Když máme co do činění se zařízeními, která fungují z nízkonapěťového zdroje, máme obvykle několik možností, jak je napájet. Kromě jednoduchých, ale drahých a objemných transformátorů můžete použít beztransformátorový napájecí zdroj.

Například můžete získat 5 voltů z 220 voltů pomocí zhášecího odporu nebo pomocí reaktance kondenzátoru. Toto řešení je však vhodné pouze pro zařízení, která mají velmi nízký proudový odběr. Pokud potřebujeme větší proud např. pro napájení LED obvodu, pak zde narazíme na limit výkonu.

Pokud nějaké zařízení spotřebovává vysoký proud a je zásadně nutné ho napájet ze sítě 220 voltů, tedy jedné originální řešení. Spočívá ve využití pouze části sinusoidy pro výkon při jejím vzestupu a poklesu, tzn. v okamžiku, kdy je síťové napětí rovno nebo menší než požadovaná hodnota.

Popis činnosti beztransformátorového zdroje

Vlastností obvodu je ovládání otevíracího momentu tranzistoru MOSFET - VT2 (IRF830). Pokud je aktuální hodnota vstupního síťového napětí nižší než stabilizační napětí Zenerovy diody VD5 mínus úbytek napětí na rezistoru R3, pak bude tranzistor VT1 uzavřen. Díky tomu prochází kladné napětí přes odpor R4 k tranzistoru VT2, v důsledku čehož je v otevřeném stavu.

Tranzistorem VT2 protéká proud a proudová hodnota síťového napětí je nabíjena kondenzátorem C2. Napětí v síti samozřejmě klesne na nulu, proto je nutné do obvodu zařadit diodu VD7, která zabrání zpětnému vybití kondenzátoru do obvodu napájení.

Když vstupní napětí sítě překročí prahovou hodnotu, proud procházející zenerovou diodou VD5 vede k otevření tranzistoru VT1. Tranzistor posune bránu tranzistoru VT2 svým kolektorem, v důsledku toho se VT2 uzavře. Kondenzátor C2 se tedy nabíjí pouze požadovaným napětím.

Výkonný tranzistor VT2 se otevírá pouze při nízkém napětí, takže jeho celkový ztrátový výkon v obvodu je velmi malý. Stabilita zdroje samozřejmě závisí na řídicím napětí zenerovy diody, proto např. pokud chceme napájet obvod s mikrokontrolérem, pak je třeba výstup doplnit malým.

Rezistor R1 chrání obvod a snižuje napěťové špičky při prvním zapnutí. Zenerova dioda VD6 omezuje maximální napětí na řídicí elektrodě tranzistoru VT2 v oblasti 15 voltů. Při spínání tranzistoru VT2 přirozeně dochází k elektromagnetickému rušení. Aby se zabránilo přenosu rušení do sítě, je ve vstupním obvodu použit jednoduchý LC filtr, sestávající ze součástek L1 a C1.

Mnoho radioamatérů neuvažuje o napájecích zdrojích bez transformátorů. Ale i přes to se používají docela aktivně. Zejména v zabezpečovacích zařízeních, v obvodech rádiového ovládání lustrů, zátěží a v mnoha dalších zařízeních. V tomto video tutoriálu budeme zvažovat jednoduchý návrh takového usměrňovače pro 5 voltů, 40-50 mA. Můžete však změnit obvod a získat téměř jakékoli napětí.

Beztransformátorové zdroje se také používají jako nabíječky a používají se v napájení. LED lampy a čínské lucerny.

Pro radioamatéry má tento čínský obchod vše.

Analýza schémat.

Zvážit jednoduchý obvod bez transformátoru. Napětí ze sítě 220 V přes omezovací rezistor, který současně funguje jako pojistka, jde do zhášecího kondenzátoru. Síťové napětí je také na výstupu, ale proud je mnohonásobně nižší.

Beztransformátorový usměrňovací obvod

Dále na celovlnném diodovém usměrňovači dostáváme na jeho výstupu stejnosměrný proud, který je stabilizován pomocí stabilizátoru VD5 a vyhlazován kondenzátorem. V našem případě je kondenzátor 25 V, 100 uF, elektrolytický. Paralelně s napájecím zdrojem je instalován další malý kondenzátor.

Poté přejde na lineární stabilizátor napětí. V tomto případě byl použit lineární regulátor 7808. V obvodu je malý překlep, výstupní napětí je ve skutečnosti přibližně 8 V. K čemu je v obvodu lineární regulátor, zenerova dioda? Ve většině případů lineární stabilizátory napětí nesmějí dodávat na vstup napětí vyšší než 30 V. Proto je v obvodu potřeba zenerova dioda. Jmenovitý výstupní proud je ve větší míře určen kapacitou zhášecího kondenzátoru. V tomto provedení má kapacitu 0,33 μF, se jmenovitým napětím 400 V. Paralelně s kondenzátorem je instalován vybíjecí rezistor s odporem 1 MΩ. Hodnota všech rezistorů může být 0,25 nebo 0,5 wattu. Tento odpor je takový, že po vypnutí obvodu ze sítě kondenzátor neudrží zbytkové napětí, to znamená, že se vybije.

Diodový můstek lze sestavit ze čtyř usměrňovačů 1 A. Zpětné napětí diod musí být minimálně 400 V. Lze použít i hotové sestavy diod typu KTs405. V referenční knize se musíte podívat na povolené zpětné napětí diodový můstek. Zenerova dioda má s výhodou 1 watt. Stabilizační napětí této zenerovy diody by mělo být od 6 do 30 V, ne více. Proud na výstupu obvodu závisí na jmenovité hodnotě tento kondenzátor. Při kapacitě 1 uF bude proud v oblasti 70 mA. Neměli byste zvyšovat kapacitu kondenzátoru o více než 0,5 uF, protože poměrně velký proud samozřejmě spálí zenerovu diodu. Toto schéma je dobré, protože je malé, lze jej sestavit z improvizovaných prostředků. Nevýhodou ale je, že nemá galvanické oddělení od sítě. Pokud jej budete používat, pak jej určitě používejte v uzavřeném pouzdře, abyste se nedotýkali vysokonapěťových částí obvodu. A samozřejmě byste do tohoto obvodu neměli vkládat velké naděje, protože výstupní proud obvodu je malý. Tedy dostačující pro napájení zařízení s nízkou spotřebou proudem do 50 mA. Zejména dodávky LED a konstrukce LED svítidel a nočních svítidel. První spuštění je nutné provést se sériově zapojenou žárovkou.

V tomto provedení je 300 ohmový odpor, který v takovém případě selže. Tento rezistor již na desce nemáme, proto jsme přidali žárovku, která bude při běhu našeho obvodu trochu svítit. Pro kontrolu výstupního napětí použijeme nejobyčejnější multimetr, měřič konstantních 20 V. Obvod zapojíme do sítě 220 V. Vzhledem k tomu, že máme ochranné světlo, zachrání situaci v případě problémů v okruhu. Při práci s ním buďte mimořádně opatrní vysokého napětí, protože do obvodu je stále přiváděno 220 V.

Závěr.

Výstup je 4,94, tedy téměř 5 V. Při proudu ne větším než 40-50 mA. Skvělá volba pro LED s nízkou spotřebou. Z tohoto obvodu můžete napájet LED linky, pouze současně vyměňte stabilizátor za 12voltový, například 7812. V zásadě můžete na výstupu získat jakékoli napětí v rozumných mezích. To je vše. Nezapomeňte se přihlásit k odběru kanálu a zanechat zpětnou vazbu pro budoucí videa.

Pozornost! Když je zdroj smontován, je důležité umístit sestavu do plastového pouzdra nebo pečlivě izolovat všechny kontakty a vodiče, aby se zabránilo náhodnému kontaktu s nimi, protože obvod je připojen k síti 220 V a to zvyšuje pravděpodobnost úrazu elektrickým proudem ! Buďte opatrní a TBC!

Zařízení založená na mikrokontrolérech vyžadují pro svůj provoz konstantní stabilizované napětí 3,3 - 5 Voltů. Takové napětí se zpravidla získává ze střídavého síťového napětí pomocí transformátorového zdroje a v nejjednodušším případě se jedná o následující obvod.

Snižovací transformátor, diodový můstek, vyhlazovací kondenzátor a lineární / spínací regulátor. Kromě toho může takový zdroj obsahovat pojistku, filtrační obvody, obvod pozvolného rozběhu, ochranný obvod proti přetížení atd.
Tento napájecí zdroj (s vhodnou volbou komponent) umožňuje příjem vysokých proudů a je galvanicky oddělen od sítě střídavý proud, která je důležitá pro bezpečný provoz zařízení. Takový zdroj však může být velký kvůli transformátoru a filtračním kondenzátorům.
U některých zařízení na mikrokontrolérech není vyžadováno galvanické oddělení od sítě. Například pokud je zařízení uzavřenou jednotkou, se kterou koncový uživatel nemá žádný kontakt. V tomto případě, pokud obvod odebírá relativně malý proud (desítky miliampér), může být napájen ze sítě 220 V pomocí beztransformátorového zdroje.
V tomto článku se budeme zabývat principem fungování takového zdroje energie, posloupností jeho výpočtu a praktickým příkladem použití.

Princip činnosti beztransformátorového napájecího zdroje

Rezistor R1 vybíjí kondenzátor C1, když je obvod odpojen od sítě. To je nutné, aby vás zdroj nešokoval, když se dotknete vstupních kontaktů.
Při připojení zdroje k síti je vybitý kondenzátor C1, zhruba řečeno, vodič a zenerovou diodou VD1 protéká krátkodobě obrovský proud, který ji může vyřadit. Rezistor R2 omezuje zapínací proud v okamžiku zapnutí zařízení.

"Proudový ráz" v počátečním okamžiku zapnutí obvodu. Síťové napětí je vykresleno modře, proud odebíraný napájecím zdrojem je vykreslen červeně. Pro přehlednost je aktuální graf několikrát zvětšen.

Pokud obvod připojíte k síti v okamžiku, kdy napětí projde nulou, nedojde k žádnému nárazovému proudu. Jaká je ale pravděpodobnost, že uspějete?
Jakýkoli kondenzátor odolává toku střídavého proudu. (Podle stejnosměrný proud kondenzátor představuje otevřený obvod.) Hodnota tohoto odporu závisí na frekvenci vstupního napětí a kapacitě kondenzátoru a lze ji vypočítat ze vzorce. Kondenzátor C1 funguje jako předřadný odpor, na který bude dopadat většina vstupního napětí sítě.

Možná máte rozumnou otázku: proč nemůžete místo C1 dát běžný rezistor? Je to možné, ale energie se na něm rozptýlí, v důsledku čehož se zahřeje. To se u kondenzátoru nestane - činný výkon na něm uvolněný za jednu periodu síťového napětí je nulový. Ve výpočtech se dotkneme tohoto bodu.

Takže kondenzátor C1 sníží část vstupního napětí. (Pokles napětí na rezistoru R2 lze ignorovat, protože má malý odpor.) Zbývající napětí bude přivedeno na zenerovu diodu VD1.
V kladné půlperiodě bude vstupní napětí omezeno zenerovou diodou na úrovni jejího jmenovitého stabilizačního napětí. V záporné polovině cyklu bude vstupní napětí přivedeno na zenerovu diodu v propustném směru a zenerova dioda bude mít napětí přibližně mínus 0,7 voltu.

Přirozeně takové pulzující napětí není vhodné pro napájení mikrokontroléru, takže za zenerovou diodou následuje řetězec polovodičová dioda VD2 a elektrolytický kondenzátor C2. Když je napětí na zenerově diodě kladné, proud protéká diodou VD2. V tomto okamžiku je kondenzátor C2 nabit a zátěž je napájena. Když napětí na zenerově diodě klesne, dioda VD2 se vypne a kondenzátor C2 uvolní uloženou energii do zátěže.
Napětí na kondenzátoru C2 bude oscilovat (pulzovat). V kladné půlperiodě síťového napětí stoupne na hodnotu Ust mínus napětí na VD2, v záporné půlperiodě klesne vlivem výboje do zátěže. Amplituda kolísání napětí na C2 bude záviset na jeho kapacitě a proudu spotřebovaném zátěží. Čím větší je kapacita kondenzátoru C2 a čím nižší je zatěžovací proud, tím menší budou tato vlnění.
Pokud jsou zatěžovací proud a zvlnění malé, pak po kondenzátoru C2 je již možné zatížit, ale pro zařízení na mikrokontrolérech je stále lepší použít obvod se stabilizátorem. Pokud správně spočítáme hodnocení všech komponent, pak na výstupu stabilizátoru dostaneme konstantní tlak.
Obvod lze vylepšit přidáním diodového můstku. Poté bude zdroj využívat obě půlcykly vstupního napětí – kladné i záporné. To umožní při menší kapacitě kondenzátoru C2 získat lepší parametry zvlnění. Diodu mezi zenerovou diodou a kondenzátorem lze z tohoto obvodu vyloučit.