Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор)

Содержание
  1. Принцип работы схем на балластном конденсаторе
  2. Параллельное и комбинированное соединение
  3. Важные сведения о конденсаторах
  4. Схемы трансформаторного питания строятся по двум вариантам
  5. Причины появления пусковых токов
  6. Расчет гасящего конденсатора для светодиода
  7. Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):
  8. Подключение одного светодиода
  9. Подключение нескольких светодиодов
  10. Как рассчитать и подобрать гасящий конденсатор
  11. Устраняем мигание светодиодной лампы с помощью конденсатора
  12. Радиолюбитель
  13. Общее устройство и принцип действия
  14. В чем измеряется напряжение конденсаторов
  15. Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором
  16. Пульсация
  17. Как уменьшить пульсацию
  18. Расчет емкости сглаживающего конденсатора
  19. Основные рабочие схемы
  20. Особенности замены конденсаторов
  21. Шунтирование резистором
  22. Методы ограничения пусковых токов

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

Схема балластного конденсатора

В этой схеме проводником является фильтр тока. Напряжение на нагрузку подается только до момента полного заряда проводника, время которого зависит от его емкости. При этом тепловыделения не происходит, что снимает ограничения по мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип выбора балластного элемента для светодиодов, напомню, что напряжение — это скорость движения электронов по проводнику, сила тока — это плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, насколько быстро электроны через него «пролетят». Расчет проводника основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать не менее десяти киловольт, но если сила тока составляет несколько микроампер, количество электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, достаточно, чтобы возбудить только небольшую часть светоизлучателя, и мы не увидим свечения.

При этом при напряжении в несколько вольт и токе в десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит КПД диодной матрицы, преобразуя избыток в тепловую энергию, и наш светодиодный элемент просто испарится в облако дыма.

Параллельное и комбинированное соединение

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Параллельное подключение конденсаторов представлено другим уравнением. Чтобы определить общее емкостное значение, вам просто нужно найти набор всех значений по отдельности:

DO = DO1 + DO2 + DO3 + …

На каждый элемент будет подаваться одинаковое напряжение. Поэтому для усиления емкости несколько деталей необходимо соединить параллельно.

Если соединения смешанные, то для таких цепей используются последовательно-параллельные эквивалентные или упрощенные электрические схемы. Каждая область схемы рассчитывается отдельно, а затем, представляя их с рассчитанными емкостями, объединяется в простую схему.

Варианты получения схем замещения
Варианты получения схем замещения

Важные сведения о конденсаторах

Накопительные конденсаторы используются в сети 220 В:

  • в качестве источника питания (если прибор маломощный);
  • соответствовать нагрузкам;
  • для снятия стресса;
  • чтобы сгладить силу тока.

Каждая из них состоит из 2-х токопроводящих пластин и разделительного диэлектрика. Заряд накапливается на пластинах, но не перемещается между ними. Форма может быть цилиндрической, плоской, сферической. Диэлектрик — жиронепроницаемая бумага, пленка, стекло, слюда, оксиды тантала и алюминия, электролиты.

Конденсаторы с классом защиты X2 предназначены для работы при температурах -40- + 110 ° C при напряжении 250-310 В. Емкость 0,001-2,2 мкФ, основным преимуществом является способность выдерживать более высокие нагрузки, вызванные коммутационными процессами или молния.

Схемы трансформаторного питания строятся по двум вариантам

1. «Трансформатор — выпрямитель — стабилизатор» — классическая схема блока питания с простотой конструкции, но большими габаритами;

2. «Выпрямитель — генератор импульсов — трансформатор — выпрямитель — стабилизатор» — схема импульсного источника питания с уменьшенными габаритными размерами, но с более сложной конструктивной схемой.

Важнейшим преимуществом этих силовых цепей является наличие гальванической развязки первичных и вторичных цепей питания. Это снижает риск поражения человека электрическим током и предотвращает выход оборудования из строя из-за возможного короткого замыкания частей устройства, которые проводят ток до нуля. Но иногда требуется простая и малогабаритная схема блока питания, в которой не важно наличие гальванической развязки. И тогда мы можем собрать простую схему конденсаторного источника питания. Его принцип действия заключается в «поглощении избыточного напряжения» на конденсаторе. Чтобы понять, как происходит это поглощение, рассмотрим работу простого делителя напряжения на резисторах.

Делитель напряжения состоит из двух резисторов R1 и R2. Резистор R1 является ограничивающим резистором или по-другому его называют дополнительным резистором. Резистор R2 — резистор нагрузки (Rн), он же внутреннее сопротивление нагрузки. Допустим, нам нужно получить от 220 вольт 12 вольт. Указанное U2 = 12 вольт должно падать через резистор нагрузки R2. Это значит, что оставшееся напряжение U1 = 220 — 12 = 208 вольт должно падать через резистор R1.

Предположим, мы используем обмотку электромагнитного реле в качестве сопротивления нагрузки, и что активное сопротивление обмотки реле составляет R2 = 80 Ом. Итак, по закону Ома ток, протекающий через катушку реле, будет равен:
Цепь = U2 / R2 = 12/80 = 0,15 ампер. Указанный ток также должен протекать через резистор R1. Зная, что на этом резисторе должно упасть напряжение U1 = 208 вольт, по закону Ома определяем его сопротивление: R1 = UR1 / Ichain = 208 / 0,15 = 1387 Ом.

Определите мощность резистора R1: P = UR1 * Ichain = 208 * 0,15 = 31,2 Вт.

Чтобы этот резистор не нагревался от рассеиваемой на нем мощности, реальное значение его мощности нужно увеличить вдвое, это будет около 60 Вт.
Размеры такого резистора впечатляют. И вот тут-то и пригодится конденсатор!
Мы знаем, что у любого конденсатора в цепи переменного тока есть такой параметр, как «реактивное сопротивление» — сопротивление радиоэлемента, которое изменяется в зависимости от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле: где n — число ПИ = 3,14,
f — частота (Гц),
C — емкость конденсатора (фарад).

Заменив резистор R1 бумажным конденсатором C, мы «забываем», что такое резистор внушительных размеров.

Реактивное сопротивление конденсатора C должно быть примерно равно рассчитанному ранее значению R1 = Xc = 1 387 Ом.

Преобразовав формулу, подставив значения C и Xc в точки, определим значение емкости конденсатора:

C1 = 1 / (2 * 3,14 * 50 * 1387) = 2,3 * 10-6 Ф = 2,3 мкФ

Это может быть несколько конденсаторов необходимой суммарной емкости, включенных параллельно или последовательно.

Схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания будет выглядеть так:

Но показанная диаграмма будет работать, но не так, как ожидалось! Замена массивного резистора R1

для одного-двух небольших конденсаторов мы выиграли в размере, но не учли одного: конденсатор должен работать в цепи переменного тока, а обмотка реле — в цепи постоянного тока. На выходе нашего делителя есть переменное напряжение и его нужно преобразовать в постоянное напряжение. Это достигается за счет введения в схему диодного выпрямителя, разделяющего входную и выходную цепи, а также элементов, сглаживающих пульсации переменного напряжения в выходной цепи.

В конечном итоге схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания будет выглядеть так:

Конденсатор С2 — сглаживание пульсации. Чтобы исключить опасность поражения электрическим током от напряжения, накопленного в конденсаторе С1, в цепь введен резистор R1, который своим сопротивлением отклоняет конденсатор. При работе схемы не мешает ее высокое сопротивление, а после отключения схемы от сети на заданное время в секундах через резистор R1 разряжается конденсатор. Время разряда определяется по обычной формуле:

Чтобы в следующий раз не выполнять все вышеперечисленные расчеты, выведем окончательную формулу для расчета емкости конденсатора бестрансформаторной схемы питания (конденсатора). При известных значениях входного и выходного напряжений, а также сопротивления R2 (оно же сопротивление нагрузки Rн) значение сопротивления R1
соответствует пункту 3 статьи «Делитель напряжения»:

Комбинируя две формулы, находим окончательную формулу для расчета емкости конденсатора бестрансформаторной схемы питания:

где Rн — сопротивление нагрузки, в нашем случае — сопротивление обмотки реле P1.

Учитывая, что при работе от переменного напряжения в конденсаторе происходят процессы зарядки, а также фазовый сдвиг тока относительно фазы напряжения, необходимо брать конденсатор на напряжение в 1,5… 2 раза больше напряжение, которое поступает в цепь питания. При сети 220 вольт конденсатор должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 400 вольт.

Используя приведенную выше формулу, можно рассчитать значение емкости цепи бестрансформаторного питания для любого устройства, работающего в режиме постоянной нагрузки. При работе в условиях переменной нагрузки также изменяются ток и напряжение выходной цепи. Для стабилизации выходного напряжения обычно используются стабилитроны или эквивалентные схемы на транзисторах, которые ограничивают выходное напряжение до необходимого уровня. Одна из этих схем представлена ​​на следующем рисунке.

Вся схема постоянно подключена к сети 220 вольт, а реле P1 включено в схему и отключается переключателем S1. Полупроводниковый прибор, такой как транзистор, также можно использовать в качестве переключателя. Транзисторный каскад VT1
подключение параллельно нагрузке исключает повышение напряжения во вторичной цепи. Когда нагрузка выключена, через транзисторный каскад протекает ток. Если бы этого каскада не было, при отключенном S1 и отсутствии другой нагрузки напряжение на выводах конденсатора C2 могло достигнуть максимального сетевого напряжения — 315 вольт.

Стоит отметить, что при расчете схем автоматики с реле следует учитывать, что напряжение включения реле, как правило, равно его номинальному (паспортному) значению, а удерживающее напряжение реле в в коммутируемом состоянии это примерно в 1,5 раза ниже номинального. Поэтому при расчете схемы, показанной выше, оптимально рассчитать конденсатор для режима удержания и сделать стабилизирующее напряжение равным номинальному (или немного выше номинального). Это позволит всей цепи работать при более низких токах, что повысит надежность. Поэтому для расчета емкости конденсатора С1 в цепи с коммутируемой нагрузкой параметр Uвн возьмем равным не 12 вольт, а в полтора раза меньше — 8 вольт, а для расчета ступени ограничения (стабилизации) транзистор — 12 вольт номинал.

C1 = 1 / (2 * 3,14 * 50 * ((220 * 80) / 8 — 80)) = 1,5 мкФ

Стабилитрон можно использовать как стабилизирующий элемент при малых токах. На большие токи стабилитрон не годится — у него слишком мала рассеиваемая мощность. Поэтому в этом случае оптимально использовать транзисторную схему стабилизации напряжения. Расчет ступени стабилизатора транзистора основан на использовании порога открытия биполярного транзистора, когда напряжение база-эмиттер достигает 0,65 вольт (на кристалле кремния). Но имейте в виду, что для разных транзисторов это напряжение колеблется в пределах 0,1 вольт не только по типу, но и по экземплярам транзисторов. Поэтому напряжение стабилизации на практике может незначительно отличаться от расчетного значения. Расчет поляризационного делителя ступени стабилизации проводится по тем же формулам делителя напряжения, с примечаниями
Файл Uin = 12 вольт, Uout Div. = 0,65 вольт и ток транзисторного делителя, который должен быть примерно в двадцать раз меньше тока, протекающего через конденсатор C1. Этот ток легко найти: Идель. = Uв случае. / (20 * Rn) = 12 / (20 * 80) = 0,0075 ампер, где Rn — сопротивление нагрузки, в нашем случае это сопротивление обмотки реле P1, равное 80 Ом.

Номиналы резисторов R1 и R2 определяются по формулам, ранее опубликованным в статье «Делитель напряжения»:

где Rtot — полное сопротивление поляризационных разделительных резисторов транзистора VT1, которое находится по закону Ома:

Итак: Rtot = 12 / 0,0075 = 1600 Ом;

R3 = 0,65 * 1600/12 = 86,6 Ом, по номинальному ряду ближайший номинал 82 Ом;

R2 = 1600 — 86,6 = 1513,4 Ом, по номиналу ближайший номинал 1,5 кОм.

Зная падение напряжения на резисторах и ток делителя, не забудьте рассчитать их общую мощность. С запасом выбираем общую мощность R2 на 0,25 Вт и R3 на 0,125 Вт. В общем, вместо резистора R2 лучше поставить стабилитрон, в данном случае это могут быть D814G, KS211 (с любым индексом), D815D или KS212 (с любым индексом). Я специально учил вас рассчитывать резистор.

Транзистор тоже подбирается с запасом мощности, приходящимся на его переход. Как выбрать транзистор в такие ступени стабилизации подробно рассказано в статье «Компенсированный стабилизатор напряжения». Для лучшей стабилизации можно использовать схему «составной транзистор».

Считаю, что цель достигла цели, все «разжевано» до мелочей.

Причины появления пусковых токов

На сегодняшний день большинство ИП производятся по схеме с бестрансформаторным вводом. Ключевыми элементами этой схемы являются выпрямитель, который часто выполняется в виде мостовой схемы, и входной сглаживающий конденсатор (рисунок 4).

Рис. 4. Типовая схема входной цепи бестрансформаторного входного выпрямителя

Рис. 4. Типовая схема входной цепи бестрансформаторного входного выпрямителя

Перед включением конденсатор C1 полностью разряжен и напряжение на нем равно нулю, а в рабочем режиме он достигает пикового значения сетевого напряжения, которое при входном напряжении 220 В составляет около 310 В конденсатор не может измениться мгновенно, поэтому при включении цепи обязательно должен возникать пик тока из-за необходимости зарядки конденсатора фильтра.

Максимальное значение пускового тока зависит не только от электрических характеристик элементов схемы, но и от момента включения ее в сеть. В худшем случае считается подключенным к сети в моменты, когда ее напряжение равно пиковым значениям. В этом случае на выпрямительные диоды VD1… VD4 подается прямое напряжение примерно 310 В, а их ток ограничивается только активными сопротивлениями кристаллов, соединительных проводов и внутренним последовательным сопротивлением конденсатора. Очевидно, что если не проводить никаких измерений, начальное значение пускового тока может превышать 100 А даже с небольшим конденсатором C1.

Несмотря на то, что выпрямительные полупроводниковые диоды VD1… VD4 обычно выдерживают такие перегрузки, такое высокое значение тока может значительно сократить срок их службы и вывести их из строя. Чтобы избежать этого, пусковой ток даже в схемах малой мощности обычно ограничивается резистором, сопротивление которого выбирается таким образом, чтобы ток через диоды выпрямителя в худшем случае не превышал максимально допустимого значения для данного режима операция.

Однако последовательное включение резистора приводит к увеличению потерь, величина которых может оказаться неприемлемо большой. Для его устранения в выпрямителях вместо резистора часто устанавливают термистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Во время зажигания, когда сопротивление термистора велико, пусковой ток невелик. После запуска источника питания ток, протекающий через термистор, нагревает его, что приводит к уменьшению его сопротивления и, как следствие, к уменьшению влияния на работу схемы. Несмотря на простоту, у этого метода есть серьезный недостаток: при частом включении, например, при включении питания сразу после выключения термистор не успевает остыть, и ограничение пускового тока не так эффективно.

Поэтому в импульсах СН, построенных по классическим схемам, пусковой ток ограничивается только уровнем, обеспечивающим безопасную работу выпрямительных диодов, поскольку использование другого решения приведет к снижению КПД системы как целиком, либо значительное увеличение его стоимости. Очевидно, что проблему пусковых токов в большинстве случаев приходится решать другими способами.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Разберем подробный расчет, ниже вы можете найти форму онлайн-калькулятора.

Расчет емкости конденсатора для светодиода:

С (мкФ) = 3200 * Iсд) / √ (Uin² — Uout²)

С мкФ — емкость проводника. Он должен быть рассчитан на 400-500 В;
Iсд — номинальный ток диода (см. Паспортные данные);
Uin — пиковое напряжение сети — 320В;
Uout — номинальное напряжение питания светодиода.

Вы также найдете следующую формулу:

С = (4,45 * I) / (U — Ud)

Он используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5 В.

Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):

Входные данные:

Ток нагрузки (А);
Входное напряжение Uin (В);
Выходное напряжение Uout (В);

Емкость конденсатора (мкФ).

Для наглядности рассчитаем разные схемы подключения.

Подключение одного светодиода

Подключение светодиода
Для расчета емкости конденсатора нам потребуются:

  • Максимальный ток диода — 0,15 А;
  • напряжение питания диода — 3,5 В;
  • пиковое напряжение сети — 320В.

Для таких условий параметры проводника составляют: 1,5 мкФ, 400 В.

Подключение нескольких светодиодов

Подключение нескольких светодиодов
При расчете конденсатора для светодиодной лампы следует учитывать, что диоды внутри нее соединены группами.

  • Напряжение питания для последовательной цепи — usd * количество светодиодов в цепи;
  • сила тока — Iсд * количество параллельных цепей.

Например, возьмем модель с шестью параллельными линиями из четырех последовательно соединенных диодов.

Напряжение питания — 4 * 3,5В = 14В;
Ток в цепи 0,15А * 6 = 0,9А;

Для этой схемы параметры проводника 9 мкФ, 400 В.

Как рассчитать и подобрать гасящий конденсатор

В начале темы, касательно выбора гасящего конденсатора, рассмотрим схему, состоящую из последовательно включенных в сеть резистора и конденсатора. Суммарное сопротивление такой цепи будет равно:

Действующее значение тока соответственно находится по закону Ома, напряжение сети делится на общее сопротивление цепи:

Следовательно, для тока нагрузки и входного и выходного напряжений мы получаем следующее соотношение:

А если выходное напряжение достаточно мало, то мы вправе считать действующее значение тока примерно равным:

Однако рассмотрим с практической точки зрения проблему выбора гасящего конденсатора для подключения нагрузки к сети переменного тока, рассчитанной на напряжение ниже штатной сети.

Допустим, у нас есть лампа накаливания мощностью 100 Вт, рассчитанная на 36 вольт, и по какой-то удивительной причине нам нужно запитать ее от домашней сети 220 вольт. Лампе необходим эффективный ток, равный:

Устраняем мигание светодиодной лампы с помощью конденсатора

Если у вас нет резистора, то вместо него можно использовать конденсатор емкостью от 0,01 до 1 мкФ и напряжением с двойным запасом по импульсным помехам 2 * 220 = 440 В. Но самый безопасный способ — взять не менее 630 В.

Когда нет конденсатора на 630В, а есть 400В, то с помощью паяльника можно собрать именно такую ​​схему.

Здесь один резистор служит для защиты конденсатора от импульсных помех, а второй — для разряда конденсатора.

В цепи переменного тока конденсатор — это, по сути, реактивное сопротивление, которое не учитывается электросчетчиком, и, в отличие от резистора, конденсатор не нагревается.

Поэтому установка конденсатора предпочтительнее и безопаснее. Установите его в тех же местах, которые описаны выше, с помощью резистора (распределительная коробка, клеммная колодка люстры).

Где найти такой конденсатор? Чтобы не бегать по радиомагазинам, можно просто разобрать уже перегоревшую энергосберегающую лампу и вынуть ее или взять от обычного стартера для люминесцентных ламп.

По правде говоря, есть степень магистра. Лучше использовать бумагу или керамику, потому что электролит при скачках напряжения может небезопасно взорваться. Так что, если вы взяли его как шунт, обязательно принимайте его с большим натяжением.

Радиолюбитель

Различные схемы и расчет бестрансформаторных источников питания с гасящим конденсатором

Блок питания с отключающим конденсатором (рис. 1) по сути представляет собой делитель напряжения, верхнее плечо которого представляет собой конденсатор, а нижнее плечо представляет собой сложную нелинейную схему диод-резистор-конденсатор. Этим и определяются недостатки (и, конечно, достоинства) таких устройств.

Рисунок 1:

Чтобы источник работал в широком диапазоне токов нагрузки с высоким КПД, достаточно сделать делитель входного напряжения, например конденсатор, чисто реактивным (рис. 2).

Фигура 2:

Это позволяет дополнительно стабилизировать выходное напряжение источника либо последовательной компенсацией, либо импульсным стабилизатором, что невозможно сделать в обычном источнике с гасящим конденсатором. Как показано в статье С. Бирюкова «Расчет сетевого питания с гасящим конденсатором» — «Радио», 1997, N 5, с. 48-50, — последовательный стабилизатор можно использовать только при ограничении напряжения на его входе, что значительно снижает КПД.

Для совместной работы с импульсными стабилизаторами рекомендуется использовать источник с конденсаторным делителем напряжения. Он идеально подходит для устройства, которое длительное время потребляет слабый ток, но требует большого увеличения в определенное время. Примером может служить плоский сторожевой таймер на микросхемах «МОП» с исполнительным блоком на реле и устройством звуковой сигнализации.

Ток, потребляемый конденсаторным делителем, будет иметь фазовый сдвиг на 90 градусов относительно сетевого напряжения, поэтому делитель напряжения на реактивных элементах не нуждается в охлаждении. Исходя из вышеизложенного, ток через делитель кажется таким большим, как вы хотите. Однако неоправданное увеличение тока делителя приведет к активным потерям в проводах и увеличению массы и объема устройства. Поэтому желательно вывести ток через делитель напряжения в диапазоне 0,5… 3 от максимального тока нагрузки.

Рассчитать источник с емкостным делителем несложно. Как следует из ф-лы (2) в упомянутой статье, выходное напряжение Uout и полный выходной ток (стабилитрон и нагрузка Iout) источника по схеме 1 и подключаются следующим образом:

Iout = 4fC1 (2Uc-Uout)

Эта формула также подходит для расчета источника с емкостным делителем, в ней достаточно заменить C1 на общую емкость конденсаторов, включенных параллельно C1 и C2, показанных на рис.2.а Uc — на Uc2x (напряжение на конденсатор С2 при RH = °°), например.

Uc2x = Uc-C1 / (C1 + C2)

Итак, Iout = 4f (C1 + C2) xx Uc-C1-i / 2 / (C1 + C2) -Unbix или после очевидных преобразований Iout = 4f-C1 Uc ^ 2 -iv (1 + C2 / C1).

Поскольку падение напряжения на диодах моста Ud при малых значениях Квых становится заметным, окончательно получаем

Iout = 4f-C1 Uc ^ / 2- (Цвет + 2Cd) (1 + C2 / C1).

Из формулы видно, что при Рн = 0 (т.е при Uout = 0) ток Iout, если не учитывать падение напряжения на диодах, остается таким же, как в генераторе, собранном по схеме 1, а. Напряжение на выходе без нагрузки уменьшается: Uaux = = Uc-C1 ^ / 2 / (C1 + C2) -2Un.

Емкость и рабочее напряжение конденсатора C2 выбираются исходя из необходимого выходного напряжения: отношение значений емкости C1 / C2 обратно пропорционально значениям напряжения, падающего на C1 и C2. Например, если C1 ″ = 1 мкФ и C2 = 4 мкФ, напряжение Uc1 будет равно 4/5 напряжения сети и Uc2 = Uc / 5, что для напряжения сети Uc = 220 В соответствует 186 и 44 V, что пиковое значение напряжения почти в 1,5 раза выше фактического и выбирайте конденсаторы на соответствующее номинальное напряжение.

Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи переменного тока не потребляют энергию, в реальности из-за наличия потерь в них может выделяться тепло. Пригодность конденсатора для использования в источнике можно проверить заранее, просто подключив его к сети и оценив температуру корпуса через полчаса. Если конденсатор С1 успевает заметно нагреться, его следует считать непригодным для использования в источнике.

Специальные конденсаторы для промышленных электроустановок практически не нагреваются — они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы используются в люминесцентных лампах, балластах асинхронных двигателей и т.д.

Ниже представлены две практические схемы питания с конденсаторным делителем: типовая пятивольтовая (рис. 3) для тока нагрузки до 0,3 А и источник бесперебойного питания для электронно-механических часов с кварцевым управлением (рис. 4).

Фигура 3:

Рисунок 4:

Делитель напряжения пятифазного источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных С2 и С3, которые по схеме образуют нижнее неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Диоды слева от моста служат диодами смещения для оксидной пары. При номиналах элементов, указанных на схеме, ток повреждения (при Rн = 0) составляет 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 без нагрузки — 27 В.

Электронно-механические часы обычно питаются от гальванического элемента с напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник генерирует напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА. Напряжение, снимаемое с делителя С1С2, распрямляет узел на элементах VD1, VD2. TG. Без нагрузки напряжение на конденсаторе не превышает 12 В.

Общее устройство и принцип действия

Представленная схема проста, надежна и эффективна. Он может быть изготовлен не только методом поверхностного монтажа, но и в виде печатной платы. Эта схема на двенадцать вольт работает, достаточно заранее рассчитать параметры тушащего конденсатора балласта и подобрать необходимое значение тока для конкретного устройства. На практике можно сделать блок на 5,5 вольт с возможностью повышения напряжения до 25 В.

Основа устройства — балластный конденсатор, который гасит сетевое напряжение. Впоследствии ток поступает на диодный выпрямитель, а второй конденсатор действует как фильтр. Иногда возникает необходимость быстро разрядить оба конденсатора. Для этого в схеме предусмотрены резисторы R1 и R2. Другой резистор R3 используется как ограничитель тока при включении нагрузки.

Блок питания без трансформатора

Расчет балластного конденсатора проводится перед сборкой схемы. Для этого используется простая формула C = 3200xI / Uc, где I — ток нагрузки (A), Uc — напряжение сети, C — емкость конденсатора (мкФ). Чаще всего такие расчеты используются для светодиодов.

В качестве примера можно взять любое устройство с током 150 мА. Это может быть обычная светодиодная лампа. Напряжение в сети составит 230 В. Таким образом, 3200 х 0,15 / 230 = 2,08 мкФ. Номинал конденсатора выбирается максимально приближенным к расчетному, то есть его емкость будет 2,2 мкФ, а расчетное напряжение — 400 В.

В чем измеряется напряжение конденсаторов

Напряжение отражается на корпусе оборудования и показывает, на какой мощности оно работает. Измеряется напряжение конденсаторов в фарадах. Это подразделение, названное в честь Майкла Фарадея. Фарад — это кулон или заряд, который проходит через проводник за одну секунду с током в один ампер. Как правило, фарады и подвески для измерений на практике не используются, поскольку чаще всего используются дробные величины — микро, нано и пикофарады.


Измерение зарядовой силы биполярного

Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором

Разбираем бестрансформаторный прибор для светодиодов на примере заводского драйвера светодиодной лампы.

  • R1 — резистор мощностью 1 Вт, снижающий значимость перепадов напряжения в сети;
  • R2, C2 — конденсатор действует как ограничитель тока и резистор для его разряда после отключения от сети;
  • C3 — сглаживающий проводник, для уменьшения пульсации света;
  • R3 — служит для ограничения падений напряжения после преобразования, но лучше вместо него установить стабилитрон.

Пульсация

Пульсация наблюдается в светодиодах с некачественными драйверами. Чаще всего емкости встроенного конденсатора не хватает для нормальной работы.

Как уменьшить пульсацию

Для уменьшения пульсаций теоретически возможно запитать диод от мощного накопительного конденсатора (емкость 100 мкФ). Но он дорогой и относительно большой. При замене резистора уровень освещенности и эффективность уменьшаются одновременно с пульсацией. Плюс: продлить срок службы светодиода.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Накопление заряда для сглаживания ряби часто бывает электролитическим с большой емкостью.

Внимание! Чтобы правильно подключить его к выпрямителю, важно соблюдать полярность. Если выпрямителя нет, то нужно подключить рабочий ноль к лампе, фазу 220 В — к блоку. К прибору также подключается заземляющий провод.

Для расчета емкости используется формула: C = 4,45 * I / U-UД, где:

  • I — ток, проходящий через диод (в миллиамперах);

U = 310 В (пиковое сетевое напряжение);

  • UД — снижение напряжения в светодиодной лампе.

Основные рабочие схемы

В большинстве случаев используются две схемы питания. Как правило, каждый из них представляет собой бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором, который служит основным элементом этих устройств. Теоретически считается, что в цепях переменного тока эти устройства вообще не потребляют энергии. Однако в действительности в конденсаторах происходят некоторые потери, которые приводят к выделению определенного количества тепла.

Поэтому все конденсаторы проходят предварительную проверку на возможность использования их в блоке питания. Для этого они подключаются к электрической сети, и колебания температуры отслеживаются в течение определенного периода времени. Если конденсатор сильно нагревается, его нельзя использовать как конструктивный элемент. Допускается лишь небольшой прогрев, который не может повлиять на общую производительность устройства.

1.

Источники питания, показанные на рисунках, имеют конденсаторный делитель. На рисунке 1 показан делитель 5 В общего назначения, рассчитанный на токовую нагрузку до 0,3 А. На рисунке 2 показана схема ИБП, используемого в электронно-механических кварцевых часах.

В первой схеме делитель напряжения состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных конденсаторов С2 и С3. Оба этих последних элемента составляют неполярное плечо ниже C1. Его общая емкость составляет 100 мкФ. Составные части диодного моста слева служат поляризационными диодами для оксидной пары C2 и C3. На схеме показаны номиналы элементов, согласно которым ток короткого замыкания на выходе составит 600 мА, а напряжение на конденсаторе С4 без нагрузки — 27 вольт.




Особенности замены конденсаторов

Например, имеется сетевое питание 12 В переменного тока и две чередующиеся группы конденсаторных элементов, включенных последовательно.

Конденсаторы соединены последовательно для увеличения напряжения, при котором они остаются работоспособными, но их общая емкость уменьшается согласно формуле для ее расчета.

Смешанное соединение конденсаторов часто используется для создания желаемого значения емкости и увеличения напряжения, которое детали могут выдерживать.

Можно дать вариант, как соединить несколько компонентов для достижения желаемых параметров. Если требуется конденсаторный элемент от 80 мкФ до 50 В, но есть только конденсаторы от 40 мкФ до 25 В, необходимо сформировать следующую комбинацию:

  1. Подключите два конденсатора 40 мкФ / 25 В последовательно, чтобы получить в сумме 20 мкФ / 50 В;
  2. Теперь в игру вступает параллельное соединение конденсаторов. Пара последовательно соединенных групп конденсаторов, созданная на первом этапе, включается параллельно, получается 40 мкФ / 50 В;
  3. Соединяем две собранные соответственно параллельно параллельно, в итоге получаем 80 мкФ / 50 В.

Важно! Для усиления конденсаторов напряжения их можно соединить в электрическую цепь последовательно. Увеличение общего емкостного значения достигается при параллельном подключении.

Что следует учитывать при создании гирляндной цепи:

  1. При подключении конденсаторов лучший вариант — брать элементы с немного разными параметрами или с одинаковыми параметрами, из-за большой разницы напряжений разряда;
  2. Для уравновешивания токов утечки к каждому элементу конденсатора (параллельно.

Купите неполярный конденсатор
Купите неполярный конденсатор

Подключение к последовательной цепи всегда должно производиться с учетом «плюса» и «минуса» конденсаторов. Если они соединены одноименными полюсами, то такое сочетание уже теряет поляризацию. В этом случае емкость созданной группы будет равна половине емкостного значения одной из сторон. Такие конденсаторы можно использовать в качестве пусковых конденсаторов на электродвигателях.

Шунтирование резистором

Вы можете бороться с миганием, отклонив цепь с некоторым сопротивлением. Для этого возьмем резистор сопротивлением 1 мОм мощностью от 0,5 до 2 Вт.

В целях безопасности лучше всего изолировать его термоусадочной пленкой.


Лучшее подключение резистора — в распределительной коробке. Подключите его между нейтральным и фазным проводами лампы (параллельно для экономии энергии). Этот резистор особенно удобно подключать к клеммам Wago.

Методы ограничения пусковых токов

При анализе схемы импульсных выпрямительных устройств с бестрансформаторным входом становится понятно, что одним из лучших методов снижения пусковых токов является кратковременное увеличение сопротивления входной цепи в момент включения. Это путь, по которому идет компания MEAN WELL, которая представляет на рынке серию ограничителей пускового тока семейства ICL (рис. 5).

Рис. 5. Ограничители пускового тока производства Mean Well

Рис. 5. Ограничители пускового тока производства MEAN WELL

Сегодня компания MEAN WELL предлагает своим клиентам четыре модели разрядников с максимальным пусковым током 23 А (ICL-16R /) и 48 А (ICL-28R /), предназначенные для установки на DIN-рейку (модели с суффиксом R) или на раму. (модели с суффиксом L). Основными элементами модулей являются мощные токоограничивающие резисторы, реле и цепь управления (рисунок 6). В момент включения контакты реле разомкнуты, и входной ток выпрямительных устройств протекает через резистор с сопротивлением R. Через некоторое время, определяемое схемой управления, на катушку реле и ее контакты подается напряжение замкнуть токоограничивающий резистор, подключив выпрямительные устройства напрямую к сети.

Рис. 6. Блок-схема ограничителей ICL

Рис. 6. Блок-схема ограничителей ICL

Время срабатывания реле определяется схемой управления и составляет 300 мс для ICL-16R / L и 150 мс для ICL-28R / L (Таблица 4), что составляет 15 и 7,5 соответственно изменения периодов сетевого напряжения частотой 50 Гц, этого времени вполне достаточно для зарядки конденсаторов входных фильтров, так как в большинстве случаев напряжение на них достигает необходимого значения за 1… 3 периода (20… 60 мс).

Таблица 4. Основные технические характеристики ограничителей ICL

Параметры Имя
ICL-16R / L ICL-28R / L
Входное напряжение, В переменного тока 180… 264 180… 264
Ограничение пускового тока, А 23 48
Максимальный выходной ток (продолжительный), А 16 28 год
Потребляемая мощность при 264В, Вт <1,5 <2
Длительность ограничения тока, мс 300 ± 50 150 ± 50
Диапазон рабочих температур, ° С -30… 70 -30… 70

Ключевым преимуществом ограничений ICL является возможность работы с несколькими PI (рисунок 7). Фактически, при наличии резистора, включенного последовательно, максимальный ток в цепи не может превышать определенного значения, даже если выход ограничителя замкнут накоротко. В этом случае максимальное количество подключаемых источников питания ограничено максимально допустимым током контактов реле, равным 16 А для ICL-16R / L и 28 А для ICL-28R / L. Следовательно, пусковой ток в системе, использующей ограничители тока, не будет более чем в два раза превышать ток полной нагрузки.

Рис. 7. Типовая схема включения ограничителей ICL

Рис. 7. Типовая схема включения ограничителей ICL

Еще одним преимуществом этого решения является его универсальность, поскольку проблема пускового тока существует не только с импульсными источниками питания. Например, такая же проблема может возникнуть при включении мощных трансформаторов. И хотя в данном случае причина появления броска тока имеет иную физическую природу (наличие остаточной намагниченности ферромагнитного материала магнитопровода), тем не менее, ее теоретически можно решить даже с помощью ограничителей пускового тока производства MEAN WELL.

 

Оцените статью
Блог для радиолюбителей