Tính toán điện dung của tụ điện dằn cho nguồn điện không dùng máy biến áp. Tính toán nguồn điện không biến áp Giảm điện áp bằng tính toán tụ điện trực tuyến
Trong thực tế, đơn vị điện dung nhỏ hơn thường được sử dụng: 1 nF (nanofarad) = 10 –9 F và 1 pkF (picofarad) = 10 –12 F.
Cần có các thiết bị tích lũy điện tích và dây dẫn cách ly có công suất thấp. Cách có kinh nghiệm Người ta phát hiện ra rằng điện dung của một vật dẫn tăng lên nếu người ta đưa vật dẫn khác lại gần nó - do hiện tượng cảm ứng tĩnh điện.
tụ điện - đây là hai dây dẫn được gọi là lớp lót, nằm gần nhau .
Thiết kế sao cho các vật thể bên ngoài bao quanh tụ điện không ảnh hưởng đến điện dung của nó. Điều này sẽ được thực hiện nếu trường tĩnh điện tập trung bên trong tụ điện, giữa các bản.
Tụ điện có dạng phẳng, hình trụ và hình cầu.
Vì trường tĩnh điện nằm bên trong tụ điện nên các đường dịch chuyển điện bắt đầu ở bản dương, kết thúc ở bản âm và không biến mất đi đâu cả. Do đó, điện tích trên các tấm trái dấu nhưng bằng nhau về độ lớn.
Điện dung của tụ điện bằng tỉ số giữa điện tích và hiệu điện thế giữa các bản của tụ điện:
 |
(5.4.5) |
Ngoài điện dung, mỗi tụ điện còn có đặc điểm bạn nô lệ (hoặc bạn vân vân . ) - điện áp lớn nhất cho phép, trên điện áp này xảy ra đánh thủng giữa các bản của tụ điện.
Kết nối tụ điện
Pin điện dung- tổ hợp đấu nối song song và nối tiếp của tụ điện.
1) Đấu song song các tụ điện (Hình 5.9):
Trong trường hợp này, điện áp chung là bạn:
Tổng phí:
Công suất kết quả:
So sánh với kết nối song song của điện trở R:
Cường độ trường bên trong tụ điện (Hình 5.11):
Điện áp giữa các tấm:
khoảng cách giữa các tấm là ở đâu.
Vì phí là
.
2. Điện dung của tụ điện hình trụ
Hiệu điện thế giữa các bản của tụ điện hình trụ trên Hình 5.12 có thể được tính bằng công thức:
Bộ nguồn không biến áp có tụ điện dập tắt rất tiện lợi vì đơn giản, có kích thước và trọng lượng nhỏ, nhưng không phải lúc nào cũng có thể áp dụng được do kết nối điện của mạch đầu ra với mạng 220 V.
Trong một nguồn cung cấp điện không biến áp cho mạng điện xoay chiều Một tụ điện và một tải mắc nối tiếp. Tụ điện không phân cực, có trong mạch Dòng điện xoay chiều, hoạt động giống như một điện trở, nhưng không giống như điện trở, nó không tiêu tán năng lượng hấp thụ dưới dạng nhiệt.
Để tính công suất của tụ điện dập tắt, người ta sử dụng công thức sau:
C - công suất tụ bù(F); Ieff - dòng tải hiệu dụng; f - tần số điện áp vào Uc (Hz); Uс - điện áp đầu vào (V); Điện áp không tải (V).
Để dễ tính toán, bạn có thể sử dụng máy tính trực tuyến
Thiết kế của các thiết bị được cấp nguồn từ chúng phải ngăn chặn khả năng chạm vào bất kỳ dây dẫn nào trong quá trình vận hành. Cần đặc biệt chú ý đến việc cách điện các bộ điều khiển.
- Bài viết tương tự
Dải tần hoạt động 66...74 hoặc 88...108 MHz Sử dụng R7, khoảng cách giữa các kênh AF được điều chỉnh. ***Tín hiệu được cung cấp từ đầu ra của máy dò - thu tần số VHF (FM) đến đầu vào DA1 thông qua mạch hiệu chỉnh R1C1. Văn học J. Đài phát thanh nghiệp dư 1 2000.
Nhu cầu kết nối đèn LED với mạng là tình trạng phổ biến. Điều này bao gồm đèn báo để bật thiết bị, công tắc có đèn nền và thậm chí cả đèn diode.
Có nhiều sơ đồ kết nối đèn LED chỉ báo công suất thấp thông qua bộ giới hạn dòng điện trở, nhưng sơ đồ kết nối như vậy có một số nhược điểm nhất định. Nếu bạn cần kết nối một diode có dòng điện định mức 100-150mA, bạn sẽ cần một điện trở rất mạnh, kích thước của nó sẽ lớn hơn đáng kể so với chính diode.
Sơ đồ kết nối máy tính để bàn sẽ trông như thế này ánh sáng đèn đi-ốt. Và điện trở mười watt mạnh mẽ ở nhiệt độ phòng thấp có thể được sử dụng làm nguồn sưởi ấm bổ sung.
Việc sử dụng dây dẫn làm bộ hạn chế dòng điện cho phép người ta giảm đáng kể kích thước của mạch điện đó. Đây là hình dáng của nguồn điện cho đèn diode 10-15 W.
Nguyên lý hoạt động của mạch điện sử dụng tụ điện dằn
Trong mạch này, tụ điện là một bộ lọc dòng điện. Điện áp chỉ được cung cấp cho tải cho đến khi tụ điện được sạc đầy, thời gian sạc phụ thuộc vào công suất của nó. Trong trường hợp này, không có sự sinh nhiệt xảy ra, điều này loại bỏ các hạn chế về công suất tải.
Để hiểu cách thức hoạt động của mạch này và nguyên lý chọn phần tử chấn lưu cho đèn LED, hãy để tôi nhắc bạn rằng điện áp là tốc độ của các electron di chuyển dọc theo dây dẫn và dòng điện là mật độ electron.
Đối với một diode, nó hoàn toàn không quan tâm đến tốc độ mà các electron sẽ “bay” qua nó. Việc tính toán dây dẫn dựa trên giới hạn dòng điện trong mạch. Chúng ta có thể áp dụng ít nhất mười kilovolt, nhưng nếu dòng điện là vài microamp, số lượng electron đi qua tinh thể phát sáng sẽ chỉ đủ để kích thích một phần nhỏ của bộ phát ánh sáng và chúng ta sẽ không nhìn thấy ánh sáng.
Đồng thời, ở điện áp vài volt và dòng điện hàng chục ampe, mật độ dòng điện tử sẽ vượt quá đáng kể thông lượng của ma trận diode, chuyển phần dư thừa thành năng lượng nhiệt và phần tử LED của chúng ta sẽ bay hơi trong một đám mây của khói.
Tính toán tụ điện dập tắt cho đèn LED
Hãy xem cách tính toán chi tiết; bên dưới bạn có thể tìm thấy mẫu máy tính trực tuyến.
Tính công suất tụ điện cho đèn LED:
C(uF) = 3200 * Isd) / √(Uin² - Uout²)
Với uF- công suất ngưng tụ. Nó nên được đánh giá ở mức 400-500V;
ISD – đánh giá hiện tại diode (xem dữ liệu hộ chiếu);
ui– Biên độ điện áp mạng - 320V;
Uout- điện áp nguồn danh định của LED.
Bạn cũng có thể tìm thấy công thức sau:
C = (4,45 * I) / (U - Ud)
Nó dùng để
| Điện áp mạch, Ua |
| Tần số mạch, f |
| Công suất của tụ điện giảm áp, C |
| Tải điện áp, Ub |
| Dòng điện chạy qua tải I |
| Tải công suất, P |
Nếu bạn đã từng có nhiệm vụ giảm điện áp xuống bất kỳ mức nào, ví dụ từ 220 Volts xuống 12V, thì bài viết này là dành cho bạn.
Có nhiều cách để làm điều này bằng cách sử dụng các vật liệu có sẵn. Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng một phần - thùng chứa.
Về nguyên tắc, chúng ta có thể sử dụng điện trở thông thường, nhưng trong trường hợp này, chúng ta sẽ gặp vấn đề khiến bộ phận này quá nóng và lửa sẽ không còn xa nữa.
Trong trường hợp điện dung được sử dụng làm phần tử khử thì tình huống sẽ khác.
Một điện dung nối với mạch điện xoay chiều (lý tưởng) chỉ có điện kháng, giá trị của nó được tìm thấy theo công thức nổi tiếng.
Ngoài ra, trong mạch của chúng tôi, chúng tôi đưa vào một số loại tải (bóng đèn, máy khoan, máy giặt), cũng có một số loại điện trở R
Vậy điện trở tổng cộng của mạch sẽ là
Mạch của chúng ta mắc nối tiếp, và do đó tổng điện áp của mạch là tổng điện áp trên tụ và trên tải
Sử dụng định luật Ohm, chúng ta tính toán dòng điện chạy trong mạch này.
Như bạn có thể thấy, khi biết các tham số của mạch, rất dễ tính được các giá trị còn thiếu.
Và khi nhớ cách tính công suất, có thể dễ dàng tính được các thông số của tụ điện dựa trên công suất tiêu thụ của tải.
Hãy nhớ rằng trong mạch điện như vậy, bạn không thể sử dụng các tụ điện phân cực, tức là những tụ điện được đưa vào mạch điện tử theo đúng cực tính đã chỉ định.
Ngoài ra, cần tính đến tần số mạng f. Và nếu ở Nga chúng ta có tần số 50Hz, thì ở Mỹ, tần số là 60Hz. Điều này cũng ảnh hưởng đến các tính toán cuối cùng.
Ví dụ tính toán
Cần cấp nguồn cho bóng đèn 36W được thiết kế cho điện áp 12V. Ở đây cần có công suất bao nhiêu của tụ điện giảm áp?
Nếu chúng ta đang nói về mạng điện ở Nga, thì điện áp đầu vào là 220 Volt, tần số 50 Hz.
Cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn là 3 Ampe (36 chia cho 12). Khi đó công suất theo công thức trên sẽ bằng:
| Các thông số thu được của tụ điện hạ áp |
Họ thường hỏi tôi cách kết nối vi điều khiển hoặc loại mạch điện hạ thế nào trực tiếp với 220 mà không cần dùng máy biến áp. Mong muốn là khá rõ ràng - một máy biến áp, thậm chí cả máy biến áp xung, đều rất cồng kềnh. Và việc nhồi nhét nó, chẳng hạn, vào mạch điều khiển cho đèn chùm nằm ngay trong công tắc sẽ không hoạt động, cho dù bạn có muốn bao nhiêu đi chăng nữa. Có lẽ chỉ cần khoét một hốc trên tường, nhưng đó không phải là phương pháp của chúng tôi!
Tuy nhiên, có một giải pháp đơn giản và rất nhỏ gọn - đây là bộ chia trên tụ điện.
Đúng vậy, bộ nguồn tụ điện không có cách ly với mạng, vì vậy nếu có thứ gì đó đột nhiên bị cháy hoặc gặp trục trặc thì nó có thể dễ dàng khiến bạn bị điện giật hoặc đốt cháy căn hộ của bạn nhưng lại làm hỏng máy tính của bạn vì một điều thực sự tốt đẹp, trong Nói chung, bảo mật thiết bị ở đây phải được tôn trọng hơn bao giờ hết - nó được mô tả ở cuối bài viết. Nói chung, nếu tôi chưa thuyết phục được bạn rằng nguồn điện không biến áp là xấu xa, thì tôi là Pinocchio độc ác của chính mình, tôi chẳng liên quan gì đến nó. Được rồi, gần hơn với chủ đề.
Bạn có nhớ bộ chia điện trở thông thường không?
Có vẻ như vấn đề là gì, tôi đã chọn xếp hạng yêu cầu và nhận được điện áp cần thiết. Sau đó, anh ấy nói thẳng Lợi nhuận. Nhưng không phải mọi thứ đều đơn giản như vậy - một bộ chia như vậy có thể và sẽ có thể cung cấp điện áp cần thiết, nhưng nó sẽ không cung cấp dòng điện cần thiết. Bởi vì sức đề kháng rất cao. Và nếu điện trở giảm tương ứng thì một dòng điện lớn sẽ chạy qua chúng, ở điện áp 220 volt sẽ gây ra tổn thất nhiệt rất lớn - các điện trở sẽ nóng lên như một cái bếp và cuối cùng bị hỏng hoặc bốc cháy.
Mọi thứ sẽ thay đổi nếu một trong các điện trở được thay thế bằng tụ điện. Vấn đề là - như bạn nhớ trong bài viết về tụ điện, điện áp và dòng điện trên tụ không cùng pha. Những thứ kia. khi điện áp ở mức tối đa thì dòng điện ở mức tối thiểu và ngược lại.
Vì điện áp của chúng ta thay đổi nên tụ điện sẽ phóng điện và tích điện liên tục, và điểm đặc biệt của quá trình phóng điện của tụ điện là khi nó có dòng điện cực đại (tại thời điểm sạc) thì điện áp tối thiểu và ngược lại. Khi nó đã được sạc và điện áp trên nó đạt giá trị tối đa thì dòng điện bằng không. Theo đó, trong tình huống này, công suất tổn thất nhiệt do tụ điện tạo ra (P=U*I) sẽ ở mức tối thiểu. Những thứ kia. anh ấy thậm chí sẽ không đổ mồ hôi. Và điện trở phản kháng của tụ điện là Xc=-1/(2pi*f*C).
Rút lui lý thuyết
Có ba loại điện trở trong mạch:
Hoạt động - điện trở (R)
Phản kháng - tụ điện (X s) và cuộn dây (X L)
Tổng điện trở của mạch (trở kháng) Z=(R 2 +(X L +X s) 2) 1/2
Điện trở hoạt động luôn không đổi và điện trở phản kháng phụ thuộc vào tần số.
X L =2pi*f * L
Xc=-1/(2pi*f*C)
Dấu hiệu phản ứng của một nguyên tố cho biết tính chất của nó. Những thứ kia. nếu lớn hơn 0 thì đây là tính chất cảm ứng, nếu nhỏ hơn 0 thì chúng có tính chất điện dung. Từ đó, độ tự cảm có thể được bù bằng điện dung và ngược lại.
f là tần số hiện tại.
Theo đó, với dòng điện một chiều f = 0 và X L của cuộn dây bằng 0 và cuộn dây biến thành một đoạn dây thông thường chỉ có một điện trở tác dụng, Xc của tụ điện tiến về vô cùng, biến nó thành một đoạn dây bị đứt.
Hóa ra chúng ta có sơ đồ này:
Thế là xong, dòng điện chạy theo một hướng qua một diode, chiều kia qua diode thứ hai. Kết quả là, ở phía bên phải của mạch điện, chúng ta không còn dòng điện xoay chiều nữa mà là dòng điện xung - một nửa sóng hình sin.
Hãy thêm một tụ điện làm mịn để làm cho điện áp dịu hơn, microfarad thêm 100 và volt tăng 25, chất điện phân:
Về nguyên tắc thì nó đã sẵn sàng rồi, chỉ có điều bạn cần lắp diode zener ở dòng điện sao cho nó không bị chết khi không có tải gì cả, vì khi đó nó sẽ phải lấy rap cho mọi người, kéo qua toàn bộ dòng điện mà nguồn điện có thể cung cấp.
Và bạn có thể giúp anh ta với một số trợ giúp. Lắp đặt một điện trở giới hạn dòng điện. Đúng, điều này sẽ làm giảm đáng kể khả năng tải của nguồn điện, nhưng đối với chúng tôi điều này là đủ.
 |
Dòng điện mà mạch này có thể cung cấp có thể được tính toán gần đúng bằng công thức:
I = 2F * C (1,41U - Uout/2).
- F là tần số của mạng cung cấp. Chúng tôi có 50Hz.
- C - công suất
- U - điện áp trong ổ cắm
- Uout - điện áp đầu ra
Bản thân công thức này bắt nguồn từ các tích phân khủng khiếp có dạng dòng điện và điện áp. Về nguyên tắc bạn có thể tự google với từ khóa “tính toán tụ điện”, có rất nhiều tài liệu.
Trong trường hợp của chúng tôi, hóa ra I = 100 * 0,46E-6 (1,41*U - Uout/2) = 15mA
Nó không phải là quá xa hoa, nhưng nó là quá đủ để giao diện quang học MK+TSOP+hoạt động. Và nhiều hơn nữa thường không được yêu cầu.
Thêm một vài bình ngưng để lọc năng lượng bổ sung và bạn có thể sử dụng:
Sau đó, như thường lệ, tôi khắc và hàn mọi thứ:
 |
 |
Đề án đã được thử nghiệm nhiều lần và hoạt động. Có lần tôi đã nhét nó vào hệ thống điều khiển hệ thống sưởi kính nhiệt. Có không gian có kích thước bằng hộp diêm và sự an toàn được đảm bảo bằng toàn bộ kính của toàn bộ khu nhà.
SỰ AN TOÀN
Trong sơ đồ này không có sự cách ly điện áp từ mạch cung cấp, có nghĩa là mạch RẤT NGUY HIỂM về mặt an toàn điện.
Vì vậy, cần phải có một cách tiếp cận cực kỳ có trách nhiệm trong việc lắp đặt và lựa chọn các thành phần. Và cũng phải xử lý nó một cách cẩn thận và rất cẩn thận khi thiết lập nó.
Đầu tiên, hãy lưu ý rằng một trong các chân sẽ trực tiếp đến GND từ ổ cắm. Điều này có nghĩa là có thể có một pha ở đó, tùy thuộc vào cách phích cắm được cắm vào ổ cắm.
Vì vậy, hãy tuân thủ nghiêm ngặt một số quy tắc:
- 1. Định mức phải được đặt ở mức điện áp càng cao càng tốt. Điều này đặc biệt đúng với tụ điện. Tôi có một cái 400 volt, nhưng đây là cái có sẵn. Sẽ tốt hơn nếu là 600 volt, bởi vì... Trong mạng điện, đôi khi có hiện tượng điện áp tăng cao hơn nhiều so với giá trị danh nghĩa. Các bộ nguồn tiêu chuẩn, do quán tính của chúng, sẽ dễ dàng tồn tại, nhưng tụ điện có thể xuyên thủng - hãy tưởng tượng hậu quả cho chính bạn. Thật tốt nếu không có lửa.
- 2. Mạch này phải được cách ly cẩn thận với môi trường. Trường hợp đáng tin cậy để không có gì nổi bật. Nếu mạch được gắn trên tường thì nó không được chạm vào tường. Nói chung, chúng tôi gói chặt toàn bộ bằng nhựa, thủy tinh hóa và chôn ở độ sâu 20 mét. :)))))
- 3. Khi thiết lập, không dùng tay chạm vào bất kỳ thành phần nào của dây chuyền. Đừng để thực tế là có 5 volt ở đầu ra làm bạn yên tâm. Vì năm volt chỉ có liên quan đến chính nó. Nhưng liên quan đến môi trường vẫn có 220 như nhau.
- 4. Sau khi ngắt kết nối, nên xả tụ điện dập tắt. Bởi vì trong đó vẫn còn một dòng điện 100-200 vôn, nếu bạn bất cẩn thò đầu vào sai chỗ, nó sẽ cắn vào ngón tay bạn rất đau. Nó khó có thể gây tử vong nhưng đó không phải là một trải nghiệm thú vị và bất ngờ có thể gây ra rắc rối.
- 5. Nếu sử dụng bộ vi điều khiển thì CHỈ flash chương trình cơ sở của nó khi ngắt kết nối hoàn toàn khỏi mạng. Hơn nữa, nó phải được tắt bằng cách rút phích cắm ra khỏi ổ cắm. Nếu điều này không được thực hiện thì với xác suất gần 100% máy tính sẽ bị hỏng. Và rất có thể là tất cả.
- 6. Điều tương tự cũng áp dụng cho việc giao tiếp với máy tính. Với nguồn điện như vậy thì không được phép kết nối qua USART, cấm kết hợp nối đất.
Nếu bạn vẫn muốn liên lạc với máy tính của mình thì hãy sử dụng các giao diện có thể tách biệt. Ví dụ: kênh vô tuyến, truyền hồng ngoại hoặc tệ nhất là chia RS232 thành hai phần độc lập bằng bộ ghép quang.
Sau khi đọc tiêu đề này, ai đó có thể hỏi: “Tại sao?” Có, nếu bạn chỉ cắm nó vào ổ cắm, ngay cả khi bạn bật nó theo một sơ đồ nhất định, nó không có ý nghĩa thực tế và sẽ không mang lại bất kỳ thông tin hữu ích nào. Nhưng nếu cùng một đèn LED được kết nối song song với bộ phận làm nóng được điều khiển bởi bộ điều chỉnh nhiệt, thì bạn có thể theo dõi trực quan hoạt động của toàn bộ thiết bị. Đôi khi một dấu hiệu như vậy cho phép bạn thoát khỏi nhiều vấn đề và rắc rối nhỏ.
Theo những gì đã được nói, nhiệm vụ có vẻ đơn giản: chỉ cần lắp đặt một điện trở giới hạn có giá trị cần thiết và vấn đề sẽ được giải quyết. Nhưng tất cả điều này đều tốt nếu bạn cấp nguồn cho đèn LED bằng điện áp không đổi được chỉnh lưu: ngay khi đèn LED được kết nối theo hướng thuận, nó vẫn như vậy.
Khi làm việc trên điện áp xoay chiều, mọi thứ không đơn giản như vậy. Thực tế là, ngoài điện áp một chiều, đèn LED cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi điện áp phân cực ngược, vì mỗi nửa chu kỳ của sóng hình sin lại đổi dấu sang nửa chu kỳ ngược lại. Điện áp ngược này sẽ không chiếu sáng đèn LED nhưng có thể khiến đèn LED không thể sử dụng được rất nhanh. Vì vậy, cần phải có biện pháp bảo vệ trước dòng điện áp “có hại” này.
Trong trường hợp điện áp nguồn, việc tính toán điện trở dập tắt phải dựa trên giá trị điện áp 310V. Tại sao? Mọi thứ ở đây rất đơn giản: 220V là , giá trị biên độ sẽ là 220 * 1,41 = 310V. Điện áp biên độ gấp hai (1,41) lần điện áp gốc và không nên quên điều này. Đây là điện áp thuận và ngược sẽ được áp dụng cho đèn LED. Chính từ giá trị 310V mà điện trở của điện trở dập tắt phải được tính toán, và chính từ điện áp này, chỉ khi có cực tính ngược, đèn LED mới phải được bảo vệ.
Cách bảo vệ đèn LED khỏi điện áp ngược
Đối với hầu hết tất cả các đèn LED, điện áp ngược không vượt quá 20V, bởi vì không ai định chế tạo bộ chỉnh lưu điện áp cao cho chúng. Làm thế nào để thoát khỏi tai họa như vậy, làm thế nào để bảo vệ đèn LED khỏi điện áp ngược này?
Hóa ra mọi thứ rất đơn giản. Cách đầu tiên là nối một đèn thông thường nối tiếp với đèn LED có điện áp ngược cao (không thấp hơn 400V), ví dụ: 1N4007 - điện áp ngược 1000V, dòng điện thuận 1A. Chính anh ta là người sẽ không cho phép điện áp cao có cực âm truyền tới đèn LED. Sơ đồ bảo vệ như vậy được thể hiện trong hình 1a.
Phương pháp thứ hai, không kém phần hiệu quả, chỉ đơn giản là bỏ qua đèn LED bằng một diode khác được kết nối ngược chiều - song song, Hình 1b. Với phương pháp này, diode bảo vệ thậm chí không cần phải có điện áp ngược cao, bất kỳ diode công suất thấp nào, ví dụ, KD521, là đủ.
Hơn nữa, bạn có thể chỉ cần bật song song hai đèn LED: mở luân phiên, chúng sẽ bảo vệ lẫn nhau và cả hai sẽ phát ra ánh sáng, như trong Hình 1c. Đây đã là phương pháp bảo vệ thứ ba. Tất cả ba sơ đồ bảo vệ được thể hiện trong Hình 1.
Hình 1. Mạch bảo vệ điện áp ngược LED
Điện trở giới hạn trong các mạch này có điện trở 24KOhm, ở điện áp hoạt động 220V, cung cấp dòng điện có thứ tự 220/24 = 9,16 mA, có thể làm tròn thành 9. Khi đó công suất của điện trở dập tắt sẽ là 9 * 9 * 24 = 1944 mW, gần hai watt. Điều này mặc dù thực tế là dòng điện qua đèn LED bị giới hạn ở mức 9mA. Nhưng việc sử dụng điện trở trong thời gian dài ở công suất tối đa sẽ không dẫn đến điều gì tốt đẹp: đầu tiên nó sẽ chuyển sang màu đen và sau đó cháy hoàn toàn. Để ngăn điều này xảy ra, nên lắp nối tiếp hai điện trở 12KΩ với công suất 2W mỗi điện trở.
Nếu bạn đặt mức hiện tại thành 20mA, nó sẽ còn cao hơn nữa - 20*20*12=4800mW, gần như 5W! Đương nhiên, không ai có thể mua được một chiếc bếp có công suất lớn như vậy để sưởi ấm một căn phòng. Điều này dựa trên một đèn LED, nhưng nếu có cả một đèn LED thì sao?
Tụ điện - điện trở không watt
Mạch điện trên hình 1a sử dụng diode bảo vệ D1 để “cắt” nửa chu kỳ âm của điện áp xoay chiều nên công suất của điện trở dập tắt giảm đi một nửa. Tuy nhiên, sức mạnh vẫn còn rất đáng kể. Do đó, nó thường được sử dụng làm điện trở giới hạn: nó sẽ hạn chế dòng điện không kém gì điện trở, nhưng sẽ không tạo ra nhiệt. Không phải vô cớ mà tụ điện thường được gọi là điện trở không watt. Phương pháp chuyển đổi này được thể hiện trong Hình 2.
Hình 2. Mạch nối đèn LED qua tụ điện dằn
Mọi thứ ở đây có vẻ ổn, thậm chí còn có một diode bảo vệ VD1. Nhưng hai chi tiết không được cung cấp. Đầu tiên, tụ điện C1, sau khi tắt mạch, có thể vẫn được tích điện và tích trữ điện tích cho đến khi ai đó tự mình xả điện. Và điều này, tin tôi đi, chắc chắn sẽ xảy ra vào một ngày nào đó. Điện giật tất nhiên không gây tử vong nhưng khá nhạy cảm, bất ngờ và khó chịu.
Vì vậy, để tránh sự phiền toái như vậy, các tụ điện dập tắt này được nối tắt bằng một điện trở có điện trở 200...1000KOhm. Cơ chế bảo vệ tương tự được lắp đặt trong các nguồn điện không biến áp có tụ điện dập tắt, trong bộ ghép quang và một số mạch điện khác. Trong hình 3 điện trở này được ký hiệu là R1.
Hình 3. Sơ đồ kết nối đèn LED với mạng chiếu sáng
Ngoài điện trở R1, điện trở R2 cũng xuất hiện trên sơ đồ. Mục đích của nó là hạn chế dòng điện chạy qua tụ điện khi đặt điện áp vào, giúp bảo vệ không chỉ các điốt mà còn cả chính tụ điện. Qua thực tế, người ta biết rằng khi không có điện trở như vậy, tụ điện đôi khi bị đứt, công suất của nó trở nên nhỏ hơn nhiều so với giá trị danh định. Không cần phải nói, tụ điện phải là tụ gốm cho điện áp hoạt động ít nhất 400V hoặc đặc biệt để hoạt động trong mạch điện xoay chiều có điện áp 250V.
Điện trở R2 đóng một vai trò quan trọng khác: trong trường hợp tụ điện bị hỏng, nó đóng vai trò như một cầu chì. Tất nhiên, các đèn LED cũng sẽ phải được thay thế, nhưng ít nhất các dây kết nối sẽ vẫn còn nguyên. Trên thực tế, đây chính xác là cách cầu chì hoạt động trong bất kỳ thiết bị nào - các bóng bán dẫn bị đốt cháy, nhưng bảng mạch in gần như không bị ảnh hưởng.
Sơ đồ trong Hình 3 chỉ hiển thị một đèn LED, mặc dù trên thực tế, một vài trong số chúng có thể được mắc nối tiếp. Diode bảo vệ sẽ tự mình thực hiện nhiệm vụ của nó, nhưng điện dung của tụ điện dằn sẽ phải được tính toán, ít nhất là xấp xỉ, nhưng vẫn phải tính toán.
Để tính điện trở của điện trở dập tắt, cần phải trừ đi điện áp rơi trên đèn LED khỏi điện áp nguồn. Nếu một số đèn LED được mắc nối tiếp thì chỉ cần cộng điện áp của chúng và trừ chúng khỏi điện áp nguồn. Biết điện áp dư này và dòng điện cần thiết, việc tính điện trở của điện trở theo định luật Ohm rất đơn giản: R=(U-Uд)/I*0,75.
Ở đây U là điện áp nguồn, Ud là điện áp rơi trên các đèn LED (nếu các đèn LED mắc nối tiếp thì Ud là tổng điện áp rơi trên tất cả các đèn LED), I là dòng điện chạy qua đèn LED, R là điện trở của điện trở dập tắt. Ở đây, như mọi khi, điện áp tính bằng Vôn, dòng điện tính bằng Ampe, kết quả tính bằng Ohms, 0,75 là hệ số để tăng độ tin cậy. Công thức này đã được đưa ra trong bài viết.
Mức giảm điện áp chuyển tiếp đối với đèn LED có màu khác nhau là khác nhau. Ở dòng điện 20mA, đèn LED màu đỏ có 1.6...2.03V, màu vàng 2.1...2.2V, màu xanh lá cây 2.2...3.5V, màu xanh lam 2.5...3.7V. Đèn LED trắng có phổ phát xạ rộng 3.0...3.7V có độ sụt điện áp cao nhất. Dễ dàng nhận thấy độ lan tỏa của tham số này khá rộng.
Dưới đây là sự sụt giảm điện áp của một số loại đèn LED, chỉ đơn giản bằng màu sắc. Trên thực tế, còn có rất nhiều màu như vậy và ý nghĩa chính xác chỉ có thể được tìm thấy trong tài liệu kỹ thuật dành cho một đèn LED cụ thể. Nhưng thường thì điều này là không bắt buộc: để có được kết quả có thể chấp nhận được khi thực hành, tất nhiên chỉ cần thay thế một số giá trị trung bình (thường là 2V) vào công thức nếu đây không phải là một vòng hoa gồm hàng trăm đèn LED.
Để tính công suất của tụ điện dập tắt, người ta sử dụng công thức thực nghiệm C=(4,45*I)/(U-Ud),
Trong đó C là điện dung của tụ điện tính bằng microfarad, I là dòng điện tính bằng milliamp, U là điện áp cực đại của mạng tính bằng vôn. Khi sử dụng chuỗi ba đèn LED trắng nối tiếp Ud xấp xỉ 12V, điện áp biên độ U của mạng là 310V, để giới hạn dòng điện ở mức 20mA bạn sẽ cần một tụ điện có công suất
C=(4,45*I)/(U-Ud)= C=(4,45*20)/(310-12)= 0,29865 µF, gần như 0,3 µF.
Giá trị tiêu chuẩn gần nhất của điện dung tụ điện là 0,15 µF, do đó, để sử dụng nó trong mạch này, bạn sẽ phải sử dụng hai tụ điện mắc song song. Cần phải lưu ý ở đây: công thức chỉ đúng với tần số điện áp xoay chiều là 50 Hz. Đối với các tần số khác, kết quả sẽ không chính xác.
Đầu tiên phải kiểm tra tụ điện
Trước khi sử dụng tụ điện, nó phải được kiểm tra. Để bắt đầu, bạn chỉ cần bật mạng 220V, tốt nhất là qua cầu chì 3...5A, sau 15 phút hãy chạm vào để kiểm tra xem có hiện tượng nóng lên đáng chú ý không? Nếu tụ điện lạnh thì bạn có thể sử dụng nó. Nếu không, hãy nhớ lấy một cái khác và kiểm tra nó trước. Rốt cuộc, 220V không còn là 12V nữa, mọi thứ ở đây hơi khác một chút!
Nếu thử nghiệm này thành công và tụ điện không nóng lên, thì bạn có thể kiểm tra xem có lỗi trong tính toán hay không hoặc tụ điện có đúng công suất hay không. Để làm điều này, bạn cần kết nối tụ điện với mạng như trường hợp trước, chỉ thông qua một ampe kế. Đương nhiên, ampe kế phải là AC.
Đây là một lời nhắc nhở rằng không phải tất cả các đồng hồ vạn năng kỹ thuật số hiện đại đều có thể đo dòng điện xoay chiều: chẳng hạn, các thiết bị đơn giản, giá rẻ, rất phổ biến đối với những người nghiệp dư về radio, chỉ có khả năng đo dòng điện một chiều, nhưng không ai biết một ampe kế như vậy sẽ hiển thị gì khi đo dòng điện xoay chiều . Nhiều khả năng đó sẽ là giá củi hoặc nhiệt độ trên Mặt Trăng chứ không phải là giá dòng điện xoay chiều qua tụ điện.
Nếu dòng điện đo được gần bằng dòng điện thu được khi tính toán bằng công thức thì bạn có thể kết nối đèn LED một cách an toàn. Nếu thay vì 20...30mA dự kiến, nó lại thành 2...3A, thì có lỗi trong tính toán hoặc các dấu trên tụ điện được đọc không chính xác.
Công tắc được chiếu sáng
Tại đây bạn có thể tập trung vào một phương pháp khác để kết nối đèn LED với mạng chiếu sáng đã sử dụng. Nếu bạn tháo rời một công tắc như vậy, bạn sẽ thấy rằng không có điốt bảo vệ ở đó. Vì vậy, có phải mọi thứ được viết chỉ ở trên mức vô nghĩa? Không hề, bạn chỉ cần xem xét kỹ hơn công tắc đã tháo rời, hay chính xác hơn là giá trị điện trở. Theo quy định, giá trị danh nghĩa của nó ít nhất là 200KOhm, thậm chí có thể nhiều hơn một chút. Trong trường hợp này, rõ ràng dòng điện qua đèn LED sẽ bị giới hạn ở khoảng 1mA. Mạch chuyển đổi đèn nền được hiển thị trong Hình 4.
Hình 4. Sơ đồ kết nối đèn LED trong công tắc có đèn nền
Ở đây, một điện trở giết chết nhiều con chim bằng một hòn đá. Tất nhiên, dòng điện qua đèn LED sẽ nhỏ, nó sẽ phát sáng yếu, nhưng đủ sáng để nhìn thấy ánh sáng này trong phòng trong đêm tối. Nhưng vào ban ngày, ánh sáng này không cần thiết chút nào! Vì vậy, hãy để bản thân tỏa sáng mà không được chú ý.
Trong trường hợp này, dòng điện ngược cũng sẽ yếu, yếu đến mức không thể làm cháy đèn LED. Do đó, tiết kiệm được chính xác một diode bảo vệ đã được mô tả ở trên. Khi sản xuất hàng triệu, thậm chí có thể hàng tỷ thiết bị chuyển mạch mỗi năm, mức tiết kiệm là rất đáng kể.
Có vẻ như sau khi đọc các bài viết về đèn LED, mọi thắc mắc về công dụng của chúng đều rõ ràng và dễ hiểu. Nhưng vẫn còn nhiều sự tinh tế và sắc thái khi đưa đèn LED vào các mạch khác nhau. Ví dụ: kết nối song song và nối tiếp hay nói cách khác là mạch tốt và mạch xấu.
Đôi khi bạn muốn lắp ráp một vòng hoa gồm vài chục đèn LED, nhưng tính toán như thế nào? Có thể mắc nối tiếp bao nhiêu đèn LED nếu có nguồn điện có điện áp 12 hoặc 24V? Những câu hỏi này và những câu hỏi khác sẽ được thảo luận trong bài viết tiếp theo mà chúng ta gọi là “Mạch LED tốt và xấu”.
Sẽ có lợi hơn và dễ dàng hơn khi cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện và vô tuyến điện áp thấp từ nguồn điện lưới. Bộ nguồn biến áp là phù hợp nhất cho việc này vì chúng an toàn khi sử dụng. Tuy nhiên, sự quan tâm đến nguồn điện không biến áp (BTBP) với điện áp đầu ra ổn định không hề suy giảm. Một trong những lý do là sự phức tạp trong việc chế tạo máy biến áp. Nhưng đối với BTBP thì không cần thiết - chỉ cần tính toán chính xác, nhưng đây chính xác là điều khiến những người thợ điện mới vào nghề thiếu kinh nghiệm sợ hãi. Bài viết này sẽ giúp bạn thực hiện các tính toán và tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế nguồn điện không dùng máy biến áp.
Sơ đồ đơn giản của BPTP được hiển thị trong Hình 2. 1. Cầu điốt VD1 được nối vào mạng thông qua một tụ điện dập tắt khí C, mắc nối tiếp với một trong các đường chéo của cầu. Đường chéo còn lại của cầu chịu tải của khối - điện trở R n. Một tụ lọc C f và một diode zener VD2 được mắc song song với tải.
Việc tính toán nguồn điện bắt đầu bằng việc đặt điện áp U n trên tải và cường độ dòng điện I n. tiêu thụ bởi tải. Điện dung của tụ C càng lớn thì khả năng năng lượng của BPTP càng cao.
Tính điện dung
Bảng này trình bày số liệu về điện dung X c của tụ C tắt ở tần số 50 Hz và giá trị trung bình của dòng điện I cf chạy qua tụ C tắt, tính cho trường hợp R n = 0, nghĩa là với tải bị ngắn mạch. (Xét cho cùng, BTBP không nhạy cảm với chế độ vận hành bất thường này và đây là một lợi thế rất lớn khác so với nguồn điện máy biến áp.)Các giá trị khác của điện dung X s (tính bằng kilo-ohms) và giá trị dòng điện trung bình I sr (tính bằng milliamp) có thể được tính bằng các công thức:
Bình chữa cháy C là điện dung của tụ điện dập tắt tính bằng microfarad.
Nếu chúng ta loại trừ diode zener VD2, thì điện áp U n trên tải và dòng điện I n chạy qua nó sẽ phụ thuộc vào tải R n. Thật dễ dàng để tính toán các tham số này bằng các công thức:
U n - tính bằng vôn, R n và X n - tính bằng kilo-ohm, I n - tính bằng miliampe, khí C - tính bằng microfarad. (Các công thức dưới đây sử dụng cùng đơn vị đo lường.)
Khi điện trở tải giảm thì điện áp trên nó cũng giảm và theo sự phụ thuộc phi tuyến. Nhưng dòng điện đi qua tải tăng lên, mặc dù rất nhẹ. Vì vậy, ví dụ, việc giảm R n từ 1 xuống 0,1 kOhm (chính xác là 10 lần) dẫn đến U n giảm 9,53 lần và dòng điện qua tải chỉ tăng 1,05 lần. Tính năng ổn định dòng điện “tự động” này giúp phân biệt BTBP với các bộ nguồn máy biến áp.
Công suất Рн ở tải, tính theo công thức:
khi Rn giảm, nó giảm gần như mạnh như Un. Với ví dụ tương tự, công suất tiêu thụ của tải giảm 9,1 lần.
Vì dòng điện I n của tải ở các giá trị tương đối nhỏ của điện trở R n và điện áp U n trên nó thay đổi rất ít nên trong thực tế, có thể chấp nhận sử dụng các công thức gần đúng:
Bằng cách khôi phục diode zener VD2, chúng ta đạt được sự ổn định của điện áp U n ở mức U st - một giá trị gần như không đổi đối với từng diode zener cụ thể. Và với tải nhỏ (điện trở lớn R n) thì đẳng thức U n = U st.
Tính toán điện trở tải
Có thể giảm R n đến mức nào để đẳng thức U n = U st có giá trị? Cho đến khi bất đẳng thức xảy ra:
Do đó, nếu điện trở tải nhỏ hơn Rn tính toán, điện áp trên tải sẽ không còn bằng điện áp ổn định mà sẽ nhỏ hơn một chút, vì dòng điện qua diode zener VD2 sẽ dừng lại.
Tính dòng điện cho phép qua diode zener
Bây giờ hãy xác định dòng điện I n sẽ chạy qua tải R n và dòng điện nào sẽ chạy qua diode zener VD2. Rõ ràng là
Khi điện trở tải giảm, công suất tiêu thụ của nó P n =I n U n =U 2 st /R n tăng. Nhưng công suất trung bình mà BPTP tiêu thụ bằng
vẫn không thay đổi. Điều này được giải thích là do dòng điện I cf phân nhánh thành hai - I n và I st - và tùy thuộc vào điện trở tải, được phân phối lại giữa R n và diode zener VD2, và do đó điện trở tải R n càng thấp. , dòng điện chạy qua diode Zener càng ít và ngược lại. Điều này có nghĩa là nếu tải nhỏ (hoặc hoàn toàn không có) thì diode zener VD2 sẽ ở trong điều kiện khó khăn nhất. Đó là lý do tại sao không nên loại bỏ tải khỏi BPTP, nếu không toàn bộ dòng điện sẽ đi qua diode zener, điều này có thể dẫn đến hỏng nó.
Giá trị biên độ của điện áp mạng là 220·√2=311(V). Giá trị xung của dòng điện trong mạch nếu bỏ qua tụ Cf có thể đạt tới
Theo đó, diode zener VD2 phải chịu được dòng xung này một cách đáng tin cậy trong trường hợp vô tình ngắt tải. Chúng ta không nên quên tình trạng quá tải điện áp có thể xảy ra trong mạng chiếu sáng, lên tới 20...25% giá trị danh nghĩa và tính toán dòng điện đi qua diode zener khi cắt tải, có tính đến hệ số hiệu chỉnh là 1,2. ..1.25.
Nếu không có diode zener mạnh
Khi không có diode zener có công suất phù hợp, nó có thể được thay thế hoàn toàn bằng một diode tương tự bóng bán dẫn. Nhưng sau đó BTBP nên được xây dựng theo sơ đồ trong Hình. 2. Ở đây, dòng điện chạy qua diode zener VD2 giảm tỷ lệ với hệ số truyền dòng tĩnh của đế của bóng bán dẫn n-p-n mạnh VT1. Điện áp của chất tương tự UCT sẽ cao hơn khoảng 0,7V so với Ust của diode zener công suất thấp nhất VD2 nếu bóng bán dẫn VT1 là silicon hoặc 0,3V nếu là germanium.Một bóng bán dẫn cấu trúc p-n-p cũng có thể được áp dụng ở đây. Tuy nhiên, khi đó mạch như trong hình sẽ được sử dụng. 3.
Tính toán khối nửa sóng
Cùng với bộ chỉnh lưu toàn sóng, bộ chỉnh lưu nửa sóng đơn giản nhất đôi khi được sử dụng trong BTBP (Hình 4). Trong trường hợp này, tải Rn của nó chỉ được cấp nguồn bằng nửa chu kỳ dương của dòng điện xoay chiều và các cực âm đi qua diode VD3, bỏ qua tải. Do đó, dòng điện trung bình I qua diode VD1 sẽ bằng một nửa. Điều này có nghĩa là khi tính khối, thay vì X c, bạn nên lấy 2 lần điện trở bằng
và dòng điện trung bình khi có tải ngắn mạch sẽ bằng 9,9 πС bình chữa cháy = 31,1 С dập tắt. Việc tính toán thêm phiên bản BPTP này được thực hiện hoàn toàn tương tự như các trường hợp trước.
Tính điện áp trên tụ dập tắt
Người ta thường chấp nhận rằng với điện áp mạng 220V, điện áp định mức của tụ điện dập tắt C phải ít nhất là 400V, nghĩa là có biên độ xấp xỉ 30% so với biên độ điện áp mạng, vì 1,3·311=404( V). Tuy nhiên, trong một số trường hợp quan trọng nhất, điện áp định mức của nó phải là 500 hoặc thậm chí 600V.Và xa hơn. Khi chọn tụ điện C phù hợp, cần lưu ý rằng không thể sử dụng các loại tụ điện MBM, MBPO, MBGP, MBGTs-1, MBGTs-2 trong BTBP, vì chúng không được thiết kế để hoạt động trong các mạch điện xoay chiều có giá trị điện áp biên độ trên 150V.
Các tụ điện đáng tin cậy nhất trong BTBP là MBGCh-1, MBGCh-2 có điện áp định mức 500V (từ máy giặt cũ, đèn huỳnh quang, v.v.) hoặc KBG-MN, KBG-MP, nhưng có điện áp định mức 1000V.
Tụ lọc
Điện dung của tụ lọc C f rất khó tính toán bằng phương pháp giải tích. Vì vậy, nó được lựa chọn thực nghiệm. Cần giả định rằng đối với mỗi milliamp dòng điện tiêu thụ trung bình, cần phải lấy ít nhất 3...10 μF điện dung này nếu bộ chỉnh lưu BTBP là toàn sóng hoặc 10...30 μF nếu là nửa sóng.Điện áp định mức của tụ oxit được sử dụng C f ít nhất phải là U st. Và nếu không có diode zener trong BTBP và tải liên tục bật thì điện áp định mức của tụ lọc phải vượt quá giá trị:
Nếu tải không thể bật liên tục và không có diode zener thì điện áp định mức của tụ lọc phải lớn hơn 450V, điều này khó có thể chấp nhận được do kích thước của tụ C f lớn. Nhân tiện, trong trường hợp này, tải chỉ nên được kết nối lại sau khi ngắt kết nối BTBP khỏi mạng.
và điều đó không phải tất cả
Nên bổ sung bất kỳ tùy chọn BTBP nào có thể có thêm hai điện trở phụ. Một trong số chúng có điện trở có thể nằm trong khoảng 300 kOhm...1 MOhm, được mắc song song với tụ điện C bình chữa cháy. Điện trở này cần thiết để tăng tốc độ phóng điện của tụ C sau khi ngắt kết nối thiết bị khỏi mạng. Cái còn lại - chấn lưu - có điện trở 10...51 Ohms được kết nối với điểm đứt của một trong các dây mạng, chẳng hạn, nối tiếp với tụ điện C của bình chữa cháy. Điện trở này sẽ hạn chế dòng điện qua điốt của cầu VD1 khi BTBP được nối vào mạng. Công suất tiêu tán của cả hai điện trở phải ít nhất là 0,5 W, cần thiết để đảm bảo chống lại sự đánh thủng bề mặt có thể xảy ra của các điện trở này do điện áp cao. Do có điện trở dằn, diode zener sẽ được tải ít hơn một chút, nhưng công suất trung bình mà BTBP tiêu thụ sẽ tăng lên đáng kể.Nên dùng điốt nào
Chức năng của bộ chỉnh lưu toàn sóng BTBP theo các mạch trong hình. 1...3 có thể được thực hiện bằng cụm điốt thuộc dòng KTs405 hoặc KTs402 với các chỉ số chữ cái Ж hoặc И, nếu dòng điện trung bình không vượt quá 600 mA, hoặc với các chỉ số A, B, nếu giá trị hiện tại đạt 1 A. Bốn điốt riêng được kết nối theo mạch cầu, ví dụ: dòng KD105 có chỉ số B, V hoặc G, D226 B hoặc V - lên đến 300 mA, KD209 A, B hoặc V - lên đến 500...700 mA, KD226 V, G hoặc D - lên tới 1,7 A .Điốt VD1 và VD3 trong BTBP theo sơ đồ trong hình. 4 có thể là bất kỳ điều nào ở trên. Cũng được phép sử dụng hai cụm điốt KD205K V, G hoặc D cho dòng điện lên đến 300 mA hoặc KD205 A, V, Zh hoặc I - lên đến 500 mA.
Và một điều cuối cùng. Nguồn điện không dùng máy biến áp, cũng như thiết bị kết nối với nó, được kết nối trực tiếp với mạng AC! Do đó, chúng phải được cách nhiệt một cách đáng tin cậy với bên ngoài, chẳng hạn như đặt trong hộp nhựa. Ngoài ra, nghiêm cấm “nối đất” bất kỳ thiết bị đầu cuối nào của họ cũng như mở hộp khi thiết bị được bật.
Phương pháp tính toán BPTP đề xuất đã được tác giả thử nghiệm trong thực tế trong nhiều năm. Toàn bộ quá trình tính toán được thực hiện dựa trên thực tế rằng BPTP về cơ bản là một bộ ổn áp tham số, trong đó vai trò của bộ giới hạn dòng điện được thực hiện bởi một tụ điện dập tắt.
Tạp chí “SAM” số 5, 1998
