Розрахунок онлайн конденсатора, що гасить, безтрансформаторного джерела живлення (10+)
Безтрансформаторні джерела живлення - Розрахунок онлайн конденсатора, що гасить безтрансформаторного джерела живлення
Але схема (A1)працювати не буде, тому що в ній через конденсатор проходить струм лише в один бік. Він швидко зарядить конденсатор. Після цього напруга на схему подаватися вже не буде. Потрібно, щоб конденсатор, зарядившись в одному напівперіоді, міг розрядитись в іншому. Для цього у схемі (A2)введено другий діод.
Мережева напруга підводиться між висновком, поміченим 220V та загальним проводом. Резистор R2необхідний обмеження стрибка струму. Коли схема працює у стаціонарному режимі при мережному напрузі хорошої якості, ніяких стрибків струму немає. Але в момент включення ми можемо потрапити не на нульове значення вхідної напруги (що було б оптимальним), а на будь-яке, аж до амплітудного. Конденсатор при цьому розряджений, так що низьковольтна частина виявиться підключеною безпосередньо до амплітуди 310V мережевого напруги. Потрібно, щоб у цей момент діоди не згоріли. Для цього:
[Опір резистора R2, Ом] = 310 / [Максимально допустимий одноразовий імпульс струму через діод, А]
На жаль, у статтях періодично зустрічаються помилки, вони виправляються, статті доповнюються, розвиваються, готуються нові. Підпишіться на новини , щоб бути в курсі.
Якщо щось незрозуміло, обов'язково спитайте!
Задати питання. Обговорення статті повідомлень.
Добрий вечір. Як не намагався, не зміг за наведеними формулами для рис 1.2 отримати значення ємностей конденсаторів С1 і С2 при наведених значеннях даних у вашій таблиці (Uвх~220V, Uвых 15V, Iвых 100мА, f 50Hz). У мене проблема включити котушку малогабаритного реле постійного струму на робочу напругу -25V в мережу ~220V, робочий струм котушки I = 35мА. Можливо я щось не
Схема генератора і регульованим коефіцієнтом заповнення імпульсів, що керуються.
Операційні підсилювачі К544УД1, К544УД1A, К544УД1Б, 544УД1, 544УД1A, 5...
Характеристики та застосування операційних підсилювачів 544УД1. Розпинування...
Надпотужний імпульсний підсилювач звуку. Площі. Мовний. Звуковий...
Надпотужний імпульсний підсилювач звуку для озвучування масових заходів та ін.
Параметричний паралельний стабілізатор напруги. Схема, конструкція...
Розрахунок та проектування паралельного стабілізатора. Особливості застосування. ...
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 потужністьрозсіювання, 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 від допустимого постійної напруги KDC (табл. 6.2).
Схеми баластного типу «не люблять» частих включень/вимкнень, оскільки в початковий момент 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 досить високої частоти та 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.
Мал. 6.3. Схеми безтрансформаторного живлення з баластовими 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 схемаджерела 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) харчування від трифазної мережічерез 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;
Мал. 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;
Мал. 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 та мати можливість організації рестарту.
Мал. 6.4. Схеми мережевих безтрансформаторних блоків живлять з AC/DC-перетворювачами:
а) типова схема включення 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 струмнавантаження по виходах +18 і +5 не повинен перевищувати 40 мА.
Безтрансформаторні малопотужні мережеві блоки живлення з конденсатором, що гасять, набули широкого поширення в радіоаматорських конструкціях завдяки простоті своєї конструкції, незважаючи на такий серйозний недолік, як наявність гальванічного зв'язку блоку живлення з мережею.
Вхідна частина блоку живлення (рис. 6.2) містить баластний конденсатор С1 і мостовий випрямляч з діодів VD1, VD2 та стабілітронів VD3, VD4. Для обмеження кидка струму через діоди і стабілітрони моста в момент включення в мережу послідовно з баластним конденсатором слід включити резистор, що обмежує опором 50... 100 Ом, а для розрядки конденсатора після відключення блоку від мережі, паралельно йому - резистор со0опіром. .300 ком. До виходу блоку підключають оксидний конденсатор фільтра ємністю 2000 мкФ на номінальну напругу не менше 10 В. В результаті виходять функціонально закінчені блоки живлення.
При використанні потужних стабілітронів (Д815А... Д817Г) їх можна встановити на загальний радіатор, якщо в позначенні їх типу присутні літери ПП (стабілітрони Д815АПП...Д817ГПП мають зворотну полярність висновків). В іншому випадку діоди та стабілітрони необхідно поміняти місцями. Гальванічний зв'язок мережі з виходом блоку живлення, а значить, і з апаратурою, що живиться, створює реальну небезпеку ураження електричним струмом. Про це слід пам'ятати при конструюванні та налагодженні блоків з конденсаторно-стабілітронним випрямлячем.
Незважаючи на те, що теоретично конденсатори в ланцюзі змінного струму потужності не споживають, реально в них через наявність втрат може виділятися кілька тепла. Перевірити заздалегідь придатність конденсатора для використання в джерелі можна, просто підключивши його до електромережі та оцінивши температуру корпусу через півгодини. Якщо конденсатор встигає помітно розігрітися, його слід вважати непридатним для використання у джерелі. Практично не нагріваються спеціальні конденсатори для промислових електроустановок - вони розраховані на велику. реактивну потужність. Такі конденсатори використовують у люмінесцентних світильниках, у пускорегулюючих пристроях. асинхронних електродвигуніві т.п.
Нижче наведено дві практичні схеми джерел живлення з конденсаторним дільником: п'ятивольтовий загального призначенняна струм навантаження до 0,3 А (рис. 6.3) та джерело безперебійного живленнядля кварцованого електронно-механічного годинника (рис. 6.4). Делитель напруги п'ятивольтового джерела складається з паперового конденсатора С1 і двох оксидних С2 і СЗ, що утворюють нижнє за схемою неполярне плече ємністю 100 мкФ. Поляризуючими діодами для оксидної пари є ліві за схемою діоди мосту. При номіналах елементів, вказаних на схемі, струм короткого замиканняна виході блоку живлення дорівнює 600 мА, напруга на конденсаторі С4 без навантаження - 27 В.
Широко поширені електронно-механічні годинники-будильники китайського виробництва зазвичай живлять від одного гальванічного елемента напругою 1,5 В. Пропонований джерело виробляє напругу 1,4 В при середньому струмі навантаження 1 мА.
Напруга, знята з дільника CI, С2, випрямляє вузол на елементах VD1, VD2. СЗ. Без навантаження напруга на конденсаторі СЗ не перевищує 12 Ст.
Безтрансформаторний конденсаторний випрямляч, що пропонується до вашої уваги, працює з автостабілізацією вихідної напруги у всіх можливих режимах роботи (від холостого ходу до номінального навантаження). Це досягнуто за рахунок кардинальної зміни принципу формування вихідної напруги - не за рахунок падіння напруги від імпульсів струму випрямлених напівхвиль мережевої напруги на опорі стабілітрона, як в інших подібних пристроях, а за рахунок зміни часу підключення діодного моста до накопичувального конденсатора .
Схема стабілізованого конденсаторного випрямляча наведено на рис. 6.12. Паралельно виходу діодного моста включений транзистор VT1, що працює у ключовому режимі. База ключового транзистора VT1 через пороговий елемент (стабілітрон VD3) з'єднана з накопичувальним конденсатором С2, відокремленим по постійному струмувід виходу моста діодом VD2 для унеможливлення швидкого розряду при відкритому VT1. Поки напруга С2 менше напруги стабілізації VD3, випрямляч працює відомим чином. При збільшенні напруги на С2 і відкриванні VD3 транзистор VT1 також відривається і шунтує вихід випрямного моста. Внаслідок цього напруга на виході моста стрибкоподібно зменшується практично до нуля, що призводить до зменшення напруги на С2 і подальшого виключення стабілітрона і ключового транзистора.
Далі напруга на конденсаторі С2 знову збільшується до моменту включення стабілітрона та транзистора тощо. Процес автостабілізації вихідної напруги дуже схожий на функціонування імпульсного стабілізаторанапруги із широтно-імпульсним регулюванням. Тільки в запропонованому пристрої частота проходження імпульсів дорівнює частоті пульсації напруги на С2. Ключовий транзистор VT1 для зменшення втрат повинен бути з великим коефіцієнтом посилення, наприклад, складовою КТ972А, КТ829А, КТ827А та ін. Збільшити вихідну напругу випрямляча можна, застосувавши більш високовольтний стабілітрон або два низьковольтних, з'єднаних послідовно. При двох стабілітронах Д814В і Д814Д і ємності конденсатора С1 2 мкФ вихідна напруга на навантаженні опором 250 Ом може становити 23 ... 24 В. За запропонованою методикою можна стабілізувати вихідну напругу одно-напівперіодного діодно-конденсаторного випрямляча, , За схемою рис. 6.13. Для випрямляча з плю-совою вихідною напругою паралельно діоду VD1 включений n-p-п транзисторКТ972А або КТ829А, що керується з виходу випрямляча через стабілітрон VD3. При досягненні на конденсаторі С2 напруги, що відповідає моменту відкривання стабілітрона, транзистор VT1 теж відкривається. В результаті амплітуда позитивної напівхвилі напруги, що надходить на С2 через діод VD2, зменшується майже до нуля. При зменшенні напруги на С2 транзистор VT1, завдяки стабі-літрону, закривається, що призводить до збільшення вихідної напруги. Процес супроводжується широтно-імпульсним регулюванням тривалості імпульсів на вході VD2, отже, напруга на конденсаторі С2 залишається стабілізованою як на холостому ході, і під навантаженням.
У випрямлячі з негативною вихідною напругою паралельно діоду VD1 потрібно включити p-n-р транзисторКТ973А чи КТ825А. Вихідна стабілізована напруга на навантаженні опором 470 Ом - близько 11 В, напруга пульсації - 0,3 ... 0,4 В.
В обох запропонованих варіантах безтрансформаторного випрямляча стабілітрон працює в імпульсному режимі при струмі в одиниці міліампер, який ніяк не пов'язаний зі струмом навантаження випрямляча, з розкидом ємності конденсатора, що гасить, і коливаннями напруги мережі. Тому втрати в ньому істотно зменшені, і тепловідведення йому не потрібно. Ключовому транзистору радіатор також не потрібно.
Резистори Rl, R2 у цих схемах обмежують вхідний струм при перехідних процесах у момент включення пристрою до мережі. Через неминучий "брязкіт" контактів мережевих виделки і розетки, процес включення супроводжується серією короткочасних замикань і розривів ланцюга. При одному з таких замикань конденсатор, що гасить, С1 може зарядитися до повного амплітудного значення напруги мережі, тобто. приблизно до 300 В. Після розриву і наступного замикання ланцюга через «брязкот» це і мережна напругаможуть скластися і скласти у сумі близько 600 В. Це найгірший випадок, який необхідно враховувати для забезпечення надійної роботи пристрою. Конкретний приклад: мак-симальний колекторний струмтранзистора КТ972А дорівнює 4 А, тому сумарний опір обмежувальних резисторів має становити 600 В/4 А = 150 Ом. З метою зменшення втрат опір резистора R1 можна вибрати 51 Ом, а резистори R2 - 100 Ом. Їхня потужність розсіювання — не менше 0,5 Вт. Допустимий колекторний струм транзистора КТ827А становить 20 А, тому для нього резистор R2 необов'язковий.
Зараз у будинку є багато малогабаритної апаратури, яка потребує постійного харчування. Це і годинник зі світлодіодною індикацією, і термометри, і малогабаритні приймачі, тощо. В принципі, вони розраховані на батарейки, але ті "сідають" у невідповідний момент. Простий вихід – запитати їх від мережевих блоків живлення. Але навіть компактний мережевий (знижуючий) трансформатор досить важкий і місця займає не так вже й мало, а імпульсні джерела живлення все-таки складні, вимагають для виготовлення певного досвіду і недешевої комплектації.
Вирішенням цієї проблеми при виконанні певних умов може служити безтрансформаторний блок живлення з конденсатором, що гасить. Ці умови:
- повна автономність апарату, що живиться, тобто. до нього не повинні підключатися зовнішні пристрої (наприклад, до приймача магнітофон для запису програми);
- діелектричний (непровідний) корпус і такі ж ручки керування біля самого блока живлення та пристрою, що підключається до нього.
Пов'язано це з тим, що при живленні від безтрансформаторного блоку пристрій знаходиться під потенціалом мережі, і дотик його неізольованих елементів може добре "струсити". Не зайве додати, що при налагодженні таких блоків живлення слід дотримуватися правил техніки безпеки та обережності.
При необхідності використовувати для налагодження осцилографа блок живлення потрібно включати через розділовий трансформатор.
У найпростішому вигляді схема безтрансформаторного блоку живлення має вигляд, що показаний на рис.1.
Для обмеження кидка струму при підключенні блоку до мережі послідовно з конденсатором С1 і випрямляючим мостом VD1 включений резистор R2 а для розрядки конденсатора після відключення - паралельно йому резистор R1.
Безтрансформаторне джерело живлення в загальному випадку є симбіозом випрямляча і параметричного стабілізатора. Конденсатор С1 для змінного струму є ємнісним (реактивний, тобто не споживає енергію) опір Хс, величина якого визначається за формулою:
де (- частота мережі (50 Гц); С-ємність конденсатора С1, Ф.
Тоді вихідний струм джерела можна визначити так:
де Uc – напруга мережі (220 В).
Вхідна частина іншого блоку живлення (рис.2а) містить баластовий конденсатор С1 і мостовий випрямляч з діодів VD1, VD2 і стабілітронів VD3, VD4. Резистори R1, R2 грають таку ж роль, як у першій схемі. Осцилограма вихідної напруги блоку наведена на рис.2б (коли напруга на виході перевищує напругу стабілізації стабілітронів, інакше він працює як звичайний діод).
Від початку позитивного напівперіоду струму через конденсатор С1 до моменту t1 стабілітрон VD3 і діод VD2 відкриті, а стабілітрон VD4 і діод VD1 закриті. В інтервалі часу t1...t3 стабілітрон VD3 і діод VD2 залишаються відкритими, а через стабілітрон VD4, що відкрився, проходить імпульс струму стабілізації. Напруга на виході Uвих та на стабілітроні VD4 дорівнює його напрузі стабілізації Uст.
Імпульсний струм стабілізації, що є для діодно-стабілітронного випрямляча наскрізним, минає навантаження RH, яка підключена до виходу моста. У момент t2 струм стабілізації досягає максимуму, а в момент t3 дорівнює нулю. До закінчення позитивного напівперіоду залишаються відкритими стабілітрон VD3 та діод VD2.
У момент t4 завершується позитивний і починається негативний напівперіод, від початку якого до моменту t5 стабілітрон VD4 і діод VD1 відкриті, а стабілітрон VD3 і діод VD2 закриті. В інтервалі часу t5-t7 стабілітрон VD4 і діод VD1 продовжують залишатися відкритими, а через стабілітрон VD3 при напрузі UCT проходить наскрізний імпульс струму стабілізації, максимальний в момент t6. Починаючи від t7 до завершення негативного напівперіоду залишаються відкритими стабілітрон VD4 і діод VD1. Розглянутий цикл роботи діодно-стабілітронного випрямляча повторюється в наступні періоди напруги мережі.
Таким чином, через стабілітрони VD3, VD4 від анода до катода проходить випрямлений струм, а в протилежному напрямку імпульсний струм стабілізації. В інтервали часу t1...t3 і t5...t7 напруга стабілізації змінюється лише на одиниці відсотків. Значення змінного струму на вході мосту VD1...VD4 у першому наближенні дорівнює відношенню напруги мережі до опору ємнісного баластного конденсатора С1.
Робота діодно-стабілітронного випрямляча без баластного конденсатора, що обмежує наскрізний струм, неможлива. У функціональному відношенні вони нероздільні і утворюють єдине ціле – конденсаторно-стабілітронний випрямляч.
Розкид значень UCT однотипних стабілітронів становить приблизно 10%, що призводить до виникнення додаткових пульсацій вихідної напруги з частотою мережі живлення, амплітуда напруги пульсації пропорційна різниці значень Uст стабілітронів VD3 і VD4.
При використанні потужних стабілітронів Д815А...Д817Г їх можна встановити на загальний радіатор, якщо в позначенні їх типу присутні літери "ПП (стабілітрони Д815АПП...Д817ГПП мають зворотну полярність висновків). В іншому випадку діоди та стабілітрони необхідно поміняти місцями.
Безтрансформаторні джерела живлення зазвичай збираються за класичною схемою: конденсатор, що гасить, випрямляч змінної напруги, конденсатор фільтра, стабілізатор. Ємнісний фільтр згладжує пульсацію вихідної напруги. Чим більша ємність конденсаторів фільтра, тим менша пульсація і, відповідно, більша постійна складова вихідної напруги. Однак у ряді випадків можна обійтися без фільтра, який найчастіше є громіздким вузлом такого джерела живлення.
Відомо, що конденсатор, включений у ланцюг змінного струму, зсуває його фазу на 90°. Фазозсувний конденсатор застосовують, наприклад, при підключенні трифазного двигуна до однофазної мережі. Якщо у випрямлячі застосувати фазосдвігающій конденсатор, що забезпечує взаємне перекриття напівхвиль випрямленої напруги, у багатьох випадках можна обійтися без громіздкого ємнісного фільтра або істотно зменшити його ємність. Схема подібного стабілізованого випрямляча показано на рис.3.
Трифазний випрямляч VD1.VD6 підключений до джерела змінної напруги через активний (резистор R1) та ємнісний (конденсатор С1) опору.
Вихідна напруга випрямляча стабілізує стабілітрон VD7. Фазозсувний конденсатор С1 повинен бути розрахований на роботу в ланцюгах змінного струму. Тут, наприклад, підійдуть конденсатори типу К73-17 з робочою напругою не нижче 400 Ст.
Такий випрямляч можна застосовувати там, де необхідно зменшити габарити електронного пристрою, оскільки розміри оксидних конденсаторів ємнісного фільтра, як правило, набагато більше, ніж фазозсувного конденсатора порівняно невеликої ємності.
Ще одна перевага запропонованого варіанту полягає в тому, що струм, що споживається, практично постійний (у разі постійного навантаження), тоді як у випрямлячах з ємнісним фільтром в момент включення пусковий струмзначно перевищує значення, що встановилося (внаслідок заряду конденсаторів фільтра), що в деяких випадках вкрай небажано.
Описаний пристрій можна застосовувати і з послідовними стабілізаторами напруги, що мають постійне навантаження, а також з навантаженням, що не потребує стабілізації напруги.
Цілком простенький безтрансформаторний блок живлення (рис.4) можна спорудити "на коліні" буквально за півгодини.
У даному варіанті схема розрахована на вихідну напругу 6,8 і струм 300 мА. Напруга можна змінювати заміною стабілітрона VD4 і, при необхідності, VD3 А встановивши транзистори на радіатори, можна збільшити струм навантаження. Діодний міст - будь-який, розрахований на зворотну напругу не менше 400 В. До речі, можна згадати і про "стародавні" діоди. Д226Б.
В іншому безтрансформаторному джерелі (рис.5) як стабілізатор застосовано мікросхему КР142ЕН8. Його вихідна напруга становить 12 В. Якщо необхідне регулювання вихідної напруги, то виведення 2 мікросхеми DA1 підключають до загального дроту через змінний резисторнаприклад, типу СПО-1 (з лінійною характеристикою зміни опору). Тоді вихідна напруга може змінюватися в діапазоні 12...22 ст.
Як мікросхема DA1 для отримання інших вихідних напруг потрібно застосувати відповідні інтегральні стабілізатори, наприклад, КР142ЕН5, КР1212ЕН5, КР1157ЕН5А та ін. Конденсатор С1 повинен бути обов'язково на робочу напругу не нижче 300 В, марки К76-3, К7 , Високовольтний). Оксидний конденсатор С2 виконує роль фільтра живлення і згладжує пульсації напруги. Конденсатор С3 зменшує перешкоди високій частоті. Резистори R1, R2 – типу МЛТ-0,25. Діоди VD1 ... VD4 можна замінити на КД105Б ... КД105Г, КД103А, Б, КД202Е. Стабілітрон VD5 з напругою стабілізації 22...27 У оберігає мікросхему від кидків напруги в момент включення джерела.
Незважаючи на те, що теоретично конденсатори в ланцюзі змінного струму потужності не споживають, реально в них через наявність втрат може виділятися кілька тепла. Перевірити придатність конденсатора як гасить для використання в безтрансформаторному джерелі можна просто підключивши його до електромережі та оцінивши температуру корпусу через півгодини. Якщо конденсатор встигає помітно розігрітися, він не підходить. Практично не нагріваються спеціальні конденсатори для промислових електроустановок (вони розраховані велику реактивну потужність). Такі конденсатори зазвичай використовуються в люмінесцентних світильниках, пускорегулюючих пристроях асинхронних електродвигунів і т.п.
У 5-вольтовому джерелі (рис.6) зі струмом навантаження до 0,3 А застосований дільник конденсаторний напруги. Він складається з паперового конденсатора С1 та двох оксидних С2 та С3, що утворюють нижнє (за схемою) неполярне плече ємністю 100 мкФ (зустрічно-послідовне включення конденсаторів). Поляризуючими діодами для оксидної пари є діоди мосту. При зазначених номіналах елементів струм короткого замикання на виході блоку живлення дорівнює 600 мА, напруга на конденсаторі С4 без навантаження - 27 В.
Блок живлення портативного приймача (мал.7) легко міститься у його батарейний відсік. Діодний міст VD1 розраховується на робочий струм, його гранична напруга визначається напругою, що забезпечує стабілітрон VD2. Елементи R3, VD2. VT1 утворюють аналог потужного стабілітрона. Максимальний струм і потужність такого стабілітрона, що розсіюється, визначаються транзистором VT1. Для нього може знадобитися радіатор. Але в будь-якому випадку максимальний струмцього транзистора повинен бути менше струму навантаження. Елементи R4, VD3 – ланцюг індикації наявності вихідної напруги. При малих струмах навантаження необхідно враховувати струм, який споживається цим ланцюгом. Резистор R5 навантажує ланцюг живлення малим струмом, ніж стабілізує його роботу.
Гасять конденсатори С1 і С2 - типу КБГ або аналогічні. Можна також застосувати і К73-17 з робочою напругою 400 (підійдуть і з 250, оскільки вони включені послідовно). Вихідна напруга залежить від опору конденсаторів, що гасять. змінному струму, реального струму навантаження та від напруги стабілізації стабілітрона.
Для стабілізації напруги безтрансформаторного блоку живлення з конденсатором, що гасить, можна використовувати симетричні диністори (рис.8).
При зарядці конденсатора фільтра С2 до напруги відкривання VS1 диністора він включається і шунтує вхід діодного моста. Навантаження в цей час отримує живлення від конденсатора С2 На початку наступного напівперіоду С2 знову заряджається до того ж напруги, і процес повторюється. Початкова напруга розрядки конденсатора С2 не залежить від струму навантаження та напруги мережі, тому стабільність вихідної напруги блоку досить висока.
Падіння напруги на диністорі у включеному стані невелике, потужність, що розсіюється, а значить, і нагрівання його значно менше, ніж у стабілітрона. Максимальний струм через диністор становить близько 60 мА. Якщо для отримання необхідного вихідного струму цього значення недостатньо, можна "умощнить диністор симистором або тиристором".
Безтрансформаторний блок живлення з регульованою вихідною напругою показано на рис.10а.
Його особливість полягає у використанні регульованого негативного зворотного зв'язку з виходу блоку на транзисторний каскад VT1, включений паралельно виходу діодного моста. Цей каскад є регулюючим елементом і управляється сигналом з виходу підсилювача однокаскадного на VT2.
Вихідний сигнал VT2 залежить від різниці напруги, що подаються зі змінного резистора R7, включеного паралельно виходу блоку живлення, і джерела опорної напруги на діодах VD3, VD4. По суті, схема є регульованим паралельним стабілізатором. Роль баластного резистора грає конденсатор С1, що гасить, паралельного керованого елемента - транзистор VT1.
Працює цей блок живлення в такий спосіб.
При включенні до мережі транзистори VT1 і VT2 замкнені, а через діод VD2 відбувається заряд накопичувального конденсатора С2. При досягненні з урахуванням транзистора VT2 напруги, рівного опорному на діодах VD3, VD4, транзистори VT2 і VT1 отпираются. Транзистор VT1 шунтує вихід діодного моста, і його вихідна напруга падає, що призводить до зменшення напруги на накопичувальному конденсаторі С2 і замикання транзисторів VT2 і VT1. Це, своєю чергою, викликає збільшення напруги на С2, відмикання VT2, VT1 і повторення циклу.
За рахунок чинного таким чином негативного зворотного зв'язку вихідна напруга залишається постійною (стабілізованою) як при включеному навантаженні (R9), так і без неї (на холостому ході). Його величина залежить від положення двигуна потенціометра R7.
Верхньому (за схемою) положенню двигуна відповідає більша вихідна напруга. Максимальна вихідна потужність цього пристрою дорівнює 2 Вт. Межі регулювання вихідної напруги – від 16 до 26 В, а при закороченому діоді VD4 – від 15 до 19,5 В. Рівень пульсацій на навантаженні – не більше 70 мВ.
Транзистор VT1 працює у змінному режимі: за наявності навантаження - у лінійному режимі, на холостому ходу - у режимі широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) із частотою пульсації напруги на конденсаторі С2 100 Гц. У цьому імпульси напруги на колекторі VT1 мають пологі фронти.
Критерієм правильності вибору ємності С1 є отримання навантаження необхідної максимальної напруги. Якщо його ємність зменшена, то максимальна вихідна напруга на номінальному навантаженні не досягається. Іншим критерієм вибору С1 є незмінність осцилограми напруги на виході діодного моста (рис.10б).
Осцилограма напруги має вигляд послідовності випрямлених синусоїдальних напівхвиль мережевої напруги з обмеженими (сплощеними) вершинами позитивних напівсинусоїд, амплітуда вершин є змінною величиною, яка залежить від положення двигуна R7, і змінюється лінійно при його обертанні. Але кожна напівхвиля повинна обов'язково сягати нуля, наявність постійної складової (як показано на рис.10б пунктиром) не допускається, т.к. у своїй порушується режим стабілізації.
Лінійний режим полегшений, транзистор VT1 нагрівається мало і може працювати практично без радіатора. Невеликий нагрівання має місце в нижньому положенні двигуна R7 (при мінімальній вихідній напрузі). На холостому ході тепловий режим транзистора VT1 погіршується у верхньому положенні движка R7 У цьому випадку транзистор VT1 повинен бути встановлений на невеликий радіатор, наприклад, у вигляді "прапорця" із алюмінієвої пластинки квадратної форми зі стороною 30 мм і товщиною 1...2 мм.
Регулюючий транзистор VT1 - середньої потужностіз великим коефіцієнтом передачі. Його колекторний струм повинен бути в 2...3 рази більше максимального струму навантаження, допустима напруга колектор-емітер - не менше максимальної вихідної напруги блоку живлення. Як VT1 можуть бути використані транзистори КТ972А, КТ829А, КТ827А і т.п. Транзистор VT2 працює у режимі малих струмів, тому годиться будь-який малопотужний p-n-р-транзистор - КТ203, КТ361 та інших.
Резистори R1, R2 – захисні. Вони оберігають регулюючий транзистор VT1 від виходу з ладу внаслідок перевантаження струмом при перехідних процесах в момент включення блоку в мережу.
Безтрансформаторний конденсаторний випрямляч (рис.11) працює з автостабілізацією вихідної напруги. Це досягнуто за рахунок зміни часу підключення діодного моста до накопичувального конденсатора. Паралельно виходу діодного моста включений транзистор VT1, що працює у ключовому режимі. База VT1 через стабілітрон VD3 з'єднана з накопичувальним конденсатором С2, відокремленим по постійному струму від виходу моста діодом VD2 для виключення швидкого розряду при відкритому VT1. Поки напруга С2 менше напруги стабілізації VD3, випрямляч працює як завжди. При збільшенні напруги С2 і відкриванні VD3 транзистор VT1 також відкривається і шунтує вихід випрямного моста. Напруга на виході мосту стрибкоподібно зменшується практично до нуля, що призводить до зменшення напруги на С2 та вимкнення стабілітрона та ключового транзистора.
Далі напруга на конденсаторі С2 знову збільшується до моменту включення стабілітрона та транзистора тощо. Процес автостабілізації вихідної напруги дуже схожий роботу імпульсного стабілізатора напруги з широтно-импульсным регулюванням. Тільки в запропонованому пристрої частота проходження імпульсів дорівнює частоті пульсацій напруги на С2. Ключовий транзистор VT1 для зменшення втрат повинен бути з великим коефіцієнтом посилення, наприклад, КТ972А, КТ829А, КТ827А та ін. Збільшити вихідну напругу випрямляча можна, застосувавши більш високовольтний стабілітрон (ланцюжок низьковольтних, послідовно з'єднаних). При двох стабілітронах Д814В, Д814Д та ємності конденсатора С1 2 мкФ вихідна напруга на навантаженні опором 250 Ом може становити 23...24 В.
Аналогічно можна стабілізувати вихідну напругу однонапівперіодного діодно-конденсаторного випрямляча (рис.12).
Для випрямляча з плюсовою вихідною напругою паралельно діоду VD1 включений n-p-n транзистор, керований з виходу випрямляча через стабілітрон VD3. При досягненні на конденсаторі напруги С2, відповідного моменту відкривання стабілітрона, транзистор VT1 теж відкривається. В результаті, амплітуда позитивної напівхвилі напруги, що надходить С2 через діод VD2, зменшується майже до нуля. При зменшенні напруги на С2 транзистор VT1 завдяки стабілітрону закривається, що призводить до збільшення вихідної напруги. Процес супроводжується широтно-імпульсним регулюванням тривалості імпульсів на вході VD2, отже напруга на конденсаторі С2 стабілізована.
У випрямлячі з негативною вихідною напругою паралельно діоду VD1 потрібно включити p-n-p-транзистор КТ973А або КТ825А. Вихідна стабілізована напруга на навантаженні опором 470 Ом - близько 11 В, напруга пульсацій - 0,3 ... 0,4 В.
В обох випадках стабілітрон працює в імпульсному режимі при струмі в одиниці міліампер, який ніяк не пов'язаний зі струмом навантаження випрямляча, розкидом ємності конденсатора, що гасить, і коливаннями напруги мережі. Тому втрати в ньому суттєво зменшено, і тепловідведення йому не потрібно. Ключового транзистора радіатор також не потрібно.
Резистори R1, R2 у цих схемах обмежують вхідний струм при перехідних процесах в момент включення пристрою в мережу. Через неминучий "брязкіт" контактів мережевої вилки процес включення супроводжується серією короткочасних замикань і розривів ланцюга. При одному з таких замикань конденсатор С1, що гасить, може зарядитися до повного амплітудного значення напруги мережі, тобто. приблизно до 300 В. Після розриву та подальшого замикання ланцюга через "брязкот" це і мережна напруга можуть скластися і скласти в сумі близько 600 В. Це найгірший випадок, який необхідно враховувати для забезпечення надійної роботи пристрою.
Інший варіант ключової безтрансформаторної схеми джерела живлення подано на рис.13.
Мережева напруга, проходячи через діодний міст на VD1.VD4, перетворюється на пульсуючу амплітудою близько 300 В. Транзистор VT1 – компаратор, VT2 – ключ. Резистори R1, R2 утворюють дільник напруги VT1. Підстроюванням R2 можна встановити напругу спрацьовування компаратора. Поки напруга на виході діодного моста не досягне встановленого порога, транзистор VT1 закритий, на затворі VT2 - напруга, що відмикає, і він відкритий. Через VТ2 та діод VD5 заряджається конденсатор С1.
При досягненні встановленого порога спрацьовування транзистор VT1 відкривається та шунтує затвор VT2. Ключ закривається і знову відкриється тоді, коли напруга на виході моста стане меншою за поріг спрацювання компаратора. Таким чином, на С1 встановлюється напруга, що стабілізується інтегральним стабілізатором DA1.
З наведеними на схемі номіналами джерело забезпечує вихідну напругу 5 при струмі до 100 мА. Налаштування полягає у встановленні порога спрацювання VT1. Замість IRF730 можна використовувати. КП752А, IRF720, BUZ60, 2N6517замінюється на КТ504А.
Мініатюрний безтрансформаторний блок живлення для малоспоживаючих пристроїв можна побудувати на мікросхемі HV-2405E (рис.14), яка здійснює пряме перетворення змінної напруги на постійне.
Діапазон вхідної напруги ІМС -15...275 В. вихідного - 5...24 при максимальному вихідному струмі до 50 мА. Випускається у плоскому пластмасовому корпусі DIP-8. Структура мікросхеми наведено на рис.15а, цоколівка – на рис.15б.
У схемі джерела (рис. 14) особливу увагу слід приділити резисторам R1 та R2. Їх загальний опір має бути в районі 150 Ом, а потужність, що розсіюється, - не менше 3 Вт. Вхідний високовольтний конденсатор може мати ємність від 0,033 до 0,1 мкФ. Варистор Rv можна застосувати практично будь-який з робочою напругою 230.250 В. Резистор R3 вибирається в залежності від необхідної вихідної напруги. За його відсутності (виходи 5 і 6 замкнуті) вихідна напруга трохи більше 5, при опорі 20 кОм вихідна напруга - близько 23 В. Замість резистора можна включити стабілітрон з необхідною напругою стабілізації (від 5 до 21 В). До решти деталей особливих вимог немає, за винятком вибору робочої напруги електролітичних конденсаторів(Формули для розрахунку наведені на схемі).
Враховуючи потенційну небезпеку безтрансформаторних джерел, у ряді випадків може становити інтерес компромісний варіант: з конденсатором, що гасить, і трансформатором (рис.16).
Тут підійде трансформатор із високовольтною. вторинною обмоткоюоскільки необхідна випрямлена напруга встановлюється підбором ємності конденсатора С1. Головне, щоб обмотки трансформатора забезпечували потрібний струм.
Щоб пристрій не вийшов з ладу при відключенні навантаження, до виходу VD1...VD4 моста слід підключити стабілітрон Д815П. У нормальному режимі він не працює, оскільки його напруга стабілізації вища за робітника на виході мосту. Запобіжник FU1 захищає трансформатор та стабілізатор при проби конденсатора С1.
У джерелах такого виду в ланцюзі послідовно з'єднаних ємнісного (конденсатор С1) та індуктивного (трансформатор Т1) опорів може виникати резонанс напруги. Про це слід пам'ятати при їх налагодженні та контролювати напруження осцилографом.
Дивіться інші статтірозділу.
Читайте та пишітькорисні
У такому джерелі живлення до мережі змінної напруги підключено послідовно з'єднані конденсатор та навантаження. Розглянемо спочатку роботу джерела із суто резистивним навантаженням (рис.1, а).
З курсу електротехніки відомо, що опір послідовно включених конденсатора С1 і резистора Рн дорівнює:
де X c 1 =1/2n*f*C1 - ємнісний опір конденсатора частоті f. Поет-
Рис.1
му ефективний змінний струм в ланцюзі Iеф = Uс / Z (Uc - напруга мережі живлення). Навантажувальний струм пов'язаний з ємністю конденсатора, вихідною напругою джерела та напругою мережі.
Для малих значень вихідної напруги
Iеф = 2л * f * С1 * Uс.
Як приклад, корисного в практиці, проведемо розрахунок конденсатора, що гасить, для включення в мережу 220 В паяльника на 127 В потужністю 40 Вт. Необхідне ефективне значення струму навантаження Iеф=40/127=0,315 А. Розрахункова ємність конденсатора, що гасить.
Для роботи нагрівальних приладів важливим є значення саме ефективного струму. Однак, якщо навантаженням є, наприклад, акумуляторна батарея, включена в діагональ випрямного моста (рис. 1, б), заряджати її буде вже середній-випрямлений (пульсуючий) струм, чисельне значення якого менше Iеф:
У радіоаматорській практиці часто використовують джерело, в якому конденсатор, що гасить, включений в мережу послідовно з діодним мостом, а навантаження, за-шунтированная іншим конденсатором, живиться від вихідної діагоналі моста (рис. 2). У цьому випадку ланцюг стає різко нелінійним і форма струму, що протікає через міст і конденсатор, що гасить, буде відрізнятися від синусоїдальної. Через це поданий вище розрахунок виявляється неправильним.
Які процеси, що відбуваються в джерелі з конденсатором С2, що згладжує, ємністю, достатньою для того, щоб вважати пульсації вихідної напруги зневажливо малими? Для конденсатора, що гасить, С1 діодний міст (разом з С2 і Rн) в встановленому режимі являє собою якийсь еквівалент симетричного стабілітрона. При напрузі на цьому еквіваленті, меншому деякого значення (воно практично дорівнює напрузі Uвих на конденсаторі С2), міст закритий і струму не проводить, при більшому через відкритий міст тече струм, не даючи збільшуватися напрузі на вході моста.
Розгляд почнемо з моменту ti, коли напруга мережі є максимальною (рис. 3). Конденсатор С1 заряджений до амплітудної напруги мережі Uс.амп за вирахуванням напруги на діодному мосту uм приблизно рівного Uвих. Струм через конденсатор С1 і закритий міст дорівнює нулю. Напруга в мережі зменшується за косинусоїдальним законом (графік 1), на мосту також зменшується (графік 2), а напруга на конденсаторі С1 не змінюється.
Струм конденсатора залишиться нульовим доти, поки напруга на діодному мосту, змінивши знак на протилежний, не досягне значення -Uвих (момент t2). У цей момент з'явиться стрибком струм lei через конденсатор С1 та міст. Починаючи з моменту t2, напруга на мосту не змінюється, а струм визначається швидкістю зміни напруги мережі і, отже, буде таким самим, як якщо до мережі був підключений тільки конденсатор С1 (графік 3).
Коли напруга мережі досягне негативного амплітудного значення (момент t 3) струм через конденсатор С1 знову стане рівним нулю. Далі процес повторюється кожен напівперіод.
Струм через міст протікає лише в інтервалі часу від t 2 до t 3 його середнє значення може бути розраховане як площа заштрихованої частини синусоїди на графіку 3. Нескладні розрахунки, що вимагають, однак, знання диференціального та інтегрального обчислення, дають таку формулу для середнього струму Iср через навантаження Rн:
(2)
При малих значеннях вихідної напруги ця формула раніше отримана (1) дають однаковий результат. Якщо в (2) вихідний струм прирівняти до нуля, отримаємо Uвыx=Uc*2 ^1/2 , тобто при струмі навантаження, що дорівнює нулю (при випадковому відключенні навантаження, скажімо, через ненадійний контакт), вихідна напруга джерела стає рівним амплітудному напрузі мережі. Це означає, що всі елементи джерела мають витримувати таку напругу. При зменшенні струму навантаження, наприклад, на 10%, вихідна напруга збільшиться так, щоб вираз у дужках також зменшився на 10%, тобто приблизно на 30 (при Uвих = 10 В). Висновок - включення стабілітрона паралельно навантаженню Rн (як показано штриховими лініями на рис. 2) практично обов'язково.
Для однонапівперіодного випрямляча (рис. 4) струм розраховують за такою формулою:
Природно, при малих значеннях вихідної напруги струм навантаження буде вдвічі менше, ніж для двонапівперіодного випрямляча, а вихідна напруга при нульовому струмі навантаження - вдвічі більше - адже це випрямляч з подвоєнням напруги!
Порядок розрахунку джерел за схемою на рис. 2 наступний. Спочатку задаються вихідною напругою Uвих, максимальним Iн max і мінімальним I н min значеннями струму навантаження, максимальним Uc max і мінімальним Uc min значеннями напруги мережі. Вище вже було зазначено, що при змінному струмі навантаження обов'язковим є стабілітрон, включений паралельно навантаженню Rн. Як його обирати? При мінімальній напрузі мережі та максимальному струмі навантаження через стабілітрон повинен протікати струм не менше допустимого мінімального струму стабілізації 1ст min. Можна задати значення в межах 3...5 мА. Тепер визначають ємність конденсатора, що гасить, С1 для двонапівперіодного випрямляча:
С1 = 3,5 (Іст min + lн max) / (Uc min-0,7 Uвиx). (3)
Формула отримана з (2) підстановкою відповідних значень. Струм у ній - у міліамперах, напруга - у вольтах; ємність вийде у мікрофарадах. Результат розрахунку округляють до найближчого більшого номіналу; можна використовувати батарею з кількох конденсаторів, увімкнених паралельно.
I ст max =(U c mах -0,7Uвих)З 1 /3,5-I н min (4)
За відсутності стабілітрону на необхідну напругу Uвих, що допускає розрахований максимальний струм стабілізації, можна з'єднати кілька стабілітронів на меншу напругу послідовно або застосувати аналог потужного стабілітрону .
Підставляти у формулу (4) мінімальний струм навантаження Iн mm слід лише тоді, коли цей струм тривалий одиниці секунд і більше. При короткочасному мінімальному струмі навантаження (частки секунди) його треба замінити середнім (за часом) струмом навантаження. Якщо стабілітрон допускає струм, більший за розрахований за формулою (4), доцільно використовувати конденсатор, що гасить, дещо більшої ємності для зменшення вимог до точності його добірки.