Бестрансформаторный блок питания большой мощности для любительского передатчика

Расчет емкостного сопротивления

В таблице приведены данные по емкостному сопротивлению Хс конденсатора Сгас на частоте 50 Гц и среднему значению тока Iср, пропускаемого конденсатором Сгас, вычисленные для случая, когда Rн=0, то есть при коротком замыкании нагрузки. (Ведь к этому аномальному режиму работы БТБП не чувствителен, и в этом еще одно огромное преимущество перед трансформаторными блоками питания.)

Иные значения емкостного сопротивления Хс (в килоомах) и среднего значения тока Iср (в миллиамперах) можно вычислить по формулам:

Сгас — емкость гасящего конденсатора в микрофарадах.

Если исключить стабилитрон VD2, то напряжение Uн на нагрузке и ток Iн через нее будет зависеть от нагрузки Rн. Подсчитать эти параметры легко по формулам:

Uн — в вольтах, Rн и Хн — в килоомах, Iн — в миллиамперах, Сгас — в микрофарадах. (Далее в формулах используются те же единицы измерения.)

С уменьшением сопротивления нагрузки напряжение на ней тоже уменьшается, причем по нелинейной зависимости. А вот ток, проходящий через нагрузку возрастает, правда, весьма незначительно. Так, например, уменьшение Rн с 1 до 0,1 кОм (ровно в 10 раз) ведет к тому, что Uн снижается в 9,53 раза, а ток через нагрузку увеличивается всего лишь в 1,05 раза. Эта «автоматическая» стабилизация тока выгодно отличает БТБП .от трансформаторных источников питания.

Мощность Рн на нагрузке, вычисляемая по формуле:

с уменьшением Rн снижается почти столь же интенсивно, как и Uн. Для того же примера потребляемая нагрузкой мощность уменьшается в 9,1 раза.

Поскольку ток Iн нагрузки при сравнительно небольших значениях сопротивления Rн и напряжения Uн на ней меняется крайне мало, на практике вполне допустимо пользоваться приближенными формулами:

Восстановив стабилитрон VD2, получим стабилизацию напряжения Uн на уровне Uст — значения практически постоянного для каждого конкретного стабилитрона. И при небольшой нагрузке (большом сопротивлении Rн) станет выполняться равенство Uн=Uст.

Расчёт блока питания с гасящим конденсатором + онлайн-калькулятор

Итак, процессы в этой схеме будут достаточно нелинейны, поэтому при рассчётах придётся делать различные упрощения и допущения.

Для начала давайте будем считать, что ёмкость конденсатора C2 достаточна для полного сглаживания пульсаций напряжения после моста, то есть напряжение на конденсаторе C2 = const.

Будем считать, что сетевое напряжение у нас изменяется по синусоидальному закону и имеет амплитуду Uca (вообще-то рисовать мы будем косинусоиду, нам так будет удобнее, но это по сути одно и то же, только косинусоида сдвинута относительно синусоиды на π/2).

Рассуждаем следующим образом: в каждый момент времени полное напряжение и полный ток в этой цепи можно описать следующими уравнениями:

UC=UC1+UМ (1), iC=iC1+iМ (2)

В момент времени t0 уравнение напряжения примет вид: Uca=UC1+UМ.

Поскольку Uca — это максимальное значение сетевого напряжения, то UC1 и также в этот момент должны иметь максимальные значения (здесь в логике есть небольшой провал, максимум суммы — это не всегда сумма максимумов, функции могут быть сдвинуты по фазе, но… в общем, мы потом всё экспериментально проверим).

Максимальное значение UМ равно Uвых, поскольку если бы напряжение на мосту поднималось выше, то и конденсатор C2 заряжался бы до большего напряжения (мост бы открылся и к конденсатору C2 потёк бы зарядный ток, увеличивая напряжение на нём).

Токи через конденсатор и мост в момент t0 равны нулю. Про мост я выше уже написал (если бы через него тек ток, то конденсатор C2 заряжался бы дальше), а через C1 ток не течёт, поскольку ток через конденсатор — это первая производная от напряжения, которая в точках экстремума обращается в ноль (значит когда напряжение на конденсаторе максимально — ток равен нулю).

Далее сетевое напряжение (UC) начинает уменьшаться. При этом напряжение на C1 не меняется (тока-то через мост нет, заряд на C1 не меняется), следовательно вместе с падением UC уменьшается напряжение на входе моста.

В момент, когда сетевое напряжение упадёт до значения Uca-2Uвых (момент времени t1) — напряжение на входе моста достигнет значения -Uвых (находим с помощью формулы 1), диоды моста откроются и в первичной цепи (через мост и конденсатор C1) потечёт ток. При этом напряжение на входе моста перестанет меняться (помните, мы договорились, что ёмкость C2 достаточно большая для того, чтобы полностью сгладить пульсации).

К моменту времени t3 напряжение в сети достигнет максимума, только с противоположной относительно момента t0 полярностью.

Соответственно, для этого момента экстремума сетевого напряжения будут справедливы все те же рассуждения касательно напряжений и токов, которые мы использовали для момента t0.

То есть, к этому моменту конденсатор C1 полностью перезарядится (напряжение на нём достигнет максимального значения отрицательной полярности), а ток через C1 и мост упадёт до нуля.

В момент времени t4, когда сетевое напряжение вырастет до значения -(Uca-2Uвых), напряжение на входе моста достигнет значения Uвых, диоды моста откроются и в первичной цепи (через мост и конденсатор C1) снова потечёт ток. Этот ток снова будет перезаряжать конденсатор C1, но уже напряжением положительной полярности.

В момент t6 напряжение на конденсаторе C1 достигнет максимального значения положительной полярности, а ток через C1 и мост упадёт до нуля.

Далее весь цикл повторится с самого начала.

Теперь давайте вспомним закон сохранения заряда. В соответствии с этим законом за один полный цикл через конденсатор C1, мост и нагрузку должно протекать одинаковое количество заряда.

Остаётся только найти эту площадь, приравнять её к заряду, протекающему за один цикл через нагрузку, и выразить из полученного выражения необходимую ёмкость конденсатора C1 в зависимости от тока нагрузки.

Подробные математические расчёты можно найти под вторым спойлером.

Бестрансформаторный блок питания повышенной мощности. Схема и описание

Когда мы имеем дело с устройствами, которые работают от источника питания с малым напряжением, у нас обычно есть несколько вариантов как их запитать. Помимо простых, но дорогих и громоздких трансформаторов можно использовать бестрансформаторный блок питания.

Например, можно получить 5 вольт из 220 вольт с применением гасящего резистора или используя реактивное сопротивление конденсатора. Однако, такое решение, подходит только для устройств, которые имеют очень малый ток потребления. Если нам нужен больший ток, например, для питания светодиодной цепи, то здесь мы столкнемся с ограничением по производительности.

Если какое-либо устройство потребляет большой ток и принципиально необходимо запитать его от сети 220 вольт, то есть одно оригинальное решение. Оно состоит в использовании для питания только части синусоиды во время ее роста и падения, т.е. в тот момент, когда напряжение сети будет равным или меньше, требуемого значения.

Описание работы бестрансформаторного блока питания

Особенность схемы заключается в управление моментом открытия транзистора MOSFET — VT2 (IRF830). Если текущее значение входного сетевого напряжения ниже, чем напряжение стабилизации стабилитрона VD5 минус падение напряжения на резисторе R3, то транзистор VT1 будет закрыт. Благодаря этому через резистор R4 идет положительное напряжение на транзистор VT2, в результате чего он находится в открытом состоянии.

Через транзистор VT2 в данный момент протекает ток и текущее значение сетевого напряжения заряжается конденсатор С2. Конечно, напряжение в сети падает до нуля, поэтому необходимо в цепь включить диод VD7, который препятствует разряду конденсатора обратно в схему блока питания.

Когда входное напряжение сети превышает пороговое, проходящий через стабилитрон VD5 ток приводит к открытию транзистора VТ1. Транзистор своим коллектором шунтирует затвор транзистора VT2, в результате VТ2 закрывается. Таким образом, конденсатор С2 заряжается только необходимым напряжением.

Мощный транзистор VТ2 открывается только при низком напряжении, так что его общая рассеивающая мощность в схеме очень мала. Безусловно, стабильность работы блока питания зависит от управляющего напряжения стабилитрона, поэтому, например, если мы хотим питать схему с микроконтроллером, то выход необходимо дополнить небольшим линейным стабилизатором.

Резистор R1 защищает цепь и уменьшает скачок напряжения при первом включении. Стабилитрон VD6 ограничивает максимальное напряжение на управляющем электроде транзистора VT2 в районе 15 вольт. Естественно при переключении транзистора VТ2 возникают электромагнитные помехи. Чтобы избежать передач помех в электросеть, во входной цепи используется простой LC фильтр, состоящий из L1 и С1 компонентов.

Предупреждение:  Поскольку схема напрямую связана с электросетью, то есть не имеет гальванической развязки, необходимо соблюдать крайнюю осторожность при наладке и эксплуатации устройства. Источник

Источник

Устройство выносного конденсаторного блока

Самый обычный блок конденсатора состоит из таких деталей:

  • Один компрессор или больше;
  • Управленческая система, помогающая следить за скоростью вращения вентиляторов;
  • Система электрического питания;
  • Теплообменник;
  • Центробежное либо же осевое вентиляторное оборудование, которое предназначено для обеспечения циркуляции воздушного потока, заходящего снаружи через теплообменник.

Помимо этих, основных компонентов, для того, чтобы функционировала система хладоснабжения, данную технику оборудуют соединительным комплектом, состоящим из:

  • Термо-расширительного вентиля;
  • Фильтра-осушителя;
  • Смотрового стекла;
  • Соленоидного клапана.

Из всех вышеперечисленных деталей, самой основной является теплообменная пластина, поскольку именно в ней протекает весь процесс вентилирования.

Рабочие схемы

Все описанные устройства выполнены на распространенных радиоэлементах. Ниже приведены схемы с обозначением всех деталей.

В БП с транзисторными стабилизаторами КТ940А можно заменить на высоковольтный, выдерживающий более 250 В, а КТ815Г — на другой, с минимальным напряжением 80 В. При указанных деталях устройство может выдать до 300 мА. Для увеличения силы тока надо транзисторы установить на радиаторы. Если вместо стабилитрона КС512А поставить Д814Д, то выходной ток устройства уменьшится до 200 мА.

Традиционный бестрансформаторный блок на 12 В с RC-цепочкой выдает всего 20-40 мА. Если после моста установить мощный стабилитрон Д815Ж, который ограничит напряжение до 16-19 В, и дополнить схему стабилизатором на транзисторе, то выходной ток повысится до 120 мА. Для его увеличения до 180 мА необходимо параллельно конденсаторам C1, C2 припаять еще один такой же.

Более стабилен блок на микросхеме 78L08 (российское обозначение КР142Б). При указанных деталях он выдает до 200 мА.

Главные функции конденсаторного блока

Главная задача выносного конденсаторного блока – это отвод выделяемой при вентилировании тепловой энергии. Если говорить проще, то тепло выносится на улицу, а холодный воздух, наоборот поступает в помещение. Такого рода перемещение возможно благодаря термодинамическим процессам, которые происходят в охлаждающем контуре чиллеров и самого выносного оборудования.

Этот процесс имеет два достаточно важных этапа. На первом – испаряется фреоновое средство, протекающее в теплообменном испарителе чиллера, при этом он перетекает из жидкости в газоподобное состояние. Все это способствует охлаждению испарительного аппарата и соответственно той жидкости, которая передвигается по гидравлическому контуру системы.

На втором этапе, находящийся в выносном механизме фреон конденсируется, то есть превращается из газа опять в состояние жидкости. Это способствует обогреву поверхностей теплообменника в оборудовании. Все тепло выделенное таким образом перемещается в окружающее пространство, а холодный воздух становится поглощенным хладагентом.

Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором

Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.

  • R1 – резистор на 1Вт, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
  • R2,C2 – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
  • C3 – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
  • R3 – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.

Какой конденсатор можно использовать для балласта?

В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.

Меры предосторожности

Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Разберем подробный расчет, ниже сможете найти форму онлайн калькулятора.

Расчет емкости конденсатора для светодиода:

Как рассчитать емкость гасящего конденсатора простого блока питания

С(мкФ) = 3200 * Iсд) / √(Uвх² — Uвых²)

С мкФ – ёмкость конде-ра. Он должен быть рассчитан на 400-500В;Iсд – номинальный ток диода (смотрим в паспортных данных);Uвх – амплитудное напряжение сети — 320В;Uвых – номинальное напряжение питания LED.

Можно встретить еще такую формулу:

C = (4,45 * I) / (U — Uд)

Она используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5В.

Подключение одного светодиода

Для расчета емкости конде-ра нам понадобится:

  • Максимальный ток диода – 0,15А;
  • напряжение питания диода – 3,5В;
  • амплитудное напряжение сети — 320В.

Для таких условий параметры конде-ра: 1,5мкФ, 400В.

Подключение нескольких светодиодов

При расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.

Блок питания (12 Вольт) своими руками. Схема блока питания на 12 Вольт

  • Напряжение питания для последовательной цепочки – Uсд * количество LED в цепи;
  • сила тока – Iсд * количество параллельных цепочек.

Для примера возьмём модель с шестью параллельными линиями из четырёх последовательных диодов.

Для этой схемы параметры конде-ра: 9мкФ, 400В.

Утилиты и справочники.

cables.zip — Разводка кабелей — Справочник в формате .chm. Автор данного файла — Кучерявенко Павел Андреевич. Большинство исходных документов были взяты с сайта pinouts.ru — краткие описания и распиновки более 1000 коннекторов, кабелей, адаптеров. Описания шин, слотов, интерфейсов. Не только компьютерная техника, но и сотовые телефоны, GPS-приемники, аудио, фото и видео аппаратура, игровые приставки и др. техника.

Конденсатор 1.0 — Программа предназначена для определения ёмкости конденсатора по цветовой маркировке (12 типов конденсаторов).

Transistors.rar — База данных по транзисторам в формате Access.

Разновидности блоков питания

На данном этапе развития блоки питания для разнообразных светодиодных светильников классифицируются на три категории:

  1. Открытый тип. Данный вариант является бюджетным, но громоздким, причем максимальная мощность питания светодиодов ограничивается отметкой в 100 Вт. Даже в силу своего низкого бюджета данное устройство редко используется в бытовом освещении, ведь его трудно сделать незаметным без привлечения посторонних предметов. Часто его прячут в шкафы, ниши или же распределительные щитки.
  2. Пластиковый каркас закрытого типа. Каркас самого блока питания герметичен и компактен, что позволяет его уложить между подвеской и базой потолка. Максимальна отметка мощности данного блока питания достигает отметки в 75 Вт. Для того, чтобы обеспечить количество ленты, рассчитанное ранее, придется покупать три блока, что является отрицательной чертой данного устройства.
  3. Алюминиевый каркас закрытого типа. Принцип работы данного устройства такой же, как и у предыдущего, но отличается большим весом и габаритами. Компенсируется это повышенной мощностью — 100 Вт. Чаще всего данный прибор применяется в уличном освещении. Корпус обладает хорошей герметичностью и защищен от физических воздействий окружающей среды.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Пригодность блока питания в быту

У каждого в доме есть различная аппаратура, работающая от батареек или аккумуляторов. Чтобы не менять каждый раз элементы, ее питают от любого источника, подключаемого к сети 220 В.

К такому БП можно подключать осветительные приборы и электронную технику, которые потребляют ток до 500 мА:

  • малогабаритные приемники;
  • светодиодные лампы и гирлянды (но не ленты);
  • портативную маломощную медицинскую аппаратуру (наручный тонометр, измеритель пульса и других параметров);
  • зарядные модули телефонов;
  • детские игрушки;
  • моторы магнитофонов, вентиляторы;
  • самодельные устройства;
  • платы от Arduino.

Устройство электронного трансформатора

Привычные нам массивные трансформаторы не так давно стали заменяться на электронные, которые отличаются дешевизной и компактностью. Размеры электронного трансформатора настолько малы, что его встраивают в корпуса компактных люминесцентных ламп (КЛЛ).

Все такие трансформаторы сделаны по одной схеме, различия между ними минимальны. В основе схемы лежит симметричный автогенератор, иначе называемый мультивибратором.

Состоят они из диодного моста, транзисторов и двух трансформаторов: согласующего и силового. Это основные части схемы, но далеко не все. Кроме них, в схему входят различные резисторы, конденсаторы и диоды.

Принципиальная схема электронного трансформатора.

В этой схеме постоянный ток из диодного моста поступает на транзисторы автогенератора, которые накачивают энергию в силовой трансформатор. Номиналы и тип всех радиодеталей подобраны так, чтобы на выходе получалось строго определённое напряжение.

Если включить такой трансформатор без нагрузки, то автогенератор не запустится и напряжения на выходе не будет.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Основные рабочие схемы

В большинстве случаев используются две схемы источников БП. Как правило, каждый из них представляет собой бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором, который служит основным элементом данных приборов. Теоретически считается, что в цепях переменного тока эти устройства вообще не потребляют мощности. Однако в реальности в конденсаторах возникают определенные потери, что приводит к выделению некоторого количества тепла.

Поэтому все конденсаторы подвергаются предварительной проверке на возможность использования его в блоке питания. Для этого их подключают к электрической сети и отслеживают колебания температуры через некоторый промежуток времени. Если конденсатор заметно разогревается, то его нельзя использовать в качестве конструктивного элемента. Допускается лишь незначительный нагрев, неспособный повлиять на общую работоспособность устройства.

1.

Представленные на рисунках источники питания имеют конденсаторный делитель. На рисунке 1 представлен делитель общего назначения на 5 В, рассчитанный на токовую нагрузку до 0,3 А. На рисунке 2 отображается схема источника бесперебойного питания, который применяется в электронно-механических кварцевых часах.

В первой схеме делитель напряжения включает в себя бумажный конденсатор С1 и два оксидных конденсатора С2 и С3. Оба последних элемента составляют неполярное плечо, расположенное ниже С1. Его общая емкость составляет 100 мкФ. Составные части диодного моста, расположенные слева, выступают в качестве поляризующих диодов, предназначенных для оксидной пары С2 и С3. На схеме указаны номиналы элементов, в соответствии с которыми на выходе ток короткого замыкания будет равен 600 мА, а напряжение на конденсаторе С4 без нагрузки – 27 вольт.

Бестрансформаторное сетевое питание

Схемы бестрансформаторного питания: с балластным резистором, с балластным конденсатором, с импульсным преобразователем

Доброго дня уважаемые радиолюбители!Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“.

 Сегодня мы рассмотрим несколько схем, предназначенных для питания радиолюбительских устройств без использования сетевого трансформатора – бестрансформаторные источники питания.   Сразу отмечу, что такие источники питания представляют определенную опасность для человека – неосторожное обращение и неминуемое поражение электрическим током. Такие схемы стоит применять только если обеспечивается их надежная изоляция и не требуется постоянное присутствие человека.  Кроме того, использовать такие источники питания целесообразно только при небольших токах нагрузки.    Сегодня мы рассмотрим два типа таких схем: – с балластным резистором – с балластным конденсатором Есть еще третий вариант – с импульсным AC/DC преобразователем, но они более сложны, и требуют применения специализированных микросхем

Балластные резисторы и конденсаторы гасят излишек сетевого напряжения. Поэтому, резисторы должны быть большой мощности, а конденсаторы – должны быть пленочными (к примеру К73-17) и рабочим напряжением не менее 630 вольт. Все схемы несложные, и особых пояснений не требуют.

Первая схема:

Схема и описание

Как-то недавно мне в интернете попалась одна схема очень простого блока питания с возможностью регулировки напряжения. Регулировать напряжение можно было от 1 Вольта и до 36 Вольт, в зависимости от выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Внимательно посмотрите на LM317T в самой схеме! Третья нога (3) микросхемы цепляется с конденсатором С1, то есть третяя нога является ВХОДОМ, а вторая нога (2) цепляется с конденсатором С2 и резистором на 200 Ом и является ВЫХОДОМ.

С помощью трансформатора из сетевого напряжения 220 Вольт мы получаем 25 Вольт, не более. Меньше можно, больше нет. Потом все это дело выпрямляем диодным мостом и сглаживаем пульсации с помощью конденсатора С1. Все это подробно описано в статье как получить из переменного напряжения постоянное.  И вот наш самый главный козырь в блоке питания – это высокостабильный регулятор напряжения микросхема LM317T. На момент написания статьи цена этой микросхемы была в районе 14 руб. Даже дешевле, чем буханка белого хлеба.