دستگاه های مبتنی بر میکروکنترلرها برای عملکرد خود به یک ولتاژ ثابت ثابت 3.3 - 5 ولت نیاز دارند. به عنوان یک قاعده، چنین ولتاژی از ولتاژ متناوب شبکه با استفاده از منبع تغذیه ترانسفورماتور به دست می آید و در ساده ترین حالت مدار زیر را نشان می دهد.

ترانسفورماتور کاهنده، پل دیودی، خازن صاف کننده و تثبیت کننده خطی/پالس. علاوه بر این، چنین منبعی ممکن است حاوی فیوز، مدارهای فیلتر، مدار استارت نرم، مدار حفاظت اضافه بار و غیره باشد.
این منبعمنبع تغذیه (با انتخاب مناسب قطعات) به شما امکان دریافت جریان های بالا را می دهد و دارای ایزوله گالوانیکی از شبکه است. AC، که برای کار ایمنبا دستگاه با این حال، چنین منبعی به دلیل ترانسفورماتور و خازن فیلتر می تواند ابعاد بزرگی داشته باشد.
در برخی از دستگاه های روی میکروکنترلرها، جداسازی گالوانیکی از شبکه مورد نیاز نیست. به عنوان مثال، اگر دستگاه یک واحد مهر و موم شده است که کاربر نهایی با آن تماسی ندارد. در این حالت، اگر مدار جریان نسبتاً کمی (ده ها میلی آمپر) مصرف کند، می توان آن را از شبکه 220 ولت با استفاده از منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور تغذیه کرد.
در این مقاله به اصل عملکرد چنین منبع تغذیه، ترتیب محاسبه آن و یک مثال عملی از استفاده خواهیم پرداخت.

اصل عملکرد یک منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور

مقاومت R1 خازن C1 را هنگامی که مدار قطع می شود تخلیه می کند. این امر ضروری است تا منبع تغذیه هنگام لمس کنتاکت های ورودی به شما شوک وارد نکند.
هنگامی که منبع تغذیه به شبکه متصل می شود، خازن تخلیه شده C1، به طور کلی، یک هادی است و جریان عظیمی برای مدت کوتاهی از دیود زنر VD1 عبور می کند که می تواند به آن آسیب برساند. مقاومت R2 افزایش جریان را هنگام روشن شدن دستگاه محدود می کند.

"جریان هجومی" در لحظه اولیه روشن شدن مدار. ولتاژ برق به رنگ آبی کشیده شده است، جریان مصرف شده توسط منبع تغذیه به رنگ قرمز است. برای وضوح، نمودار فعلی چندین بار بزرگ شده است.

اگر مدار را در لحظه عبور ولتاژ از صفر به شبکه وصل کنید، جریان هجومی وجود نخواهد داشت. اما شانس موفقیت شما چقدر است؟
هر خازن در برابر جریان جریان متناوب مقاومت می کند. (برای جریان DC، خازن یک مدار باز است.) مقدار این مقاومت به فرکانس ولتاژ ورودی و ظرفیت خازن بستگی دارد و با استفاده از فرمول قابل محاسبه است. خازن C1 به عنوان یک مقاومت بالاست عمل می کند که بیشتر ولتاژ ورودی شبکه روی آن کاهش می یابد.

ممکن است یک سوال منطقی داشته باشید: چرا نمی توانید یک مقاومت معمولی را به جای C1 قرار دهید؟ ممکن است، اما برق روی آن تلف می شود و در نتیجه گرم می شود. این با خازن اتفاق نمی افتد - توان فعال آزاد شده روی آن در یک دوره ولتاژ اصلی صفر است. در محاسبات به این نکته خواهیم پرداخت.

بنابراین، خازن C1 بخشی از ولتاژ ورودی را کاهش می دهد. (افت ولتاژ در مقاومت R2 را می توان نادیده گرفت، زیرا مقاومت کمی دارد.) ولتاژ باقیمانده به دیود زنر VD1 اعمال می شود.
در طول نیم چرخه مثبت، ولتاژ ورودی توسط دیود زنر در سطح ولتاژ تثبیت نامی آن محدود می شود. در طول نیم چرخه منفی، ولتاژ ورودی به دیود زنر در جهت جلو اعمال می شود و ولتاژ روی دیود زنر تقریباً منفی 0.7 ولت خواهد بود.

به طور طبیعی، چنین ولتاژ ضربانی برای تغذیه یک میکروکنترلر مناسب نیست، بنابراین بعد از دیود زنر زنجیره ای از دیود نیمه هادی VD2 و خازن الکترولیتی C2 وجود دارد. هنگامی که ولتاژ دو سر دیود زنر مثبت است، جریان از دیود VD2 عبور می کند. در این لحظه خازن C2 شارژ شده و بار تغذیه می شود. هنگامی که ولتاژ دو طرف دیود زنر کاهش می یابد، دیود VD2 خاموش می شود و خازن C2 انرژی ذخیره شده را برای بار آزاد می کند.
ولتاژ در خازن C2 نوسان می کند (پالس). در طول نیم چرخه مثبت ولتاژ شبکه به مقدار Ust منهای ولتاژ در VD2 افزایش می یابد و در طول نیم چرخه منفی به دلیل تخلیه به بار کاهش می یابد. دامنه نوسانات ولتاژ در C2 به ظرفیت آن و جریان مصرف شده توسط بار بستگی دارد. هرچه ظرفیت خازن C2 بیشتر باشد و جریان بار کمتر باشد، این امواج کوچکتر خواهند بود.
اگر جریان بار و ریپل کم باشد، پس از خازن C2 می توانید بارگذاری کنید، اما برای دستگاه های روی میکروکنترلر هنوز بهتر است از مداری با تثبیت کننده استفاده کنید. اگر به درستی امتیازات همه اجزا را محاسبه کنیم، در خروجی تثبیت کننده یک ولتاژ ثابت دریافت می کنیم.
مدار را می توان با افزودن یک پل دیودی به آن بهبود بخشید. سپس منبع تغذیه از هر دو نیم چرخه ولتاژ ورودی - هم مثبت و هم منفی استفاده می کند. این به ما امکان می دهد تا پارامترهای ریپل بهتری را با ظرفیت کمتر خازن C2 بدست آوریم. دیود بین دیود زنر و خازن را می توان از این مدار خارج کرد.

ادامه دارد...

به نوعی اخیراً در اینترنت با مداری برای یک منبع تغذیه بسیار ساده با قابلیت تنظیم ولتاژ مواجه شدم. بسته به ولتاژ خروجی سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور، ولتاژ را می توان از 1 ولت تا 36 ولت تنظیم کرد.

نگاهی دقیق به LM317T در خود مدار بیندازید! پایه سوم (3) ریز مدار به خازن C1 وصل می شود یعنی پایه سوم INPUT و پایه دوم (2) به خازن C2 و مقاومت 200 اهم وصل می شود و OUTPUT است.

با استفاده از ترانسفورماتور، از ولتاژ شبکه 220 ولت، 25 ولت دریافت می کنیم، نه بیشتر. کمتر ممکن است، نه بیشتر. سپس کل چیز را با یک پل دیودی صاف می کنیم و با استفاده از خازن C1 موج ها را صاف می کنیم. همه اینها به طور مفصل در مقاله نحوه به دست آوردن ولتاژ ثابت از ولتاژ متناوب توضیح داده شده است. و در اینجا مهمترین برگ برنده ما در منبع تغذیه است - این یک تراشه تنظیم کننده ولتاژ بسیار پایدار LM317T است. در زمان نگارش این مقاله، قیمت این تراشه حدود 14 روبل بود. حتی ارزانتر از یک قرص نان سفید.

توضیحات تراشه

LM317T یک تنظیم کننده ولتاژ است. اگر ترانسفورماتور در سیم پیچ ثانویه تا 27-28 ولت تولید کند، به راحتی می توانیم ولتاژ را از 1.2 تا 37 ولت تنظیم کنیم، اما من در خروجی ترانسفورماتور میله را به بیش از 25 ولت نمی آورم.

میکرو مدار را می توان در بسته TO-220 اجرا کرد:

یا در محفظه بسته D2

این می تواند حداکثر جریان 1.5 آمپر را عبور دهد که برای تغذیه ابزارهای الکترونیکی شما بدون افت ولتاژ کافی است. یعنی ما می توانیم ولتاژ 36 ولت با بار جریان تا 1.5 آمپر را خروجی دهیم و در عین حال ریزمدار ما همچنان 36 ولت خروجی می دهد - البته این ایده آل است. در واقع، کسری از ولت کاهش می یابد، که خیلی مهم نیست. هنگامی که جریان زیادی در بار وجود دارد، بهتر است این ریز مدار را روی رادیاتور نصب کنید.

به منظور مونتاژ مدار، ما نیز نیاز داریم مقاومت متغیردر 6.8 کیلو اهم یا حتی 10 کیلو اهم، و همچنین یک مقاومت ثابت در 200 اهم، ترجیحا از 1 وات. خوب، ما یک خازن 100 µF را در خروجی قرار می دهیم. طرحی کاملا ساده!

مونتاژ در سخت افزار

قبلا منبع تغذیه خیلی بدی با ترانزیستور داشتم. فکر کردم چرا بازسازیش نکنم؟ اینم نتیجه ;-)

در اینجا پل دیودی وارداتی GBU606 را مشاهده می کنیم. این برای جریان حداکثر 6 آمپر طراحی شده است که برای منبع تغذیه ما بیش از اندازه کافی است، زیرا حداکثر 1.5 آمپر را به بار می رساند. من LM را روی رادیاتور با استفاده از خمیر KPT-8 برای بهبود انتقال حرارت نصب کردم. خوب، همه چیزهای دیگر، به نظر من، برای شما آشنا هستند.

و در اینجا یک ترانسفورماتور ضد غرق است که به من ولتاژ 12 ولت در سیم پیچ ثانویه می دهد.

همه اینها را با دقت داخل کیس بسته بندی می کنیم و سیم ها را جدا می کنیم.

چگونه آن را دوست دارید؟ ;-)

حداقل ولتاژی که گرفتم 1.25 ولت و حداکثر 15 ولت بود.

من هر ولتاژی را وارد می کنم در این موردرایج ترین آنها 12 ولت و 5 ولت هستند

همه چیز عالی کار می کند!

این منبع تغذیه برای تنظیم سرعت مینی دریل که برای حفاری برد مدار استفاده می شود بسیار مناسب است.

آنالوگ در Aliexpress

به هر حال، در علی می توانید بلافاصله یک مجموعه آماده از این بلوک بدون ترانسفورماتور پیدا کنید.

برای جمع آوری خیلی تنبل هستید؟ شما می توانید یک 5 آمپر آماده را با کمتر از 2 دلار خریداری کنید:

می توانید آن را در این پیوند.

اگر 5 آمپر کافی نیست، می توانید به 8 آمپر نگاه کنید. حتی برای باتجربه ترین مهندس الکترونیک نیز کافی خواهد بود:

تامین برق تجهیزات الکتریکی و رادیویی کم ولتاژ از شبکه پر سودتر و راحت تر است. منابع تغذیه ترانسفورماتور برای این کار مناسب هستند، زیرا استفاده از آنها بی خطر است. با این حال، علاقه به منابع تغذیه بدون ترانسفورماتور (BTBP) با ولتاژ خروجی تثبیت شده از بین نمی رود. یکی از دلایل آن پیچیدگی ساخت ترانسفورماتور است. اما برای BTBP به آن نیازی نیست - فقط محاسبه صحیح مورد نیاز است، اما این دقیقاً همان چیزی است که برقکارهای تازه کار بی تجربه را می ترساند. این مقاله به شما در انجام محاسبات و تسهیل طراحی منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور کمک می کند.

یک نمودار ساده شده از BPTP در شکل نشان داده شده است. 1. پل دیودی VD1 از طریق یک گاز خازن خاموش کننده C که به صورت سری به یکی از مورب های پل متصل است، به شبکه متصل می شود. مورب دیگر پل برای بار بلوک کار می کند - مقاومت R n. یک خازن فیلتر Cf و یک دیود زنر VD2 به صورت موازی به بار متصل می شوند.

محاسبه منبع تغذیه با تنظیم ولتاژ U n بر روی بار و قدرت جریان I n آغاز می شود. مصرف شده توسط بار هرچه ظرفیت خازن C بیشتر باشد، ظرفیت انرژی BPTP بیشتر است.

محاسبه ظرفیت

جدول داده های مربوط به ظرفیت Xc خازن C را نشان می دهد که در فرکانس 50 هرتز خاموش می شود و مقدار متوسط ​​جریان I cf عبور شده توسط خازن C در حال خاموش کردن، محاسبه شده برای موردی که Rn = 0، یعنی با اتصال کوتاه بار (بالاخره، BTBP به این حالت عملکرد غیرعادی حساس نیست و این مزیت بزرگ دیگری نسبت به منابع تغذیه ترانسفورماتور است.)

سایر مقادیر خازن X s (بر حسب کیلو اهم) و مقدار متوسط ​​جریان I sr (بر حسب میلی آمپر) را می توان با استفاده از فرمول های زیر محاسبه کرد:

خاموش کننده C ظرفیت خازن خاموش کننده بر حسب میکروفاراد است.

اگر دیود زنر VD2 را حذف کنیم، ولتاژ U n روی بار و جریان I n از طریق آن به بار Rn بستگی دارد. محاسبه این پارامترها با استفاده از فرمول ها آسان است:

U n - بر حسب ولت، Rn و X n - بر حسب کیلو اهم، I n - بر حسب میلی آمپر، گاز C - در میکروفاراد. (فرمول های زیر از واحدهای اندازه گیری یکسانی استفاده می کنند.)

با کاهش مقاومت بار، ولتاژ روی آن نیز کاهش می‌یابد و بر اساس یک وابستگی غیرخطی. اما جریان عبوری از بار افزایش می یابد، هرچند بسیار اندک. بنابراین، به عنوان مثال، کاهش Rn از 1 به 0.1 کیلو اهم (دقیقا 10 برابر) منجر به این واقعیت می شود که U n 9.53 برابر کاهش می یابد و جریان عبوری از بار تنها 1.05 برابر افزایش می یابد. این تثبیت جریان "خودکار" BTBP را از منابع تغذیه ترانسفورماتور متمایز می کند.

توان Рн در بار، با فرمول محاسبه می شود:

با کاهش Rn، تقریباً به شدت Un کاهش می یابد. برای مثال مشابه، توان مصرفی بار 9.1 برابر کاهش می یابد.

از آنجایی که جریان I n بار در مقادیر نسبتاً کوچک مقاومت Rn و ولتاژ U n روی آن بسیار کم تغییر می کند، در عمل استفاده از فرمول های تقریبی کاملاً قابل قبول است:

با بازیابی دیود زنر VD2، ما تثبیت ولتاژ U n را در سطح U st بدست می آوریم - مقداری که عملاً برای هر دیود زنر خاص ثابت است. و با یک بار کوچک (مقاومت بالا R n)، برابری U n = U st.

محاسبه مقاومت بار

تا چه حد می توان R n را کاهش داد تا برابری U n = U st معتبر باشد؟ تا زمانی که نابرابری برقرار باشد:

در نتیجه، اگر مقاومت بار کمتر از Rn محاسبه شده باشد، ولتاژ روی بار دیگر برابر با ولتاژ تثبیت نخواهد بود، اما تا حدودی کمتر خواهد بود، زیرا جریان از طریق دیود زنر VD2 متوقف می شود.

محاسبه جریان مجاز از طریق دیود زنر

حال بیایید تعیین کنیم که I n چه جریانی از بار Rn و چه جریانی از دیود زنر VD2 عبور خواهد کرد. واضح است که

با کاهش مقاومت بار، توان مصرفی آن P n = I n U n = U 2 st /R n افزایش می یابد. اما میانگین توان مصرفی BPTP برابر است با

بدون تغییر باقی می ماند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که جریان I cf به دو شاخه منشعب می شود - I n و I st - و بسته به مقاومت بار بین Rn و دیود زنر VD2 دوباره توزیع می شود و به طوری که مقاومت بار Rn کمتر می شود. ، جریان کمتری از دیود زنر عبور می کند و بالعکس. این بدان معنی است که اگر بار کم باشد (یا کاملاً وجود نداشته باشد)، دیود زنر VD2 در سخت ترین شرایط قرار خواهد گرفت. به همین دلیل است که حذف بار از BPTP توصیه نمی شود، در غیر این صورت تمام جریان از دیود زنر عبور می کند که می تواند منجر به خرابی آن شود.

مقدار دامنه ولتاژ شبکه 220·√2=311(V) است. مقدار پالس جریان در مدار، اگر از خازن C f غفلت کنیم، می تواند به

بر این اساس، دیود زنر VD2 باید به طور قابل اعتماد در برابر این مقاومت مقاومت کند جریان ضربه ایدر صورت قطع بار تصادفی ما نباید اضافه بارهای ولتاژ احتمالی را فراموش کنیم شبکه روشنایی، 20...25% از مقدار اسمی را تشکیل می دهد و جریان عبوری از دیود زنر را در هنگام خاموش بودن بار با در نظر گرفتن ضریب تصحیح 1.2...1.25 محاسبه کنید.

اگر دیود زنر قدرتمند وجود نداشته باشد

هنگامی که دیود زنر با توان مناسب وجود ندارد، می توان آن را به طور کامل با یک آنالوگ دیود ترانزیستور جایگزین کرد. اما سپس BTBP باید طبق طرح نشان داده شده در شکل 1 ساخته شود. 2. در اینجا جریان عبوری از دیود زنر VD2 متناسب با ضریب انتقال جریان پایه استاتیک کاهش می یابد. قدرتمند n-p-nترانزیستور VT1. اگر ترانزیستور VT1 سیلیکونی باشد، ولتاژ آنالوگ UCT تقریباً 0.7 ولت بیشتر از Ust دیود زنر با کمترین توان VD2 خواهد بود، یا اگر ژرمانیوم باشد 0.3 ولت خواهد بود.

ترانزیستور نیز در اینجا قابل استفاده است. ساختارهای p-n-p. با این حال، سپس مدار نشان داده شده در شکل استفاده می شود. 3.

محاسبه بلوک نیم موج

همراه با یکسو کننده تمام موج، ساده ترین یکسو کننده نیمه موج گاهی در BTBP استفاده می شود (شکل 4). در این حالت، بار Rn آن تنها با نیم چرخه های مثبت جریان متناوب تغذیه می شود و منفی ها از طریق دیود VD3 عبور می کنند و بار را دور می زنند. بنابراین، میانگین جریان من cf از طریق دیود VD1 نصف خواهد بود. این بدان معناست که هنگام محاسبه بلوک، به جای Xc، باید 2 برابر مقاومت برابر با آن بگیرید

و میانگین جریان با بار اتصال کوتاه برابر با 9.9·πС خاموش کننده = 31.1 С خاموش کننده خواهد بود. محاسبه بیشتر این نسخه از BPTP کاملاً مشابه موارد قبلی انجام می شود.

محاسبه ولتاژ خازن خاموش کننده

به طور کلی پذیرفته شده است که با ولتاژ شبکه 220 ولت، ولتاژ نامی خازن خاموش کننده C باید حداقل 400 ولت باشد، یعنی با حدود 30 درصد حاشیه نسبت به ولتاژ شبکه دامنه، زیرا 1.3 311 = 404 (V) ). با این حال، در برخی از بحرانی ترین موارد، ولتاژ نامی آن باید 500 یا حتی 600 ولت باشد.

و یه چیز دیگه هنگام انتخاب یک خازن مناسب C باید در نظر داشت که استفاده از خازن های انواع MBM، MBPO، MBGP، MBGTs-1، MBGTs-2 در BTBP غیرممکن است، زیرا برای کار در مدارهای جریان متناوب طراحی نشده اند. با مقدار ولتاژ دامنه بیش از 150 ولت.

خازن های MBGCh-1، MBGCh-2 با ولتاژ نامی 500 ولت با اطمینان بیشتر در BTBP (از قدیم) کار می کنند ماشین های لباسشویی, لامپ های فلورسنتو غیره) یا KBG-MN، KBG-MP، اما برای ولتاژ نامی 1000 ولت.

خازن فیلتر

محاسبه ظرفیت خازن فیلتر Cf به صورت تحلیلی دشوار است. بنابراین به صورت تجربی انتخاب می شود. به طور تقریبی، باید فرض کرد که برای هر میلی آمپر جریان متوسط ​​مصرفی، در صورتی که یکسو کننده BTBP تمام موج باشد، حداقل 3...10 μF از این ظرفیت لازم است، یا اگر یکسو کننده BTBP باشد، 10 ... 30 میکروافرهاست. نیم موج

ولتاژ نامی خازن اکسید مورد استفاده Cf باید حداقل U st باشد و اگر دیود زنر در BTBP وجود نداشته باشد و بار دائما روشن باشد، ولتاژ نامی خازن فیلتر باید از مقدار زیر بیشتر باشد:

اگر نمی توان بار را به طور مداوم روشن کرد و دیود زنر وجود نداشت، ولتاژ نامی خازن فیلتر باید بیش از 450 ولت باشد که به سختی قابل قبول است. اندازه های بزرگخازن C f. به هر حال، در این مورد، بار فقط پس از قطع BTBP از شبکه باید دوباره وصل شود.

و این تمام نیست

هر یک از گزینه های ممکنتوصیه می شود BTBP را با دو مقاومت کمکی دیگر تکمیل کنید. یکی از آنها که مقاومت آن می تواند در محدوده 300 کیلو اهم ... 1 مواهم باشد، به موازات خاموش کننده خازن C متصل می شود. این مقاومت برای تسریع تخلیه خازن C پس از قطع دستگاه از شبکه مورد نیاز است. دیگری - بالاست - با مقاومت 10 ... 51 اهم به شکست یکی از سیم های شبکه، به عنوان مثال، به صورت سری با خاموش کننده C خازن متصل می شود. این مقاومت جریان عبوری از دیودهای پل VD1 را زمانی که BTBP به شبکه متصل است محدود می کند. توان اتلاف هر دو مقاومت باید حداقل 0.5 وات باشد که برای تضمین شکست احتمالی سطحی این مقاومت ها توسط ولتاژ بالا ضروری است. با توجه به مقاومت بالاست، دیود زنر تا حدودی کمتر بارگذاری می شود، اما میانگین توان مصرفی BTBP به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

چه دیودهایی بگیریم

عملکرد یکسو کننده تمام موج BTBP با توجه به مدارهای شکل. 1...3 را می توان توسط مجموعه های دیود سری KTs405 یا KTs402 با شاخص های حروف Ж یا И، در صورتی که جریان متوسط ​​از 600 میلی آمپر تجاوز نکرد، یا با شاخص های A، B، در صورتی که مقدار جریان به 1 A رسید، ساخته شود. دیودهای جداگانه متصل شده بر اساس مدار پل، به عنوان مثال، سری KD105 با شاخص های B، V یا G، D226 B یا V - تا 300 میلی آمپر، KD209 A، B یا V - تا 500 ... 700 میلی آمپر، KD226 V، G یا D - تا 1.7 A .

دیودهای VD1 و VD3 در BTBP مطابق نمودار در شکل. 4 می تواند هر یک از موارد فوق باشد. همچنین استفاده از دو مجموعه دیود KD205K V، G یا D برای جریان حداکثر 300 میلی آمپر یا KD205 A، V، Zh یا I - تا 500 میلی آمپر مجاز است.

و یک چیز آخر منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور و همچنین تجهیزات متصل به آن مستقیماً به شبکه AC متصل می شوند! بنابراین، آنها باید به طور قابل اعتماد از خارج عایق بندی شوند، مثلاً در یک جعبه پلاستیکی قرار گیرند. علاوه بر این، "زمین کردن" هر یک از پایانه های آنها و همچنین باز کردن کیس هنگام روشن شدن دستگاه به شدت ممنوع است.

روش پیشنهادی برای محاسبه BPTP چندین سال توسط نویسنده در عمل آزمایش شده است. کل محاسبه بر اساس این واقعیت است که BPTP اساساً است تثبیت کننده پارامتریکولتاژ، که در آن نقش یک محدود کننده جریان توسط یک خازن خاموش کننده انجام می شود.

مجله «سام» شماره 5، 1377

منابع تغذیه بدون ترانسفورماتور با خازن خاموش کننده از نظر سادگی راحت هستند، ابعاد و وزن کمی دارند، اما به دلیل اتصال گالوانیکی مدار خروجی با شبکه 220 ولت، همیشه قابل استفاده نیستند.

در یک منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور به شبکه ولتاژ ACیک خازن و یک بار به صورت سری به هم متصل می شوند. یک خازن غیر قطبی متصل به مدار AC مانند یک مقاومت عمل می کند، اما برخلاف یک مقاومت، توان جذب شده را به عنوان گرما از بین نمی برد.

برای محاسبه ظرفیت خازن کوئنچ از فرمول زیر استفاده می شود:

C ظرفیت خازن بالاست (F) است. Ieff - جریان بار موثر؛ f فرکانس ولتاژ ورودی Uc (Hz) است. Uc - ولتاژ ورودی (V)؛ ولتاژ تخلیه بار (V).

برای سهولت در محاسبات، می توانید از ماشین حساب آنلاین استفاده کنید

طراحی منابع بدون ترانسفورماتور و دستگاه هایی که از آنها تغذیه می شوند باید امکان لمس هر هادی را در حین کار حذف کند. توجه ویژه ای باید به عایق بندی کنترل ها شود.

• مقالات مرتبط

• - استفاده از تقویت کننده های عملیاتی (op-amp) در تجهیزات قابل حمل بلافاصله مشکل نحوه تغذیه آنها با ولتاژ دوقطبی +15 ولت را ایجاد می کند. سؤال مشابهی مطرح می شود زیرا در مواد مرجع پارامترهای اکثر op-amp ها به طور خاص ارائه شده است. برای این ولتاژهای تغذیه و بسیاری از ...
• - با توجه به نیاز به اطمینان از استحکام الکتریکی، ابعاد و وزن ترانسفورماتورهای فشار قوی بسیار بزرگ می شود. بنابراین، استفاده از چند برابر کننده ولتاژ در منابع تغذیه با ولتاژ بالا کم توان راحت تر است. ضرب کننده های ولتاژ بر اساس مدارهای یکسوسازی با خازنی ایجاد می شوند.
• - گیرنده را می توان در محدوده 70 ... 150 مگاهرتز بدون تغییر مقادیر عناصر تنظیم تنظیم کرد. حساسیت واقعی گیرنده حدود 0.3 میکروولت، ولتاژ تغذیه 9 ولت است. لازم به ذکر است که ولتاژ تغذیه MC3362 2...7 ولت و MC34119 2...12 ولت است، بنابراین MC3362 از طریق...
• - برای محاسبه یک تثبیت کننده، به عنوان یک قاعده، فقط از دو پارامتر استفاده می شود - Ust (ولتاژ تثبیت)، Ist (جریان تثبیت)، مشروط بر اینکه جریان بار برابر یا کمتر از جریان تثبیت باشد. برای محاسبه ساده تثبیت کننده، از پارامترهای زیر به عنوان مثال استفاده می کنیم: ورودی ...
• - گیرنده برای دریافت سیگنال در محدوده DV (150 کیلوهرتز ... 300 کیلوهرتز) طراحی شده است. ویژگی اصلیگیرنده در آنتنی که اندوکتانس بیشتری نسبت به آنتن مغناطیسی معمولی دارد. این امکان استفاده از ظرفیت خازن تیونینگ در محدوده 4...20pF را فراهم می کند و همچنین چنین گیرنده ای دارای ...

بنابراین، بیایید به دنباله محاسبه منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور که در مقاله قبلی بحث شد نگاه کنیم. روش توصیف شده ادعا نمی کند که حقیقت نهایی است و ممکن است با منابع دیگر متفاوت باشد. اطلاعات تکمیلیاین طرح را می توان در منابع خارجی با جستجوی جستجوی "منبع تغذیه خازن" در اینترنت یافت.

برنج 1

1. جریان بار را محاسبه کنید

اولین چیزی که هنگام محاسبه منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور باید از آن شروع کنیم جریان بار است. در شکل 1 به عنوان Iam مشخص شده است و مقاومت R3 به عنوان یک بار عمل می کند. بیایید این مقاومت را با یک مدار کوچک با یک میکروکنترلر جایگزین کنیم و جریان مصرفی آن را تعیین کنیم.

برنج 2

شما می توانید این کار را به دو صورت انجام دهید:
- با محاسبه، جمع بندی مصرف تقریبی تمام اجزای مدار،
- با قدرت آمپر متر متصل بین منبع ولتاژ و مدار ما.

روش دوم، البته، دقیق تر خواهد بود، اما تنها در صورت وجود امکان پذیر است مدار مونتاژ شده. بیایید سعی کنیم یک محاسبه نظری انجام دهیم.

در مدار شکل 2 سه مصرف کننده اصلی وجود دارد - تثبیت کننده 7805، میکروکنترلر ATtiny13 و LED. برای سادگی، اجازه دهید فرض کنیم که میکروکنترلر، هنگامی که برق اعمال می شود، فقط LED را روشن می کند و سپس در یک حلقه بی پایان می چرخد.
جریان ساکن تثبیت کننده 7805 طبق دیتاشیت 5 میلی آمپر (پارامتر جریان خاموش) می باشد. هنگامی که جریان بار و ولتاژ ورودی تغییر می کند، مقدار جریان ساکن 0.5 - 0.8 میلی آمپر تغییر می کند. مقدار کمی است و می توان آن را نادیده گرفت.
می توانید مصرف میکروکنترلر ATtiny13 را با استفاده از نمودار Active Supply Current vs. VCC، ارائه شده در دیتاشیت در بخش Electric Characteristics. فرض کنید ولتاژ تغذیه 5 ولت و فرکانس کلاک 9.6 مگاهرتز داریم. در چنین شرایطی، attiny13 در حالت فعال 5.5 میلی آمپر مصرف می کند.
جریان LED با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

Iled = (Upin - Uled)/R2

که در آن Upin یک ولتاژ منطقی در پایه میکروکنترلر، V است. Uled - افت ولتاژ رو به جلو در LED، V.

برای یک LED سبز، افت ولتاژ رو به جلو تقریباً 2 ولت است، Upin تقریباً 5 ولت است، به این معنی که جریان عبوری از LED برابر با:

Iled = (5 - 2) / 330 = 9 میلی آمپر.

صادقانه بگوییم، با هر جریانی که جریان داشته باشد، ولتاژ در پایه میکروکنترلر کمتر از ولتاژ تغذیه خواهد بود. می توانید با مطالعه نمودار I/O Pin Source Current vs. ولتاژ خروجی (پورت های کم توان، VCC = 5V)، ارائه شده در دیتاشیت. در جریان 9 میلی آمپر، ولتاژ در پین میکروکنترلر ATtiny13 تقریباً 4.8 ولت خواهد بود. اما باز هم، ما چنین موارد کوچکی را در محاسبه در نظر نمی گیریم.

مجموع: 5 + 5.5 + 9 = 19.5 میلی آمپر.
مصرف جریان واقعی 18.6 میلی آمپر است.

همانطور که می بینید، تفاوت ناچیز است. بیایید مقدار محاسبه شده را گرد کنیم و از مقدار Iam = 20 میلی آمپر شروع کنیم.

2. جریان ورودی منبع تغذیه را محاسبه کنید

ما جریان بار را می دانیم، اکنون باید مقدار جریان را در ورودی منبع تغذیه محاسبه کنیم. در شکل 1 به عنوان Iac مشخص شده است. بر خلاف دی سیبار، جریان در ورودی منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور متغیر است. و جریان متناوب با مقادیری مانند دامنه و مقدار مؤثر مشخص می شود.
مقدار دامنه جریان متناوب حداکثر مقدار جریان در طول دوره نوسان است. مقدار مؤثر جریان متناوب مقدار جریان مستقیمی است که در زمانی برابر با یک دوره نوسان جریان متناوب، در همان مقاومت R همان مقدار گرما را به عنوان جریان متناوب آزاد می کند.
برای جریان متناوب که طبق قانون سینوسی تغییر می کند، دامنه و مقادیر موثر با رابطه زیر مرتبط می شوند:

در جایی که Iac مقدار مؤثر است، A; و Im - دامنه، A.

مقدار موثر جریان متناوب در ورودی مدار Iac از جریان بار Iam با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

بنابراین، جریان در ورودی مدار برابر با:

Iac = 20*2.221 = 44.4 mA مقدار rms
مقدار دامنه Im = 44 * 1.41 = 62.6 میلی آمپر

3. ولتاژ ورودی تثبیت کننده را تعیین کنید

تمام تثبیت کننده های خطی، که شامل تراشه 7805 می شوند، دارای پارامتری به نام ولتاژ خروج هستند - کوچکترین اختلاف ولتاژ بین ورودی و خروجی. این پارامتر حداقل ولتاژ ورودی تثبیت کننده را تعیین می کند که در آن همچنان در حالت اسمی کار می کند. برای ریز مدار 7805 ولتاژ خروجی 5 ولت و ولتاژ خروجی معمولی 2 ولت است. این به این معنی است که حداقل ولتاژ ورودی برای تثبیت کننده 7805 5 + 2 = 7 ولت خواهد بود. با در نظر گرفتن این واقعیت که ولتاژ روی خازن C2 ضربان دارد، 7 ولت حداقل مقدار ولتاژ ریپل است. بیایید 1 ولت برای ذخیره اضافه کنیم و از مقدار 8 ولت شروع کنیم.

لازم نیست تراشه 7805 را به عنوان تثبیت کننده انتخاب کنید، می توانید از آنچه در دست دارید استفاده کنید. در این مورد، پارامترهای زیر باید در نظر گرفته شود:
- حداکثر ولتاژ ورودی تثبیت کننده،
- حداکثر جریان خروجی تثبیت کننده،
- ولتاژ خروج،
- حداکثر اتلاف توان

4. محاسبه ظرفیت خازن صاف کننده C2

بار ما در طول نیم چرخه مثبت ولتاژ ورودی از شبکه تغذیه می شود. در طول نیم سیکل منفی، بار از خازن C2 انرژی دریافت می کند. در طول نیم سیکل منفی، نباید زمان تخلیه به ولتاژ کمتر از 8 ولت داشته باشد. اگر ولتاژ اولیه خازن و ظرفیت آن برای حفظ جریان بار داده شده کافی باشد، این اتفاق نمی افتد.

ظرفیت خازن صاف کننده با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود.

C > Iam/(2*f*dU)،

جایی که Iam جریان بار است، A; f - فرکانس ولتاژ متناوب، هرتز. C ظرفیت خازن، F است. dU - محدوده ضربان، V.

dU = Umax - Umin

Umin برابر با 8 ولت است.
Umax از ملاحظات زیر انتخاب می شود. ولتاژ بالاتر استفاده از خازن با ظرفیت کمتر را امکان پذیر می کند، اما بار بیشتری را روی تثبیت کننده وارد می کند که مجبور می شود ولتاژ باقیمانده را جذب کند. ولتاژ کمتر تثبیت کننده ولتاژ را کاهش می دهد، اما به خازن بزرگتری نیاز دارد.
من 9.3 ولت را انتخاب کردم.

C2 > 0.02/(2*50*(9.3 - 8)) = 0.000153 F = 153 µF

ما مقدار مجاور بزرگتر را از سری E12 انتخاب می کنیم - 180 µF.
همچنین، حداکثر ولتاژی را که خازن برای آن طراحی شده است، فراموش نکنید. ما آن را با ذخیره یک و نیم یا دو برابر مثلاً 16 ولت می گیریم.

5. دیود زنر VD1 را انتخاب کنید

ولتاژ نامی مورد نیاز دیود زنر برابر است با حداکثر ولتاژ در خازن صاف کننده C2 ​​به اضافه افت ولتاژ در دیود VD2، یعنی:

9.3 + 0.7 = 10 ولت.

0.7 مقدار افت ولتاژ در دیود متصل شده در جهت جلو است. یک مقدار استاندارد مورد استفاده در محاسبات مهندسی.

علاوه بر ولتاژ تثبیت نامی، پارامترهای دیود زنر مانند جریان های نامی و حداکثر تثبیت، حداکثر جریان مستقیم مستقیم، حداکثر جریان پالس و اتلاف توان نیز مهم هستند.

برای این مدار، من یک دیود زنر 1N4740A را انتخاب کردم که دارای مشخصات زیر است:

- ولتاژ تثبیت نامی 10 ولت،
- جریان تثبیت نامی 25 میلی آمپر،
- حداکثر جریان تثبیت کننده 91 میلی آمپر،
- حداکثر جریان پالس 454 میلی آمپر،
- حداکثر جریان در جهت جلو 200 میلی آمپر،
- توان تلف شده 500 مگاوات

در طول نیم چرخه مثبت ولتاژ شبکه، جریانی در محدوده 0 تا 62 میلی آمپر (Im) می تواند از دیود زنر عبور کند. اگر بار جریان کمتری مصرف کند، دیود زنر بخشی از جریان را می گیرد اگر بار خاموش شود، کل جریان ورودی از طریق دیود زنر جریان می یابد. بنابراین حداکثر جریان تثبیت دیود زنر باید بیشتر از مقدار دامنه جریان ورودی باشد. در مورد ما > 62 میلی آمپر. دیود زنر 1N4740 دارای حداکثر جریان تثبیت کننده 91 میلی آمپر است که به این معنی است که برای این پارامتر مناسب است.

در طول نیم چرخه منفی، دیود زنر مانند یک دیود معمولی عمل می کند و کل جریان ورودی منبع تغذیه از آن عبور می کند. بار در این لحظه توسط خازن C2 تغذیه می شود. در جهت جلو، دیود زنر می تواند 200 میلی آمپر را تحمل کند، این بیشتر از مقدار دامنه جریان ورودی (62 میلی آمپر) است، به این معنی که برای این پارامتر نیز مناسب است.

بیایید حداکثر توانی را که توسط دیود زنر تلف می شود محاسبه کنیم. در طول نیم چرخه مثبت ولتاژ شبکه در دیود زنر 10 ولت خواهد بود، در طول نیم چرخه منفی Ud = 1.2 ولت (مقدار از برگه داده برای جریان 200 میلی آمپر). برای محاسبه، مقدار متوسط ​​جریان متناوب را در نیم سیکل می گیریم. با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

Iav = (2 * Im)/3.14 = 0.637*Im

که در آن Im مقدار دامنه جریان متناوب، A است.

حداکثر توان تلف شده در دیود زنر برابر با:

P = (0.637 * Im)*Ust + (0.637 * Im)*Ud = (0.637 * Im)*(Ust + Ud)
P = 0.637 * 62 * (10 + 1.2) = 442 میلی وات

چنین قدرتی در بدترین حالت - زمانی که کل جریان بار از طریق آن عبور می کند - توسط دیود زنر تلف می شود. در عمل، مقدار توان کمتر خواهد بود، زیرا جریان کمتری در طول نیم چرخه مثبت از دیود زنر عبور می کند. دیود زنر نیز این پارامتر را پاس می کند.

6. دیود VD2 را انتخاب کنید

جریان بار Iam = 20 میلی آمپر.
حداکثر ولتاژ معکوس روی دیود تقریباً برابر با ولتاژ نامی دیود زنر VD1 است، یعنی 10 ولت.
توان تلف شده توسط دیود P = Ud*Iam = 0.7 * 20 = 14 mW است.
برای هر یک از این مقادیر دو برابر حاشیه می گیریم و یک دیود را انتخاب می کنیم. من دیود 1N4148 را انتخاب کردم.

7. مقاومت R2 را محاسبه کنید

ولتاژ شبکه برق خانگی 220 ولت است. این مقدار به اصطلاح موثر است. مقدار موثر 2 برابر کمتر از مقدار دامنه است. قبلا در مورد این بالا صحبت کردم.
مقدار دامنه ولتاژ شبکه:

Um = 220 * 1.41 = 311 V

در لحظه اولیه روشن شدن مدار، هنگامی که خازن C1 تخلیه می شود، ممکن است یک جریان هجومی رخ دهد. لازم است چنین مقداری از مقاومت R2 را انتخاب کنید تا حداکثر ولتاژ ورودیجریان پالس از طریق دیود زنر کمتر از 454 میلی آمپر بود.

R2 > Um/Ispike = 311/450 = 691 اهم

نزدیکترین مقدار را از محدوده E24 انتخاب کنید - 750 اهم

توان تلف شده توسط این مقاومت برابر خواهد بود

Pr = Iac * Iac * R = 44 * 44 * 750 اهم = 1.5 وات

ما یک مقاومت 2 وات می گیریم.

8. خازن C1 را محاسبه و انتخاب کنید

مقدار خازن C1 با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

که در آن Iac مقدار مؤثر جریان در مدار است، A. Uac - حداقل مقدار موثر ولتاژ در مدار، V. f - فرکانس ولتاژ متناوب، هرتز. R – مقاومت مقاومت R2، اهم.

این فرمول از قانون اهم برای مدار جریان متناوب متشکل از یک خازن و یک مقاومت گرفته شده است.

همه مقادیر مشخص است:

Iac = 44 میلی آمپر
Uac = 220 ولت
R2 = 750 اهم
f = 50 هرتز

فرمول آنها را جایگزین می کنیم و مقدار C1 را می گیریم. برابر با 650 nF خواهد بود. بیایید مقدار همسایه بزرگتر را از سری E12 بگیریم - 680 nF.

ولتاژ کار C1 باید بیشتر از Um = 311 ولت باشد. شما می توانید خازن با ولتاژ کاری 400 ولت بگیرید، اما بهتر است خازن طراحی شده برای 600 ولت بگیرید.

برای C1، باید خازن هایی را انتخاب کنید که برای کار در مدارهای جریان متناوب طراحی شده اند، به عنوان مثال، خازن های داخلی فیلم فلزی K73-17 یا آنالوگ های وارداتی آنها. اگر نمی توانید خازن با ظرفیت مورد نیاز پیدا کنید، می توانید دو خازن با ظرفیت کمتر را به صورت موازی وصل کنید.

9. مقاومت R2 را انتخاب کنید

ما مقاومت R1 را با مقدار اسمی 1.5-2 MOhm انتخاب می کنیم. توانی که توسط این مقاومت تلف می شود را می توان به طور تقریبی با استفاده از فرمول تخمین زد:

P = (Uac*Uac)/R1 = (220*220)/1500000 = 32 مگاوات

ما یک مقاومت با قدرت 0.125 - 0.25 وات انتخاب می کنیم.

نسخه نهایی طرح

رابط X1 برای اتصال دستگاه به شبکه.
کانکتور X3 برای تامین ولتاژ DCهنگام اشکال زدایی و برنامه نویسی دستگاه.

چند کلمه در مورد قوانین ایمنی

و در نهایت در مورد مهمترین چیز.
هنگامی که دستگاهی با منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور به رایانه یا برنامه نویسی متصل می شود، آن را از برق وصل نکنید. برخی از آنها ممکن است بسوزند.
برای برنامه‌ریزی یا اشکال‌زدایی دستگاه، هنگامی که از برق جدا می‌شود، آن را از یک منبع تغذیه DC جداگانه تغذیه کنید.
هنگامی که دستگاه به شبکه وصل است به عناصر و هادی های دستگاه دست نزنید، ممکن است باعث آسیب شود شوک الکتریکی.
اسیلوسکوپ را به دستگاه در حال اجرا وصل نکنید.