Бестрансформаторный источник питания. Схема и расчет

Источники питания с гасящим конденсатором — это простое и дешевое решение для питания маломощных устройств. В данной статье мы рассмотрим, как можно спроектировать, бестрансформаторный источник питания с гасящим конденсатором.

Принципиальная электрическая схема

Преимущество этой схемы в том, что здесь избыточная энергия не рассеивается в виде тепла (как при использовании резистора).

Здесь предохранитель на 200 мА защищает цепь от короткого замыкания или отказа компонентов. Варистор на 275В предохраняет схему от скачков напряжения. Основной частью этого источника питания является конденсатор С1 (X типа), так как на нем падает основная часть избыточного напряжения электросети.

Резистор R1 предназначен для разрядки конденсатора C1 при отключении питания, что предотвращает любые удары, вызванные зарядом конденсатора.

Резистор R2 предназначен для предотвращения чрезмерного переходного тока, который может протекать при включении источника питания (во время заряда C1). Полупроводники D1…D4 представляют собой мостовой выпрямитель, который выпрямляет переменное напряжение. Среди них D1 и D2 — стабилитроны, а D3 и D4 – диоды. Таким образом, выпрямленное напряжение будет ограничено напряжением стабилитронов. Конденсатор C2 — это фильтрующий конденсатор, который фильтрует выпрямленное напряжение от помех.

Работу бестрансформаторного источника питания демонстрирует выше приведенное изображение, которое не требует какого-либо особого пояснения.

В положительном полупериоде полупроводники D1 и D4 смещены в прямом направлении, и ток течет через нагрузку. Выходное напряжение будет ограничено стабилитроном D1. В отрицательном полупериоде полупроводники D2 и D3 смещены в прямом направлении, и выходное напряжение будет ограничиваться стабилитроном D2.

Расчет бестрансформаторного источника питания

Максимальный ток:

I = V / Z, где V — напряжение, а Z — полное сопротивление.

Емкостное реактивное сопротивление конденсатора равно:

X_C1 = 1 / (2πfC), где f — частота, а C — емкость.

• X_C1 = 1/(2 x 3.14 x 50 x 680 x 10^-9) = 4683Ω.
• X₁ = (X_C1 x R1)/ (X_C1 + R₁) = (4683 x 470 x 103)/ (4683 + 470 x 103) = 4637Ω (общее сопротивление C1 и R1)
• Напряжение стабилитрона Vz = 12V
• Vin = 230V
• Падение на диоде, Vd = 0.7V
• I = (Vin – Vd – Vz)/(X₁ + R2) = (230 – 0.7 – 12)/(4637 + 100) = 0.046A = 46mA.

Характеристики компонентов для источника питания 12 В, 40 мА

Согласно приведенным выше расчетам, C1 = 680 нФ, 400 В

• V _X1 = X₁ x I = 4637 x 0,046 = 213,3 В
• P_R1 = I² R1 = V²/R1 = (213,3)²/470000 = 0,1 Вт
• R1 = 470 кОм, 0,25 Вт
• P_R2 = I²R2 = (0,046)²x100 = 0,2116 Вт
• R2 = 100 Ом, 0,5 Вт
• Мощность стабилитрона , Pz = Vz x Imax = 12 x 0,046 = 0,552 Вт
• D1, D2 = 12 В, 1 Вт
• D3, D4 = 1N4007

Примечание. Лучше выбирать номинальную мощность резисторов, превышающую удвоенную рассеиваемую мощность.

Эксперимент

В нашем эксперименте мы использовали резисторы с более высоким номиналом, чем указано в расчетах. В качестве нагрузочного резистора использовали резистор сопротивлением 300 Ом (12В / 300 Ом = 40 мА), чтобы проверить нагрузочную способность источника питания.

Выходное напряжение = Vz — Vd = 12 — 0,7 = 11,3 В

Внимание. Следует соблюдать осторожность при тестировании или использовании этой схемы! Не прикасайтесь ни к каким точкам цепи, так как некоторые точки этой цепи находятся под напряжением сети!

Источник