Peranti berdasarkan mikropengawal memerlukan voltan stabil malar 3.3 - 5 Volt untuk operasinya. Sebagai peraturan, voltan sedemikian diperoleh daripada voltan selang seli menggunakan bekalan kuasa pengubah dan dalam kes paling mudah ia mewakili litar berikut.

Transformer injak turun, jambatan diod, kapasitor pelicin dan penstabil linear/nadi. Selain itu, sumber sedemikian mungkin mengandungi fius, litar penapisan, litar mula lembut, litar perlindungan beban lampau, dsb.
Sumber ini bekalan kuasa (dengan pemilihan komponen yang sesuai) membolehkan anda menerima arus tinggi dan mempunyai pengasingan galvanik daripada rangkaian AC, yang penting untuk kerja selamat dengan peranti. Walau bagaimanapun, sumber sedemikian boleh mempunyai dimensi yang besar disebabkan oleh pengubah dan kapasitor penapis.
Dalam sesetengah peranti pada mikropengawal, pengasingan galvanik daripada rangkaian tidak diperlukan. Sebagai contoh, jika peranti adalah unit tertutup yang mana pengguna akhir tidak mempunyai hubungan. Dalam kes ini, jika litar menggunakan arus yang agak rendah (berpuluh miliamp), ia boleh dikuasakan daripada rangkaian 220 V menggunakan bekalan kuasa tanpa transformer.
Dalam artikel ini kita akan melihat prinsip operasi bekalan kuasa sedemikian, urutan pengiraannya dan contoh praktikal penggunaan.

Prinsip pengendalian bekalan kuasa tanpa transformer

Perintang R1 menyahcas kapasitor C1 apabila litar dicabut. Ini adalah perlu supaya sumber kuasa tidak mengejutkan anda apabila anda menyentuh kenalan input.
Apabila sumber kuasa disambungkan ke rangkaian, kapasitor C1 yang dinyahcas adalah, secara kasarnya, konduktor dan arus besar mengalir secara ringkas melalui diod zener VD1, yang boleh merosakkannya. Perintang R2 mengehadkan lonjakan semasa apabila peranti dihidupkan.

"Arus masuk" pada saat awal menghidupkan litar. Voltan sesalur dilukis dengan warna biru, arus yang digunakan oleh bekalan kuasa adalah dalam warna merah. Untuk kejelasan, graf semasa dibesarkan beberapa kali.

Jika anda menyambungkan litar ke rangkaian pada masa voltan melintasi sifar, tidak akan ada arus masuk. Tetapi apakah kemungkinan anda akan berjaya?
Mana-mana kapasitor menahan aliran arus ulang alik. (Untuk arus DC, kapasitor ialah litar terbuka.) Nilai rintangan ini bergantung kepada kekerapan voltan masukan dan kemuatan kapasitor dan boleh dikira menggunakan formula. Kapasitor C1 bertindak sebagai rintangan balast, di mana kebanyakan voltan input rangkaian akan jatuh.

Anda mungkin mempunyai soalan yang munasabah: mengapa anda tidak boleh meletakkan perintang biasa dan bukannya C1? Ia mungkin, tetapi kuasa akan hilang padanya, akibatnya ia akan menjadi panas. Ini tidak berlaku dengan kapasitor - kuasa aktif yang dikeluarkan padanya semasa satu tempoh voltan sesalur adalah sifar. Kami akan menyentuh perkara ini dalam pengiraan.

Jadi, kapasitor C1 akan menjatuhkan sebahagian daripada voltan masukan. (Kejatuhan voltan merentasi perintang R2 boleh diabaikan, kerana ia mempunyai rintangan yang kecil.) Baki voltan akan digunakan pada diod zener VD1.
Semasa separuh kitaran positif, voltan masukan akan dihadkan oleh diod zener pada tahap voltan penstabilan terkadarnya. Semasa separuh kitaran negatif, voltan masukan akan digunakan pada diod zener ke arah hadapan dan voltan pada diod zener akan lebih kurang tolak 0.7 Volt.

Sememangnya, voltan berdenyut seperti itu tidak sesuai untuk menggerakkan mikropengawal, jadi selepas diod zener terdapat rantaian diod semikonduktor VD2 dan kapasitor elektrolitik C2. Apabila voltan merentasi diod zener adalah positif, arus mengalir melalui diod VD2. Pada masa ini, kapasitor C2 dicas dan beban dikuasakan. Apabila voltan merentasi diod zener jatuh, diod VD2 dimatikan dan kapasitor C2 membebaskan tenaga yang disimpan ke beban.
Voltan merentasi kapasitor C2 akan turun naik (nadi). Semasa separuh kitaran positif voltan sesalur ia akan meningkat kepada nilai Ust tolak voltan pada VD2, dan semasa separuh kitaran negatif ia akan jatuh kerana pelepasan ke beban. Amplitud turun naik voltan pada C2 akan bergantung pada kapasitansinya dan arus yang digunakan oleh beban. Semakin besar kapasitansi kapasitor C2 dan semakin rendah arus beban, semakin kecil riak ini.
Sekiranya arus beban dan riak kecil, maka selepas kapasitor C2 anda sudah boleh meletakkan beban, tetapi untuk peranti pada mikropengawal masih lebih baik menggunakan litar dengan penstabil. Jika kita mengira penarafan semua komponen dengan betul, maka kita akan mendapat voltan malar pada output penstabil.
Litar boleh diperbaiki dengan menambah jambatan diod kepadanya. Kemudian bekalan kuasa akan menggunakan kedua-dua separuh kitaran voltan input - kedua-dua positif dan negatif. Ini akan membolehkan kita memperoleh parameter riak yang lebih baik dengan kapasitansi kapasitor C2 yang lebih kecil. Diod antara diod zener dan kapasitor boleh dikecualikan daripada litar ini.

Bersambung...

Entah bagaimana baru-baru ini saya menjumpai litar di Internet untuk bekalan kuasa yang sangat mudah dengan keupayaan untuk melaraskan voltan. Voltan boleh dilaraskan daripada 1 Volt kepada 36 Volt, bergantung pada voltan keluaran pada belitan sekunder pengubah.

Lihat dengan teliti LM317T dalam litar itu sendiri! Kaki ketiga (3) litar mikro disambungkan kepada kapasitor C1, iaitu, kaki ketiga ialah INPUT, dan kaki kedua (2) disambungkan kepada kapasitor C2 dan perintang 200 Ohm dan merupakan OUTPUT.

Menggunakan pengubah, daripada voltan sesalur 220 Volt kita mendapat 25 Volt, tidak lebih. Kurang mungkin, tidak lebih. Kemudian kami meluruskan semuanya dengan jambatan diod dan melicinkan riak menggunakan kapasitor C1. Semua ini diterangkan secara terperinci dalam artikel tentang cara mendapatkan voltan malar daripada voltan bergantian. Dan inilah kad truf kami yang paling penting dalam bekalan kuasa - ini ialah cip pengatur voltan yang sangat stabil LM317T. Pada masa penulisan, harga cip ini adalah sekitar 14 rubel. Malah lebih murah daripada sebuku roti putih.

Penerangan tentang cip

LM317T ialah pengatur voltan. Jika pengubah menghasilkan sehingga 27-28 volt pada penggulungan sekunder, maka kita boleh dengan mudah mengawal voltan dari 1.2 hingga 37 volt, tetapi saya tidak akan menaikkan bar kepada lebih daripada 25 volt pada output pengubah.

Litar mikro boleh dilaksanakan dalam pakej TO-220:

atau dalam perumahan Pek D2

Ia boleh melepasi arus maksimum 1.5 Amps, yang cukup untuk menghidupkan alat elektronik anda tanpa penurunan voltan. Iaitu, kita boleh mengeluarkan voltan 36 Volt dengan beban arus sehingga 1.5 Amps, dan pada masa yang sama litar mikro kita masih akan mengeluarkan 36 Volt - ini, sudah tentu, adalah ideal. Pada hakikatnya, pecahan volt akan turun, yang tidak begitu kritikal. Apabila terdapat arus besar dalam beban, lebih dinasihatkan untuk memasang litar mikro ini pada radiator.

Untuk memasang litar, kita juga perlu perintang boleh ubah pada 6.8 Kilohms, atau bahkan 10 Kilohms, serta perintang malar pada 200 Ohms, sebaik-baiknya daripada 1 Watt. Nah, kami meletakkan kapasitor 100 µF pada output. Skim yang sangat mudah!

Perhimpunan dalam perkakasan

Sebelum ini, saya mempunyai bekalan kuasa yang sangat teruk dengan transistor. Saya fikir, mengapa tidak membuatnya semula? Inilah hasilnya ;-)

Di sini kita melihat jambatan diod GBU606 yang diimport. Ia direka untuk arus sehingga 6 Amps, yang lebih daripada mencukupi untuk bekalan kuasa kami, kerana ia akan menghantar maksimum 1.5 Amps kepada beban. Saya memasang LM pada radiator menggunakan tampal KPT-8 untuk meningkatkan pemindahan haba. Nah, semua yang lain, saya rasa, sudah biasa kepada anda.

Dan inilah pengubah antediluvian yang memberi saya voltan 12 volt pada belitan sekunder.

Kami membungkus semua ini dengan teliti ke dalam kes itu dan mengeluarkan wayar.

Bagaimana anda menyukainya? ;-)

Voltan minimum yang saya dapat ialah 1.25 Volt, dan maksimum ialah 15 Volt.

Saya meletakkan sebarang voltan dalam kes ini yang paling biasa ialah 12 Volt dan 5 Volt

Semuanya berfungsi hebat!

Bekalan kuasa ini sangat mudah untuk melaraskan kelajuan gerudi mini, yang digunakan untuk menggerudi papan litar.

Analog di Aliexpress

Ngomong-ngomong, pada Ali anda boleh segera mencari set siap sedia blok ini tanpa pengubah.

Malas nak kumpul? Anda boleh membeli 5 Amp siap pakai dengan harga kurang daripada $2:

Anda boleh melihatnya di ini pautan.

Jika 5 Amps tidak mencukupi, maka anda boleh melihat 8 Amps. Ia akan mencukupi walaupun untuk jurutera elektronik yang paling berpengalaman:

Ia lebih menguntungkan dan lebih mudah untuk menghidupkan peralatan elektrik dan radio voltan rendah dari sesalur kuasa. Bekalan kuasa pengubah paling sesuai untuk ini, kerana ia selamat digunakan. Walau bagaimanapun, minat terhadap bekalan kuasa tanpa pengubah (BTBP) dengan voltan keluaran stabil tidak berkurangan. Salah satu sebabnya ialah kerumitan pembuatan transformer. Tetapi untuk BTBP ia tidak diperlukan - hanya pengiraan yang betul diperlukan, tetapi inilah yang menakutkan juruelektrik pemula yang tidak berpengalaman. Artikel ini akan membantu anda membuat pengiraan dan memudahkan reka bentuk bekalan kuasa tanpa transformer.

Gambar rajah ringkas BPTP ditunjukkan dalam Rajah. 1. Jambatan diod VD1 disambungkan ke rangkaian melalui kapasitor pelindapkejutan gas C, disambung secara bersiri dengan salah satu pepenjuru jambatan. Diagonal lain jambatan berfungsi untuk beban blok - perintang R n. Kapasitor penapis C f dan diod zener VD2 disambungkan selari dengan beban.

Pengiraan bekalan kuasa bermula dengan menetapkan voltan U n pada beban dan kekuatan semasa I n. dimakan oleh beban. Lebih besar kapasitansi kapasitor C, lebih tinggi keupayaan tenaga BPTP.

Pengiraan kapasiti

Jadual menunjukkan data mengenai kapasitans X c kapasitor C yang dipadamkan pada frekuensi 50 Hz dan nilai purata arus I cf yang dilalui oleh pemadam kapasitor C, dikira untuk kes apabila R n = 0, iaitu dengan litar pintas beban. (Lagipun, BTBP tidak sensitif kepada mod operasi yang tidak normal ini, dan ini merupakan satu lagi kelebihan besar berbanding bekalan kuasa pengubah.)

Nilai lain kapasitans X s (dalam kilo-ohms) dan nilai semasa purata I sr (dalam miliamp) boleh dikira menggunakan formula:

Pemadam C ialah kapasitansi kapasitor pelindapkejutan dalam mikrofarad.

Jika kita mengecualikan diod zener VD2, maka voltan U n pada beban dan arus I n melaluinya akan bergantung pada beban R n. Mudah untuk mengira parameter ini menggunakan formula:

U n - dalam volt, R n dan X n - dalam kilo-ohms, I n - dalam miliampere, gas C - dalam mikrofarad. (Rumus di bawah menggunakan unit ukuran yang sama.)

Apabila rintangan beban berkurangan, voltan padanya juga berkurangan, dan mengikut pergantungan tak linear. Tetapi arus yang melalui beban meningkat, walaupun sangat sedikit. Jadi, sebagai contoh, penurunan dalam R n dari 1 hingga 0.1 kOhm (tepat 10 kali) membawa kepada fakta bahawa U n berkurangan sebanyak 9.53 kali, dan arus melalui beban meningkat hanya 1.05 kali. Penstabilan arus "automatik" ini membezakan BTBP daripada bekalan kuasa pengubah.

Kuasa Рн pada beban, dikira dengan formula:

dengan penurunan dalam Rn, ia berkurangan hampir sama hebatnya dengan Un. Untuk contoh yang sama, kuasa yang digunakan oleh beban dikurangkan sebanyak 9.1 kali.

Oleh kerana arus I n beban pada nilai rintangan yang agak kecil R n dan voltan U n padanya berubah sangat sedikit, dalam praktiknya ia agak boleh diterima untuk menggunakan formula anggaran:

Dengan memulihkan diod zener VD2, kami memperoleh penstabilan voltan U n pada tahap U st - nilai yang boleh dikatakan tetap untuk setiap diod zener tertentu. Dan dengan beban kecil (rintangan tinggi R n), kesamaan U n = U st.

Pengiraan rintangan beban

Sejauh manakah R n dapat dikurangkan supaya kesamaan U n = U st adalah sah? Selagi ketidaksamaan berlaku:

Akibatnya, jika rintangan beban ternyata kurang daripada Rn yang dikira, voltan pada beban tidak lagi sama dengan voltan penstabilan, tetapi akan menjadi agak kurang, kerana arus melalui diod zener VD2 akan berhenti.

Pengiraan arus yang dibenarkan melalui diod zener

Sekarang mari kita tentukan arus I n yang akan mengalir melalui beban R n dan arus yang akan mengalir melalui diod zener VD2. Ia adalah jelas bahawa

Apabila rintangan beban berkurangan, kuasa yang digunakan olehnya P n =I n U n =U 2 st /R n meningkat. Tetapi purata kuasa yang digunakan oleh BPTP adalah sama dengan

tetap tidak berubah. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa arus I cf bercabang menjadi dua - I n dan I st - dan, bergantung pada rintangan beban, diagihkan semula antara R n dan diod zener VD2, dan supaya rintangan beban lebih rendah R n , semakin sedikit arus yang mengalir melalui diod Zener, dan sebaliknya. Ini bermakna jika beban kecil (atau tidak ada sepenuhnya), diod zener VD2 akan berada dalam keadaan yang paling sukar. Itulah sebabnya tidak disyorkan untuk mengeluarkan beban dari BPTP, jika tidak, semua arus akan melalui diod zener, yang boleh menyebabkan kegagalannya.

Nilai amplitud voltan rangkaian ialah 220·√2=311(V). Nilai nadi arus dalam litar, jika kita mengabaikan kapasitor C f, boleh mencapai

Oleh itu, diod zener VD2 mesti tahan dengan pasti ini arus impuls sekiranya beban terputus secara tidak sengaja. Kita tidak sepatutnya melupakan kemungkinan beban lampau voltan rangkaian lampu, membentuk 20...25% daripada nilai nominal, dan hitung arus yang melalui diod zener apabila beban dimatikan, dengan mengambil kira faktor pembetulan 1.2...1.25.

Jika tiada diod zener yang berkuasa

Apabila tiada diod zener kuasa yang sesuai, ia boleh digantikan sepenuhnya dengan analog diod-transistor. Tetapi kemudian BTBP harus dibina mengikut skema yang ditunjukkan dalam Rajah. 2. Di sini arus yang mengalir melalui diod zener VD2 berkurangan berkadaran dengan pekali pemindahan arus asas statik kuat n-p-n transistor VT1. Voltan analog UCT akan lebih kurang 0.7V lebih tinggi daripada Ust diod zener kuasa terendah VD2 jika transistor VT1 adalah silikon, atau sebanyak 0.3V jika ia adalah germanium.

Transistor juga boleh digunakan di sini. struktur p-n-p. Walau bagaimanapun, maka litar yang ditunjukkan dalam Rajah digunakan. 3.

Pengiraan blok separuh gelombang

Bersama-sama dengan penerus gelombang penuh, penerus separuh gelombang termudah kadangkala digunakan dalam BTBP (Rajah 4). Dalam kes ini, bebannya Rn hanya dikuasakan oleh separuh kitaran positif arus ulang alik, dan yang negatif melalui diod VD3, memintas beban. Oleh itu, purata arus I cf melalui diod VD1 akan menjadi separuh daripada. Ini bermakna apabila mengira blok, bukannya X c, anda perlu mengambil 2 kali rintangan yang sama dengan

dan arus purata dengan beban litar pintas akan sama dengan 9.9·πС pemadam = 31.1 С pemadam. Pengiraan lanjut versi BPTP ini dijalankan sama sekali dengan kes sebelumnya.

Pengiraan voltan pada kapasitor pelindapkejutan

Secara amnya diterima bahawa dengan voltan rangkaian 220V, voltan undian kapasitor pelindapkejutan C mestilah sekurang-kurangnya 400V, iaitu, dengan kira-kira 30 peratus margin berhubung dengan voltan rangkaian amplitud, sejak 1.3 311 = 404 (V ). Walau bagaimanapun, dalam beberapa kes yang paling kritikal, voltan terkadarnya hendaklah 500 atau 600V.

Dan satu perkara lagi. Apabila memilih kapasitor C yang sesuai, perlu diambil kira bahawa adalah mustahil untuk menggunakan kapasitor jenis MBM, MBPO, MBGP, MBGTs-1, MBGTs-2 dalam BTBP, kerana ia tidak direka untuk beroperasi dalam litar arus ulang-alik dengan nilai voltan amplitud melebihi 150V.

Kapasitor MBGCh-1, MBGCh-2 dengan voltan terkadar 500V berfungsi paling boleh dipercayai dalam BTBP (dari lama mesin basuh, lampu pendarfluor dsb.) atau KBG-MN, KBG-MP, tetapi untuk voltan terkadar 1000V.

Penapis kapasitor

Kapasiti pemuat penapis C f sukar dikira secara analitikal. Oleh itu, ia dipilih secara eksperimen. Kira-kira, ia harus diandaikan bahawa untuk setiap miliamp purata arus yang digunakan, ia diperlukan untuk mengambil sekurang-kurangnya 3...10 μF kapasitans ini jika penerus BTBP adalah gelombang penuh, atau 10...30 μF jika ia adalah separuh gelombang.

Voltan undian kapasitor oksida yang digunakan C f mestilah sekurang-kurangnya U st Dan jika tiada diod zener dalam BTBP, dan beban sentiasa dihidupkan, voltan undian kapasitor penapis mesti melebihi nilai:

Jika beban tidak boleh dihidupkan secara berterusan dan tiada diod zener, voltan undian kapasitor penapis hendaklah lebih daripada 450V, yang sukar diterima kerana saiz besar pemuat C f. Dengan cara ini, dalam kes ini beban harus disambungkan semula hanya selepas memutuskan sambungan BTBP dari rangkaian.

Dan bukan itu sahaja

Mana-mana daripada pilihan yang mungkin Adalah dinasihatkan untuk menambah BTBP dengan dua lagi perintang tambahan. Salah satunya, rintangan yang boleh berada dalam julat 300 kOhm...1 MOhm, disambungkan selari dengan pemadam kapasitor C. Perintang ini diperlukan untuk mempercepatkan nyahcas kapasitor C selepas memutuskan sambungan peranti daripada rangkaian. Yang lain - balast - dengan rintangan 10...51 Ohm disambungkan ke putus salah satu wayar rangkaian, contohnya, secara bersiri dengan pemadam kapasitor C. Perintang ini akan mengehadkan arus melalui diod jambatan VD1 apabila BTBP disambungkan ke rangkaian. Kuasa pelesapan kedua-dua perintang mestilah sekurang-kurangnya 0.5 W, yang diperlukan untuk menjamin terhadap kemungkinan kerosakan permukaan perintang ini oleh voltan tinggi. Disebabkan oleh perintang balast, diod zener akan dimuatkan agak kurang, tetapi kuasa purata yang digunakan oleh BTBP akan meningkat dengan ketara.

Diod apa yang perlu diambil

Fungsi penerus gelombang penuh BTBP mengikut litar dalam Rajah. 1...3 boleh dibuat oleh pemasangan diod siri KTs405 atau KTs402 dengan indeks huruf Ж atau И, jika arus purata tidak melebihi 600 mA, atau dengan indeks A, B, jika nilai semasa mencapai 1 A. Empat diod berasingan disambungkan mengikut litar jambatan, contohnya, siri KD105 dengan indeks B, V atau G, D226 B atau V - sehingga 300 mA, KD209 A, B atau V - sehingga 500...700 mA, KD226 V, G atau D - sehingga 1.7 A .

Diod VD1 dan VD3 dalam BTBP mengikut rajah dalam Rajah. 4 boleh menjadi mana-mana di atas. Ia juga dibenarkan untuk menggunakan dua pemasangan diod KD205K V, G atau D untuk arus sehingga 300 mA atau KD205 A, V, Zh atau I - sehingga 500 mA.

Dan satu perkara terakhir. Bekalan kuasa tanpa pengubah, serta peralatan yang disambungkan kepadanya, disambungkan terus ke rangkaian AC! Oleh itu, mereka mesti terlindung dengan pasti dari luar, katakan, diletakkan dalam bekas plastik. Di samping itu, dilarang sama sekali untuk "menghancurkan" mana-mana terminal mereka, serta membuka bekas apabila peranti dihidupkan.

Metodologi yang dicadangkan untuk mengira BPTP telah diuji oleh pengarang secara praktikal selama beberapa tahun. Keseluruhan pengiraan adalah berdasarkan fakta bahawa BPTP pada asasnya penstabil parametrik voltan, di mana peranan pengehad arus dilakukan oleh kapasitor pelindapkejutan.

Majalah "SAM" No. 5, 1998

Bekalan kuasa tanpa pengubah dengan kapasitor pelindapkejutan adalah mudah dalam kesederhanaannya, mempunyai dimensi dan berat yang kecil, tetapi tidak selalu terpakai kerana sambungan galvanik litar keluaran dengan rangkaian 220 V.

Dalam bekalan kuasa tanpa transformer ke rangkaian voltan AC Sebuah kapasitor dan beban disambung secara bersiri. Kapasitor bukan kutub yang disambungkan kepada litar AC berkelakuan seperti rintangan, tetapi tidak seperti perintang, ia tidak menghilangkan kuasa yang diserap sebagai haba.

Untuk mengira kapasiti kapasitor pelindapkejutan, formula berikut digunakan:

C ialah kapasitansi kapasitor balast (F); Ieff - arus beban berkesan; f ialah kekerapan voltan masukan Uc (Hz); Uc — voltan masukan (V); Voltan nyahbeban (V).

Untuk memudahkan pengiraan, anda boleh menggunakan kalkulator dalam talian

Reka bentuk sumber tanpa pengubah dan peranti yang dikuasakan daripadanya mesti mengecualikan kemungkinan menyentuh mana-mana konduktor semasa operasi. Perhatian khusus harus diberikan kepada penebat kawalan.

• Artikel berkaitan

• - Penggunaan penguat operasi (op-amp) dalam peralatan mudah alih serta-merta menimbulkan masalah bagaimana untuk menghidupkannya dengan voltan bipolar +15 V. Persoalan yang sama timbul kerana dalam bahan rujukan parameter kebanyakan op-amp diberikan secara khusus untuk voltan bekalan ini, dan banyak...
• - Oleh kerana keperluan untuk memastikan kekuatan elektrik, dimensi dan berat transformer voltan tinggi menjadi sangat besar. Oleh itu, adalah lebih mudah untuk menggunakan pengganda voltan dalam bekalan kuasa kuasa rendah voltan tinggi. Pengganda voltan dicipta berdasarkan litar pembetulan dengan kapasitif...
• - Penerima boleh ditala dalam julat 70...150 MHz tanpa mengubah nilai elemen penalaan. Kepekaan sebenar penerima adalah kira-kira 0.3 µV, voltan bekalan ialah 9 V. Perlu diingatkan bahawa voltan bekalan MC3362 ialah 2...7 V, dan MC34119 ialah 2...12 V, jadi MC3362 dikuasakan melalui...
• - Untuk mengira penstabil, sebagai peraturan, hanya dua parameter digunakan - Ust (voltan penstabilan), Ist (arus penstabilan), dengan syarat arus beban adalah sama atau kurang daripada arus penstabilan. Untuk pengiraan mudah penstabil, kami akan menggunakan parameter berikut sebagai contoh: Input...
• - Penerima direka bentuk untuk menerima isyarat dalam julat DV (150 kHz...300 kHz). Ciri utama penerima dalam antena yang mempunyai kearuhan yang lebih besar daripada antena magnet konvensional. Ini memungkinkan untuk menggunakan kapasitansi kapasitor penalaan dalam julat 4...20pF, dan juga penerima sedemikian mempunyai...

Jadi, mari kita lihat urutan pengiraan bekalan kuasa tanpa transformer yang dibincangkan dalam artikel sebelumnya. Kaedah yang diterangkan tidak mendakwa sebagai kebenaran muktamad dan mungkin berbeza daripada sumber lain. Maklumat tambahan Skim ini boleh didapati pada sumber asing dengan melayari pertanyaan "bekalan kuasa kapasitor" di Internet.

nasi. 1

1. Kira arus beban

Perkara pertama yang harus kita mulakan semasa mengira sumber kuasa tanpa transformer ialah arus beban. Dalam Rajah 1 ia ditetapkan sebagai Iam, dan perintang R3 bertindak sebagai beban. Mari gantikan perintang ini dengan litar kecil dengan mikropengawal dan tentukan arus yang digunakan.

nasi. 2

Anda boleh melakukan ini dalam dua cara:
- dengan pengiraan, menjumlahkan anggaran penggunaan semua komponen litar,
- dengan kuasa ammeter yang disambungkan antara sumber voltan dan litar kami.

Kaedah kedua, sudah tentu, akan lebih tepat, tetapi ia hanya boleh dilaksanakan jika ada litar dipasang. Mari cuba lakukan pengiraan teori.

Dalam litar dalam Rajah 2 terdapat tiga pengguna utama - penstabil 7805, mikropengawal ATtiny13 dan LED. Untuk kesederhanaan, mari kita anggap bahawa mikropengawal, apabila kuasa digunakan, hanya menyalakan LED dan kemudian berputar dalam gelung yang tidak berkesudahan.
Arus senyap penstabil 7805 mengikut lembaran data ialah 5 mA (parameter arus senyap). Apabila arus beban dan voltan input berubah, nilai arus senyap berubah sebanyak 0.5 - 0.8 mA. Nilainya kecil dan boleh diabaikan.
Anda boleh menganggarkan penggunaan mikropengawal ATtiny13 menggunakan graf Arus Bekalan Aktif lwn. VCC, dibentangkan dalam lembaran data dalam bahagian Ciri-ciri Elektrik. Katakan kita mempunyai voltan bekalan 5 Volt dan frekuensi jam 9.6 MHz. Di bawah keadaan sedemikian, attiny13 menggunakan 5.5 mA dalam mod aktif.
Arus LED dikira menggunakan formula:

Iled = (Upin - Uled)/R2

di mana Upin ialah voltan satu logik pada pin mikropengawal, V; Uled - penurunan voltan hadapan merentasi LED, V.

Untuk LED hijau, penurunan voltan ke hadapan adalah lebih kurang 2 V, Upin adalah lebih kurang 5 V, yang bermaksud arus melalui LED akan sama dengan:

Iled = (5 - 2)/330 = 9 mA.

Sejujurnya, dengan sebarang arus yang mengalir, voltan pada pin mikropengawal akan kurang daripada voltan bekalan. Anda boleh melihatnya dengan mengkaji graf I/O Pin Source Current vs. Voltan Keluaran (Port Kuasa Rendah, VCC = 5V), dibentangkan dalam lembaran data. Pada arus 9 mA, voltan pada pin mikropengawal ATtiny13 akan menjadi kira-kira 4.8 V. Tetapi, sekali lagi, kita tidak mengambil kira perkara kecil itu dalam pengiraan.

Jumlah: 5 + 5.5 + 9 = 19.5 mA.
Penggunaan semasa sebenar ialah 18.6 mA.

Seperti yang anda lihat, perbezaannya tidak ketara. Mari kita bulatkan nilai yang dikira ke atas dan mulakan dari nilai Iam = 20 mA.

2. Kira arus masukan bekalan kuasa

Kita tahu arus beban, sekarang kita perlu mengira nilai semasa pada input sumber kuasa. Dalam Rajah 1 ia ditetapkan sebagai Iac. Tidak seperti DC beban, arus pada input sumber kuasa tanpa transformer adalah berubah-ubah. Dan arus ulang alik dicirikan oleh kuantiti seperti amplitud dan nilai berkesan.
Nilai amplitud arus ulang alik ialah nilai arus maksimum semasa tempoh ayunan. Nilai berkesan arus ulang-alik ialah jumlah arus terus yang, dalam masa yang sama dengan satu tempoh ayunan arus ulang-alik, akan melepaskan pada rintangan yang sama R jumlah haba yang sama seperti arus ulang-alik.
Untuk arus ulang alik yang berbeza-beza mengikut undang-undang sinusoidal, amplitud dan nilai berkesan dikaitkan dengan hubungan berikut:

dengan Iac ialah nilai berkesan, A; dan Im - amplitud, A.

Nilai berkesan arus ulang alik pada input litar Iac dikira daripada arus beban Iam menggunakan formula berikut:

Oleh itu, arus pada input litar akan sama dengan:

Iac = 20*2.221 = 44.4 mA nilai rms
Im = 44*1.41 = 62.6 mA nilai amplitud

3. Tentukan voltan masukan penstabil

Semua penstabil linear, termasuk cip 7805, mempunyai parameter yang dipanggil voltan tercicir - perbezaan voltan terkecil antara input dan output. Parameter ini menentukan voltan input minimum penstabil di mana ia masih akan beroperasi dalam mod nominal. Untuk litar mikro 7805, voltan keluaran ialah 5 V, dan voltan keciciran tipikal ialah 2 V. Ini bermakna voltan input minimum untuk penstabil 7805 ialah 5 + 2 = 7 V. Dengan mengambil kira hakikat bahawa voltan pada kapasitor C2 akan berdenyut, 7 Volt ialah nilai voltan riak minimum. Mari tambah 1 V untuk rizab dan mulakan dari nilai 8 Volt.

Tidak perlu memilih cip 7805 sebagai penstabil anda boleh menggunakan apa yang ada di tangan anda. Dalam kes ini, parameter berikut mesti diambil kira:
- voltan masukan maksimum penstabil,
- arus keluaran maksimum penstabil,
- voltan tercicir,
- pelesapan kuasa maksimum.

4. Kira kemuatan kapasitor pelicin C2

Beban kami dikuasakan daripada rangkaian semasa separuh kitaran positif voltan input. Semasa separuh kitaran negatif, beban menerima tenaga daripada kapasitor C2. Semasa separuh kitaran negatif, ia tidak sepatutnya mempunyai masa untuk melepaskan voltan kurang daripada 8 V. Ini tidak akan berlaku jika voltan awal pada kapasitor dan kapasitansinya mencukupi untuk mengekalkan arus beban yang diberikan.

Kapasiti pemuat pelicin dikira menggunakan formula berikut.

C > Iam/(2*f*dU),

di mana Iam ialah arus beban, A; f - kekerapan voltan ulang-alik, Hz; C ialah kapasitansi pemuat, F; dU - julat denyutan, V.

dU = Umax - Umin

Umin sama dengan 8 V.
Umax dipilih daripada pertimbangan berikut. Voltan yang lebih tinggi memungkinkan untuk menggunakan kapasitor dengan kapasiti yang lebih kecil, tetapi ia meletakkan beban yang lebih besar pada penstabil, yang terpaksa menyerap voltan sisa. Voltan yang lebih rendah melegakan penstabil voltan, tetapi memerlukan kapasitor yang lebih besar.
Saya memilih 9.3 V.

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

Kami memilih nilai bersebelahan yang lebih besar daripada siri E12 - 180 µF.
Juga, jangan lupa tentang voltan maksimum yang mana kapasitor direka. Kami mengambilnya dengan rizab satu setengah atau dua kali ganda, contohnya pada 16 Volt.

5. Pilih diod zener VD1

Voltan terkadar yang diperlukan bagi diod zener adalah sama dengan voltan maksimum merentasi kapasitor pelicin C2 ditambah dengan penurunan voltan merentasi diod VD2, iaitu:

9.3 + 0.7 = 10 V.

0.7 ialah nilai kejatuhan voltan merentasi diod yang disambungkan ke arah hadapan. Nilai standard yang digunakan dalam pengiraan kejuruteraan.

Sebagai tambahan kepada voltan penstabilan undian, parameter diod zener seperti arus penstabilan terkadar dan maksimum, arus ke hadapan terus maksimum, arus denyut maksimum dan pelesapan kuasa juga penting.

Untuk litar ini, saya memilih diod zener 1N4740A, yang mempunyai ciri-ciri berikut:

- voltan penstabilan berkadar 10 V,
- arus penstabilan berkadar 25 mA,
- arus penstabilan maksimum 91 mA,
- arus denyut maksimum 454 mA,
- arus maksimum ke arah hadapan 200 mA,
- kuasa hilang 500 mW.

Semasa separuh kitaran positif voltan sesalur, arus dalam julat dari 0 hingga 62 mA (Im) boleh mengalir melalui diod zener. Jika beban menggunakan arus yang kurang, diod zener akan mengambil sebahagian daripada arus; jika beban dimatikan, keseluruhan arus input akan mengalir melalui diod zener. Oleh itu, arus penstabilan maksimum diod zener mestilah lebih besar daripada nilai amplitud arus input. Dalam kes kami > 62 mA. Diod zener 1N4740 mempunyai arus penstabilan maksimum 91 mA, yang bermaksud ia sesuai untuk parameter ini.

Semasa separuh kitaran negatif, diod zener akan bertindak seperti diod biasa, dan keseluruhan arus input bekalan kuasa akan mengalir melaluinya. Beban pada masa ini dikuasakan oleh kapasitor C2. Dalam arah hadapan, diod zener boleh menahan 200 mA, ini lebih besar daripada nilai amplitud arus input (62 mA), yang bermaksud bahawa ia juga sesuai untuk parameter ini.

Mari kita hitung kuasa maksimum yang akan dilesapkan oleh diod zener. Semasa separuh kitaran positif voltan utama pada diod zener akan ada 10 V, semasa separuh kitaran negatif Ud = 1.2 V (nilai daripada lembaran data untuk arus 200 mA). Untuk pengiraan, kami mengambil nilai purata arus ulang alik selama setengah kitaran. Ia dikira menggunakan formula:

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

di mana Im ialah nilai amplitud arus ulang alik, A.

Kuasa maksimum yang hilang pada diod zener akan sama dengan:

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

Kuasa sedemikian akan dilesapkan oleh diod zener dalam kes yang paling teruk - apabila keseluruhan arus beban mengalir melaluinya. Dalam amalan, nilai kuasa akan menjadi kurang, kerana arus yang kurang akan mengalir melalui diod zener semasa separuh kitaran positif. Diod zener juga melepasi parameter ini.

6. Pilih diod VD2

Iam arus beban = 20 mA.
Voltan terbalik maksimum pada diod adalah lebih kurang sama dengan voltan terkadar diod zener VD1, iaitu, 10 V.
Kuasa yang dilesapkan oleh diod ialah P = Ud*Iam = 0.7 * 20 = 14 mW.
Kami mengambil dua kali ganda margin untuk setiap nilai ini dan memilih diod. Saya memilih diod 1N4148.

7. Kira perintang R2

Voltan utama rangkaian elektrik isi rumah ialah 220 V. Ini adalah nilai berkesan yang dipanggil. Nilai berkesan adalah 2 kali kurang daripada nilai amplitud. Saya sudah bercakap tentang perkara ini di atas.
Nilai amplitud voltan sesalur ialah:

Um = 220 * 1.41 = 311 V

Pada saat awal menghidupkan litar, apabila kapasitor C1 dinyahcas, arus masuk mungkin berlaku. Ia adalah perlu untuk memilih nilai perintang R2 sedemikian supaya pada maksimum voltan masukan arus nadi melalui diod zener adalah kurang daripada 454 mA.

R2 > Um/Ispike = 311/450 = 691 Ohm

Pilih nilai terdekat dari julat E24 - 750 Ohm

Kuasa yang hilang oleh perintang ini akan sama dengan

Pr = Iac * Iac * R = 44 * 44 * 750 Ohm = 1.5 W

Kami mengambil perintang 2 watt.

8. Kira dan pilih kapasitor C1

Nilai kapasitor C1 dikira menggunakan formula berikut:

di mana Iac ialah nilai berkesan arus dalam litar, A; Uac – nilai efektif minimum voltan dalam litar, V; f – kekerapan voltan ulang-alik, Hz; R – rintangan perintang R2, Ohm.

Formula ini diperoleh daripada hukum Ohm untuk litar arus ulang alik yang terdiri daripada kapasitor dan perintang.

Semua kuantiti diketahui:

Iac = 44 mA
Uac = 220 V
R2 = 750 Ohm
f = 50 Hz

Kami menggantikan formula mereka dan mendapatkan nilai C1. Ia akan bersamaan dengan 650 nF. Mari kita ambil nilai jiran yang lebih besar daripada siri E12 - 680 nF.

Voltan operasi C1 mestilah lebih besar daripada Um = 311 V. Anda boleh mengambil kapasitor dengan voltan operasi 400 V, tetapi lebih baik untuk mengambil kapasitor yang direka untuk 600 V.

Untuk C1, anda perlu memilih kapasitor yang direka untuk beroperasi dalam litar arus ulang-alik, sebagai contoh, kapasitor filem logam domestik K73-17 atau analog yang diimport. Jika anda tidak dapat mencari kapasitor dengan kapasitansi yang diperlukan, anda boleh menyambung dua kapasitor dengan kapasitans yang lebih kecil secara selari.

9. Pilih perintang R2

Kami memilih perintang R1 dengan nilai nominal 1.5-2 MOhm. Kuasa yang akan dilesapkan oleh perintang ini boleh dianggarkan secara kasar menggunakan formula:

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

Kami memilih perintang dengan kuasa 0.125 - 0.25 W.

Versi akhir skema

Penyambung X1 untuk menyambungkan peranti ke rangkaian.
Penyambung X3 untuk bekalan Voltan DC semasa menyahpepijat dan memprogramkan peranti.

Beberapa perkataan tentang peraturan keselamatan

Dan akhirnya, tentang perkara yang paling penting.
Jangan sambungkan peranti dengan bekalan kuasa tanpa pengubah kepada komputer atau pengaturcara apabila ia dikuasakan daripada sesalur kuasa. Sesetengah daripada mereka mungkin terbakar.
Untuk memprogram atau nyahpepijat peranti, kuasakannya daripada sumber kuasa DC yang berasingan apabila ia dicabut.
Jangan sentuh elemen dan konduktor peranti apabila ia disambungkan ke rangkaian, ini boleh menyebabkan kerosakan kejutan elektrik.
Jangan sambungkan ke peranti yang sedang berjalan dengan osiloskop.