Kuinka muuntajattomat virtalähteet lasketaan

Tässä viestissä kerrotaan, kuinka lasketaan vastus- ja kondensaattoriarvot muuntajatonta virtalähdepiirissä yksinkertaisilla kaavoilla, kuten ohmilaki.

Kapasitiivisen virtalähteen analysointi

Ennen kuin opimme kaavan vastus- ja kondensaattoriarvojen laskemiseksi ja optimoimiseksi muuntajattomassa virtalähteessä, on tärkeää tehdä ensin yhteenveto standardista muuntajaton virtalähde .

Kaavioon viitaten, mukana olevat komponentit määritetään seuraavilla erityistoiminnoilla:

C1 on ei-polaarinen suurjännitekondensaattori, joka otetaan käyttöön tappavan verkkovirran pudottamiseksi haluttuihin rajoihin kuormituseritelmän mukaisesti. Tästä komponentista tulee siten erittäin tärkeä osoitetun verkkovirran rajoitustoiminnon ansiosta.

D1 - D4 on määritetty a: ksi sillan tasasuuntaajaverkko asteitetun AC: n tasoittamiseksi C1: stä, jotta lähtö soveltuisi mihin tahansa aiottuun DC-kuormitukseen.

Z1 on sijoitettu vakauttamaan lähtö vaadittaviin turvallisiin jänniterajoihin.

C2 on asennettu suodata kaikki aaltoilu DC: ssä ja luoda täysin puhdas tasavirta liitetylle kuormalle.

R2 voi olla valinnainen, mutta sitä suositellaan kytkemään verkkovirta-aalto, vaikka tämä komponentti on mieluiten vaihdettava NTC-termistoriin.

Ohmin lakia käyttämällä

Me kaikki tiedämme, kuinka Ohmin laki toimii ja kuinka sitä voidaan käyttää tuntemattoman parametrin löytämiseen, kun muut kaksi ovat tiedossa. Kapasitiivisella virtalähteellä, jolla on erityispiirteitä ja siihen kytkettyjen LEDien kanssa, virran, jännitehäviön ja LED-vastuksen laskemisesta tulee kuitenkin hieman hämmentävää.

Kuinka laskea ja vähentää virta-, jänniteparametrit muuntajattomissa virtalähteissä.

Tutkittuani asiaankuuluvat mallit huolellisesti, keksin yksinkertaisen ja tehokkaan tavan ratkaista yllä olevat ongelmat, varsinkin kun käytetty virtalähde on muuntajaton tai sisältää PPC-kondensaattoreita tai reaktanssia virran ohjaamiseksi.

Kapasitiivisten virtalähteiden virran arviointi

Tyypillisesti a muuntajaton virtalähde tuottaa lähdön hyvin matalilla virta-arvoilla, mutta jännitteillä, jotka ovat yhtä suuret kuin käytössä oleva verkkovirta (kunnes se on ladattu).

Esimerkiksi 1 µF, 400 V (rikkoutumisjännite) kytkettynä 220 V x 1,4 = 308 V (sillan jälkeen) -verkkolähteeseen tuottaa enintään 70 mA virtaa ja alkujännitteen 308 volttia.

Tämä jännite näyttää kuitenkin hyvin lineaarisen pudotuksen, kun lähtö latautuu ja virta otetaan 70 mA: n säiliöstä.

Tiedämme, että jos kuorma kuluttaa koko 70 mA, jännite putoaa melkein nollaan.

Koska tämä pudotus on lineaarinen, voimme yksinkertaisesti jakaa alkuperäisen lähtöjännitteen suurimmalla virralla löytääksemme jännitehäviöt, joita tapahtuisi kuormitusvirtojen eri suuruuksille.

Siksi jakamalla 308 volttia 70 mA: lla saadaan 4,4 V. Tämä on nopeus, jolla jännite putoaa jokaista kuorman kanssa lisättyä virtaa kohti.

Tämä tarkoittaa, että jos kuorma kuluttaa 20 mA virtaa, jännitteen pudotus on 20 × 4,4 = 88 volttia, joten lähtö näyttää nyt jännitteen 308-62,8 = 220 volttia DC (sillan jälkeen).

Esimerkiksi a 1 watin LED kytkettynä suoraan tähän piiriin ilman vastusta osoittaisi jännitteen, joka on yhtä suuri kuin LEDin eteenpäin suuntautuva jännitehäviö (3,3 V), tämä johtuu siitä, että LED uppoaa melkein kaiken kondensaattorista saatavan virran. LEDin yli menevä jännite ei kuitenkaan laske nollaan, koska eteenpäin suuntautuva jännite on suurin määritelty jännite, joka voi pudota sen yli.

Edellä esitetyn keskustelun ja analyysin perusteella käy selväksi, että jännite missä tahansa virtalähdeyksikössä on merkityksetöntä, jos virtalähteen virranantokyky on 'suhteellisen' matala.

Esimerkiksi, jos tarkastelemme LEDiä, se kestää 30-40 mA virtaa jännitteillä, jotka ovat lähellä sen `` eteenpäin suuntautuvaa jännitehäviötä '', mutta suuremmilla jännitteillä tämä virta voi tulla vaaralliseksi LEDille, joten kyse on suurimman virran pitämisestä suurin sallittu kuorman sallittu raja.

Vastuksen arvojen laskeminen

Kuorman vastus : Kun LEDiä käytetään kuormana, on suositeltavaa valita kondensaattori, jonka reaktanssiarvo sallii vain suurimman sallitun virran ledille, jolloin vastus voidaan täysin välttää.

Jos kondensaattorin arvo on suuri korkeammilla virtalähdöillä, niin luultavasti kuten yllä on keskusteltu, voimme sisällyttää vastuksen virran pienentämiseksi sallittuihin rajoihin.

Lasketaan ylijännitesuojavastus : Vastus R2 edellä olevissa kaaviomuodoissa sisältyy kytkettäväksi ylijännitteen rajoitinvastukseksi. Se suojaa periaatteessa haavoittuvaa kuormitusta alkuperäiseltä ylivirralta.

Alkuperäisten kytkentäjaksojen aikana kondensaattori C1 toimii täydellisen oikosulun tavoin, vaikkakin vain muutaman millisekunnin ajan, ja saattaa sallia koko 220 V: n ulostulon.

Tämä voi riittää puhaltaa herkkät elektroniset piirit tai LEDit, jotka on kytketty syöttöön, joka sisältää myös stabiloivan zener-diodin.

Koska zener-diodi muodostaa ensimmäisen linjassa olevan elektronisen laitteen, joka on suojattava alkuperäiseltä nousulta, R2 voidaan laskea zener-diodin spesifikaatioiden ja zener-virta tai zenerin hajoaminen.

Zenerin suurin siedettävä virta esimerkissämme on 1 watti / 12 V = 0,083 ampeeria.

Siksi R2: n tulisi olla = 12 / 0,083 = 144 ohmia

Koska ylivirta on kuitenkin vain millisekunteja, tämä arvo voi olla paljon pienempi kuin tämä.

Tässä. emme harkitse 310 V: n tuloa zener-laskennassa, koska C1 rajoittaa virran 70 mA: iin.

Koska R2 voi tarpeettomasti rajoittaa kallisarvoista kuormaa normaalikäytön aikana, sen on oltava mieluiten NTC vastuksen tyyppi. NTC varmistaa, että virtaa rajoitetaan vain ensimmäisen kytkennän PÄÄLLE-jakson aikana, ja sitten täyden 70 mA: n annetaan kulkea rajoittamattomasti kuormalle.

Vastuuvastuksen laskeminen : Vastusta R1 käytetään varastoidun suurjännitelatauksen purkamiseen C1: n sisällä aina, kun piiri irrotetaan verkkovirrasta.

R1-arvon tulisi olla niin pieni kuin mahdollista C1: n nopeaan purkautumiseen, mutta haihduttaa vähimmäislämpö samalla, kun se on kytketty verkkovirtaan.

Koska R1 voi olla 1/4 watin vastus, sen häviön on oltava pienempi kuin 0,25 / 310 = 0,0008 ampeeria tai 0,8 mA.

Siksi R1 = 310 / 0,0008 = 387500 ohmia tai noin 390 k.

20 mA: n LED-vastuksen laskeminen

Esimerkki: Esitetyssä kaaviossa kondensaattorin arvo tuottaa maks. 70 mA. virta, joka on melko suuri minkä tahansa LEDin kestämään. Käyttämällä standardia LED / vastuskaavaa:

R = (syöttöjännite VS - LED-lähtöjännite VF) / LED-virta IL,
= (220-3,3) /0,02 = 10,83K,

10,83K-arvo näyttää kuitenkin melko valtavalta ja pudottaisi huomattavasti LED-valaistuksen .... laskelmat näyttävät kuitenkin täysin oikeilta .... joten puuttuuko jotain täältä?

Mielestäni jännite '220' ei ehkä ole oikea, koska lopulta LED vaatii vain 3,3 V .... joten miksi ei sovelleta tätä arvoa yllä olevaan kaavaan ja tarkista tulokset? Jos olet käyttänyt zener-diodia, zener-arvoa voidaan käyttää täällä.

Ok, tässä mennään taas.

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

Nyt tämä näyttää paljon paremmalta.

Jos käytit, sanotaan 12 V: n zener-diodi ennen LEDiä, kaava voidaan laskea seuraavasti:

R = (syöttöjännite VS - LED-lähtöjännite VF) / LED-virta IL,
= (12-3,3) /0,02 = 435 ohmia,

Siksi vastuksen arvo yhden ohjaamiseksi punainen LED noin 400 ohmia.

Kondensaattorin virran löytäminen

Edellä mainitussa muuntajanettomassa suunnittelussa C1 on yksi keskeinen komponentti, joka on mitoitettava oikein, jotta siitä lähtevä virtalähde optimoidaan optimaalisesti kuormituseritelmän mukaisesti.

Suurikokoisen kondensaattorin valitseminen suhteellisen pienelle kuormitukselle voi lisätä riskiä siitä, että ylijännitevirta pääsee kuormaan ja vahingoittaa sitä aikaisemmin.

Oikein laskettu kondensaattori päinvastoin varmistaa hallitun ylijännitesyötön ja nimellishajotuksen säilyttäen liitetyn kuorman riittävän turvallisuuden.

Ohmin lakia käyttämällä

Virran suuruus, joka voi olla optimaalisesti sallittu muuntajattoman virtalähteen kautta tietylle kuormalle, voidaan laskea käyttämällä Ohmin lakia:

I = V / R

missä I = virta, V = jännite, R = vastus

Kuten voimme nähdä, edellä olevassa kaavassa R on pariton parametri, koska kyseessä on kondensaattori virranrajoittajana.

Tämän murtamiseksi meidän on johdettava menetelmä, joka kääntää kondensaattorin virran raja-arvon ohmina tai vastusyksikkönä, jotta Ohmin lakikaava voitaisiin ratkaista.

Kondensaattorin reaktanssin laskeminen

Tätä varten selvitetään ensin kondensaattorin reaktanssi, jota voidaan pitää vastuksen vastusekvivalenttina.

Reaktanssin kaava on:

Xc = 1/2 (pi) fC

missä Xc = reaktanssi,

pi = 22/7

f = taajuus

C = kondensaattorin arvo Faradissa

Edellä olevasta kaavasta saatu tulos on ohmina, joka voidaan korvata suoraan aiemmin mainitussa Ohmin laissa.

Ratkaistaan ​​esimerkki yllä olevien kaavojen toteuttamisen ymmärtämiseksi:

Katsotaanpa, kuinka paljon virtaa 1uF-kondensaattori voi antaa tietylle kuormalle:

Meillä on seuraavat tiedot kädessämme:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (verkkovirran taajuus)

ja C = 1uF tai 0,000001F

Reaktiivisuusyhtälön ratkaiseminen yllä olevien tietojen avulla antaa:

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

= Noin 3184 ohmia

Korvaamalla tämä vastaava vastusarvo Ohmin lain kaavassa saadaan:

R = V / I

tai I = V / R

Olettaen, että V = 220 V (koska kondensaattori on tarkoitettu toimimaan verkkojännitteen kanssa).

Saamme:

I = 220/3184

= Noin 0,069 ampeeria tai noin 69 mA

Vastaavasti muut kondensaattorit voidaan laskea niiden maksimaalisen virranjakokapasiteetin tai luokituksen tiedosta.

Yllä oleva keskustelu selittää kattavasti, kuinka kondensaattorin virta voidaan laskea missä tahansa asiaankuuluvassa piirissä, etenkin muuntajattomissa kapasitiivisissa teholähteissä.

VAROITUS: Ylläolevaa mallia ei ole eristetty päävirtalähteestä, minkä vuoksi koko yksikkö voisi olla kelluva letkun syöttöpisteiden kanssa, oltava äärimmäisen varovainen, kun sitä käsitellään asennossa.