วิธีการคำนวณแหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลง

โพสต์นี้อธิบายวิธีการคำนวณค่าตัวต้านทานและตัวเก็บประจุในวงจรแหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลงโดยใช้สูตรง่ายๆเช่นกฎของโอห์ม

การวิเคราะห์แหล่งจ่ายไฟแบบ Capactive

ก่อนที่เราจะเรียนรู้สูตรการคำนวณและปรับค่าตัวต้านทานและตัวเก็บประจุในแหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลงสิ่งสำคัญคือต้องสรุปมาตรฐานก่อน การออกแบบแหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลง .

อ้างอิงจากแผนภาพส่วนประกอบต่างๆที่เกี่ยวข้องจะถูกกำหนดให้มีฟังก์ชันเฉพาะดังต่อไปนี้:

C1 เป็นตัวเก็บประจุแรงดันสูงแบบ nonopolar ซึ่งนำมาใช้สำหรับการปล่อยกระแสไฟหลักที่ถึงตายไปยังขีด จำกัด ที่ต้องการตามข้อกำหนดการโหลด ดังนั้นส่วนประกอบนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากฟังก์ชันการ จำกัด กระแสไฟหลักที่ได้รับมอบหมาย

D1 ถึง D4 ถูกกำหนดค่าเป็นไฟล์ เครือข่ายวงจรเรียงกระแสสะพาน สำหรับการแก้ไข AC แบบขั้นบันไดจาก C1 เพื่อให้เอาต์พุตเหมาะสมกับโหลด DC ที่ต้องการ

Z1 อยู่ในตำแหน่งเพื่อรักษาเสถียรภาพของเอาต์พุตไปยังขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยที่ต้องการ

C2 ถูกติดตั้งไปที่ กรองระลอกคลื่นใด ๆ ใน DC และเพื่อสร้าง DC ที่สะอาดสมบูรณ์แบบสำหรับโหลดที่เชื่อมต่อ

R2 อาจเป็นทางเลือก แต่ขอแนะนำสำหรับการจัดการกับสวิตช์เปิดไฟกระชากจากแหล่งจ่ายไฟแม้ว่าควรเปลี่ยนส่วนประกอบนี้ด้วยเทอร์มิสเตอร์ NTC

การใช้กฎของโอห์ม

เราทุกคนรู้ว่ากฎของโอห์มทำงานอย่างไรและจะใช้อย่างไรในการค้นหาพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จักเมื่อทราบอีกสองตัว อย่างไรก็ตามด้วยแหล่งจ่ายไฟประเภท capacitive ที่มีคุณสมบัติพิเศษและมี LED เชื่อมต่ออยู่การคำนวณกระแสไฟฟ้าแรงดันตกและตัวต้านทาน LED จึงค่อนข้างสับสน

วิธีการคำนวณและหักค่าพารามิเตอร์กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลง

หลังจากศึกษารูปแบบที่เกี่ยวข้องอย่างรอบคอบแล้วฉันได้คิดค้นวิธีที่ง่ายและมีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาข้างต้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแหล่งจ่ายไฟที่ใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟที่ไม่มีหม้อแปลงหรือรวมตัวเก็บประจุ PPC หรือรีแอคแตนซ์เพื่อควบคุมกระแส

การประเมินกระแสในแหล่งจ่ายไฟแบบ Capacitive

โดยปกติก แหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลง จะสร้างเอาต์พุตที่มีค่ากระแสไฟฟ้าต่ำมาก แต่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากับไฟ AC ที่ใช้ (จนกว่าจะโหลด)

ตัวอย่างเช่น 1 µF, 400 V (แรงดันไฟฟ้าแยก) เมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ 220 V x 1.4 = 308V (หลังสะพาน) จะให้กระแสไฟฟ้าสูงสุด 70 mA และการอ่านแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้น 308 โวลต์

อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้านี้จะแสดงการลดลงเชิงเส้นอย่างมากเมื่อเอาต์พุตได้รับโหลดและกระแสถูกดึงจากอ่างเก็บน้ำ“ 70 mA”

เรารู้ว่าถ้าโหลดกิน 70 mA ทั้งหมดจะหมายถึงแรงดันไฟฟ้าลดลงจนเกือบเป็นศูนย์

เนื่องจากการลดลงนี้เป็นแบบเส้นตรงเราสามารถหารแรงดันเอาต์พุตเริ่มต้นด้วยกระแสสูงสุดเพื่อค้นหาแรงดันตกที่จะเกิดขึ้นสำหรับขนาดกระแสโหลดที่แตกต่างกัน

ดังนั้นการหาร 308 โวลต์ด้วย 70 mA จะให้ 4.4V นี่คืออัตราที่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงทุกๆ 1 mA ของกระแสที่เพิ่มเข้ามาพร้อมกับโหลด

นั่นหมายความว่าถ้าโหลดกินกระแส 20 mA แรงดันตกจะอยู่ที่ 20 × 4.4 = 88 โวลต์ดังนั้นเอาต์พุตตอนนี้จะแสดงแรงดันไฟฟ้า 308 - 62.8 = 220 โวลต์ DC (หลังบริดจ์)

ตัวอย่างเช่นกับไฟล์ LED 1 วัตต์ เชื่อมต่อโดยตรงกับวงจรนี้โดยไม่มีตัวต้านทานจะแสดงแรงดันไฟฟ้าเท่ากับแรงดันตกไปข้างหน้าของ LED (3.3V) เนื่องจาก LED จมเกือบทั้งหมดที่มีอยู่จากตัวเก็บประจุ อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้าทั่ว LED จะไม่ลดลงเป็นศูนย์เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้สูงสุดซึ่งสามารถตกคร่อมได้

จากการอภิปรายและการวิเคราะห์ข้างต้นเป็นที่ชัดเจนว่าแรงดันไฟฟ้าในหน่วยจ่ายไฟใด ๆ ไม่เป็นสาระสำคัญหากความสามารถในการส่งกระแสไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ 'ค่อนข้างต่ำ'

ตัวอย่างเช่นหากเราพิจารณา LED ก็สามารถทนกระแส 30 ถึง 40 mA ที่แรงดันไฟฟ้าใกล้เคียงกับ 'แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า' อย่างไรก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นกระแสนี้อาจเป็นอันตรายสำหรับ LED ดังนั้นทั้งหมดนี้เกี่ยวกับการรักษากระแสไฟฟ้าสูงสุดให้เท่ากับ ขีด จำกัด สูงสุดที่ยอมรับได้อย่างปลอดภัยของโหลด

การคำนวณค่าตัวต้านทาน

ตัวต้านทานสำหรับโหลด : เมื่อใช้ LED เป็นโหลดขอแนะนำให้เลือกตัวเก็บประจุที่มีค่ารีแอกแตนซ์อนุญาตให้ใช้กระแสไฟ LED ที่ทนได้สูงสุดเท่านั้นซึ่งในกรณีนี้สามารถหลีกเลี่ยงตัวต้านทานได้ทั้งหมด

ถ้า ค่าตัวเก็บประจุ มีขนาดใหญ่และมีเอาต์พุตที่สูงกว่าดังนั้นอาจเป็นไปตามที่กล่าวไว้ข้างต้นเราสามารถรวมตัวต้านทานเพื่อลดกระแสให้เป็นขีด จำกัด ที่ยอมรับได้

การคำนวณตัวต้านทานขีด จำกัด ไฟกระชาก : ตัวต้านทาน R2 ในรูปแบบแผนภาพด้านบนรวมอยู่ในตัวต้านทานตัว จำกัด ไฟกระชากของสวิตช์เปิด โดยพื้นฐานแล้วจะปกป้องโหลดที่มีช่องโหว่จากกระแสไฟกระชากเริ่มต้น

ในช่วงเริ่มต้นของการเปิดสวิตช์ตัวเก็บประจุ C1 จะทำหน้าที่เหมือนการลัดวงจรโดยสมบูรณ์แม้ว่าจะใช้เวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีและอาจยอมให้ 220V ทั้งหมดในเอาต์พุต

นี่อาจเพียงพอที่จะระเบิดวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนหรือไฟ LED ที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายซึ่งรวมถึงซีเนอร์ไดโอดที่ทำให้เสถียรด้วย

เนื่องจากซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชิ้นแรกที่ต้องได้รับการปกป้องจากไฟกระชากเริ่มต้นจึงสามารถคำนวณ R2 ได้ตามข้อกำหนดของซีเนอร์ไดโอดและค่าสูงสุด ซีเนอร์ปัจจุบัน หรือการกระจายตัวของซีเนอร์

กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ซีเนอร์ยอมรับได้สำหรับตัวอย่างของเราคือ 1 วัตต์ / 12 V = 0.083 แอมป์

ดังนั้น R2 ควรเป็น = 12 / 0.083 = 144 โอห์ม

อย่างไรก็ตามเนื่องจากกระแสไฟกระชากเป็นเพียงมิลลิวินาทีค่านี้จึงอาจต่ำกว่านี้มาก

ที่นี่. เราไม่ได้พิจารณาอินพุต 310V สำหรับการคำนวณซีเนอร์เนื่องจากกระแสไฟฟ้าถูก จำกัด ไว้ที่ 70 mA โดย C1

เนื่องจาก R2 สามารถ จำกัด กระแสที่มีค่าโดยไม่จำเป็นสำหรับโหลดในระหว่างการทำงานปกติจึงต้องเป็นไฟล์ กทช ประเภทของตัวต้านทาน NTC จะตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าถูก จำกัด เฉพาะในช่วงเวลาเปิดสวิตช์เริ่มต้นจากนั้น 70 mA เต็มจะได้รับอนุญาตให้ส่งผ่านไม่ จำกัด สำหรับโหลด

การคำนวณ Discharge Resistor : ตัวต้านทาน R1 ใช้สำหรับการปล่อยประจุไฟฟ้าแรงสูงที่จัดเก็บไว้ภายใน C1 เมื่อใดก็ตามที่ถอดปลั๊กวงจรออกจากแหล่งจ่ายไฟหลัก

ค่า R1 ควรต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับการระบาย C1 อย่างรวดเร็ว แต่จะกระจายความร้อนต่ำสุดในขณะที่เชื่อมต่อกับ AC หลัก

เนื่องจาก R1 สามารถเป็นตัวต้านทาน 1/4 วัตต์การกระจายจะต้องต่ำกว่า 0.25 / 310 = 0.0008 แอมป์หรือ 0.8 mA

ดังนั้น R1 = 310 / 0.0008 = 387500 Ohms หรือ 390 k โดยประมาณ

การคำนวณตัวต้านทาน LED 20 mA

ตัวอย่าง: ในแผนภาพที่แสดงค่าของตัวเก็บประจุจะสร้างสูงสุด 70 mA กระแสซึ่งค่อนข้างสูงสำหรับ LED ใด ๆ ที่จะทนต่อ การใช้สูตร LED / ตัวต้านทานมาตรฐาน:

R = (แรงดันไฟฟ้า VS - LED แรงดันไปข้างหน้า VF) / LED ปัจจุบัน IL,
= (220 - 3.3) /0.02 = 10.83K,

อย่างไรก็ตามค่า 10.83K นั้นดูใหญ่มากและจะทำให้การส่องสว่างของ LED ลดลงอย่างมาก .... การคำนวณไม่น้อยไปกว่านั้นก็ดูถูกต้องตามกฎหมายอย่างแน่นอน .... เราขาดอะไรตรงนี้ไปหรือเปล่า ??

ฉันคิดว่าที่นี่แรงดันไฟฟ้า '220' อาจไม่ถูกต้องเพราะในที่สุด LED จะต้องการเพียง 3.3V .... ดังนั้นทำไมไม่ใช้ค่านี้ในสูตรด้านบนและตรวจสอบผลลัพธ์ ในกรณีที่คุณใช้ซีเนอร์ไดโอดคุณสามารถใช้ค่าซีเนอร์ที่นี่แทนได้

ตกลงนี่เราไปอีกครั้ง

R = 3.3 / 0.02 = 165 โอห์ม

ตอนนี้ดูดีขึ้นมาก

ในกรณีที่คุณใช้สมมติว่าไดโอดซีเนอร์ 12V ก่อน LED สูตรสามารถคำนวณได้ตามที่ระบุด้านล่าง:

R = (แรงดันไฟฟ้า VS - LED แรงดันไปข้างหน้า VF) / LED ปัจจุบัน IL,
= (12 - 3.3) /0.02 = 435 โอห์ม

ดังนั้นค่าของตัวต้านทานสำหรับการควบคุมหนึ่ง LED สีแดง อย่างปลอดภัยจะอยู่ที่ประมาณ 400 โอห์ม

การค้นหา Capacitor Current

ในการออกแบบที่ไม่ใช้หม้อแปลงทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้น C1 เป็นส่วนประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่งซึ่งต้องได้รับการกำหนดขนาดอย่างถูกต้องเพื่อให้เอาต์พุตปัจจุบันจากมันได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดตามข้อกำหนดของโหลด

การเลือกตัวเก็บประจุที่มีมูลค่าสูงสำหรับโหลดที่ค่อนข้างเล็กอาจเพิ่มความเสี่ยงที่กระแสไฟกระชากมากเกินไปเข้าสู่โหลดและทำให้เสียหายเร็วขึ้น

ในทางตรงกันข้ามตัวเก็บประจุที่คำนวณอย่างถูกต้องช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีการควบคุมกระแสไฟกระชากและการกระจายตัวเล็กน้อยโดยรักษาความปลอดภัยที่เพียงพอสำหรับโหลดที่เชื่อมต่อ

การใช้กฎของโอห์ม

ขนาดของกระแสไฟฟ้าที่อาจได้รับอนุญาตอย่างเหมาะสมที่สุดผ่านแหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลงสำหรับโหลดเฉพาะอาจคำนวณได้โดยใช้กฎของโอห์ม:

ฉัน = V / R

โดยที่ฉัน = กระแส, V = แรงดัน, R = ความต้านทาน

อย่างไรก็ตามอย่างที่เราเห็นในสูตรข้างต้น R เป็นพารามิเตอร์ที่แปลกเนื่องจากเรากำลังจัดการกับตัวเก็บประจุในฐานะสมาชิกที่ จำกัด ในปัจจุบัน

ในการแตกสิ่งนี้เราจำเป็นต้องได้รับวิธีการที่จะแปลค่า จำกัด กระแสของตัวเก็บประจุในรูปของโอห์มหรือหน่วยความต้านทานเพื่อให้สามารถแก้ไขสูตรกฎของโอห์มได้

การคำนวณปฏิกิริยาของตัวเก็บประจุ

ในการทำสิ่งนี้ก่อนอื่นเราจะหาค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุซึ่งอาจถือได้ว่าเป็นความต้านทานที่เทียบเท่ากับตัวต้านทาน

สูตรสำหรับรีแอคแตนซ์คือ:

Xc = 1/2 (ไพ) fC

โดยที่ Xc = reactance

pi = 22/7

f = ความถี่

C = ค่าตัวเก็บประจุใน Farads

ผลลัพธ์ที่ได้จากสูตรข้างต้นอยู่ในหน่วยโอห์มซึ่งสามารถแทนที่ได้โดยตรงในกฎของโอห์มที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้

ลองแก้ตัวอย่างเพื่อทำความเข้าใจการใช้งานสูตรข้างต้น:

มาดูกันว่าปัจจุบันตัวเก็บประจุ 1uF สามารถส่งมอบให้กับโหลดเฉพาะได้เท่าใด:

เรามีข้อมูลต่อไปนี้อยู่ในมือ:

pi = 22/7 = 3.14

f = 50 Hz (ความถี่ AC หลัก)

และ C = 1uF หรือ 0.000001F

การแก้สมการรีแอคแตนซ์โดยใช้ข้อมูลข้างต้นให้:

Xc = 1 / (2 x 3.14 x 50 x 0.000001)

= 3184 โอห์มโดยประมาณ

การแทนที่ค่าความต้านทานที่เท่ากันในสูตรกฎของโอห์มเราจะได้รับ:

R = V / ฉัน

หรือ I = V / R

สมมติว่า V = 220V (เนื่องจากตัวเก็บประจุมีวัตถุประสงค์เพื่อทำงานร่วมกับแรงดันไฟฟ้าหลัก)

เราได้รับ:

ผม = 220/3184

= 0.069 แอมป์หรือ 69 mA โดยประมาณ

ในทำนองเดียวกันตัวเก็บประจุอื่น ๆ สามารถคำนวณได้เพื่อให้ทราบถึงความจุหรือพิกัดกระแสไฟฟ้าสูงสุด

การอภิปรายข้างต้นอธิบายอย่างละเอียดถึงวิธีการคำนวณกระแสของตัวเก็บประจุในวงจรที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแหล่งจ่ายไฟแบบ capacitive แบบไม่ใช้หม้อแปลง

คำเตือน: การออกแบบข้างต้นไม่ได้แยกออกจากอินพุตหลักดังนั้นหน่วยทั้งหมดอาจลอยได้ด้วยหลักอินพุตที่เหลือโปรดระมัดระวังอย่างยิ่งในขณะที่กำลังจัดการในการสลับในตำแหน่ง