Quando abbiamo a che fare con dispositivi che funzionano con un alimentatore a bassa tensione, di solito abbiamo diverse opzioni su come alimentarli. Oltre ai trasformatori semplici, ma costosi e ingombranti, puoi usare alimentazione senza trasformatore.
Ad esempio, è possibile ottenere 5 volt da 220 volt utilizzando un resistore di spegnimento o utilizzando la reattanza di un condensatore. Tuttavia, questa soluzione è adatta solo per dispositivi che hanno un consumo di corrente molto basso. Se abbiamo bisogno di più corrente, ad esempio, per alimentare un circuito LED, qui incontreremo un limite di prestazioni.
Se qualsiasi dispositivo consuma alta corrente ed è fondamentalmente necessario alimentarlo da una rete a 220 volt, cioè una soluzione originale. Consiste nell'utilizzare solo una parte della sinusoide per la potenza durante la sua salita e discesa, cioè nel momento in cui la tensione di rete è uguale o inferiore al valore richiesto.
Descrizione del funzionamento di un alimentatore senza trasformatore
Una caratteristica del circuito è controllare il momento di apertura del transistor MOSFET - VT2 (IRF830). Se il valore corrente della tensione di rete in ingresso è inferiore alla tensione di stabilizzazione del diodo Zener VD5 meno la caduta di tensione attraverso il resistore R3, il transistor VT1 verrà chiuso. A causa di ciò, una tensione positiva passa attraverso il resistore R4 al transistor VT2, per cui si trova nello stato aperto.
Una corrente scorre attraverso il transistor VT2 e il valore attuale della tensione di rete viene caricato dal condensatore C2. Naturalmente, la tensione nella rete scende a zero, quindi è necessario includere un diodo VD7 nel circuito, che impedisce al condensatore di scaricarsi nuovamente nel circuito di alimentazione.
Quando la tensione di ingresso della rete supera la soglia, la corrente che attraversa il diodo zener VD5 porta all'apertura del transistor VT1. Il transistor devia il gate del transistor VT2 con il suo collettore, di conseguenza VT2 si chiude. Pertanto, il condensatore C2 viene caricato solo con la tensione richiesta.
Il potente transistor VT2 si apre solo a bassa tensione, quindi la sua dissipazione di potenza totale nel circuito è molto ridotta. Ovviamente la stabilità dell'alimentazione dipende dalla tensione di controllo del diodo zener, quindi, ad esempio, se vogliamo alimentare un circuito con un microcontrollore, allora l'uscita deve essere integrata con una piccola.
Il resistore R1 protegge il circuito e riduce il picco di tensione alla prima accensione. Il diodo Zener VD6 limita la tensione massima sull'elettrodo di controllo del transistor VT2 nella regione di 15 volt. Naturalmente, quando si commuta il transistor VT2, si verificano interferenze elettromagnetiche. Per evitare la trasmissione di disturbi alla rete, nel circuito di ingresso viene utilizzato un semplice filtro LC, costituito dai componenti L1 e C1.
Molti radioamatori non considerano alimentatori senza trasformatori. Ma nonostante ciò, vengono utilizzati abbastanza attivamente. In particolare nei dispositivi di sicurezza, nei circuiti di radiocomando per lampadari, carichi, e in molti altri dispositivi. In questo video tutorial, considereremo un semplice progetto di un tale raddrizzatore per 5 volt, 40-50 mA. Tuttavia, puoi cambiare il circuito e ottenere quasi tutte le tensioni.
Le fonti senza trasformatore sono utilizzate anche come caricabatterie e sono utilizzate nell'alimentazione. Lampade a LED e lanterne cinesi.
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Analisi dello schema.
Prendere in considerazione un semplice circuito senza trasformatore. La tensione dalla rete a 220 volt attraverso un resistore limitatore, che funge contemporaneamente da fusibile, va al condensatore di spegnimento. Anche la tensione di rete è in uscita, ma la corrente è molte volte inferiore.
Circuito raddrizzatore senza trasformatore
Inoltre su un raddrizzatore a diodi a onda intera, alla sua uscita otteniamo una corrente continua, che viene stabilizzata mediante lo stabilizzatore VD5 e livellata da un condensatore. Nel nostro caso il condensatore è da 25 V, 100 uF, elettrolitico. Un altro piccolo condensatore è installato in parallelo con l'alimentatore.
Quindi va a uno stabilizzatore di tensione lineare. In questo caso è stato utilizzato un regolatore lineare 7808. C'è un piccolo errore di battitura nel circuito, la tensione di uscita è in realtà di circa 8 V. A cosa serve il regolatore lineare, un diodo zener, nel circuito? Nella maggior parte dei casi, i regolatori di tensione lineari non sono autorizzati a fornire all'ingresso tensioni superiori a 30 V. Pertanto, è necessario un diodo zener nel circuito. La corrente nominale di uscita è determinata in misura maggiore dalla capacità del condensatore di spegnimento. In questa forma di realizzazione, ha una capacità di 0,33 μF, con una tensione nominale di 400 V. Un resistore di scarica con una resistenza di 1 MΩ è installato in parallelo al condensatore. Il valore di tutti i resistori può essere 0,25 o 0,5 watt. Questo resistore è tale che dopo che il circuito è stato spento dalla rete, il condensatore non mantiene la tensione residua, cioè viene scaricato.
Il ponte a diodi può essere assemblato da quattro raddrizzatori da 1 A. La tensione inversa dei diodi deve essere di almeno 400 V. È possibile utilizzare anche gruppi di diodi già pronti del tipo KTs405. Nel libro di riferimento, è necessario esaminare la tensione inversa consentita ponte a diodi. Il diodo zener è preferibilmente da 1 watt. La tensione di stabilizzazione di questo diodo zener dovrebbe essere compresa tra 6 e 30 V, non di più. La corrente all'uscita del circuito dipende dalla potenza questo condensatore. Con una capacità di 1 uF, la corrente sarà dell'ordine di 70 mA. Non dovresti aumentare la capacità del condensatore più di 0,5 uF, poiché una corrente piuttosto grande, ovviamente, brucerà il diodo zener. Questo schema è buono perché è di piccole dimensioni, può essere assemblato con mezzi improvvisati. Ma lo svantaggio è che non ha un isolamento galvanico dalla rete. Se hai intenzione di usarlo, assicurati di usarlo in una custodia chiusa in modo da non toccare le parti ad alta tensione del circuito. E, naturalmente, non dovresti riporre grandi speranze su questo circuito, poiché la corrente di uscita del circuito è piccola. Cioè, abbastanza per alimentare dispositivi a bassa potenza con una corrente fino a 50 mA. In particolare la fornitura di led e la realizzazione di lampade e nightlight a led. Il primo avvio deve essere effettuato con una lampadina collegata in serie.
In questa forma di realizzazione, è presente un resistore da 300 ohm, che, nel qual caso, fallirà. Non abbiamo più questo resistore sulla scheda, quindi abbiamo aggiunto una lampadina che si illuminerà un po' mentre il nostro circuito è in funzione. Per controllare la tensione di uscita, utilizzeremo il multimetro più comune, un misuratore costante da 20 V. Colleghiamo il circuito a una rete da 220 V. Poiché abbiamo una luce protettiva, salverà la situazione in caso di problemi il circuito. Prestare estrema attenzione quando si lavora con alta tensione, poiché 220 V è ancora fornito al circuito.
Conclusione.
L'uscita è 4,94, cioè quasi 5 V. Con una corrente non superiore a 40-50 mA. Ottima opzione per LED a bassa potenza. È possibile alimentare le linee LED da questo circuito, solo allo stesso tempo sostituire lo stabilizzatore con uno da 12 volt, ad esempio 7812. In linea di principio, è possibile ottenere qualsiasi tensione entro limiti ragionevoli all'uscita. È tutto. Non dimenticare di iscriverti al canale e lasciare il tuo feedback per i video futuri.
Attenzione! Quando l'alimentatore è assemblato, è importante posizionare l'assieme in una custodia di plastica o isolare accuratamente tutti i contatti e i fili per evitare contatti accidentali con essi, poiché il circuito è collegato a una rete a 220 volt e ciò aumenta la probabilità di scosse elettriche ! Stai attento e tubercolosi!
I dispositivi basati su microcontrollori richiedono per il loro funzionamento una tensione stabilizzata costante di 3,3 - 5 Volt. Di norma, tale tensione si ottiene da una tensione di rete alternata utilizzando un alimentatore a trasformatore e, nel caso più semplice, è il seguente circuito.
Trasformatore step-down, ponte a diodi, condensatore di livellamento e regolatore lineare/switching. Inoltre, tale sorgente può contenere un fusibile, circuiti di filtro, un circuito di avviamento progressivo, un circuito di protezione da sovraccarico, ecc.
Questo alimentatore (con un'opportuna scelta dei componenti) consente di ricevere correnti elevate ed è galvanicamente isolato dalla rete corrente alternata, che è importante per il funzionamento sicuro del dispositivo. Tuttavia, tale sorgente può essere grande a causa del trasformatore e dei condensatori di filtro.
In alcuni dispositivi su microcontrollori non è richiesto l'isolamento galvanico dalla rete. Ad esempio, se il dispositivo è un'unità sigillata con la quale l'utente finale non ha alcun contatto. In questo caso, se il circuito consuma una corrente relativamente bassa (decine di milliampere), può essere alimentato da una rete a 220 V utilizzando un alimentatore senza trasformatore.
In questo articolo considereremo il principio di funzionamento di tale fonte di alimentazione, la sequenza del suo calcolo e un esempio pratico di utilizzo.
Il principio di funzionamento di un alimentatore senza trasformatore
Il resistore R1 scarica il condensatore C1 quando il circuito è scollegato dalla rete. Ciò è necessario affinché l'alimentatore non ti scosse quando tocchi i contatti di ingresso.
Quando la fonte di alimentazione è collegata alla rete, il condensatore scaricato C1 è, in parole povere, un conduttore e un'enorme corrente scorre per un breve periodo attraverso il diodo zener VD1, che può disabilitarlo. Il resistore R2 limita la corrente di spunto al momento dell'accensione del dispositivo.
"Surge di corrente" nel momento iniziale dell'accensione del circuito. La tensione di rete è disegnata in blu, la corrente assorbita dalla fonte di alimentazione è disegnata in rosso. Per chiarezza, il grafico corrente viene ingrandito più volte.
Se colleghi il circuito alla rete nel momento in cui la tensione passa per zero, non ci sarà corrente di spunto. Ma qual è la probabilità che tu abbia successo?
Qualsiasi condensatore resiste al flusso di corrente alternata. (Di corrente continua il condensatore rappresenta un circuito aperto.) Il valore di questa resistenza dipende dalla frequenza della tensione di ingresso e dalla capacità del condensatore e può essere calcolato dalla formula. Il condensatore C1 funge da resistenza di zavorra, su cui cadrà la maggior parte della tensione di ingresso della rete.
Potresti avere una domanda ragionevole: perché non puoi mettere un resistore normale invece di C1? È possibile, ma su di esso verrà dissipata energia, per cui si surriscalda. Ciò non accade con un condensatore: la potenza attiva rilasciata su di esso in un periodo della tensione di rete è zero. Nei calcoli, toccheremo questo punto.
Quindi, il condensatore C1 ridurrà parte della tensione di ingresso. (La caduta di tensione attraverso il resistore R2 può essere ignorata, poiché ha una piccola resistenza.) La tensione rimanente verrà applicata al diodo zener VD1.
Nel semiperiodo positivo, la tensione di ingresso sarà limitata dal diodo zener al livello della sua tensione di stabilizzazione nominale. Nel semiciclo negativo, la tensione di ingresso verrà applicata al diodo zener nella direzione in avanti e il diodo zener avrà una tensione di circa meno 0,7 volt.
Naturalmente una tale tensione pulsante non è adatta per alimentare il microcontrollore, quindi dopo il diodo zener c'è una catena di diodo a semiconduttore VD2 e condensatore elettrolitico C2. Quando la tensione al diodo zener è positiva, la corrente scorre attraverso il diodo VD2. In questo momento il condensatore C2 è carico e il carico è alimentato. Quando la tensione ai capi del diodo zener diminuisce, il diodo VD2 si spegne e il condensatore C2 rilascia l'energia immagazzinata al carico.
La tensione attraverso il condensatore C2 oscillerà (pulserà). Nel semiperiodo positivo la tensione di rete salirà al valore Ust meno la tensione su VD2, nel semiperiodo negativo scenderà per scarica al carico. L'ampiezza delle fluttuazioni di tensione su C2 dipenderà dalla sua capacità e dalla corrente consumata dal carico. Maggiore è la capacità del condensatore C2 e minore è la corrente di carico, minori saranno queste increspature.
Se la corrente di carico e l'ondulazione sono piccole, dopo il condensatore C2 è già possibile caricare un carico, ma per i dispositivi sui microcontrollori è comunque meglio utilizzare un circuito con uno stabilizzatore. Se calcoliamo correttamente le valutazioni di tutti i componenti, otteniamo all'uscita dello stabilizzatore pressione costante.
Il circuito può essere migliorato aggiungendovi un ponte a diodi. Quindi l'alimentatore utilizzerà entrambi i semicicli della tensione di ingresso, sia positivi che negativi. Ciò consentirà, con una minore capacità del condensatore C2, di ottenere migliori parametri di ripple. Il diodo tra il diodo zener e il condensatore può essere escluso da questo circuito.
Continua...
