Бестрансформаторный блок питания на 12 Вольт своими руками в домашних условиях

Вопросы и ответы

Пригодность блока питания в быту

У каждого в доме есть различная техника, которая работает от батареек или аккумуляторов. Чтобы каждый раз не менять элементы, получает питание от любого источника, подключенного к сети 220 В.

Большой мощности от полностью бестрансформаторного небольшого агрегата ожидать не стоит. Аккумуляторные инструменты (шуруповерты, дрели, циркулярные пилы), насосы, планшеты и ноутбуки от него не подойдут.

К такому БП можно подключать осветительные приборы и электронное оборудование, потребляющие ток до 500 мА:

  • маленькие приемники;
  • светодиодные фонари и гирлянды (но не ленты);
  • маломощное портативное медицинское оборудование (тонометр, пульсометр и другие параметры);
  • модули зарядки мобильных телефонов;
  • игрушки для детей;
  • моторы магнитофонов, вентиляторы;
  • самодельные устройства;
  • плата ардуино.

Создание блока питания на 12В своими руками

Сделать бестрансформаторное устройство можно самостоятельно. Во-первых, вам нужно выбрать одну из предложенных схем.

Вам потребуются следующие инструменты и материалы:

Для изготовления платы понадобится травильный состав, например:

Пластины травятся в течение 2-6 часов. Для сокращения этого периода рекомендуется подогрев раствора до +50…+60 °С.

Затем выполните следующие шаги:

После монтажа платы к ней подключаются провода с необходимыми контактами. Для включения 220 В используйте сетевую вилку, а на выходе поставьте какой-нибудь контакт или специальную вилку.

Параллельное и комбинированное соединение

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Параллельное соединение конденсаторов представляется другим уравнением. Чтобы определить общее емкостное значение, нужно просто найти сумму всех величин по отдельности:

С = С1 + С2 + С3 + …

Напряжение, подаваемое на каждый элемент, будет одинаковым. Поэтому для увеличения емкости необходимо соединить несколько деталей параллельно.

Если соединения смешанные, последовательно-параллельные, то для таких цепей применяют эквивалентные или упрощенные электрические схемы. Каждый участок контура рассчитывается отдельно, а затем, представляя их расчетной мощностью, объединяют в единый контур.

Альтернативы для получения эквивалентных схем
Альтернативы для получения эквивалентных схем

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Разберем подробный расчет, ниже вы можете найти форму онлайн-калькулятора.

Расчет емкости конденсатора для светодиода:

С (мкФ) = 3200 * Isd) / √ (Uвх² — Uвых²)

С мкФ — емкость конденсатора. Он должен быть рассчитан на 400-500В; Isd — номинальный ток диода (см в паспортных данных); Uвх — амплитудное напряжение в сети — 320В; Uвых – номинальное напряжение питания светодиода.

Вы также можете найти эту формулу:

С = (4,45*I)/(U — Uд)

Он используется для слаботочных нагрузок до 100 мА и до 5 В.

Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):

Для наглядности рассчитаем несколько схем подключения.

Подключение одного светодиода

Для расчета пропускной способности канала нам потребуется:

  • Максимальный ток диода 0,15А;
  • напряжение питания диода — 3,5В;
  • пиковое напряжение сети — 320В.

Для таких условий параметры канала такие: 1,5 мкФ, 400В.

Подключение нескольких светодиодов

При расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.

  • Напряжение питания для последовательной цепи — Usd * количество светодиодов в цепи;
  • сила тока — Iсd * количество параллельных цепей.

Например, возьмем модель с шестью параллельными линиями с четырьмя последовательными диодами.

Напряжение питания — 4*3,5В=14В; Ток цепи — 0,15А * 6 = 0,9А;

Для этой схемы параметры конденсатора: 9 мкФ, 400В.

Радиолюбитель

Несколько схем и расчет бестрансформаторных источников питания с гасящим конденсатором

Сетевой блок питания с гасящим конденсатором (рис. 1), фактически представляет собой делитель напряжения, где верхнее плечо — конденсатор, а нижнее — сложная нелинейная диодно-резисторно-конденсаторная цепь. Это определяет недостатки (и, конечно же, преимущества) таких устройств.

Изображение 1:

Чтобы источник работал в широком диапазоне токов нагрузки с высоким КПД, достаточно входной делитель напряжения сделать чисто реактивным, например, емкостным (рис. 2).

Фигура 2:

Также он позволяет стабилизировать выходное напряжение источника с последовательно включенным компенсационным или импульсным стабилизатором, чего нельзя сделать в обычном источнике с гасящим конденсатором.

Как показано в статье С. Бирюкова «Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором» — «Радио», 1997, N 5, стр. 48-50, — последовательный стабилизатор можно использовать только при изменении напряжения на ввод ограничен, что, в свою очередь, значительно снижает эффективность.

Для совместной работы с импульсными стабилизаторами рекомендуется использовать источник с емкостным делителем напряжения. Он идеально подходит для устройства, которое длительное время использует малую мощность, но в какой-то момент требует ее резкого увеличения. Примером может служить сторожевое устройство на микросхемах «МОП» с устройством активации на реле и устройством звукового сигнала.

Ток, потребляемый емкостным делителем, будет иметь фазовый сдвиг на 90 градусов по отношению к сетевому напряжению, поэтому делитель напряжения на реактивных элементах не требует охлаждения. Исходя из вышеизложенного, оказывается, что ток через делитель можно выбрать сколь угодно большим.

Однако неоправданное увеличение тока разделения приведет к активным потерям в проводах и к увеличению массы и объема устройства. Поэтому ток через делитель напряжения целесообразно брать в пределах 0,5…3 от максимального тока нагрузки.

Расчет источника с емкостным делителем прост. Как следует из формулы (2) в упомянутой статье, выходное напряжение Uвых и полный выходной ток (стабилитрон и нагрузка Iвых) источника по схеме 1,а связаны следующим образом:

Iвых = 4fC1(2Uc-Uвых)

Эта формула годится и для расчета источника с емкостным делителем, в ней нужно только заменить С1 на суммарную емкость параллельно соединенных конденсаторов С1 и С2, показанную на рис. 2 а Uc — на Uc2x (напряжение на конденсаторе С2 при RH = °°), т.е.

Uc2x = Uc-C1/(C1+C2)

Тогда Iout = 4f(C1+C2)xxUc-C1-i/2/(C1+C2)-Unbix или после очевидных преобразований Iout = 4f-C1 Uc^2 -out(1+C2/C1).

Поскольку падение напряжения на диодах моста Uд при малых значениях Квых становится заметным, окончательно получаем

Iвых = 4f-C1Uc^/2-(Cвых+2Cd)(1+C2/C1).

Из формулы видно, что при Рн=0 (т.е при Uвых=0) ток Iвых, если пренебречь падением напряжения на диодах, остается таким же, как и для источника тока, собранного по схеме 1,а. Напряжение на выходе без нагрузки падает: Uвх = = Uc-C1^/2/(C1+C2)-2Un.

Емкость и рабочее напряжение конденсатора С2 выбирают исходя из требуемого выходного напряжения — отношение значений емкостей С1/С2 обратно пропорционально значениям напряжения, приходящегося на С1 и С2.

Например, если C1″ = 1 мкФ, а C2 = 4 мкФ, то напряжение Uc1 будет равно 4/5 напряжения сети, а Uc2=Uc/5, что соответствует 186 и 44 В при напряжении сети Uc = 220 В. Необходимо учитывать, что амплитудное значение напряжения почти в 1,5 раза превышает текущее, и подбирать конденсаторы на текущее номинальное напряжение.

Хотя конденсаторы в цепи переменного тока теоретически не потребляют тока, в действительности в них может выделяться некоторое количество тепла из-за наличия потерь. Проверить пригодность конденсатора к использованию в источнике можно заранее, просто подключив его к сети и оценив температуру дома через полчаса.

Если конденсатор С1 успел заметно нагреться, его следует признать непригодным для использования в источнике.

Специальные конденсаторы для промышленных электроустановок практически не греются — они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы применяются в люминесцентных лампах, в балластах асинхронных электродвигателей и т.д.

Ниже приведены две практические схемы питания с емкостным делителем: пятивольтовый общий (рис. 3) на ток нагрузки до 0,3 А и источник бесперебойного питания для электронно-механических кварцевых часов (рис. 4).

Рисунок 3:

Рисунок 4:

Делитель напряжения пятивольтового источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных конденсаторов С2 и С3, образующих неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Поляризационными диодами для оксидной пары согласно схеме являются левые мостовые диоды. При указанных на схеме номиналах элементов ток замыкания (при Rn=0) равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 при отсутствии нагрузки равно 27 В.

Электронно-механические часы обычно питаются от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА. Напряжение, снимаемое с делителя С1С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2. СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе С3 не превышает 12В.

Устройство и конструкция

Простой БП на 12 вольт без трансформатора можно сделать из нескольких радиоэлементов. Имеется диодный мост VD1-4 и 3 однотипных транзисторных стабилизатора, соединенных последовательно.

Другая схема состоит из следующих деталей:

  • 2 конденсатора С1 и С2;
  • 4 диода, образующие мост VD1-4;
  • 1 стабилитрон D1.

C1, подключенный к сети 220 В, гасит большую часть напряжения. Выпрямляется диодным мостом VD1-4. Цепочка D1, C2 представляет собой параметрический стабилизатор, с выхода которого снимается постоянное напряжение, питающее нагрузку.

Более совершенный прибор содержит на входе резистор R1 для подавления броска тока и RC-цепочку — гасящую емкость С1 и параллельно включенный резистор большой емкости r2 для его разряда. Средняя часть схемы такая же. На выходе установлен дополнительный неполярный конденсатор С3.

Дальнейшие доработки предполагают установку стабилизатора ВР1 на транзисторах или микросхеме на выходе БП.

Эти блоки опасны, так как их части находятся под напряжением 220 В. При отсутствии нагрузки (при повреждении стабилизатора) выходной потенциал будет равен сетевому.

стабилитрон 2С524А
Схемы бестрансформаторного питания сетей
Схемы бестрансформаторного питания сетей
Схемы бестрансформаторного питания сетей
Схемы бестрансформаторного питания сетей
Таблица схемы бестрансформаторного питания

Технические характеристики

  • Входное напряжение: 220 В переменного тока.
  • Выходное напряжение: 5 В постоянного тока.
  • Выходной ток (непрерывный): от 120 мА до 150 мА (может быть увеличен).
  • Выходной ток (импульсный): 180 мА.
  • Выходной шум (максимум): 30 мВпик-пик (нагрузка 150 мА, полоса пропускания 20 МГц).
  • Защита входа: предохранитель, NTC, варистор.
  • Защита выхода: защита от короткого замыкания и перегрузки по току (ограничение по току 200 мА).

Бестрансформаторные Схемы Питания

Концепция бестрансформаторного источника питания
Бестрансформаторная концепция работает за счет использования высоковольтного конденсатора для снижения сетевого тока до необходимого более низкого уровня, требуемого подключенной электронной схемой или нагрузкой. Спецификация этого конденсатора выбрана с запасом. Пример конденсатора, обычно используемого в бестрансформаторных цепях, показан ниже:

Этот конденсатор включен последовательно с одним из входных сигналов напряжения переменного тока. Когда сетевой переменный ток входит в этот конденсатор, в зависимости от размера конденсатора, реактивное сопротивление конденсатора входит и ограничивает сетевой переменный ток от превышения заданного уровня заданным значением конденсатора.

Однако, поскольку ток значительно снижается конденсатором, это высокое пиковое напряжение стабилизируется стабилитроном на выходе мостового выпрямителя.

Мощность стабилитрона необходимо выбирать в соответствии с допустимым уровнем тока конденсатора.

Преимущества использования без трансформаторной схемы

Доступность и в то же время эффективность схемы для устройств с малой мощностью. Описанная здесь бестрансформаторная схема питания является очень эффективной заменой обычного трансформатора для устройств с током менее 100 мА.

Здесь во входном сигнале используется металлизированный конденсатор высокого напряжения для снижения сетевого тока. Показанная выше схема может использоваться в качестве источника питания 12 В постоянного тока для большинства электронных схем. Однако, обсудив достоинства конструкции выше, стоит остановиться на нескольких серьезных недостатках, которые может включать в себя это понятие.

Недостатки схемы без трансформатора

Во-первых, схема не способна выдавать большие токи на выходе, что не критично для большинства конструкций. Другим недостатком, который, безусловно, требует некоторого рассмотрения, является то, что концепция не изолирует цепь от опасных потенциалов переменного тока.

Этот недостаток может иметь серьезные последствия для конструкций, связанных с металлическими шкафами, но не повлияет на устройства, которые все заключены в непроводящий корпус.

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

Однако в предложенной простой схеме питания без трансформатора этот недостаток разумно устранен путем введения разного рода каскадов стабилизации после мостового выпрямителя.

Этот конденсатор создает мгновенные скачки высокого напряжения, тем самым эффективно защищая связанную с ним электронику.

Схема драйвера, показанная ниже, управляет полосой из менее чем 100 светодиодов (с входным напряжением 220 В), каждый светодиод рассчитан на 20 мА, 3,3 В, 5 мм:

Здесь входной конденсатор 0,33 мкФ / 400 В выдает прибл. 17 мА, что примерно соответствует выбранной светодиодной ленте. Если драйвер используется для нескольких таких светодиодных лент 60/70 параллельно, то просто пропорционально увеличьте номинал конденсатора для поддержания оптимального свечения светодиодов.

Следовательно, для 2-х параллельно соединенных полос требуемое значение будет 0,68 мкФ/400В, для 3-х полосок оно изменится на 1мкФ/400В. Аналогично для 4-х диапазонов следует обновить до 1,33 мкФ/400В и так далее.

Читайте также: Автономное энергоснабжение для частного загородного дома, тип питания

Принцип работы

Бестрансформаторный блок транзисторов работает следующим образом. 220 В выпрямляется мостом с конденсатором и подается на стабилизаторы. Все они выполнены по одной схеме, но рассчитаны на разное напряжение.

Первый ограничивает потенциал сети на уровне 150-180 В, второй стабилизатор снижает его примерно в 2-3 раза. Третий выдает нужное напряжение. Поменяв стабилитрон Д3 можно получить бестрансформаторный БП, например на 12 или 5 вольт.

Блок RC представляет собой делитель напряжения. В верхнем (по схеме) плече находится конденсатор С1, представляющий собой реактивное (вообще не потребляющее энергию) сопротивление для переменного тока. В нижней части расположен диодный мост VD1-4 с нагрузкой (стабилитрон, транзистор, микросхема и т.п.).

Входное напряжение поступает на делитель, выпрямляется мостом и поступает на стабилизатор, который ограничивает его до требуемой величины.

Безопасность бестрансформаторных БП

Обе схемы имеют свои ограничения: им не хватает изоляции и защиты от сетевого напряжения, что является серьезной проблемой безопасности. Однако благодаря небольшим изменениям можно адаптировать обе представленные схемы для реального использования и обеспечить соблюдение минимальных норм безопасности. Изменения включают:

  1. Добавление предохранителя для защиты от чрезмерного входного тока;
  2. Добавление варистора для защиты от переходных процессов;
  3. Резистор R2 (R3) включен параллельно С1 (С3) для повышения электромагнитной устойчивости;
  4. Разделяет R1 на два резистора R1 и R2, чтобы обеспечить лучшую защиту от перенапряжения и избежать искрения в резистивной цепи.

Для небольших нагрузок можно понизить напряжение с 220 В переменного тока до нескольких вольт (например, 5, 9, 12 или 24), используя только токоограничивающий резистор, как показано на принципиальной схеме.

КПД такой схемы крайне низкий (1%), так как большая часть энергии теряется в виде тепла через резистор R1. Этот компонент действительно должен проделать большую работу, чтобы снизить напряжение с 220 В до 12 В.

В этом примере этот линейный элемент рассеивает в среднем 22 Вт. Поэтому он должен быть номиналом не менее 50 Вт. Его мощность рассеяния можно определить по формуле:

Переходные напряжения (за одну секунду) со значениями используемых компонентов показаны на графиках.

На приведенном выше графике показано, сколько времени требуется, чтобы выходное напряжение достигло 12 В. Это время зависит от постоянной времени цепи, определяемой конденсатором С1. Вот время заряда конденсатора:

  • С1 = 100 мкФ, Т = 25 мс
  • С1 = 470 мкФ, Т = 130 мс
  • С1 = 1000 мкФ, Т = 290 мс
  • C1 = 4700 мкФ, T = 1,4 сек
  • C1 = 10000 мкФ, T = 3 сек

При постоянном сопротивлении нагрузки пульсации выходного напряжения зависят от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость конденсатора, тем меньше пульсации выходного напряжения. С указанными выше конденсаторами уровень пульсаций, измеренный как размах напряжения, выглядит следующим образом:

  • C1 = 100 мкФ, пульсации = 1,2 Вразмах
  • C1 = 470 мкФ, пульсация = 261,7 мВpp
  • C1 = 1000 мкФ, пульсации = 121,5 мВpp
  • C1 = 4700 мкФ, пульсация = 25,3 мВпик-пик
  • C1 = 10 000 мкФ, пульсации = 11,9 мВпик-пик

Но что важнее пульсаций, на рисунке видно, что выходное напряжение от блока питания не достигает желаемого напряжения 12В, а всего около 11,3В.

Получается, что даже без нагрузки при подключении выходное напряжение всегда ниже 12 В. Это падение напряжения вызвано диодом D2. Диод Шоттки, размещенный в этом месте, может уменьшить его, но не до нуля.

Рабочие схемы

Все описанные устройства выполнены на обычных радиоэлементах. Ниже приведены схемы с обозначениями всех деталей.

В блоке питания с транзисторными стабилизаторами КТ940А можно заменить на высоковольтный блок, выдерживающий более 250 В, а КТ815Г — на другой с минимальным напряжением 80 В. С учетом этих деталей Устройство может выдавать до 300 мА.

Для увеличения силы тока транзисторы необходимо установить на радиаторы. Если вместо стабилитрона КС512А поставить Д814Д, то выходной ток прибора уменьшится до 200 мА.

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 транзисторным стабилизатором, то выходной ток увеличится до 120 мА. Для увеличения его до 180 мА необходимо параллельно конденсаторам С1, С2 припаять еще по одному такому же конденсатору.

Схема_6

Блок на микросхеме 78Л08 (русское обозначение КР142Б) более стабилен. С указанными деталями он выдает до 200 мА.

Копилка знаний

Конденсаторно-стабилитронный выпрямитель

Бестрансформаторные источники питания для слаботочных сетей с гасящим конденсатором получили широкое распространение в радиолюбительской технике благодаря простоте конструкции, несмотря на такой серьезный недостаток, как наличие гальванической связи между источником питания и сетью.

Входная часть источника питания (рис. 6.2) содержит балластный конденсатор С1 и мостовой выпрямитель на диодах VD1, VD2 и стабилитронах VD3, VD4. Для ограничения броска тока через диоды и стабилитроны моста при включении в сеть последовательно с балластным конденсатором следует включить токоограничивающий резистор сопротивлением 50…100 Ом, а разрядить конденсатор после отключив прибор от сети, параллельно ему — резистор сопротивлением 150…300 кОм.

К выходу блока подключается оксидный фильтрующий конденсатор емкостью 2000 мкФ на номинальное напряжение не менее 10 В. В результате получаются функционально законченные блоки питания.

При использовании мощных стабилитронов (Д815А… Д817Г) их можно устанавливать на общий радиатор, если в их типовом обозначении присутствуют буквы РР (стабилитроны Д815АПП… Д817ГПП имеют обратную полярность на выводах).

В противном случае необходимо заменить диоды и стабилитроны. Гальваническая связь сети с выходом источника питания, а значит и с приводимым оборудованием, создает реальную опасность поражения электрическим током. Об этом следует помнить при проектировании и наладке блоков с конденсаторно-стабилитронным выпрямителем.

Два бестрансформаторных источника питания Хотя конденсаторы в цепи переменного тока теоретически не потребляют энергии, в действительности они могут выделять некоторое количество тепла из-за потерь. Проверить пригодность конденсатора к использованию в источнике можно заранее, просто подключив его к сети и оценив температуру дома через полчаса.

Если конденсатор успел заметно нагреться, его следует признать непригодным для использования в источнике. Специальные конденсаторы для промышленных электроустановок практически не греются — они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы применяются в люминесцентных лампах, в балластах асинхронных электродвигателей и т.д.


Ниже приведены две практические схемы питания с емкостным делителем: пятивольтовая общего назначения на ток нагрузки до 0,3 А (рис. 6.3) и источник бесперебойного питания для электронно-механических кварцевых часов (рис. 6.4).

Делитель напряжения пятивольтового источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных конденсаторов С2 и С3, образующих неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Поляризационными диодами для оксидной пары согласно схеме являются левые мостовые диоды.

При номиналах элементов, указанных на схеме, ток короткого замыкания на выходе источника питания равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 при отсутствии нагрузки равно 27 В.

Широко распространенные электронно-механические будильники китайского производства обычно питаются от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА. Напряжение, снимаемое с делителя CI, C2, выпрямляется узлом на элементах VD1, VD2. СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе С3 не превышает 12 В.

Конденсаторный выпрямитель малой мощности с ШИМ-стабилизатором Бестрансформаторный емкостной выпрямитель работает с автостабилизацией выходного напряжения во всех возможных режимах работы (от холостого хода до номинальной нагрузки).

Это было достигнуто за счет принципиального изменения принципа формирования выходного напряжения — не за счет падения напряжения от импульсов тока до выпрямленных полуволн сетевого напряжения на резисторе стабилитрона, как в других подобных устройствах, а за счет изменения времени переключения диодного моста на накопительный конденсатор. Схема стабилизированного конденсаторного выпрямителя показана на рис. 6.12.

Параллельно выходу диодного моста подключен транзистор VT1, работающий в ключевом режиме. База ключевого транзистора VT1 подключена через пороговый элемент (стабилитрон VD3) к накопительному конденсатору С2, отделенному по постоянному току от выхода моста с диодом VD2 для предотвращения быстрого разряда при открытом VT1.

Пока напряжение на С2 меньше напряжения стабилизации VD3, выпрямитель работает известным образом. При увеличении напряжения на С2 и открытии VD3 транзистор VT1 также открывается и шунтирует выход выпрямительного моста.

В результате напряжение на выходе моста резко снижается практически до нуля, что приводит к уменьшению напряжения на С2 и последующему выключению стабилитрона и коммутирующего транзистора.


При этом напряжение на конденсаторе С2 снова возрастает до тех пор, пока не включатся стабилитрон и транзистор и т д. Процесс автостабилизации выходного напряжения очень похож на работу импульсного стабилизатора напряжения с широтно-импульсной регулировкой. Только в предлагаемом устройстве частота следования импульсов равна частоте пульсаций напряжения на С2.

Для уменьшения потерь ключевой транзистор VT1 должен быть с большим коэффициентом усиления, например, составные КТ972А, КТ829А, КТ827А и т д. Увеличить выходное напряжение выпрямителя можно за счет применения стабилитрона более высокого напряжения или двух последовательно соединенных низковольтных.

При двух стабилитронах Д814В и Д814Д и емкости конденсатора С1 2 мкФ выходное напряжение на нагрузке сопротивлением 250 Ом может быть 23…24 В.

По предлагаемому способу можно стабилизировать выходное напряжение однополупериодного диодно-емкостного выпрямителя, выполненного, например, по схеме рис. 6.13. Для выпрямителя с положительным выходным напряжением параллельно диоду VD1 включен np-p транзистор КТ972А или КТ829А, управляемый с выхода выпрямителя через стабилитрон VD3.

При достижении на конденсаторе С2 напряжения, соответствующего моменту открытия стабилитрона, открывается и транзистор VT1. В результате амплитуда положительной полуволны напряжения, подаваемого на С2 через диод VD2, уменьшается практически до нуля. При падении напряжения на С2 транзистор VT1 закрывается, благодаря стабилитрону, что приводит к увеличению выходного напряжения.

Процесс сопровождается широтно-импульсным регулированием длительности импульсов на входе VD2, поэтому напряжение на конденсаторе С2 остается стабильным как на холостом ходу, так и под нагрузкой.

В выпрямителе с отрицательным выходным напряжением необходимо включить p-n-p транзистор КТ973А или КТ825А параллельно диоду VD1. Выходное стабилизированное напряжение на нагрузке сопротивлением 470 Ом составляет около 11 В, напряжение пульсаций 0,3 В.., с разбросом емкости гасящего конденсатора и колебаниями сетевого напряжения.

Поэтому потери в нем значительно снижены, и он не требует отвода тепла. Ключевой транзистор также не требует радиатора. Резисторы Rl, R2 в этих цепях ограничивают входной ток при переходных процессах в момент включения устройства в сеть. Из-за неизбежного «дребезга» контактов сетевой вилки и розетки процесс коммутации сопровождается серией коротких замыканий и обрывов цепи.

При одном из таких коротких замыканий гасящий конденсатор С1 может зарядиться до значения полной амплитуды сетевого напряжения, т е примерно до 300 В. После обрыва и последующего короткого замыкания из-за «дребезга» это и сетевое напряжение могут добавить до примерно 600 В. Это наихудший случай, который необходимо учитывать для обеспечения надежной работы устройства.

Конкретный пример: максимальный ток коллектора транзистора КТ972А равен 4 А, поэтому общее сопротивление ограничительных резисторов должно быть 600 В/4 А = 150 Ом. Для уменьшения потерь сопротивление резистора R1 можно выбрать 51 Ом, а резистора R2 — 100 Ом. Их мощность рассеяния не менее 0,5 Вт. Допустимый ток коллектора транзистора КТ827А равен 20 А, поэтому резистор R2 для него необязателен.

Расчет параметров

Чтобы предотвратить выход из строя деталей бестрансформаторных цепей, их необходимо правильно рассчитать. У каждого устройства свой метод.

Транзисторный блок рассчитывается по закону Ома: U=I×R. Резисторы R1, R2, R3 необходимо рассчитать исходя из размеров, напряжения и тока, которые выдерживает каждый стабилитрон.

R=U макс/I мин.

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

  • C – балластная емкость (фарад);
  • Up и Uv — напряжение питания и выхода (вольты);
  • I эфф — ток нагрузки;
  • f — частота сигнала на входе устройства (герц).

Поскольку 1 фарад = 1 миллион микрофарад, формулу можно упростить:

С = 3200*Iэфф/√(Up²-Uv²).

Сопротивление R1 (кОм) примерно равно 0,025 номинала балластного конденсатора. Мощность должна быть не ниже 1 Вт (оптимально 2-5 Вт).

Если ручной расчет нецелесообразен, найдите и воспользуйтесь онлайн-калькулятором.





Бестрансформаторный блок питания. Схема и расчет

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector