний АC1DC-перетворювач напруги фірми Supertex;

т) DAI - це імпульсний АC1DC-перетворювач напруги фірми Supertex. Загальний струм навантаження по виходах +18 і +5 не повинен перевищувати 40 мА.