Как рассчитать емкость гасящего конденсатора простого блока питания

Драйвер для светодиода

Драйвер для разнообразных светодиодных светильников или уличного фонаря — преобразователь тока. Основная его функция заключается в том, чтобы получить 220V, а на выходе отдать необходимые 12V.

Для экономии бюджета можно сделать драйвер из энергосберегающей лампы. В люминесцентных лампах, чаще всего, просто перегорает нить накаливания, но сам элемент, обеспечивающий поджигание, остается невредимым. Из этого можно сделать выводы, что подойдет практически любая старая лампа, чтобы сделать драйвер для светодиодов.

По поясу аккуратно вскрывается лампа и откусываются проводки для извлечения электронной составляющей механизма. В соответствии со схемой, будущий преобразователь переделывается и драйвер готов к использованию.

Также широко применяется диммируемый драйвер, ведь с его помощью можно настроить яркость светодиодной ленты.

1 Недостаточное напряжение в доме – возможные причины

Низкое напряжение в сети – явление неприятное, но с ним имеют дело многие. Плохое освещение, когда лампочка только обозначает свое присутствие, еще не самая большая беда. Хуже, когда невозможно постирать, вскипятить воду, приготовить еду на электроплите, холодильник работает с перебоями. Это случается, когда напряжение падает до критического значения, но и 180 Вольт, когда все вроде работает, тоже мало радуют. Приборы потребляют такой же ток, как при нормальном напряжении, а двигатели еще больший, но исполняют свои функции за более длительное время.

По стандартам допустимое отклонение электроэнергии составляет 198–242 В

Поставщик электроэнергии обязан предоставить услуги, соответствующие стандартам: 220 В на входе в квартиру с допустимыми отклонениями 198–242 В. Почему нормативные требования иногда нарушаются? Одной из причин является старение линий электропередач, их некачественное обслуживание, ремонты проводятся редко. Оборудование зачастую изношено, устарело и не отвечает современным требованиям. Также встречаются ошибки планирования линий электропередач, подвода к домам, когда одна фаза перегружена, другая недогружена.

Причины также кроются в самых потребителях. Если в советское время под счетчиком стоял предохранитель на 6,5 А, то это значило, что жильцы одновременно потребляют максимум 1,5 кВт. Сейчас один чайник имеет мощность 2 кВт, а сколько еще бытовых приборов, различного электроинструмента имеется в современном доме? Также наблюдается сезонность потребления электроэнергии, которое значительно возрастает в холодное время года, когда включают электрообогрев. На дачах потребление возрастает на выходные, мощности сетей недостаточно, напряжение меньше необходимого.

Расчет и выбор трансформаторов

В продаже преобразователи различной мощности. Перед покупкой, надо осуществить вычисление, какой мощности нужен преобразователь. Надо определиться, какое количество лампочек будет задействовано в освещении и какой энергии, а также схему освещения. Зная нужное количество лампочек, определяется общая мощность.

В продаже 12В преобразователи имеются с мощностями: 60, 70, 105, 150, 210, 250, 400.

Для примера возьмем комнату, которой установлено 11 галогенных лампочек по 12В с мощностью в 20 Вт. Если будут установлены на одну люстру с одним трансформатором, то надо 11*20+10%=242 Вт. То есть, покупать надо адаптер на 250 Вт. Если же лампочки поделены на две группы (5 и 6), то для группы в 5 лампочек нужен прибор 5*20+10%=110 Вт, для 6 лампочек 6*20+10%=132 Вт. То есть, для двух случаев целесообразно купить адаптер на 150 Вт. Такое округление из-за того, что мощность прибора не должна быть меньше вычисления.

При выборе из двух видов надо учесть, что электронные более легкие и малогабаритные, нешумные, содержат защиту от замыканий, перегрузок, более стабильны. Все эти преимущества способствуют увеличению работоспособности галогенных ламп.

Выбирая прибор надо учесть выходное напряжение (рабочее напряжение подключаемых ламп) и номинальную мощность (сумма мощностей всех ламп).

Большую роль играет и длина провода, соединяющего прибор с лампами. Она не должна быть длиннее, чем 3 метра. Чем больше длина, тем больше теряется мощности при передаче тока.

Схемы блоков питания

Напряжение лабораторного БП располагается в интервале от 0 до 35 вольт. Для этой цели подходят схемы, по которым можно собрать следующие БП:

  • однополярный;
  • двуполярный;
  • лабораторный импульсный.

Конструкции подобных устройств обычно собраны либо на обычных трансформаторах напряжения (ТН), либо на импульсных трансформаторах (ИТ).

Внимание! Отличие ИТ от ТН в том, что на обмотки ТН подается синусоидальное переменное напряжение, а на обмотки ИТ приходят однополярные импульсы. Схема включения обоих абсолютно идентична

Импульсный трансформатор

Простой лабораторный

Однополярный БП с возможностью регулировать выходное напряжение можно собрать по схеме, в которую входят:

  • понижающий трансформатор Tr ( 220/12…30 В);
  • диодный мост Dr для выпрямления пониженного переменного напряжения;
  • электролитический конденсатор С1 (4700 мкФ*50В) для сглаживания пульсации переменной составляющей;
  • потенциометр для регулировки выходного напряжения Р1 5 кОм;
  • сопротивления R1, R2, R3 номиналом 1кОм, 5,1 кОм и 10 кОм, соответственно;
  • два транзистора: Т1 КТ815 и Т2 КТ805, которые желательно установить на теплоотводы;
  • для контроля напряжения на выходе устанавливают цифровой вольтамперметр, с интервалом измерений от 1,5 до 30 В.

В коллекторную цепь транзистора Т2 включены: С2 10 мкф * 50 В и диод Д1.

Схема простого БП

К сведению. Диод устанавливают для защиты С2 от переполюсовки при подключении к аккумуляторам для подзарядки. Если такая процедура не предусмотрена, можно заменить его перемычкой. Все диоды должны выдерживать ток не менее 3 А.

Печатная плата простого БП

Двухполярный источник питания

Для питания усилителей низкой частоты (УНЧ), имеющих два “плеча” усиления возникает необходимость в применении двухполярного БП.

Важно! Если монтировать лабораторный БП, стоит остановить внимание именно на аналогичной схеме. Источник питания должен поддерживать любые форматы выдаваемого постоянного напряжения

Двухполярный ИП на транзисторах

Для такой схемы допустимо применять трансформатор с двумя обмотками на 28 В и одной на 12 В. Первые две – для усилителя, третья – для питания охлаждающего вентилятора. Если таковой не окажется, то достаточно двух обмоток равного напряжения.

Для регулировки выходного тока применены наборы резисторов R6-R9, подключаемые с помощью сдвоенного галетного переключателя (5 положений). Резисторы подбирают такой мощности, чтобы они выдерживали ток более 3 А.

Переменный резистор R нужно брать сдвоенный номиналом 4.7 Ом. Так проще осуществлять регулировку по обоим плечам. Стабилитроны VD1 Д814 соединены последовательно для получения 28 В (14+14).

Для диодного моста можно взять диоды подходящей мощности, рассчитанные на ток до 8 А. Допустимо устанавливать диодную сборку типа KBU 808 или аналогичную. Транзисторы КТ818 и КТ819 необходимо установить на радиаторы.

Подбираемые транзисторы должны иметь коэффициент усиления от 90 до 340. БП после сборки не требует специальной наладки.

Лабораторный импульсный бп

Отличительной чертой ИПБ является рабочая частота, которая в сто раз выше частоты сети. Это дает возможность получить большее напряжение при меньшем количестве витков обмотки.

Информация. Чтобы получить 12 В на выходе ИПБ с током 1 А для сетевого трансформатора достаточно 5 витков при сечении провода 0,6-0,7 мм.

Простой полярный ИП можно собрать, используя импульсные трансформаторы от компьютерного БП.

Лабораторный блок питания своими руками можно собрать по схеме приведенной ниже.

Схема импульсного блока питания

Данный источник питания собран на микросхеме TL494.

Важно! Для управления Т3 и Т4 используется схема, в которую входит управляющий Тr2. Это связано с тем, что встроенные ключевые элементы микросхемы не имеют достаточной мощности

Трансформатор Тr1 (управляющий) берут от компьютерного БП, он «раскачивается» при помощи транзисторов Т1 и Т2.

Особенности сборки схемы:

  • для минимизации потерь при выпрямлении используют диоды Шоттки;
  • ESR электролитов в фильтрах на выходе должен быть как можно ниже;
  • дроссель L6 от старых БП применяют без изменения обмоток;
  • дроссель L5 перематывают, намотав на ферритовое кольцо медный провод диаметром 1,5 мм, набрав 50 витков;
  • Т3, Т4 и D15 крепят на радиаторы, предварительно отформатировав выводы;
  • для питания микросхемы, управления током и напряжением применяют отдельную схему на Tr3 BV EI 382 1189.

Вторичная обмотка выдает 12 В, которые выпрямляются и сглаживаются при помощи конденсатора. Микросхема линейного стабилизатора 7805 стабилизирует его до 5 В для питания схемы индикации.

Внимание! Допустимо использовать в этом БП любую схему вольтамперметра. В таком случае микросхема для стабилизации 5 В не понадобится

Общее устройство и принцип действия

Представленная схема отличается простотой, надежностью и эффективностью. Она может быть изготовлена не только методом навесного монтажа, но и в виде печатной платы. Данная схема на двенадцать вольт является рабочей, требуется лишь заранее рассчитать параметры балластового гасящего конденсатора и подобрать нужное значение тока для конкретного устройства. Практически можно сделать 5,5-вольтовый блок с возможностью увеличения напряжения до 25 В.

Основой устройства служит балластовый конденсатор, гасящий сетевое напряжение. После этого ток попадает в диодный выпрямитель, а второй конденсатор выполняет функцию фильтра. Иногда возникает необходимость быстро разрядить оба конденсатора. С этой целью в схеме предусмотрены резисторы R1 и R2. Еще один резистор R3 используется в качестве ограничителя тока при включении нагрузки.

Расчет балластного конденсатора выполняется до сборки схемы. Для этого используется простая формула С = 3200хI/Uc, в которой I является током нагрузки (А), Uc – сетевым напряжением, С – емкостью конденсатора (мкФ). Чаще всего такие расчеты используются для светодиодов.

В качестве примера можно взять любой прибор с током 150 мА. Это может быть обычная светодиодная лампа. Сетевое напряжение будет 230 В. Таким образом, 3200 х 0,15/230 = 2,08 мкФ. Номинал конденсатора выбирается наиболее близко к расчетному, то есть, его емкость составит 2,2 мкФ, а расчетное напряжение – 400 В.

Бестрансформаторный блок питания для светодиодов

Суть такого блока заключается в использовании балластного (гасящего) конденсатор. На нашем сайте есть подробная статья о таком БП, в которой вы можете найти калькулятор для расчёта конденсатора. В общем виде схема выглядит следующим образом:

Такой вариант имеет массу недостатков:

  1. Нет стабилизации выходного напряжения;
  2. нет гальванической развязки (трансформатора);
  3. нет разряжающего резистора на балластном конденсаторе, поэтому есть риск поражения электрическим током от C1.

Приняв эти недостатки и доработав схему, получаем следующее бестрансформаторное питание светодиодов на 12В.

Вместо D1, микросхемы линейного стабилизатора L7812, может быть установлена любая другая на необходимое напряжение (7805 и т.д. а также отечественные стабилизаторы КРЕН).

Альтернативный вариант схемы БП для светодиодной ленты, при сборе своими руками – вместо линейного стабилизатора использовать стабилитрон или параметрический стабилизатор из стабилитрона и транзистора. Преимуществом такого решения есть гибкость в настройке напряжения стабилизации, ведь если у вас нет подходящего стабилитрона, вы можете два других соединить последовательно и добиться нужной величины напряжения.

Для изготовления самодельного блока питания для светодиодной ленты подойдёт отечественный стабилитрон серии Д818Д, рассчитанный на напряжение порядка 12-13 В.

Другой способ стабилизации – собрать стабилизатор тока на двух транзисторах. Ток стабилизации задается резистором R2.

Стабилизатор тока стремится выдать заданный ток, это оптимальный вариант для бестрансформаторного питания отдельных светодиодов.

Что необходимо знать для правильного подбора устройства?

Выбор электронного трансформатора предусматривает расчет суммарной мощности, потребляемой галогенными лампами, и ее соответствие с выходной мощностью понижающего устройства.

При этом необходимо учитывать определенный запас, то есть полная мощность потребителей должна быть меньше полной мощности трансформатора на 5-10% от максимального значения на выходе из устройства. Например, схема предполагает наличие 5 ламп, каждая из которых потребляет 35 Вт, то суммарное потребление составляет 175 Вт, для работы необходим трансформатор мощностью не менее 200Вт.

Перед выбором электронного преобразователя напряжения, нужно знать схему будущей проводки для питания ламп, так как если источников света много, то применяют либо один блок питания требуемой мощности, либо несколько устройств, у которых суммарная мощность покрывает потребность ламп.

Трансформаторы могут отличаться по своим размерам, это тоже нужно учесть перед покупкой.

Как устроен ШИМ контроллер

В стабилизированных и регулируемых источниках питания напряжение на выходе поддерживается методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Суть метода в том, что первичная обмотка питается импульсами неизменной амплитуды и частоты. Для регулировки напряжения в зависимости от нагрузки или выбранного уровня изменяется ширина импульса. Трансформированные во вторичную обмотку импульсы затем выпрямляются и усредняются на выходном конденсаторе фильтра. Чем больше ширина импульса, тем выше усредненное напряжение. Если в результате увеличения тока нагрузки напряжение на выходе просело, ШИМ-контроллер сравнивает выходное напряжение с заданным и дает команду увеличить ширину импульсов. Если напряжение увеличилось, ширина импульсов уменьшается. Среднее напряжение также уменьшается.

Принцип регулирования выходного напряжения методом широтно-импульсной модуляции.

Культовой микросхемой для построения импульсных источников считается TL494. На ее примере можно разобрать принцип действия шим контроллера блока питания.

Распиновка TL494.

Назначение выводов микросхемы указано в таблице.

Назначение Обозначение Номер вывода Номер вывода Обозначение Назначение
Прямой вход усилителя ошибки 1 IN1 1 16 IN2 Прямой вход усилителя ошибки 1
Инверсный вход усилителя ошибки 1 ­IN1 2 15 IN2 Инверсный вход усилителя ошибки 1
Выход обратной связи FB 3 14 Vref Выход опорного напряжения
Управление временем задержки DTC 4 13 ОТС Выбор режима работы
Частотозадающий конденсатор C 5 12 VCC Напряжение питания
Частотозадающий резистор R 6 11 С2 Коллектор 2-го транзистора
Общий провод GND 7 10 E1 Эмиттер 1-го транзистора
Коллектор 1-го транзистора C1 8 9 E2 Эмиттер 2 -го транзистора

На выводы 7 и 12 подается напряжение питания +7..40 вольт. На выходе микросхемы установлены два транзистора, которые можно использовать для управления внешними ключами. Коллекторы (выводы 8 и 11) и эмиттеры (10 и 9) выходных транзисторов никуда не подключены. Их можно включать по схеме с открытым коллектором или с открытым эмиттером. Микросхема оптимизирована для управления ключами на биполярных транзисторах, но с использованием немного усложненных схемотехнических решений можно переключать и полевые транзисторы.

Структурная схема TL494.

Частоту генератора задают элементы, подключаемые к выводам 5 и 6. Напряжением на выводе 4 ограничивают ширину выходного импульса. Это необходимо для исключения «перехлеста» открытия транзисторов чтобы избежать ситуации, когда оба ключа оказываются открыты. Через этот вывод также можно организовать мягкий пуск БП. Вывод 13 служит для перевода микросхемы в однотактный режим. Если его подключить к общему проводу, импульсы на выводах обоих ключей станут одинаковыми. На выводе 14 постоянно присутствует образцовое напряжение, равное +5 вольтам. Оно может быть использовано в любых схемотехнических целях.

Выводы 1 и 2 служат прямым и инверсным выводами усилителя ошибки. Если напряжение на выводе 1 превышает напряжение на 2 ноге, то ширина выходных импульсов будет уменьшаться пропорционально разнице на этих выводах. Если напряжение на 2 выводе выше, чем на 1, то на выходе импульсы будут отсутствовать. Также работает второй усилитель ошибки (выводы 16 и 15). Выходы обоих усилителей соединены по схеме ИЛИ и подключены к ноге 3. Первый усилитель обычно используют для регулирования напряжения, второй – для регулирования тока.

Схема ИИП на TL494.

В качестве примера можно рассмотреть схему лабораторного источника на данной микросхеме. Здесь применены практически все технические решения, описанные выше. Регулируемая обратная связь, выполненная на операционных усилителях OP1..OP4, позволяет настраивать уровень выходного напряжения и ограничивать ток. Для создания импульсного напряжения используется полумостовой инвертор на биполярных транзисторах, подключенных к микросхеме посредством драйвера.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Также при создании ИИП применяются и другие микросхемы-регуляторы ШИМ. Они могут отличаться от TL494 по функционалу и назначению выводов, но в них используются те же принципы. Разобраться в их работе не составит труда.

Схема

Импульсный БП состоит из следующих функциональных блоков:

  • фильтр. Не пропускает помехи из сети и обратно (генерируются самим БП);
  • выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Обычный диодный мост, дает на выходе почти ровное (с низким коэффициентом пульсаций) постоянное напряжение, равное действующему значению переменного селевого напряжения — 311 В;
  • инвертор. Состоит из быстро переключающихся силовых ключевых транзисторов и управляющей ими микросхемы. На выходе дает прямоугольный переменный ток. Процесс преобразования в инверторе называют широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), а микросхему — ШИМ-контроллером. В рабочем режиме реализована обратная связь, потому в зависимости от мощности подключенной к БП загрузки, контроллер регулирует продолжительность открытия транзисторов, то есть ширину импульсов. Также благодаря обратной связи, компенсируются скачки напряжения на входе и броски, обусловленные коммутацией мощных потребителей. Это обеспечивает высокое качество выходного напряжения;
  • импульсный высокочастотный трансформатор. Понижает напряжение до требуемых 12 или 24 В;
  • выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Преобразует высокочастотное переменное напряжение в постоянное.

Дроссель переменного тока

Основной элемент сетевого фильтра — дроссель. Его сопротивление (индуктивное) возрастает с увеличением частоты тока, потому высокочастотные помехи нейтрализуются, а ток частотой 50 Гц проходит свободно. Дроссель работает тем эффективнее, чем больше размеры магнитопровода, толщина проволоки и больше витков. Дополнительно установленные конденсаторы улучшают фильтрацию, закорачивая высокочастотные помехи и отводя их на «землю».

Также емкостные сопротивления не позволяют в/ч помехам, генерируемым БП, поступать в сеть. Высокочастотный трансформатор отличается от обычного материалом магнитопровода: используются ферриты или альсифер. Выпрямитель после трансформатора собирается на диодах Шоттки, отличающихся высоким быстродействием.

Существует два способа генерации высокочастотного переменного тока:

  1. однотактная схема. Применяется в БП небольшой мощности — до 50 Вт (зарядки телефонов, планшетов и т.п.). Конструкция простая, но у нее велика амплитуда напряжения на первичной обмотке трансформатора (защищается резисторами и конденсаторами);
  2. двухтактная схема. Сложнее в устройстве, но выигрывает в экономичности (выше КПД). Двухтактная схема делится на три разновидности:
    1. двухполупериодная. Самый простой вариант;
  3. двухполярная. Отличается от предыдущей присутствием 2-х дополнительных диодов и сглаживающего конденсатора. Реализован обратноходовый принцип работы. Такие схемы широко применяются в усилителях мощности. Важная особенность: продлевается срок службы конденсаторов за счет того, что через них протекают меньшие токи;
  4. прямоходовая. Используется в БП большой мощности (В ПК и т.п. устройствах). Выделяется наличием габаритного дросселя, накапливающего энергию импульсов ШИМ (направляются на него через два диода, обеспечивающих одинаковую полярность).

2-тактные БП отличаются схемой силового каскада, есть три модификации:

  1. полумостовая: чувствительна к перегрузкам, потому требуется сложная защита;
  2. мостовая: более экономична, но сложна в наладке;
  3. пушпульная. Наиболее экономична и потому весьма востребована, особенно в мощных БП. Отличается присутствием среднего вывода у первичной и вторичной обмоток трансформатора. В течение периода работает то одна, то другая полуобмотка, подключаемая соответствующим ключевым транзистором.

Стабилизации выходного напряжения добиваются следующими способами:

  • применением дополнительной обмотки на трансформаторе. Это самый простой способ, но и наименее действенный. Снимаемое с нее напряжение корректирует сигнал на первичной обмотке;
  • применением оптопары. Это более эффективный способ. Основные элементы оптопары — светодиод и фототранзистор. Схема устроена так, что протекающий через светодиод ток пропорционален выходному напряжению. Свечение диода управляет работой фототранзистора, подающего сигналы ШИМ-контроллеру.

Таким образом, в данной методике контролируется непосредственно напряжение на вторичной обмотке, при этом отсутствует гальваническая связь с генератором ключевого каскада.

При подключении последовательно с оптопарой стабилитрона качество стабилизации становится еще выше.

Миф №2. Если «тренировать» батарею ИБП, периодически ее разряжая, то это продлит срок её службы

Правда:

  • полностью зарядить перед первым включением;
  • соблюдать температурный режим (по возможности установить ИБП в прохладном месте, на расстоянии от радиаторов отопления, не накрывать);
  • использовать расширенные настройки ИБП для управления зарядом АКБ (если такие есть).

Конструкция типовой свинцовой батареи для ИБП. В большинстве случаев в них используются свинцово-кислотные батареи (VRLA, Valve-regulated lead acid) с регулирующим внутреннее давление воздушным клапаном, также известные как герметичные или необслуживаемые АКБ. Электролит, являющийся водным раствором серной кислоты, связан внутри них с помощью присадок в гелеподобную субстанцию. Батареи выполнены в полипропиленовом пластике, а конструкция клапана предотвращает вытекание электролита при наклоне АКБ

разрушение положительных пластин — распространённая причина окончания срока службы свинцовых батарей ИБП, этот процесс является результатом нормального старения элементов внутри батареи;
пересыхание электролита ввиду длительного перегрева АКБ: производитель рассчитывает срок службы свинцовой батареи для условной номинальной температуры окружающей среды 25 °С, любое отклонение от этой температуры может или изменить производительность батареи, или сократить срок её службы (по данным Eaton, каждые 9 °С свыше 25 °С уменьшают срок службы батареи примерно на 50%);
температура окружающей среды ниже 25°С может продлить срок службы АКБ, но уменьшит время автономной работы ИБП в случае перебоя в электроснабжении;
если свинцовая батарея ИБП находится на хранении вне ИБП, то её следует полностью зарядить и далее повторно заряжать не реже, чем один раз в полгода; важное значение имеет пониженная температура в месте хранения, в идеале от +5 до +10°С, но не рекомендуется хранить АКБ при отрицательных температурах, т. к. велик риск пропустить срок подзарядки, тогда электролит в разряженной батарее может замёрзнуть, повредив и пластины, и корпус батареи.

велик риск пропустить срок подзарядки, тогда электролит в разряженной батарее может замёрзнуть, повредив и пластины, и корпус батареи.

технология зарядки ABMГрафик зарядки батареи ИБП по технологии АВМ5-й серии

Схемы и изготовление импульсных блоков питания

Импульсные блоки питания собираются на различной элементной базе. Обычно для построения ИИП применяются специализированные микросхемы, специально разработанные для создания таких устройств. За исключением самых простых блоков.

Мощный импульсный блок на ir2153

Несложные блоки питания можно строить на микросхеме IR2153. Она представляет собой мощный интегральный драйвер с таймером, подобным NE555. Частота генерации задается внешними элементами. Входов для организации обратной связи микросхема не имеет, поэтому стабилизацию тока и напряжения методом ШИМ не получить.

Расположение выводов микросхемы IR2153.

Назначение выводов приведено в таблице.

Обозначение Назначение Назначение Обозначение
1 Vcc Питание логики и драйверов Питание выходных ключей Vb 8
2 Rt Резистор частотозадающей цепи Выход верхнего драйвера HO 7
3 Ct Конденсатор частотозадающей цепи Возврат питания верхнего драйвера Vs 6
4 COM Общий Выход нижнего драйвера LO 5


Внутренняя схема IR2153.

Для наилучшего понимания работы и назначения выводов лучше изучить внутреннюю схему

Основной момент, на который надо обратить внимание – выходные ключи собраны по полумостовой схеме

На этой микросхеме можно собрать простой блок питания.


Схема простого БП на IR2153.

Питается IR2153 от 220 вольт через гасящий резистор R1, выпрямитель на диоде VD3, фильтр на С4. Частота генерации задается элементами С5, R2 (с указанными на схеме номиналами получается около 47 кГц). Трансформатор можно посчитать программой. В авторском варианте использовался силовой трансформатор от компьютерного БП. Штатные обмотки удалены, первичка намотана в две жилы проводом в эмалевой изоляции диаметром 0,6 мм.

Гасящий конденсатор вместо резистора

Иногда возникает задача понизить переменное напряжение сети 220 вольт до некоторого заданного значения, причем применение понижающего трансформатора (в таком случае) не всегда бывает целесообразным.

Скажем, низкочастотный понижающий трансформатор, выполненный традиционно на трансформаторном железе, способный преобразовать мощность 200 Ватт, весит больше килограмма, не говоря о высокой стоимости.

Следовательно в некоторых случаях можно применить гасящий резистор, который ограничит ток, однако при этом на самом гасящем резисторе выделится мощность в виде тепла, а это не всегда является приемлемым.

Весьма удобной альтернативой, для данного примера, может служить применение гасящего конденсатора, емкостью около14мкф, (такой можно собрать из трех металлопленочных типа К73-17 по 4,7мкф, рассчитанных на 250в, а лучше – на 400в) это позволит получить нужный ток без необходимости рассеивать значительную мощность в виде тепла.

Рассмотрим физическую сторону этого решения. Как известно, конденсатор, включенный в цепь переменного тока, является реактивным элементом, обладающим емкостным сопротивлением, связанным с частотой переменного тока в цепи, а также с собственной емкостью.

Чем больше емкость конденсатора и чем выше частота переменного напряжения в цепи, тем больший ток проходит через конденсатор, значит емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально его емкости, а также частоте переменного тока, в цепи, куда он включен.

Это видно и из формулы для емкостного сопротивления конденсатора:
Если в цепь переменного тока включены последовательно резистор (активная нагрузка) и конденсатор, то их общее сопротивление можно найти по формуле:
Итак, зная напряжение на нагрузке, силу тока нагрузки и напряжение на гасящем конденсаторе, можно определить емкость гасящего конденсатора, который нужно включить последовательно нагрузке для получения требуемых параметров питания:
Рассмотрим пример: требуется запитать лампу накаливания мощностью 100 Ватт, рассчитанную на напряжение 110 вольт от розетки 220 вольт. В первую очередь найдем значение рабочего тока лампы:

Получим значение тока лампы равное 0,91 А. Теперь можно найти требуемое значение емкости гасящего конденсатора, она будет равна 15,2 мкФ.

Следует отметить, что этот расчет верен для чисто активной нагрузки, когда имеет место эффективное значение. При использовании же выпрямителя, необходимо учесть, что эффективное значение тока будет немного меньше в силу действия пульсаций. Также следует помнить, что в качестве гасящих конденсаторов, полярные конденсаторы применять ни в коем случае нельзя.

Лучшее сочетание вакуумных и          полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука.

          Мы не создаём иллюзий,          Мы делаем звук живым!

Принцип работы

Бестрансформаторный блок на транзисторах работает следующим образом. 220 В выпрямляется мостом с конденсатором и поступает на стабилизаторы. Они все выполнены по одной схеме, но рассчитаны на разные напряжения. Первый ограничивает потенциал сети на уровне 150-180 В, второй стабилизатор сокращает его примерно в 2-3 раза. Третий выдает нужное напряжение. Меняя стабилитрон D3, можно получить бестрансформаторный БП, например, на 12 или 5 вольт.

Блок с RC-цепочкой является делителем напряжения. В его верхнем (по схеме) плече стоит конденсатор C1, представляющий для переменного тока реактивное (совсем не потребляет энергию) сопротивление. В нижней части расположен диодный мост VD1-4 с нагрузкой (стабилитрон, транзистор, микросхема и пр.).

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.

Детали

Естественно, конденсатор С2 теперь должен быть на напряжение не ниже 12V (в данном случае, 16V).

В качестве стабилитронов VD5-VD8 можно использовать любые стабилитроны на напряжение стабилизации ЗV. Например, 1N5987B, 1N4683, BZX84C3V0LT1 и другие.

Можно использовать стабилитроны и на другое напряжение, например, если взять стабилитроны не на ЗV, а на 3,ЗV выходные напряжения получатся, соответственно 3,3V, 6,6V, 9 9V и 13,2V.

Стабилитроны могут быть и на разное напряжение стабилизации, и их совсем не обязательно должно быть именно четыре. Соответственно, будут другие выходные напряжения и другое количество выходов. В любом случае, конденсатор С2 должен быть на напряжение не ниже наибольшего из всех выходных.

Малков С. РК-03-18.