Het is winstgevender en gemakkelijker om elektrische laagspanningsapparatuur en radioapparatuur via het lichtnet van stroom te voorzien. Transformatorvoedingen zijn hiervoor het meest geschikt, omdat ze veilig in gebruik zijn. De belangstelling voor transformatorloze voedingen (BTBP) met gestabiliseerde uitgangsspanning neemt echter niet af. Een van de redenen is de complexiteit van de productie van de transformator. Maar voor de BTBP is dit niet nodig - alleen de juiste berekening is vereist, maar dit is precies wat onervaren beginnende elektriciens bang maakt. Dit artikel helpt u bij het maken van berekeningen en het ontwerpen van een transformatorloze voeding.
Een vereenvoudigd diagram van het BPTP wordt getoond in Fig. 1. Diodebrug VD1 is verbonden met het netwerk via een bluscondensator C-gas, in serie verbonden met een van de diagonalen van de brug. De andere diagonaal van de brug werkt voor de belasting van de blokweerstand R n. Een filtercondensator Cf en een zenerdiode VD2 zijn parallel aan de belasting aangesloten.
De berekening van de voeding begint met het instellen van de spanning U n op de belasting en de stroomsterkte In n. verbruikt door de lading. Hoe groter de capaciteit van de condensator C, hoe hoger de energiecapaciteiten van de BPTP.
Capaciteitsberekening
De tabel toont gegevens over de capaciteit X c van het condensator C-gas met een frequentie van 50 Hz en de gemiddelde waarde van de stroom I cf die door het condensator C-gas wordt doorgegeven, berekend voor het geval dat R n = 0, dat wil zeggen wanneer kortsluiting ladingen. (De BTBP is immers niet gevoelig voor deze abnormale bedrijfsmodus, en dit is nog een groot voordeel ten opzichte van transformatorvoedingen.)Andere betekenissen capaciteit X s (in kilo-ohm) en de gemiddelde stroomwaarde I sr (in milliampère) kunnen worden berekend met behulp van de formules:
C-blusser is de capaciteit van de bluscondensator in microfarads.
Als we de zenerdiode VD2 uitsluiten, zal de spanning U n op de belasting en de stroom In daardoorheen afhangen van de belasting R n. Het is eenvoudig om deze parameters te berekenen met behulp van de formules:
U n - in volt, R n en X n - in kilo-ohm, I n - in milliampère, C-gas - in microfarads. (De onderstaande formules gebruiken dezelfde meeteenheden.)
Naarmate de belastingsweerstand afneemt, neemt ook de spanning daarop af, en wel volgens een niet-lineaire afhankelijkheid. Maar de stroom die door de belasting gaat, neemt toe, hoewel heel licht. Een afname van R n van 1 naar 0,1 kOhm (precies 10 keer) leidt er dus bijvoorbeeld toe dat U n 9,53 keer afneemt en de stroom door de belasting slechts 1,05 keer toeneemt. Deze “automatische” stroomstabilisatie onderscheidt BTBP van transformatorvoedingen.
Vermogen Рн bij belasting, berekend met de formule:
met een afname van Rn neemt het bijna net zo intens af als Un. Voor hetzelfde voorbeeld wordt het door de belasting verbruikte vermogen 9,1 keer verminderd.
Omdat de stroom In n van de belasting bij relatief kleine waarden van weerstand R n en spanning U n erop extreem weinig verandert, is het in de praktijk heel acceptabel om benaderende formules te gebruiken:
Door de zenerdiode VD2 te herstellen, verkrijgen we stabilisatie van de spanning U n op het niveau van U st - een waarde die vrijwel constant is voor elke specifieke zenerdiode. En bij een kleine belasting (hoge weerstand R n) is de gelijkheid U n = U st.
Berekening van de belastingsweerstand
In welke mate kan R n worden gereduceerd zodat de gelijkheid U n = U st geldig is? Zolang de ongelijkheid blijft bestaan:
Als de belastingsweerstand kleiner blijkt te zijn dan de berekende Rn, zal de spanning op de belasting dus niet langer gelijk zijn aan de stabilisatiespanning, maar iets minder, omdat de stroom door de zenerdiode VD2 zal stoppen.
Berekening van de toegestane stroom door een zenerdiode
Laten we nu bepalen welke stroom I n door de belasting R n zal vloeien en welke stroom door de zenerdiode VD2 zal vloeien. Dat is duidelijk
Naarmate de belastingsweerstand afneemt, neemt het daardoor verbruikte vermogen toe. Maar het gemiddelde vermogen dat door de BPTP wordt verbruikt, is gelijk aan
blijft onveranderd. Dit wordt verklaard door het feit dat de stroom I cf zich in tweeën splitst - I n en I st - en, afhankelijk van de belastingsweerstand, wordt herverdeeld tussen R n en de zenerdiode VD2, en zo dat hoe lager de belastingsweerstand R n , hoe minder stroom er door de zenerdiode vloeit, en omgekeerd. Dit betekent dat als de belasting klein is (of volledig afwezig), de zenerdiode VD2 zich in de moeilijkste omstandigheden zal bevinden. Dat is de reden waarom het niet wordt aanbevolen om de belasting van de BPTP te verwijderen, anders zal alle stroom door de zenerdiode gaan, wat tot een storing kan leiden.
De amplitudewaarde van de netwerkspanning is 220·√2=311(V). De pulswaarde van de stroom in het circuit kan, als we de condensator Cf verwaarlozen, bereiken
Dienovereenkomstig moet de zenerdiode VD2 hier op betrouwbare wijze bestand tegen zijn impuls stroom in geval van onbedoelde ontkoppeling van de belasting. We mogen mogelijke spanningsoverbelastingen in het verlichtingsnetwerk niet vergeten, die 20...25% van de nominale waarde bedragen, en de stroom berekenen die door de zenerdiode gaat wanneer de belasting uitgeschakeld is, rekening houdend met een correctiefactor van 1,2. ..1.25.
Als er geen krachtige zenerdiode is
Als er geen zenerdiode met een geschikt vermogen is, kan deze volledig worden vervangen door een diode-transistoranaloog. Maar dan moet het BTBP worden gebouwd volgens het schema in Fig. 2. Hier neemt de stroom die door de zenerdiode VD2 vloeit af in verhouding tot de statische overdrachtscoëfficiënt van de krachtige basisstroom npn-transistor VT1. De spanning van de UCT-analoog zal ongeveer 0,7 V hoger zijn dan de Ust van de zenerdiode VD2 met het laagste vermogen als de transistor VT1 van silicium is, of 0,3 V als deze van germanium is.Ook hier is een transistor toepasbaar. p-n-p-structuren. Dan wordt echter de schakeling uit figuur gebruikt. 3.
Berekening van halve golfblokken
Naast een dubbelzijdige gelijkrichter wordt in BTBP soms de eenvoudigste halfgolfgelijkrichter gebruikt (Fig. 4). In dit geval wordt de belasting Rn alleen gevoed door positieve halve cycli AC, en de negatieve passeren de diode VD3 en omzeilen de belasting. Daarom zal de gemiddelde stroom I cf door diode VD1 de helft bedragen. Dit betekent dat je bij het berekenen van het blok, in plaats van X c, 2 maal de weerstand gelijk aan moet nemen
en de gemiddelde stroom bij een kortgesloten belasting zal gelijk zijn aan 9,9 · πС blusser = 31,1 С blussen. De verdere berekening van deze versie van het BPTP gebeurt volledig op dezelfde manier als in de voorgaande gevallen.
Berekening van de spanning op de bluscondensator
Algemeen wordt aangenomen dat bij een netwerkspanning van 220 V de nominale spanning van de bluscondensator C minimaal 400 V moet zijn, dat wil zeggen met een marge van ongeveer 30 procent ten opzichte van de amplitude van de netwerkspanning, aangezien 1,3 311 = 404 (V) . In sommige van de meest kritieke gevallen moet de nominale spanning echter 500 of zelfs 600 V zijn.En nog een ding. Bij het selecteren van een geschikte condensator C moet er rekening mee worden gehouden dat het onmogelijk is om condensatoren van het type MBM, MBPO, MBGP, MBGTs-1, MBGTs-2 in BTBP te gebruiken, omdat ze niet zijn ontworpen om in wisselstroomcircuits te werken. met een amplitudespanningswaarde groter dan 150 V.
Condensatoren MBGCh-1, MBGCh-2 met een nominale spanning van 500V werken het meest betrouwbaar in BTBP (van oude wasmachines, fluorescentielampen etc.) of KBG-MN, KBG-MP, maar voor een nominale spanning van 1000V.
Filtercondensator
De capaciteit van de filtercondensator Cf is analytisch moeilijk te berekenen. Daarom wordt het experimenteel geselecteerd. Ongeveer moet worden aangenomen dat voor elke milliampère gemiddelde stroom die wordt verbruikt, het nodig is om ten minste 3...10 μF van deze capaciteit te nemen als de BTBP-gelijkrichter dubbelfasig is, of 10...30 μF als deze gelijkrichter is. halve golf.De nominale spanning van de gebruikte oxidecondensator C f moet minimaal U st zijn. En als er geen zenerdiode in de BTBP zit en de belasting constant is ingeschakeld, moet de nominale spanning van de filtercondensator de waarde overschrijden:
Als de belasting niet constant kan worden ingeschakeld en er geen zenerdiode is, moet de nominale spanning van de filtercondensator meer dan 450 V zijn, wat nauwelijks acceptabel is vanwege de grote maten condensator Cf. Overigens mag de belasting in dit geval pas opnieuw worden aangesloten nadat de BTBP van het netwerk is losgekoppeld.
En dat is nog niet alles
Elk van mogelijke opties Het is raadzaam om de BTBP aan te vullen met nog twee hulpweerstanden. Een daarvan, waarvan de weerstand in het bereik van 300 kOhm...1 MOhm kan liggen, is parallel verbonden met de condensator C-blusser. Deze weerstand is nodig om de ontlading van condensator C te versnellen nadat het apparaat van het netwerk is losgekoppeld. Een andere - ballast - met een weerstand van 10...51 Ohm is opgenomen in de opening van een van netwerk draden bijvoorbeeld in serie met condensator C gedoofd. Deze weerstand begrenst de stroom door de diodes van de VD1-brug wanneer de BTBP op het netwerk is aangesloten. Het dissipatievermogen van beide weerstanden moet minimaal 0,5 W zijn, wat nodig is om te garanderen tegen mogelijke oppervlaktedoorslag van deze weerstanden door hoge spanning. Door de ballastweerstand zal de zenerdiode iets minder belast worden, maar zal het gemiddelde stroomverbruik van de BTBP merkbaar toenemen.Welke diodes te nemen
De functie van de dubbelzijdige gelijkrichter BTBP volgens de circuits in Fig. 1...3 kan worden gemaakt door diodesamenstellen uit de KTs405- of KTs402-serie met letterindexen Ж of И, als de gemiddelde stroom niet groter is dan 600 mA, of met indices A, B, als de stroomwaarde 1 A bereikt. Vier afzonderlijke diodes aangesloten volgens brugschakeling, bijvoorbeeld KD105-serie met indices B, V of G, D226 B of V - tot 300 mA, KD209 A, B of V - tot 500...700 mA, KD226 V, G of D - tot 1,7 A.Diodes VD1 en VD3 in het BTBP volgens het diagram in Fig. 4 kan elk van de bovenstaande zijn. Het is ook toegestaan om twee diodesamenstellen KD205K V, G of D te gebruiken voor een stroomsterkte tot 300 mA of KD205 A, V, Zh of I - tot 500 mA.
En nog een laatste ding. De transformatorloze voeding en de daarop aangesloten apparatuur worden rechtstreeks op het AC-netwerk aangesloten! Daarom moeten ze op betrouwbare wijze van buitenaf worden geïsoleerd, bijvoorbeeld in een plastic behuizing worden geplaatst. Bovendien is het ten strengste verboden om een van hun terminals te “aarden”, en om de behuizing te openen wanneer het apparaat is ingeschakeld.
De voorgestelde methodologie voor het berekenen van BPTP is door de auteur al een aantal jaren in de praktijk getest. De hele berekening wordt uitgevoerd op basis van het feit dat de BPTP in wezen een parametrische spanningsstabilisator is, waarbij de rol van stroombegrenzer wordt vervuld door een bluscondensator.
Tijdschrift "SAM" nr. 5, 1998
Tegenwoordig zijn ze erg populair onder radioamateurs. netwerk blokken voedingen waarin een condensator de rol van ballastelement speelt. De keuze voor een condensator voor dit doel heeft enkele kenmerken waarmee rekening moet worden gehouden. De belangrijkste parameter hier is geldige waarde spanningsamplitudes met een frequentie van 50 Hz.
Zoals bekend is de nominale spanning van een condensator bedoeld voor gebruik in radio-elektronische apparatuur, wordt de waarde van de grootste genoemd Gelijkstroom spanning, waarbij de condensator betrouwbaar functioneert gedurende de gespecificeerde levensduur. Wanneer een condensator in wisselstroomcircuits werkt, wordt de amplitude AC-spanning er moet altijd minder op staan (in als laatste redmiddel gelijk) aan de nominale spanning, en hoeveel minder hangt volledig af van het type condensator. Voor een MBGO-condensator met een nominale spanning van 630 V is de toegestane amplitude van een wisselspanning met een frequentie van 50 Hz bijvoorbeeld 126 V, en voor een MBM met een spanning van 1000 V - 250 V.
De betrouwbaarheid van de ballastcondensator van een transformatorloze voeding kan worden gegarandeerd, op voorwaarde dat de waarde van de voor de condensator toegestane wisselspanningsamplitude groter is dan de amplitude van de netwerkspanning. Als effectieve waarde spanning is 220 V, dan zal de amplitude dat zijn
Er worden een aantal beperkingen opgelegd aan de in de tabel aangegeven kenmerken.
Ten eerste wordt de bovengrens van de toegestane amplitude van de wisselspanning gekozen op 630 V. Een grotere amplitudemarge zal de betrouwbaarheid van de eenheid niet vergroten, maar zal de afmetingen aanzienlijk vergroten. Ten tweede wordt de container ingesteld ondergrens- 0,22 µF. Het geselecteerde capaciteitsbereik voldoet aan de meeste praktische gevallen. De derde beperking is het maximale gewicht van 60 g; het vereist geen commentaar.
En ten slotte, ten vierde, zijn er minstens drie classificaties van hetzelfde type condensatoren in de tabel opgenomen, die overeenkomen met de eerste drie beperkingen.
De tabel biedt een keuze uit capaciteitswaarden, nominale spanning en type ballastcondensator voor een apparaat zonder transformator ontworpen voor aansluiting op een 200 V, 50 Hz netwerk en een stroomverbruik van 12...100 mA. De stroom kan worden verhoogd parallelle verbinding twee of drie condensatoren.
Met behulp van de tabel is het mogelijk om verschillende opties voor het selecteren van condensatoren te vergelijken verschillende soorten capaciteit dichtbij de berekende capaciteit. Vergelijking wordt uitgevoerd door het teken en de waarde van de afwijking van de capaciteit van de berekende waarde, de marge van de elektrische isolatiesterkte, evenals de massa en het volume van de condensatoren. Het volume wordt berekend op basis van de lineaire afmetingen van de condensatoren. De veiligheidsfactor voor de elektrische sterkte is gelijk aan de verhouding tussen de toegestane spanningsamplitude voor een condensator met een frequentie van 50 Hz en de netspanningsamplitude.
Voor de typen condensatoren in de tabel bleven sommige capaciteitswaarden buiten het bereik ervan. De zoekrichting in de directory naar ontbrekende capaciteitswaarden in de tabel wordt aangegeven met stippen.
Vanwege opgelegde beperkingen zijn sommige typen condensatoren niet in de tabel opgenomen. Onder hen zijn MBGCh, K42-19, K75-10 en K78-2, waarvan de referentiekenmerken niet overeenkomen met de derde en vierde beperking. U kunt een geschikte condensator vinden met behulp van het naslagwerk, rekening houdend met de eerste beperking.
Literatuur
- Elektrische condensatoren en condensatoreenheden. - M.: Energoatomizdat, 1987, p. 495.
- Gids voor elektrische condensatoren. - M.: Radio en communicatie, 1983, p. 168.
- Biryukov S. Berekening van een netwerkvoeding met een bluscondensator. - Radio, 1997, nr. 5, p. 48 - 50.
De noodzaak om een LED op het netwerk aan te sluiten is een veel voorkomende situatie. Dit omvat een indicator voor het inschakelen van apparaten, een schakelaar met achtergrondverlichting en zelfs een diodelamp.
Er zijn veel schema's voor het aansluiten van indicator-LED's met laag vermogen via een weerstandsstroombegrenzer, maar een dergelijk verbindingsschema heeft bepaalde nadelen. Als u een diode met een nominale stroom van 100-150 mA moet aansluiten, heeft u een zeer krachtige weerstand nodig, waarvan de afmetingen aanzienlijk groter zullen zijn dan de diode zelf.
Zo zou het aansluitschema van de tafellamp eruit zien diodelamp. En krachtige weerstanden van tien watt bij lage kamertemperatuur zouden kunnen worden gebruikt extra bron verwarming.
Het gebruik van geleiders als stroombegrenzer maakt het mogelijk om de afmetingen van een dergelijk circuit aanzienlijk te verkleinen. Zo ziet de voeding voor een diodelamp van 10-15 W eruit.
Het werkingsprincipe van circuits met behulp van een ballastcondensator
In dit circuit is de condensor een stroomfilter. Er wordt alleen spanning aan de belasting geleverd totdat de condensor volledig is opgeladen, waarvan de tijd afhangt van de capaciteit. In dit geval vindt er geen warmteontwikkeling plaats, waardoor de beperkingen op het belastingsvermogen worden opgeheven.
Om te begrijpen hoe dit circuit werkt en het principe van het selecteren van een ballastelement voor een LED, wil ik u eraan herinneren dat spanning de snelheid is van elektronen die langs de geleider bewegen, en stroom de elektronendichtheid.
Voor een diode is het absoluut onverschillig met welke snelheid elektronen er doorheen zullen ‘vliegen’. De berekening van de geleider is gebaseerd op de stroombegrenzing in het circuit. We kunnen minstens tien kilovolt toepassen, maar als de stroom enkele microampère bedraagt, zal het aantal elektronen dat door het lichtgevende kristal gaat voldoende zijn om slechts een klein deel van de lichtzender te prikkelen en zullen we de gloed niet zien.
Tegelijkertijd zal bij een spanning van enkele volt en een stroom van tientallen ampère de elektronenfluxdichtheid aanzienlijk hoger zijn dan doorvoer diodematrix, die het overschot omzet in thermische energie, en ons LED-element verdampt eenvoudigweg in een rookwolkje.
Berekening van een bluscondensator voor een LED
Laten we eens kijken naar de gedetailleerde berekening. Hieronder vindt u het online calculatorformulier.
Berekening van de condensatorcapaciteit voor een LED:
C(uF) = 3200 * Isd) / √(Uin² - Uuit²)
Met uF– condensorcapaciteit. Het moet een vermogen van 400-500 V hebben;
ISD– nominale stroom van de diode (zie de paspoortgegevens);
Uin – piek spanning netwerken - 320V;
Uit– nominale voedingsspanning van de LED.
Je kunt ook de volgende formule vinden:
C = (4,45 * I) / (U - Ud)
Het wordt gebruikt voor belastingen met een laag vermogen tot 100 mA en tot 5V.
Berekening van een condensator voor een LED (online calculator):
Voor de duidelijkheid zullen we verschillende aansluitschema's berekenen.
Om de capaciteit van de condensor te berekenen hebben we nodig:
- Maximale diodestroom – 0,15A;
- voedingsspanning diode – 3,5V;
- amplitudespanning van het netwerk - 320V.
Voor dergelijke omstandigheden zijn de parameters van de condensor: 1,5 µF, 400 V.
Bij het berekenen van een condensator voor LED-lamp het is noodzakelijk om er rekening mee te houden dat de diodes daarin in groepen zijn verbonden.
- Voedingsspanning voor een serieschakeling – Usd * aantal LED's in de keten;
- stroomsterkte – Isd * aantal parallelle ketens.
Laten we bijvoorbeeld een model nemen met zes parallelle lijnen van vier seriediodes.
Voedingsspanning – 4 * 3,5V = 14V;
Circuitstroom – 0,15A * 6 = 0,9A;
Voor dit circuit zijn de condensorparameters: 9 μF, 400 V.
Een eenvoudig LED-voedingscircuit met een condensator
Laten we eens kijken naar een apparaat zonder transformatorvoeding voor LED's, waarbij we het voorbeeld gebruiken van een fabrieks-LED-lampdriver.
- R1– een weerstand van 1 W, die het belang van spanningsdalingen in het netwerk vermindert;
- R2,C2– de condensor dient als stroombegrenzer en de weerstand dient om deze te ontladen na ontkoppeling van het netwerk;
- C3– afvlakcondensor, om lichtpulsatie te verminderen;
- R3– dient om spanningsdalingen na conversie te beperken, maar het is beter om in plaats daarvan een zenerdiode te installeren.
Welke condensator kan als ballast worden gebruikt?
Keramische elementen ontworpen voor 400-500V worden gebruikt als bluscondensatoren voor LED's. Het gebruik van elektrolytische (polaire) condensatoren is verboden.
Voorzorgsmaatregelen
Transformatorloze circuits hebben geen galvanische isolatie. De stroomsterkte van het circuit wanneer er extra weerstand optreedt, bijvoorbeeld als u met uw hand een bloot contact in het circuit aanraakt, kan aanzienlijk toenemen en elektrisch letsel veroorzaken.
Ik was van plan verlichting te maken voor mijn datsja. Volgens schattingen bleek dat zo te zijn benodigde kracht voor gloeilampen ongeveer 300 - 400 W. Ik besloot dit met LED's te doen, zowel om geld te besparen als om nieuwe technologieën te introduceren. Er zijn 4 stuks besteld. 20 W LED-matrices met “warme” kleuren, met de verwachting dat 1,5 - 2 keer minder stroom wordt gebruikt (in het geval dat er een “Chinese fout” is in het aangegeven vermogen).
Matrixgegevens van de verkoper:
Ingangsspanning: 30-34Vdc
Vermogen: 20W
Lichtstroom: 1600LM
Tijdsduur: >50.000 uur
Maat: 4,7*4,7 cm
De track werd alleen in China gevolgd, de levering duurde ongeveer een maand. Ze kwamen in deze verpakking. 
.
De matrices zelf zien er zo uit
Voordat we verder gaan met het diagram, een paar woorden over de parameters van de matrices, die ik experimenteel heb bepaald.
Bij lage stroom gloeien ze ongelijkmatig.
Naarmate de stroom toeneemt, is het verschil onmerkbaar.
De matrix bereikt de aangegeven 20 W bij ongeveer 36 V, wat iets hoger is dan de aangegeven 34 V. De parameters voor alle matrices verschillen weinig. De stroom is behoorlijk afhankelijk van de temperatuur. Dus van 20 graden bij een vaste spanning met een beginstroom van 400 mA tot 60 graden. de stroom verandert naar 90 mA.
De metingen zijn uitgevoerd met een FD-24K fotodiode. Het resultaat is uiteraard relatieve eenheden. Het blijkt dat een verdubbeling van de stroom niet de intensiteit verdubbelt, maar iets minder.
Laten we nu verder gaan met het diagram. Soortgelijke regelingen zijn hier meer dan eens besproken. Als voorbeeld geef ik één link; ik denk dat het niet moeilijk zal zijn om andere te vinden. Wat mij aantrok in dit plan was het gemak van implementatie, de betrouwbaarheid en het gebrek aan interferentie. Bovendien had ik alle hoofdcomponenten al jaren bij de hand.
Ik ben van plan om vier matrices in series op te nemen.
Hier is een diagram, om zo te zeggen, “a la naturel”.
Ja, de onderdelen zijn behoorlijk oud, maar behoorlijk functioneel. De keuze van de condensatoren C1 en C2 moet zorgvuldig worden benaderd, het is niet alleen belangrijk; bedrijfsspanning, maar ook de diëlektrische verliestangens, omdat reactief vermogen in het circuit kan 150 W bereiken. Waarschijnlijk kun je hiervoor startcondensatoren gebruiken asynchrone motoren. Ik gebruikte condensatoren van het MBGO-type en merkte geen enkele verwarming op.
Bekende nadelen van dergelijke schema's:
1. Galvanische verbinding met het elektriciteitsnet.
2. Gebrek aan huidige stabilisatie
3. Er bestaat een risico op uitval van de C3-elektrolyt als er een breuk is in het LED-circuit.
4. Grote afmetingen vergeleken met gepulseerde voedingen.
Laten we naar deze punten kijken.
Op het eerste punt, het probleem wordt opgelost door betrouwbare isolatie, zoals bij de meeste huishoudelijke apparaten. Er bestaat alleen gevaar tijdens het aanpassen, maar wat valt er aan te passen? :) In ieder geval moet u de veiligheidsmaatregelen in acht nemen!
Op het tweede punt, speelt de aanwezigheid van een vrij grote ballast al de rol van stroomstabilisator. Bovendien bevat mijn circuit ook twee gloeilampen, die een niet-lineaire weerstand hebben en fungeren als een extra stroomstabilisator (en ook als zekering). De LED-matrix werd getest bij een initiële stroom van 400 mA. Toen de temperatuur veranderde van 20 graden naar 60 graden, nam de stroom toe met minder dan 5 mA. Er blijft het probleem van de instabiliteit van de voedingsspanning (en dus de stroom), dat niet in zo'n eenvoudig schema kan worden opgelost.
Op het derde punt, als je een condensator gebruikt voor een spanning van 150 V, aangezien de matrices zelf de rol van stabilisator zullen spelen voor een spanning van ongeveer 140 V, maar je moet parallel een krachtige zenerdiode installeren voor een spanning van 150 V om te beschermen tegen breuk. De zenerdiode heeft ook een koellichaam nodig. Ik heb zojuist een condensator van 350 V gebruikt, waardoor al deze problemen zijn geëlimineerd.
Op de vierde, afmetingen zijn voor mijn doeleinden niet belangrijk. Ik ben van plan hem in een formaat van 10x8x5 cm te plaatsen.
Nog een paar opmerkingen. Het circuit maakt gebruik van een elektrolyt met een vrij grote capaciteit - 800 μF; dit wordt gedaan om de rimpel te verminderen. Als voorbeeld zal ik een grafiek geven van de stroom met deze capaciteit. De grafiek is verkregen in het simulatorprogramma, omdat er geen oscilloscoop bij de hand is. De vraag hoe goed de LED's die ik in de simulator gebruik overeenkomen met de echte blijft open. Ter rechtvaardiging kan ik zeggen dat ik voor gelijkstroom de naleving heb bereikt met een nauwkeurigheid van 10 procent.
Helemaal aan het begin van het onderwerp zullen we, met betrekking tot de selectie van een bluscondensator, een circuit beschouwen dat bestaat uit een weerstand en een condensator die in serie met het netwerk zijn verbonden. De totale weerstand van een dergelijk circuit is gelijk aan:
De effectieve stroomwaarde wordt dienovereenkomstig gevonden volgens de wet van Ohm, de netwerkspanning gedeeld door de totale weerstand van het circuit:
Als gevolg hiervan verkrijgen we voor de belastingsstroom en de ingangs- en uitgangsspanningen de volgende relatie:
En als de uitgangsspanning laag genoeg is, kunnen we aannemen dat deze ongeveer gelijk is aan:
Laten we echter vanuit praktisch oogpunt de kwestie bekijken van het selecteren van een bluscondensator voor aansluiting op een wisselstroomnetwerk met een belasting die is ontworpen voor een spanning lager dan de standaard netspanning.
Laten we zeggen dat we een gloeilamp van 100 W hebben met een vermogen van 36 volt, en om de een of andere ongelooflijke reden moeten we deze van stroom voorzien via een huishoudelijk netwerk van 220 volt. De lamp heeft een effectieve stroom nodig die gelijk is aan:
Dan is de capaciteit van de vereiste bluscondensator gelijk aan:
Als we zo'n lamp hebben, krijgen we hoop op een normale gloed van de lamp, we hopen dat dit het geval zal zijn ten minste zal niet doorbranden. Deze aanpak, als we uitgaan van effectieve waarde stroom, acceptabel voor ohmse belastingen zoals een lamp of verwarming.
Maar wat te doen als de belasting niet-lineair is en doorgeschakeld is? Laten we zeggen dat je moet opladen loodzuur batterij. Wat dan? Dan laadstroom zal pulserend lijken voor de batterij, en de waarde zal lager zijn dan de effectieve waarde:
Soms kan een radioamateur het nuttig vinden om over een stroombron te beschikken waarin een bluscondensator in serie is geschakeld met een diodebrug, aan de uitgang waarvan zich op zijn beurt een filtercondensator met aanzienlijke capaciteit bevindt, waarop een belasting wordt aangesloten. aangesloten gelijkstroom. Het blijkt een soort transformatorloze stroombron met een condensator in plaats van een step-down transformator:
Hier zal de belasting als geheel niet-lineair zijn en zal de stroom niet langer sinusoïdaal zijn, en zullen de berekeningen enigszins anders moeten worden uitgevoerd. Feit is dat een afvlakcondensator met een diodebrug en een belasting zich naar buiten zal manifesteren als een symmetrische zenerdiode, omdat de rimpel met een aanzienlijke filtercapaciteit verwaarloosbaar zal worden.
Wanneer de spanning op de condensator lager is dan een bepaalde waarde, wordt de brug gesloten, en als deze hoger is, zal de stroom vloeien, maar de spanning aan de bruguitgang zal niet toenemen. Laten we het proces in meer detail bekijken met grafieken:
Op tijdstip t1 heeft de netwerkspanning de amplitude bereikt, ook condensator Cl wordt op dit moment opgeladen tot de maximaal mogelijke waarde minus de spanningsval over de brug, die ongeveer gelijk zal zijn aan de uitgangsspanning. De stroom door condensator C1 is op dit moment nul. Toen begon de spanning in het netwerk af te nemen, de spanning op de brug ook, maar op condensator C1 verandert deze nog niet, en de stroom door condensator C1 is nog steeds nul.
Vervolgens verandert de spanning op de brug van teken en heeft de neiging af te nemen tot minus Uin, en op dat moment vloeit er stroom door de condensator C1 en door de diodebrug. Verder verandert de spanning aan de bruguitgang niet en hangt de stroom in het seriecircuit af van de snelheid waarmee de voedingsspanning verandert, alsof alleen condensator Cl op het netwerk is aangesloten.
Wanneer de sinusoïde van het netwerk de tegenovergestelde amplitude bereikt, wordt de stroom door C1 opnieuw gelijk aan nul En het proces zal gaan in een cirkel, elke halve periode herhalend. Het is duidelijk dat er alleen stroom door de diodebrug vloeit in het interval tussen t2 en t3, en de waarde van de gemiddelde stroom kan worden berekend door het gebied van de patch onder de sinusgolf te bepalen, wat gelijk zal zijn aan:
Als uitgangsspanning de circuits zijn dan klein genoeg deze formule benadert het eerder verkregen resultaat. Als de uitgangsstroom gelijk wordt gesteld aan nul, krijgen we:
Dat wil zeggen, als de belasting breekt, wordt de uitgangsspanning gelijk aan de amplitude van de netspanning!!! Dit betekent dat dergelijke componenten in het circuit moeten worden gebruikt, zodat elk van hen bestand is tegen de amplitude van de voedingsspanning.
Trouwens, wanneer de belastingsstroom met 10% afneemt, zal de uitdrukking tussen haakjes met 10% afnemen, dat wil zeggen dat de uitgangsspanning met ongeveer 30 volt zal toenemen als we in eerste instantie te maken hebben met bijvoorbeeld 220 volt aan de ingang en 10 volt aan de uitgang. Het gebruik van een zenerdiode parallel aan de belasting is dus strikt noodzakelijk!!!
Wat als de gelijkrichter een halve golf is? Vervolgens moet de stroom worden berekend met behulp van de volgende formule:
Bij kleine waarden van de uitgangsspanning zal de belastingsstroom de helft worden van die van volledige bruggelijkrichting. En de uitgangsspanning zonder belasting zal twee keer zo hoog zijn, aangezien we hier te maken hebben met een spanningsverdubbelaar.
Een stroombron met een bluscondensator wordt dus in de volgende volgorde berekend:
De eerste stap is om te kiezen wat de uitgangsspanning zal zijn.
Vervolgens worden de maximale en minimale belastingsstromen bepaald.
Als wordt aangenomen dat de belastingsstroom variabel is, is een zenerdiode parallel aan de belasting vereist!
Tenslotte wordt de capaciteit van de bluscondensator berekend.
Voor een circuit met dubbelzijdige gelijkrichting wordt voor een netwerkfrequentie van 50 Hz de capaciteit gevonden met behulp van de volgende formule:
Het resultaat verkregen uit de formule wordt afgerond naar de capaciteit van een grotere nominale waarde (bij voorkeur niet meer dan 10%).
De volgende stap is het vinden van de stabilisatiestroom van de zenerdiode maximale spanning voeding en minimaal stroomverbruik:
Voor een halfgolf-gelijkrichtcircuit is de bluscondensator en maximale stroom Zenerdiode wordt berekend met behulp van de volgende formules:
Bij het kiezen van een bluscondensator is het beter om je te concentreren op film- en metaal-papiercondensatoren. Filmcondensatoren met een kleine capaciteit - tot 2,2 microfarad voor een bedrijfsspanning van 250 volt, werken goed in deze circuits wanneer ze worden gevoed vanuit een 220 volt-netwerk. Als u een grote capaciteit nodig heeft (meer dan 10 microfarad), is het beter om een condensator te kiezen met een bedrijfsspanning van 500 volt of meer.
Andrej Povny
