Transformatorloze voedingen: Fundamenten, werking en ontwerpvereisten

Over het algemeen hebben elektronische producten een aftaktransformator die de DC-voeding in staat stelt om AC-netspanningen om te zetten in een DC-spanning (vaak klein). Het proces omvat het converteren van een hogere AC naar lagere AC, dan naar een lage DC-spanning, met behulp van een schakelmodus-transformator. Terwijl het proces op de lange termijn voldoende is, kan het duur en bulk zijn omdat het ook een grotere ruimte vereist tijdens het ontwerp en de fabricage van het product. Daarom is een goedkopere en betere alternatief waar u naar moet kijken de transformatorloze voeding. Naast het een schakelmodus-voeding zijn, is het minder kostbaar en klein in afmeting. Daarnaast kunt u het in een breed scala aan elektronische componenten gebruiken zoals huishoudelijke apparaten.

Wat is een transformatorloze voeding?

Zoals de naam suggereert, gebruikt een transformatorloze voedingscircuit geen spoel of transformator bij het leveren van een lage DC vanuit de hoge spanning wisselstroom van het net. Het werkt door een hoge-spanningscondensator de primaire AC-stroom (120V of 230V) te laten dalen naar een laag stroomniveau (12V, 5V of 3V).

Het lagere niveau is geschikt omdat het optimale werking voor de aangesloten last of elektronisch circuit garandeert. Dus u moet de transformatorloze voeding voor de schakeling krijgen wanneer u een elektrisch circuit gebruikt dat lage stromen vereist (zoals een paar milliampere) of in microprocessorcircuits.

Het transformatorloze circuit heeft een werkprincipe dat inrush-begrenzing, voedingsspanningsdeling, regeling en gelijkrichting omvat – wat besproken zal worden in de voedingsstructuur.

Transformatorloze voeding voor- en nadelen

Als met elke andere technologische apparatuur, heeft de transformatorloze voeding zijn voor- en nadelen.

Voordelen

• Eerst is het goedkoop.
• Dan vereist het minder ruimte, wat het minder bulk maakt, in tegenstelling tot een transformator-gebaseerde toepassing die chaotisch en zwaar is.
• Ook kunt u het gebruiken in laag-vermogen elektronische componenten.

Nadelen

• Eerst, overmatige warmtedissipatie door de weerstands-gebaseerde transformatorloze voeding verlaagt de uiteindelijke uitgangsspanning, wat de efficiëntie verlaagt.
• Helaas is de maximale uitgangsstroom die u kunt krijgen ongeveer 1 ampere. Het is niet gunstig voor inductieve of weerstandslasten die 20 A of 30 A nodig hebben om te werken.
• Opnieuw, het circuit heeft geen isolatie van de invoervoeding, wat het riskant maakt om te hanteren (geen isolatie tussen uitgang en ingang). Bovendien zal een kleine breuk of loskoppeling van een component uit de schakeling het hele apparaat vernietigen.
• Ten slotte, de opstelling en lage uitgang zijn niet geschikt voor complexere systemen zoals in veiligheids- of medische apparaten.

Gelukkig heeft het transformatorloze voedingscircuitontwerp dat we beschreven verschillende stabiliseringsfasen na de brug-gelijkrichter. Op die manier worden de risico's laag.

Transformatorloze voeding circuitdiagram inleiding

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_power_supply#/media/File:Capacitive_Power_Supply.png

(een circuitdiagram van een transformatorloze voeding)

Het circuitdiagram wordt hierboven getoond van een transformatorloze voedingscircuit dat functioneert door hoge AC-spanning om te zetten in lage DC-spanning zonder spoel of transformator. In de volgende sectie gaan we uitleggen hoe de schakeling werkt.

Transformatorloze voeding structuur/ontwerp

Enkele voorzorgsmaatregelen die u moet nemen voordat u het transformatorloze voedingscircuit maakt zijn:

• Allereerst en voornaamste, werken met de AC-invoerspanning zonder kwalitatieve kennis en ervaring is extreem gevaarlijk. Behandel het circuit daarom met extreme voorzichtigheid.
• Tweedens, gebruik een Zener-diode of een weerstand met slechts een 1 Watt of boven (5W) waardering.
• Derde, als u geen Zener-diode heeft, kunt u een IC-spanningsregelaar gebruiken om de spanning te regelen.
• Ook, probeer niet de X-geclassificeerde condensator te vervangen door een andere condensator. De reden is dat de andere condensator zal barsten.
• Verder, om veiligheidsredenen, kunt u een 1 Amp zekering voor de X-geclassificeerde condensator en in serie met de faselijn gebruiken.
• Ruimte de componenten voldoende.
• Bovendien, vermijd het aanraken van welke punten van de valcondensator ook al, zelfs als u het circuit heeft uitgezet om schokken te voorkomen.
• Laatst maar niet minst, gebruik een andere waarde van X-geclassificeerde condensator als het product meer uitgangsstroom en uitgangsspanning vereist.

Componenten

De componenten van een transformatorloze voedingscircuit omvatten:

• R1: 1-Ω weerstand, 5W.
• R2: 10-Ω weerstand; de last hier mag niet minder dan 10 Ω zijn.
• R3: 470-kΩ weerstand, 1W.
• R4: 1-Ω weerstand, 5W.
• R5: 200-mA zekering.
• Spanningsvalcondensator / X-geclassificeerde condensator (het hoofcomponent) – beschikbaar in 230V, 400V, 600V wisselstroom, of nog hoger.

(typen condensators).

• C1: 33.000 – µF gepolariseerde elektrolytische condensator, 25 VL.
• C2 en C3: Niet-gepolariseerde condensator van polyester ≥ 400 V, 10 µF.
• D1: Diode 1N4007.
• D2: 12-V, 3-W Zener-diode.
• D3 tot D13: 1N4007.

Het ideale transformatorloze ontwerp

1. Condensator C1 verlaagt de hoge stroom van 120V of 220V net naar een passend lagere DC-last. Dus één microfarad van C1 produceert ongeveer 50mA stroom naar de uitgangslast.
2. Weerstand R1 biedt een ontladingspad voor de hoge spanning van C1 wanneer u het circuit van de netvoeding ontkoppelt. Het is omdat C1 de hoge volt kan opslaan, d.w.z. 120V of 220V, en een hoge spanningsschok kan veroorzaken wanneer u de stekkerpinnen aanraakt in de ontkoppelde toestand. R1 zal de hoge spanning snel ontladen.
3. D1 tot D4 diodes functioneren als een brug-gelijkrichter die lage stroom AC van C1 omzet in lage stroom DC. C1 beperkt de spanning niet tot 50mA maar beperkt de stroom. Met andere woorden, de DC aan de uitgang van de brug-gelijkrichter is de piekwaarde van 220V. De berekening is als volgt;

220 x 1,41 = 310V DC. We eindigen met ongeveer 310 V, met 50 mA aan de uitgang van de brug.

4. 310V is echter te hoog voor een lage spanning, behalve wanneer u het in een relais gebruikt. Dus u zult de juiste Zener-diode waardering gebruiken om de 310V DC af te leiden naar een gewenst laag niveau, bijv. 24V, 12V, onder andere.

(typen Zener-diodes)

5. De R2-weerstand is de stroombegrenzende weerstand. Ondanks C1 fungeert als de stroombegrenzer, wanneer u de invoer AC direct op het circuit toepast, fungeert C1 als een kortsluiting in een kwestie van milliseconden. In de paar milliseconden dat de schakelaar aanstaat, komt een hoge AC-spanningsinvoer van 220V in het voedingscircuit. Helaas kunnen de hoge spanningsniveaus de DC-uitgangslast vernietigen.

Een betere manier om met de situatie om te gaan is door NTC te introduceren. Maar in dit geval gebruiken we R2 als de begrenzing.

De filtercondensator is C2. Voornamelijk werkt het door de 100Hz rimpels van de brug die u initieel gelijkrichtte naar een schonere DC te gladstrijken.

Type transformatorloze voeding

De transformatorloze voeding is beschikbaar in twee hoofdtypen, en we zullen ze in detail bespreken.

De voorbeelden zijn:

1. Weerstands-gebaseerde transformatorloze voeding

Met de weerstands-gebaseerde voeding gebruikt u de weerstand over de spanningsvalweerstand om de warmte in energievorm te reduceren. Vanwege de warmtereductie is er een weerstand die de overmatige stroom beperkt. Over het algemeen verteert de spanningsvalweerstand de warmtevermogen.

Een punt om op te letten – meestal zult u sommige toepassingen vinden die de weerstand met dubbele nominal vermogen gebruiken. Dit is omdat het meer energie over zich heen dissipeert vergeleken met de andere typen transformatorloze voeding.

2. Capacitieve transformatorloze voeding

Het tweede type, capacitieve voeding, werkt op lage vermogensverlies en warmtedissipatie, wat het efficiënter maakt.

Structuur; Hier heeft de X-geclassificeerde condensator een verbinding van 230V, 400V en 600V in serie. Vervolgens fungeren de netspanningen als valcondensators en functioneren om de spanning te verlagen.

Verschil tussen de weerstands-gebaseerde en capacitieve transformatorloze voeding

Hoofdzakelijk verschillen de twee typen. Er is minder tot nul energieverlies en warmtedissipatie in de capacitieve voedingscircuit omdat de spanningsvalweerstand de overmatige spanning verlaagt. Aan de andere kant zal een weerstands-gebaseerd type extra energie als warmte over de spanningsvalweerstand dissiperen.

Transformatorloze voeding 12V

We zullen het bovenstaande diagram gebruiken om dit derde type te bespreken, de transformatorloze voeding 12V.

Werkingsprincipe; het gebruikt een Zener-diode, brug-gelijkrichter, condensator en weerstand om een 220V net AC-spanning om te zetten in een 12 DC-spanning.

• C1 fungeert als X-geclassificeerde condensator die de verhoogde AC-spanning zal laten dalen.
• D1, D2, D3 en D4, wat de brug-gelijkrichter diodes zijn, converteren de wisselstroom (AC) naar gelijkstroom (DC) door gelijkrichting. Gelijkrichting resulteert in conversie van 230V AC naar hoge 310V DC vanwege de piek RMS in AC-signaal.
• Derde, de C2-condensator verwijdert de rimpels die de DC-spanning heeft verkregen.
• Dan, de R1-weerstand verwijdert de opgeslagen stroom die ontstaat wanneer u het circuit uitschakelt. Aan de andere kant, de R2-weerstand, gebruikt voor inrush-stroombegrenzing, beperkt de overmatige stroomstroom.
• Verder, de Zener-diode verwijdert de piek-inverse spanning, stabiliseert en regelt vervolgens de uitgang DC-spanning naar de vereiste 12V.
• Om te controleren of het werkt of niet, sluit u de LED aan op het circuit.
• Ten slotte, sluit u het circuit volledig in met een schokvrij materiaal om schade en elektrische schokken te voorkomen. Daarnaast kunt u een kleine isolatietransformator aan de ingang van de voeding koppelen om het te isoleren van de hoofdafvoeding.

6. Transformatorloze voeding toepassing

Vaak heeft de transformatorloze voeding een reeks toepassingen in goedkope en laag-vermogen elektronische componenten zoals:

• Analoog-naar-digitale converters,
• Systemen in telecommunicatie,
• Digitale communicatiesystemen,
• Schakelingen in regelaar en spanningsdeler circuits,
• Elektronische speelgoed,
• Mobiele opladers,
• LED-lampen, en

(witte LED-strips voor spanning 12V en 24V met instelbare)

• Noodverlichting.

Conclusie

Samengevat, een transformatorloze voedingscircuit is een solide vervanging voor een transformator-gebaseerde voeding. Het is in termen van omvang, kosten en grootte. Ondanks het produceren van lage stromen, heeft het transformatorloze circuit elektrische apparaten met lagere spanningsbehoeftes ten goede gekomen.

Aangezien het specificaties in de procedure heeft, is het het beste om extra voorzorgsmaatregelen te nemen tijdens uw DIY-moment. Het lezen van dit artikel zal u verlichten en de benodigde stappen benadrukken. Als u echter nog vragen of gedachten heeft, voel u vrij om contact met ons op te nemen. Een oplossing voor uw behoefte is een oplossing voor de technologische wereld.