Come calcolare gli alimentatori senza trasformatore

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Questo post spiega come calcolare i valori di resistori e condensatori in circuiti di alimentazione senza trasformatore utilizzando formule semplici come la legge di ohm.

Analisi di un alimentatore capactive

Prima di apprendere la formula per il calcolo e l'ottimizzazione dei valori di resistori e condensatori in un alimentatore senza trasformatore, sarebbe importante riassumere prima uno standard design di alimentazione senza trasformatore .



Facendo riferimento allo schema, ai vari componenti coinvolti sono assegnate le seguenti specifiche funzioni:

C1 è il condensatore ad alta tensione nonopolare che viene introdotto per far cadere la corrente di rete letale ai limiti desiderati secondo le specifiche di carico. Questo componente diventa quindi estremamente cruciale a causa della funzione di limitazione della corrente di rete assegnata.



Da D1 a D4 sono configurati come file rete raddrizzatore a ponte per raddrizzare la CA ridotta da C1, al fine di rendere l'uscita adatta a qualsiasi carico CC previsto.

Z1 è posizionato per stabilizzare l'uscita ai limiti di tensione di sicurezza richiesti.

C2 è installato in filtrare qualsiasi ondulazione in CC e per creare una CC perfettamente pulita per il carico collegato.

R2 può essere opzionale ma è consigliato per affrontare un sovraccarico di accensione dalla rete, anche se preferibilmente questo componente deve essere sostituito con un termistore NTC.

Usando la legge di Ohm

Sappiamo tutti come funziona la legge di Ohm e come usarla per trovare il parametro sconosciuto quando gli altri due sono noti. Tuttavia, con un alimentatore di tipo capacitivo con caratteristiche peculiari e con LED ad esso collegati, il calcolo di corrente, caduta di tensione e resistenza LED diventa un po 'confuso.

Come calcolare e dedurre i parametri di corrente e tensione negli alimentatori senza trasformatore.

Dopo aver studiato attentamente i modelli rilevanti, ho escogitato un modo semplice ed efficace per risolvere i problemi di cui sopra, specialmente quando l'alimentatore utilizzato è senza trasformatore o incorpora condensatori PPC o reattanza per il controllo della corrente.

Valutazione della corrente negli alimentatori capacitivi

In genere, un file alimentatore senza trasformatore produrrà un'uscita con valori di corrente molto bassi ma con tensioni pari alla rete CA applicata (fino a quando non viene caricata).

Ad esempio, un 1 µF, 400 V (tensione di rottura) quando collegato a un'alimentazione di rete da 220 V x 1,4 = 308 V (dopo il ponte) produrrà un massimo di 70 mA di corrente e una lettura di tensione iniziale di 308 Volt.

Tuttavia, questa tensione mostrerà una caduta molto lineare quando l'uscita viene caricata e la corrente viene prelevata dal serbatoio '70 mA'.

calcolo di circuiti di alimentazione senza trasformatore

Sappiamo che se il carico consumasse tutti i 70 mA significherebbe che la tensione scende quasi a zero.

Poiché questa caduta è lineare, possiamo semplicemente dividere la tensione di uscita iniziale con la corrente massima per trovare le cadute di tensione che si verificherebbero per diverse grandezze di correnti di carico.

Pertanto, dividendo 308 volt per 70 mA si ottengono 4,4 V. Questa è la velocità alla quale la tensione scenderà per ogni 1 mA di corrente aggiunta con il carico.

Ciò implica che se il carico consuma 20 mA di corrente, la caduta di tensione sarà 20 × 4,4 = 88 volt, quindi l'uscita ora mostrerà una tensione di 308 - 62,8 = 220 volt CC (dopo il ponte).

Ad esempio con a LED da 1 watt collegato direttamente a questo circuito senza una resistenza mostrerebbe una tensione pari alla caduta di tensione diretta del LED (3.3V), questo perché il LED sta assorbendo quasi tutta la corrente disponibile dal condensatore. Tuttavia, la tensione attraverso il LED non scende a zero perché la tensione diretta è la tensione massima specificata che può cadere attraverso di essa.

Dalla discussione e dall'analisi di cui sopra, diventa chiaro che la tensione in qualsiasi unità di alimentazione è irrilevante se la capacità di erogazione di corrente dell'alimentatore è 'relativamente' bassa.

Ad esempio, se consideriamo un LED, può sopportare una corrente da 30 a 40 mA a tensioni vicine alla sua `` caduta di tensione diretta '', tuttavia a tensioni più elevate questa corrente può diventare pericolosa per il LED, quindi si tratta di mantenere la corrente massima uguale a il limite massimo tollerabile di sicurezza del carico.

Calcolo dei valori dei resistori

Resistenza per il carico : Quando si utilizza un LED come carico, si consiglia di scegliere un condensatore il cui valore di reattanza consenta al LED solo la massima corrente tollerabile, nel qual caso è possibile evitare totalmente un resistore.

Se la valore del condensatore è grande con uscite di corrente più elevate, quindi probabilmente come discusso sopra possiamo incorporare un resistore per ridurre la corrente a limiti tollerabili.

Calcolo della resistenza limite di sovratensione : Il resistore R2 nelle forme del diagramma sopra è incluso come resistenza limitatore di sovratensione all'accensione. Fondamentalmente protegge il carico vulnerabile dalla corrente di picco iniziale.

Durante i periodi di accensione iniziali, il condensatore C1 agisce come un cortocircuito completo, anche se solo per pochi millisecondi, e può consentire l'intera 220V attraverso l'uscita.

Questo può essere sufficiente per far saltare i circuiti elettronici sensibili oi LED collegati all'alimentazione, che include anche il diodo zener stabilizzatore.

Poiché il diodo zener costituisce il primo dispositivo elettronico in linea che deve essere salvaguardato dalla sovratensione iniziale, R2 può essere calcolato secondo le specifiche del diodo zener e massimo corrente zener o dissipazione zener.

La corrente massima tollerabile dallo zener per il nostro esempio sarà 1 watt / 12 V = 0,083 amp.

Pertanto R2 dovrebbe essere = 12 / 0,083 = 144 Ohm

Tuttavia, poiché la corrente di picco è solo per un millisecondo, questo valore potrebbe essere molto inferiore a questo.

Qui. non stiamo considerando l'ingresso 310V per il calcolo dello zener, poiché la corrente è limitata a 70 mA da C1.

Poiché R2 può limitare inutilmente la preziosa corrente per il carico durante le normali operazioni, idealmente deve essere un NTC tipo di resistenza. Un NTC si assicurerà che la corrente sia limitata solo durante il periodo di accensione iniziale, quindi i 70 mA completi potranno passare senza restrizioni per il carico.

Calcolo della resistenza di scarica : Il resistore R1 viene utilizzato per scaricare la carica di alta tensione immagazzinata all'interno di C1, ogni volta che il circuito viene scollegato dalla rete.

Il valore R1 dovrebbe essere il più basso possibile per lo scarico veloce di C1, dissipando tuttavia il minimo calore durante il collegamento alla rete CA.

Poiché R1 può essere un resistore da 1/4 watt, la sua dissipazione deve essere inferiore a 0,25 / 310 = 0,0008 amp o 0,8 mA.

Quindi R1 = 310 / 0.0008 = 387500 Ohm o 390 k circa.

Calcolo di una resistenza LED da 20 mA

Esempio: Nel diagramma mostrato, il valore del condensatore produce 70 mA di max. corrente che è abbastanza alta per resistere a qualsiasi LED. Utilizzando la formula LED / resistenza standard:

R = (tensione di alimentazione VS - tensione diretta LED VF) / corrente LED IL,
= (220 - 3,3) / 0,02 = 10,83 K,

Tuttavia, il valore di 10,83K sembra piuttosto enorme e farebbe diminuire sostanzialmente l'illuminazione sul LED .... nondimeno i calcoli sembrano assolutamente legittimi .... quindi ci manca qualcosa qui ??

Penso che qui la tensione '220' potrebbe non essere corretta perché alla fine il LED richiederebbe solo 3,3 V .... quindi perché non applicare questo valore nella formula sopra e controllare i risultati? Se hai utilizzato un diodo zener, il valore zener potrebbe essere applicato qui.

Ok, ci risiamo.

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

Ora questo sembra molto meglio.

Nel caso in cui si utilizzi, diciamo un diodo zener da 12V prima del LED, la formula potrebbe essere calcolata come di seguito:

R = (tensione di alimentazione VS - tensione diretta LED VF) / corrente LED IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 Ohm,

Quindi il valore della resistenza per controllarne uno LED rosso tranquillamente sarebbe intorno ai 400 ohm.

Trovare la corrente del condensatore

Nell'intero progetto senza trasformatore discusso sopra, C1 è l'unico componente cruciale che deve essere dimensionato correttamente in modo che la corrente in uscita sia ottimizzata in modo ottimale secondo le specifiche di carico.

La selezione di un condensatore di valore elevato per un carico relativamente più piccolo può aumentare il rischio che una sovracorrente eccessiva entri nel carico e lo danneggi prima.

Un condensatore opportunamente calcolato garantisce invece uno spunto di sovratensione controllato e una dissipazione nominale mantenendo un'adeguata sicurezza per il carico collegato.

Usando la legge di Ohm

L'entità della corrente che può essere ottimamente consentita attraverso un alimentatore senza trasformatore per un particolare carico può essere calcolata utilizzando la legge di Ohm:

I = V / R

dove I = corrente, V = tensione, R = resistenza

Tuttavia, come possiamo vedere, nella formula sopra R è un parametro dispari poiché abbiamo a che fare con un condensatore come elemento limitatore di corrente.

Per risolvere questo problema dobbiamo derivare un metodo che traduca il valore limite di corrente del condensatore in termini di Ohm o unità di resistenza, in modo che la formula della legge di Ohm possa essere risolta.

Calcolo della reattanza del condensatore

Per fare questo scopriamo prima la reattanza del condensatore che può essere considerata l'equivalente di resistenza di un resistore.

La formula per la reattanza è:

Xc = 1/2 (pi) fC

dove Xc = reattanza,

pi = 22/7

f = frequenza

C = valore del condensatore in Farad

Il risultato ottenuto dalla formula sopra è in Ohm che può essere sostituito direttamente nella nostra legge di Ohm precedentemente menzionata.

Risolviamo un esempio per comprendere l'implementazione delle formule di cui sopra:

Vediamo quanta corrente un condensatore da 1uF può fornire a un particolare carico:

Abbiamo in mano i seguenti dati:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (frequenza AC di rete)

e C = 1uF o 0,000001F

Risolvendo l'equazione della reattanza utilizzando i dati sopra riportati si ottiene:

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

= 3184 ohm circa

Sostituendo questo valore di resistenza equivalente nella nostra formula della legge di Ohm, otteniamo:

R = V / I

oppure I = V / R

Supponendo V = 220 V (poiché il condensatore è destinato a funzionare con la tensione di rete).

Noi abbiamo:

I = 220/3184

= 0,069 ampere o 69 mA circa

Allo stesso modo è possibile calcolare altri condensatori per conoscere la loro capacità o valore nominale di erogazione di corrente massima.

La discussione di cui sopra spiega in modo completo come la corrente di un condensatore può essere calcolata in qualsiasi circuito rilevante, in particolare negli alimentatori capacitivi senza trasformatore.

ATTENZIONE: IL PROGETTO SOPRA NON E 'ISOLATO DALL'INGRESSO DI RETE, QUINDI TUTTA L'UNITA' POTREBBE ESSERE GALLEGGIANTE CON RETE DI INGRESSO LETALE, FARE ESTREMAMENTE ATTENZIONE MENTRE LA MOVIMENTAZIONE IN POSIZIONE ACCESA.




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