Cách tính toán nguồn cung cấp điện không biến áp

Bài đăng này giải thích cách tính giá trị điện trở và tụ điện trong mạch cung cấp điện không biến áp bằng các công thức đơn giản như định luật ohms.

Phân tích nguồn điện hoạt động

Trước khi chúng ta tìm hiểu công thức tính toán và tối ưu hóa các giá trị điện trở và tụ điện trong nguồn điện không có máy biến áp, điều quan trọng trước tiên là phải tóm tắt một tiêu chuẩn thiết kế cung cấp điện không biến áp .

Đề cập đến sơ đồ, các thành phần khác nhau liên quan được chỉ định với các chức năng cụ thể sau:

C1 là tụ điện cao áp không cực được sử dụng để giảm dòng điện lưới gây chết người xuống giới hạn mong muốn theo thông số kỹ thuật của tải. Do đó, thành phần này trở nên cực kỳ quan trọng do chức năng giới hạn dòng điện lưới được chỉ định.

D1 đến D4 được định cấu hình là mạng chỉnh lưu cầu để chỉnh lưu AC bước xuống từ C1, để làm cho đầu ra phù hợp với bất kỳ tải DC dự kiến ​​nào.

Z1 được định vị để ổn định đầu ra đến giới hạn điện áp an toàn cần thiết.

C2 được cài đặt để lọc ra bất kỳ gợn trong DC và để tạo một DC sạch hoàn toàn cho tải được kết nối.

R2 có thể là tùy chọn nhưng được khuyến nghị sử dụng để xử lý đột biến BẬT công tắc từ nguồn điện, mặc dù tốt hơn là thành phần này phải được thay thế bằng điện trở nhiệt NTC.

Sử dụng định luật Ohm

Tất cả chúng ta đều biết cách thức hoạt động của định luật Ohm và cách sử dụng nó để tìm tham số chưa biết khi hai tham số còn lại được biết đến. Tuy nhiên, với một loại nguồn điện điện dung có các tính năng đặc biệt và với các đèn LED được kết nối với nó, việc tính toán dòng điện, sụt áp và điện trở LED trở nên hơi khó hiểu.

Cách Tính và Suy ra Các Thông số Dòng, Điện áp trong Bộ Nguồn Không Biến Áp.

Sau khi nghiên cứu cẩn thận các mô hình liên quan, tôi đã nghĩ ra một cách đơn giản và hiệu quả để giải quyết các vấn đề trên, đặc biệt khi nguồn điện được sử dụng là nguồn không có biến áp hoặc kết hợp tụ điện hoặc điện kháng PPC để điều khiển dòng điện.

Đánh giá dòng điện trong nguồn điện điện dung

Thông thường, một nguồn điện không biến áp sẽ tạo ra một đầu ra có giá trị dòng điện rất thấp nhưng có điện áp bằng với nguồn điện xoay chiều được áp dụng (cho đến khi nó được tải).

Ví dụ, một 1 µF, 400 V (điện áp đánh thủng) khi được kết nối với nguồn điện 220 V x 1,4 = 308V (sau cầu) sẽ tạo ra dòng điện tối đa 70 mA và đọc điện áp ban đầu là 308 Volts.

Tuy nhiên, điện áp này sẽ cho thấy sự sụt giảm rất tuyến tính khi đầu ra được tải và dòng điện được rút ra từ bể chứa “70 mA”.

Chúng ta biết rằng nếu tải tiêu thụ toàn bộ 70 mA sẽ có nghĩa là điện áp giảm xuống gần như bằng không.

Bây giờ vì sự sụt giảm này là tuyến tính, chúng ta có thể chỉ cần chia điện áp đầu ra ban đầu với dòng điện tối đa để tìm mức giảm điện áp sẽ xảy ra đối với các cường độ khác nhau của dòng tải.

Do đó chia 308 vôn cho 70 mA sẽ cho 4,4V. Đây là tốc độ điện áp sẽ giảm cho mỗi 1 mA dòng điện được thêm vào với tải.

Điều đó có nghĩa là nếu tải tiêu thụ dòng điện 20 mA, điện áp giảm sẽ là 20 × 4,4 = 88 vôn, vì vậy đầu ra bây giờ sẽ hiển thị điện áp 308 - 62,8 = 220 vôn DC (sau cầu).

Ví dụ với một LED 1 watt được kết nối trực tiếp với mạch này mà không có điện trở sẽ hiển thị điện áp bằng với điện áp giảm về phía trước của đèn LED (3,3V), điều này là do đèn LED đang chìm gần như tất cả dòng điện có sẵn từ tụ điện. Tuy nhiên, điện áp trên đèn LED không giảm xuống 0 vì điện áp chuyển tiếp là điện áp quy định tối đa có thể giảm trên nó.

Từ thảo luận và phân tích ở trên, rõ ràng là điện áp trong bất kỳ đơn vị cung cấp điện nào là không quan trọng nếu khả năng cung cấp dòng điện của nguồn điện là 'tương đối' thấp.

Ví dụ: nếu chúng ta xem xét một đèn LED, nó có thể chịu được dòng điện từ 30 đến 40 mA ở điện áp gần với 'điện áp giảm phía trước' của nó, tuy nhiên ở điện áp cao hơn, dòng điện này có thể trở nên nguy hiểm đối với đèn LED, vì vậy tất cả chỉ là giữ dòng điện tối đa bằng giới hạn an toàn tối đa có thể chịu được của tải.

Tính toán giá trị điện trở

Điện trở cho tải : Khi sử dụng đèn LED làm tải, nên chọn tụ điện có giá trị điện trở chỉ cho phép dòng điện tối đa có thể chịu được đối với đèn LED, trong trường hợp này có thể tránh được hoàn toàn điện trở.

Nếu giá trị tụ điện lớn với đầu ra hiện tại cao hơn, sau đó có thể như đã thảo luận ở trên, chúng ta có thể kết hợp một điện trở để giảm dòng điện đến giới hạn có thể chịu được.

Tính toán điện trở giới hạn đột biến : Điện trở R2 trong các dạng sơ đồ trên được bao gồm như điện trở bộ giới hạn đột biến BẬT. Về cơ bản, nó bảo vệ tải dễ bị tổn thương khỏi dòng điện tăng ban đầu.

Trong giai đoạn BẬT công tắc ban đầu, tụ điện C1 hoạt động giống như một mạch ngắn hoàn toàn, mặc dù chỉ trong vài mili giây và có thể cho phép toàn bộ 220V trên đầu ra.

Điều này có thể đủ để thổi các mạch điện tử nhạy cảm hoặc đèn LED được kết nối với nguồn cung cấp, bao gồm cả điốt zener ổn định.

Vì diode zener tạo thành thiết bị điện tử đầu tiên trong dòng cần được bảo vệ khỏi sự tăng đột biến ban đầu, nên R2 có thể được tính toán theo thông số kỹ thuật của diode zener và giá trị tối đa zener hiện tại , hoặc tiêu tán zener.

Dòng điện tối đa có thể chịu được của zener đối với ví dụ của chúng tôi sẽ là 1 watt / 12 V = 0,083 amps.

Do đó R2 nên = 12 / 0,083 = 144 Ohms

Tuy nhiên, vì dòng điện tăng chỉ trong một phần nghìn giây, nên giá trị này có thể thấp hơn nhiều.

Đây. chúng tôi không xem xét đầu vào 310V cho phép tính zener, vì dòng điện được giới hạn ở 70 mA bởi C1.

Vì R2 có thể hạn chế dòng điện quý cho tải một cách không cần thiết trong các hoạt động bình thường, lý tưởng nhất là nó phải là NTC loại điện trở. Một NTC sẽ đảm bảo rằng dòng điện chỉ bị hạn chế trong khoảng thời gian BẬT công tắc ban đầu và sau đó 70 mA đầy đủ được phép vượt qua không hạn chế đối với tải.

Tính toán điện trở phóng điện : Điện trở R1 được sử dụng để xả điện áp cao được lưu trữ bên trong C1, bất cứ khi nào mạch được rút khỏi nguồn điện.

Giá trị R1 phải càng thấp càng tốt để C1 phóng điện nhanh nhưng vẫn tản nhiệt tối thiểu khi được kết nối với nguồn điện AC.

Vì R1 có thể là điện trở 1/4 watt, nên độ tiêu tán của nó phải thấp hơn 0,25 / 310 = 0,0008 ampe hoặc 0,8 mA.

Do đó R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohms hoặc khoảng 390 k.

Tính toán điện trở LED 20 mA

Ví dụ: Trong sơ đồ bên, giá trị của tụ điện tạo ra cực đại 70 mA. dòng điện khá cao đối với bất kỳ đèn LED nào có thể chịu được. Sử dụng công thức LED / điện trở tiêu chuẩn:

R = (điện áp cung cấp VS - điện áp chuyển tiếp LED VF) / LED hiện tại IL,
= (220 - 3,3) /0,02 = 10,83 nghìn,

Tuy nhiên, giá trị 10,83K trông khá lớn và về cơ bản sẽ làm giảm đáng kể độ chiếu sáng trên đèn LED .... các tính toán trông hoàn toàn hợp pháp .... vậy chúng ta có thiếu thứ gì ở đây không ??

Tôi nghĩ ở đây điện áp '220' có thể không chính xác vì cuối cùng đèn LED sẽ chỉ yêu cầu 3,3V .... vậy tại sao không áp dụng giá trị này trong công thức trên và kiểm tra kết quả? Trong trường hợp bạn đã sử dụng một diode zener, thì giá trị zener có thể được áp dụng ở đây để thay thế.

Ok, chúng ta lại bắt đầu.

R = 3,3 / 0,02 = 165 ôm

Bây giờ điều này trông tốt hơn nhiều.

Trong trường hợp bạn đã sử dụng, giả sử một diode zener 12V trước đèn LED, công thức có thể được tính như sau:

R = (điện áp cung cấp VS - điện áp chuyển tiếp LED VF) / LED hiện tại IL,
= (12 - 3,3) /0,02 = 435 Ohms,

Do đó giá trị của điện trở để điều khiển một dẫn màu đỏ an toàn sẽ là khoảng 400 ohm.

Tìm tụ điện hiện tại

Trong toàn bộ thiết kế không máy biến áp được thảo luận ở trên, C1 là một thành phần quan trọng phải được định kích thước chính xác để đầu ra dòng điện từ nó được tối ưu hóa tối ưu theo thông số kỹ thuật tải.

Việc chọn tụ điện có giá trị cao cho tải tương đối nhỏ hơn có thể làm tăng nguy cơ dòng điện tăng quá mức đi vào tải và làm hỏng nó sớm hơn.

Ngược lại, một tụ điện được tính toán đúng cách đảm bảo dòng điện xung được kiểm soát và tiêu tán danh định duy trì sự an toàn thích hợp cho tải được kết nối.

Sử dụng định luật Ohm

Cường độ dòng điện có thể cho phép tối ưu qua nguồn điện không có máy biến áp cho một tải cụ thể có thể được tính bằng cách sử dụng định luật Ohm:

I = V / R

trong đó I = dòng điện, V = điện áp, R = điện trở

Tuy nhiên, như chúng ta có thể thấy, trong công thức trên R là một tham số kỳ lạ vì chúng ta đang xử lý tụ điện làm thành phần giới hạn dòng điện.

Để giải quyết vấn đề này, chúng ta cần tìm ra một phương pháp sẽ dịch giá trị giới hạn dòng điện của tụ điện theo đơn vị Ohm hoặc đơn vị điện trở, để công thức định luật Ohm có thể được giải quyết.

Tính toán phản ứng tụ điện

Để làm điều này, trước tiên chúng ta tìm hiểu điện trở của tụ điện có thể được coi là điện trở tương đương của điện trở.

Công thức của điện kháng là:

Xc = 1/2 (pi) fC

trong đó Xc = điện kháng,

pi = 22/7

f = tần số

C = giá trị tụ điện tính bằng Farads

Kết quả thu được từ công thức trên là Ohms có thể được thay thế trực tiếp trong định luật Ohm đã đề cập trước đây của chúng ta.

Hãy giải một ví dụ để hiểu cách triển khai các công thức trên:

Hãy xem một tụ điện 1uF có thể cung cấp bao nhiêu dòng điện cho một tải cụ thể:

Chúng tôi có trong tay dữ liệu sau:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (tần số nguồn AC)

và C = 1uF hoặc 0,000001F

Giải phương trình điện kháng sử dụng dữ liệu trên cho:

Xc = 1 / (2 x 3,14 x 50 x 0,000001)

= 3184 ohms xấp xỉ

Thay giá trị điện trở tương đương này vào công thức định luật Ohm, chúng ta nhận được:

R = V / I

hoặc I = V / R

Giả sử V = 220V (vì tụ điện dự định làm việc với điện áp lưới.)

Chúng tôi nhận được:

I = 220/3184

= 0,069 amps hoặc khoảng 69 mA

Tương tự như vậy, các tụ điện khác có thể được tính toán để biết khả năng cung cấp hoặc đánh giá dòng điện tối đa của chúng.

Phần thảo luận ở trên giải thích một cách toàn diện cách tính dòng điện tụ điện trong bất kỳ mạch điện liên quan nào, đặc biệt là trong các bộ nguồn điện dung không biến áp.

CẢNH BÁO: THIẾT KẾ TRÊN KHÔNG ĐƯỢC BAN HÀNH TỪ ĐẦU VÀO MÁY, VÌ TOÀN BỘ ĐƠN VỊ SẼ NỔI BẰNG VỚI CÁC BỘ CHÍNH ĐẦU VÀO CHỮ, CẨN THẬN CẨN THẬN KHI XỬ LÝ Ở CHUYỂN ĐỔI VỊ TRÍ.