Transformatörsüz Güç Kaynakları Nasıl Hesaplanır

Bu yazı, ohm kanunu gibi basit formüller kullanarak transformatörsüz güç kaynağı devrelerinde direnç ve kapasitör değerlerinin nasıl hesaplanacağını açıklamaktadır.

Kapasitif Bir Güç Kaynağını Analiz Etme

Transformatörsüz bir güç kaynağında direnç ve kondansatör değerlerini hesaplama ve optimize etme formülünü öğrenmeden önce, önce bir standardı özetlemek önemli olacaktır. transformatörsüz güç kaynağı tasarımı .

Şemaya referansla, ilgili çeşitli bileşenlere aşağıdaki özel işlevler atanmıştır:

C1, yük spesifikasyonuna göre ölümcül şebeke akımını istenen sınırlara düşürmek için sunulan kutupsuz yüksek gerilim kondansatörüdür. Bu bileşen, atanan şebeke akımı sınırlama işlevi nedeniyle son derece önemli hale gelir.

D1 ila D4, bir köprü doğrultucu ağı Çıkışı amaçlanan herhangi bir DC yüküne uygun hale getirmek için, C1'den düşük AC'yi düzeltmek için.

Z1, çıkışı gerekli güvenli voltaj sınırlarına sabitlemek için konumlandırılmıştır.

C2, tüm dalgalanmaları filtreleyin DC'de ve bağlı yük için mükemmel temiz bir DC oluşturmak için.

R2 isteğe bağlı olabilir, ancak şebekeden gelen bir anahtar AÇIK dalgalanmasıyla mücadele etmek için önerilir, ancak tercihen bu bileşenin bir NTC termistör ile değiştirilmesi gerekir.

Ohm Yasasını Kullanma

Hepimiz Ohm yasasının nasıl işlediğini ve diğer ikisi bilindiğinde bilinmeyen parametreyi bulmak için nasıl kullanılacağını biliyoruz. Bununla birlikte, kendine özgü özelliklere sahip ve ona bağlı LED'ler ile kapasitif bir güç kaynağı türü ile akım, voltaj düşüşü ve LED direnci hesaplamak biraz kafa karıştırıcı hale gelir.

Transformatörsüz Güç Kaynaklarında Akım, Gerilim Parametrelerinin Hesaplanması ve Çıkarılması.

İlgili modelleri dikkatlice inceledikten sonra, özellikle kullanılan güç kaynağı transformatörsüz olduğunda veya akımı kontrol etmek için PPC kapasitörler veya reaktans içeriyorsa, yukarıdaki sorunları çözmenin basit ve etkili bir yolunu buldum.

Kapasitif Güç Kaynaklarındaki Akımı Değerlendirme

Tipik olarak bir transformatörsüz güç kaynağı çok düşük akım değerlerine sahip ancak uygulanan AC şebekesine eşit voltajlara sahip (yüklenene kadar) bir çıkış üretecektir.

Örneğin, 220 V x 1,4 = 308 V (köprüden sonra) şebeke beslemesine bağlandığında 1 µF, 400 V (arıza voltajı), maksimum 70 mA akım ve 308 Voltluk bir başlangıç ​​voltaj okuması üretecektir.

Bununla birlikte, çıkış yüklenirken ve akım '70 mA' rezervuardan çekilirken bu voltaj çok doğrusal bir düşüş gösterecektir.

Yükün 70 mA'nın tamamını tüketmesi durumunda voltajın neredeyse sıfıra düşeceği anlamına geleceğini biliyoruz.

Şimdi bu düşüş doğrusal olduğundan, farklı büyüklükteki yük akımları için meydana gelebilecek voltaj düşüşlerini bulmak için başlangıç ​​çıkış voltajını maksimum akımla basitçe bölebiliriz.

Bu nedenle 308 volt'u 70 mA'ya bölmek 4.4V verir. Bu, yüke eklenen her 1 mA akım için voltajın düşme oranıdır.

Bu, yükün 20 mA akım tüketmesi durumunda, voltaj düşüşünün 20 × 4.4 = 88 volt olacağı anlamına gelir, bu nedenle çıkış şimdi 308 - 62.8 = 220 volt DC (köprüden sonra) voltaj gösterecektir.

Örneğin bir 1 watt LED Direnç olmadan bu devreye doğrudan bağlanmak, LED'in ileri voltaj düşüşüne (3.3V) eşit bir voltaj gösterecektir; bunun nedeni, LED'in kapasitörden gelen neredeyse tüm akımın düşmesidir. Bununla birlikte, LED üzerindeki voltaj sıfıra düşmüyor çünkü ileri voltaj, içinden düşebilecek maksimum belirtilen voltajdır.

Yukarıdaki tartışma ve analizden, güç kaynağının akım sağlama kapasitesi 'nispeten' düşükse, herhangi bir güç kaynağı birimindeki voltajın önemsiz olduğu anlaşılır.

Örneğin, bir LED'i düşünürsek, 'ileri voltaj düşüşüne' yakın voltajlarda 30 ila 40 mA akıma dayanabilir, ancak daha yüksek voltajlarda bu akım LED için tehlikeli olabilir, bu nedenle her şey maksimum akımı eşit tutmakla ilgilidir. yükün maksimum güvenli tolere edilebilir sınırı.

Direnç Değerlerinin Hesaplanması

Yük için Direnç : Yük olarak bir LED kullanıldığında, reaktans değeri yalnızca LED'e maksimum tolere edilebilir akıma izin veren bir kapasitör seçilmesi önerilir, bu durumda bir direnç tamamen önlenebilir.

Eğer kapasitör değeri daha yüksek akım çıkışları ile büyüktür, bu durumda muhtemelen yukarıda tartışıldığı gibi akımı tolere edilebilir sınırlara indirmek için bir direnç ekleyebiliriz.

Dalgalanma Limit Direncinin Hesaplanması : Yukarıdaki diyagram formlarındaki R2 direnci, anahtar-AÇIK aşırı gerilim sınırlayıcı direnci olarak dahil edilmiştir. Temelde savunmasız yükü ilk aşırı akımdan korur.

İlk AÇIK anahtarlama periyotları sırasında, C1 kondansatörü sadece birkaç milisaniye olmasına rağmen tam bir kısa devre gibi davranır ve çıkış boyunca 220V'un tamamına izin verebilir.

Bu, aynı zamanda stabilize edici zener diyotu da içeren, beslemeye bağlı hassas elektronik devreleri veya LED'leri patlatmak için yeterli olabilir.

Zener diyot, ilk dalgalanmadan korunması gereken sıradaki ilk elektronik cihazı oluşturduğundan, R2, zener diyot spesifikasyonlarına göre hesaplanabilir ve maksimum zener akımı veya zener dağıtımı.

Örneğimiz için zener tarafından maksimum tolere edilebilir akım 1 watt / 12 V = 0,083 amper olacaktır.

Bu nedenle R2 = 12 / 0.083 = 144 Ohm olmalıdır

Bununla birlikte, aşırı akım yalnızca bir milisaniye için olduğundan, bu değer bundan çok daha düşük olabilir.

Buraya. akım C1 tarafından 70 mA ile sınırlandırıldığından, zener hesaplaması için 310V girişini dikkate almıyoruz.

R2, normal işlemler sırasında yük için gereksiz bir şekilde değerli akımı kısıtlayabildiğinden, ideal olarak bir NTC direnç türü. Bir NTC, akımın yalnızca ilk AÇIK anahtarlama döneminde kısıtlanmasını sağlar ve ardından tam 70 mA'nın yük için sınırsız geçmesine izin verilir.

Deşarj Direncinin Hesaplanması : Rezistör R1, C1 içinde depolanan yüksek voltaj yükünü, devre şebekeden her ayrıldığında boşaltmak için kullanılır.

R1 değeri, C1'in hızlı deşarjı için mümkün olduğu kadar düşük olmalı, ancak şebeke AC'ye bağlanırken minimum ısıyı dağıtmalıdır.

R1, 1/4 watt'lık bir direnç olabileceğinden, yayılımı 0,25 / 310 = 0,0008 amper veya 0,8 mA'dan düşük olmalıdır.

Bu nedenle R1 = 310 / 0.0008 = 387500 Ohm veya yaklaşık 390 k.

20 mA LED Direncinin Hesaplanması

Örnek: Gösterilen diyagramda kapasitörün değeri maks. 70 mA üretir. Herhangi bir LED'in dayanabileceği oldukça yüksek akım. Standart LED / direnç formülünü kullanarak:

R = (besleme gerilimi VS - LED ileri gerilim VF) / LED akımı IL,
= (220 - 3.3) /0.02 = 10.83K,

Bununla birlikte, 10.83K değeri oldukça büyük görünüyor ve LED üzerindeki aydınlatmayı büyük ölçüde düşürecektir .... Ne olursa olsun, hesaplamalar kesinlikle meşru görünüyor ... yani burada bir şey mi kaçırıyoruz ??

Sanırım burada '220' voltajı doğru olmayabilir çünkü sonuçta LED sadece 3.3V gerektirecektir .... Öyleyse neden bu değeri yukarıdaki formülde uygulayıp sonuçları kontrol etmiyorsunuz? Bir zener diyot kullanmanız durumunda, bunun yerine zener değeri buraya uygulanabilir.

Tamam, işte yine başlıyoruz.

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

Şimdi bu çok daha iyi görünüyor.

Kullanmanız durumunda LED'den önce 12V zener diyot diyelim, formül aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

R = (besleme gerilimi VS - LED ileri gerilim VF) / LED akımı IL,
= (12 - 3.3) /0.02 = 435 Ohm,

Bu nedenle, birini kontrol etmek için direncin değeri kırmızı LED güvenle 400 ohm civarında olacaktır.

Kondansatör Akımını Bulmak

Yukarıda tartışılan transformatörsüz tasarımın tamamında C1, doğru şekilde boyutlandırılması gereken önemli bir bileşendir, böylece akım çıktısı yük spesifikasyonuna göre en uygun şekilde optimize edilir.

Nispeten daha küçük bir yük için yüksek değerli bir kapasitör seçmek, yüke giren ve yüke daha çabuk zarar veren aşırı akım riskini artırabilir.

Aksine, uygun şekilde hesaplanmış bir kapasitör, bağlı yük için yeterli güvenliği koruyan kontrollü bir ani yükselme ve nominal dağılım sağlar.

Ohm Yasasını Kullanma

Belirli bir yük için transformatörsüz bir güç kaynağı aracılığıyla en iyi şekilde izin verilebilecek akımın büyüklüğü, Ohm yasası kullanılarak hesaplanabilir:

Ben = V / R

nerede I = akım, V = Gerilim, R = Direnç

Bununla birlikte, görebildiğimiz gibi, yukarıdaki formülde R, tek bir parametredir, çünkü akım sınırlayıcı üye olarak bir kapasitörle uğraşıyoruz.

Bunu kırmak için, Ohm yasası formülünün çözülebilmesi için kapasitörün akım sınırlama değerini Ohm veya direnç birimi cinsinden çevirecek bir yöntem türetmemiz gerekir.

Kondansatör Reaktansının Hesaplanması

Bunu yapmak için önce bir direncin direnç eşdeğeri olarak düşünülebilecek kapasitörün reaktansını buluruz.

Reaktans için formül:

Xc = 1/2 (pi) fC

burada Xc = reaktans,

pi = 22/7

f = frekans

C = Faradlarda kondansatör değeri

Yukarıdaki formülden elde edilen sonuç, daha önce bahsettiğimiz Ohm yasasında doğrudan ikame edilebilen Ohm cinsindendir.

Yukarıdaki formüllerin uygulanmasını anlamak için bir örnek çözelim:

Bir 1uF kapasitörün belirli bir yüke ne kadar akım verebileceğini görelim:

Elimizde şu veriler var:

pi = 22/7 = 3.14

f = 50 Hz (şebeke AC frekansı)

ve C = 1uF veya 0.000001F

Yukarıdaki verileri kullanarak reaktans denklemini çözmek:

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

= 3184 ohm yaklaşık

Ohm kanunu formülümüzde bu eşdeğer direnç değerini değiştirerek şunu elde ederiz:

R = V / I

veya I = V / R

V = 220V varsayarsak (çünkü kapasitörün şebeke voltajı ile çalışması amaçlanmıştır.)

Biz alırız:

Ben = 220/3184

= 0,069 amper veya yaklaşık 69 mA

Benzer şekilde diğer kapasitörler, maksimum akım sağlama kapasitelerini veya derecelendirmelerini bilmek için hesaplanabilir.

Yukarıdaki tartışma, özellikle transformatörsüz kapasitif güç kaynaklarında olmak üzere herhangi bir ilgili devrede bir kapasitör akımının nasıl hesaplanabileceğini kapsamlı bir şekilde açıklamaktadır.

UYARI: YUKARIDAKİ TASARIM ŞEBEKE GİRİŞİNDEN İZOLE EDİLMEMİŞTİR, BU NEDENLE BÜTÜN ÜNİTE LETHAL GİRİŞ ŞEBEKELERİ İLE YÜZER OLABİLİR, KONUMDA DEĞİŞTİRİLMİŞ OLARAK KULLANIRKEN SON DERECE DİKKATLİ OLUN.