كيفية حساب إمدادات الطاقة غير المحولة

يشرح هذا المنشور كيفية حساب قيم المقاوم والمكثف في دوائر إمداد الطاقة غير المحولة باستخدام صيغ بسيطة مثل قانون أوم.

تحليل مصدر الطاقة Capactive

قبل أن نتعلم الصيغة الخاصة بحساب قيم المقاومة والمكثفات وتحسينها في مصدر طاقة بدون محولات ، سيكون من المهم أولاً تلخيص معيار تصميم مزود الطاقة غير المحولات .

بالإشارة إلى الرسم التخطيطي ، يتم تعيين المكونات المختلفة المعنية بالوظائف المحددة التالية:

C1 هو مكثف عالي الجهد غير قطبي يتم تقديمه لإسقاط تيار التيار المميت إلى الحدود المرغوبة وفقًا لمواصفات الحمل. وبالتالي يصبح هذا المكون بالغ الأهمية بسبب وظيفة الحد من التيار الكهربائي المعين.

يتم تكوين D1 إلى D4 كملف شبكة مقوم الجسر لتصحيح التيار المتردد المتناقص من C1 ، من أجل جعل الإخراج مناسبًا لأي حمل مقصود للتيار المستمر.

يتم وضع Z1 لتحقيق الاستقرار في الإخراج إلى حدود الجهد الآمن المطلوبة.

تم تثبيت C2 على تصفية أي تموج في العاصمة وإنشاء DC نظيف تمامًا للحمل المتصل.

قد يكون R2 اختياريًا ولكن يوصى به للتعامل مع اندفاع مفتاح التشغيل من التيار الكهربائي ، على الرغم من أنه من الأفضل استبدال هذا المكون بمقاس حراري NTC.

باستخدام قانون أوم

نعلم جميعًا كيف يعمل قانون أوم وكيفية استخدامه للعثور على المعلمة غير المعروفة عندما يُعرف الآخران. ومع ذلك ، مع وجود نوع سعوي من مصدر الطاقة له ميزات خاصة ومع توصيل مصابيح LED به ، يصبح حساب التيار وانخفاض الجهد ومقاوم LED مربكًا بعض الشيء.

كيفية حساب واستنتاج معلمات التيار والجهد في إمدادات الطاقة غير المحولة.

بعد دراسة الأنماط ذات الصلة بعناية ، ابتكرت طريقة بسيطة وفعالة لحل المشكلات المذكورة أعلاه ، خاصةً عندما يكون مصدر الطاقة المستخدم بدون محول أو يشتمل على مكثفات PPC أو تفاعل للتحكم في التيار.

تقييم التيار في إمدادات الطاقة بالسعة

عادة ، أ امدادات الطاقة غير المحولات ستنتج مخرجات بقيم تيار منخفضة للغاية ولكن بجهد مساوٍ لأنابيب التيار المتردد المطبقة (حتى يتم تحميلها).

على سبيل المثال ، 1 µF ، 400 V (جهد الانهيار) عند توصيله بمصدر التيار الكهربائي 220 فولت × 1.4 = 308 فولت (بعد الجسر) سينتج بحد أقصى 70 مللي أمبير من التيار وقراءة أولية للجهد تبلغ 308 فولت.

ومع ذلك ، سيُظهر هذا الجهد انخفاضًا خطيًا للغاية حيث يتم تحميل المخرجات ويتم سحب التيار من خزان '70 مللي أمبير'.

نحن نعلم أنه إذا كان الحمل يستهلك 70 مللي أمبير ، فهذا يعني أن الجهد سينخفض ​​إلى الصفر تقريبًا.

بما أن هذا الانخفاض خطي ، يمكننا ببساطة قسمة جهد الخرج الأولي على أقصى تيار لإيجاد انخفاضات الجهد التي قد تحدث لأحجام مختلفة من تيارات الحمل.

لذلك فإن قسمة 308 فولت على 70 مللي أمبير تعطي 4.4 فولت. هذا هو المعدل الذي ينخفض ​​عنده الجهد لكل 1 مللي أمبير من التيار المضاف مع الحمل.

هذا يعني أنه إذا كان الحمل يستهلك 20 مللي أمبير من التيار ، فإن انخفاض الجهد سيكون 20 × 4.4 = 88 فولت ، لذلك سيُظهر الناتج الآن جهدًا من 308 - 62.8 = 220 فولت تيار مستمر (بعد الجسر).

على سبيل المثال مع ملف 1 وات LED المتصل مباشرة بهذه الدائرة بدون المقاوم سيُظهر جهدًا مساويًا لانخفاض الجهد الأمامي لمصباح LED (3.3 فولت) ، وذلك لأن الصمام يغرق تقريبًا كل التيار المتاح من المكثف. ومع ذلك ، فإن الجهد عبر مؤشر LED لا ينخفض ​​إلى الصفر لأن الجهد الأمامي هو أقصى جهد محدد يمكن أن يسقط عبره.

من المناقشة والتحليل أعلاه ، يتضح أن الجهد في أي وحدة إمداد طاقة غير جوهري إذا كانت قدرة التوصيل الحالية لمصدر الطاقة منخفضة نسبيًا.

على سبيل المثال ، إذا أخذنا في الاعتبار مؤشر LED ، فيمكنه تحمل تيار من 30 إلى 40 مللي أمبير عند الفولتية القريبة من `` انخفاض الجهد الأمامي '' ، ولكن عند الفولتية العالية ، يمكن أن يصبح هذا التيار خطيرًا على LED ، لذا فإن الأمر كله يتعلق بالحفاظ على الحد الأقصى الحالي الحد الأقصى الآمن المسموح به للحمل.

حساب قيم المقاوم

المقاوم للحمل : عند استخدام مؤشر LED كحمل ، يوصى باختيار مكثف تسمح قيمته التفاعلية بالتيار الأقصى المسموح به فقط لمصباح LED ، وفي هذه الحالة يمكن تجنب المقاوم تمامًا.

إذا كان قيمة المكثف كبير مع مخرجات تيار أعلى ، فربما كما تمت مناقشته أعلاه يمكننا دمج المقاوم لتقليل التيار إلى حدود مقبولة.

حساب مقاومة حد الطفرة : يتم تضمين المقاوم R2 في أشكال الرسم البياني أعلاه كمقاوم لتحديد التيار الكهربائي. إنه يحمي بشكل أساسي الحمل الضعيف من تيار الارتفاع الأولي.

خلال فترات التبديل الأولي ON ، يعمل المكثف C1 مثل دائرة كهربائية قصيرة كاملة ، على الرغم من أنه لبضعة أجزاء من الثانية فقط ، وقد يسمح بجهد 220 فولت بالكامل عبر الإخراج.

قد يكون هذا كافيًا لتفجير الدوائر الإلكترونية الحساسة أو مصابيح LED المتصلة بالإمداد ، والذي يتضمن أيضًا ثبات زينر الثنائي.

نظرًا لأن الصمام الثنائي zener يشكل أول جهاز إلكتروني في الخط يحتاج إلى الحماية من الارتفاع الأولي ، يمكن حساب R2 وفقًا لمواصفات الصمام الثنائي zener ، والحد الأقصى تيار زينر ، أو تبديد زينر.

سيكون الحد الأقصى للتيار الذي يمكن تحمله بواسطة زينر لمثالنا 1 واط / 12 فولت = 0.083 أمبير.

لذلك يجب أن يكون R2 = 12 / 0.083 = 144 أوم

ومع ذلك ، نظرًا لأن التيار الزائد هو فقط لأجزاء من الثانية ، فقد تكون هذه القيمة أقل بكثير من هذا.

هنا. نحن لا نفكر في إدخال 310 فولت لحساب زينر ، لأن التيار يقتصر على 70 مللي أمبير بواسطة C1.

نظرًا لأن R2 يمكنه تقييد التيار الثمين دون داع للحمل أثناء العمليات العادية ، فيجب أن يكون بشكل مثالي NTC نوع المقاوم. سوف يتأكد NTC من أن التيار مقيد فقط خلال فترة التبديل الأولي ON ، ثم يُسمح لـ 70 مللي أمبير بالمرور غير المقيد للحمل.

حساب المقاوم التفريغ : يستخدم المقاوم R1 لتفريغ شحنة الجهد العالي المخزنة داخل C1 ، عندما تكون الدائرة غير متصلة بالتيار الكهربائي.

يجب أن تكون قيمة R1 منخفضة بقدر الإمكان من أجل التفريغ السريع لـ C1 ، مع تبديد الحد الأدنى من الحرارة أثناء التوصيل بالتيار المتردد الرئيسي.

نظرًا لأن R1 يمكن أن يكون مقاومًا 1/4 واط ، يجب أن يكون تبديده أقل من 0.25 / 310 = 0.0008 أمبير أو 0.8 مللي أمبير.

لذلك R1 = 310 / 0.0008 = 387500 أوم أو 390 ك تقريبًا.

حساب المقاوم 20 مللي أمبير LED

مثال: في الرسم البياني الموضح ، تنتج قيمة المكثف 70 مللي أمبير بحد أقصى. الحالي مرتفع جدًا بحيث يتحمل أي LED. باستخدام صيغة LED / المقاوم القياسية:

R = (جهد الإمداد VS - جهد أمامي LED VF) / تيار LED IL ،
= (220 - 3.3) /0.02 = 10.83 ك ،

ومع ذلك ، فإن القيمة 10.83K تبدو ضخمة جدًا ، وستسقط الإضاءة بشكل كبير على LED ... لا تبدو الحسابات مشروعة تمامًا ... فهل نفقد شيئًا هنا ؟؟

أعتقد هنا أن الجهد '220' قد لا يكون صحيحًا لأن مؤشر LED في النهاية يتطلب 3.3 فولت فقط ... فلماذا لا نطبق هذه القيمة في الصيغة أعلاه وتتحقق من النتائج؟ في حالة استخدام الصمام الثنائي zener ، يمكن تطبيق قيمة zener هنا بدلاً من ذلك.

حسنًا ، ها نحن ذا مرة أخرى.

R = 3.3 / 0.02 = 165 أوم

الآن هذا يبدو أفضل بكثير.

في حالة استخدامك ، دعنا نقول الصمام الثنائي زينر 12V قبل LED ، يمكن حساب الصيغة على النحو الوارد أدناه:

R = (جهد الإمداد VS - جهد أمامي LED VF) / تيار LED IL ،
= (12 - 3.3) /0.02 = 435 أوم ،

لذلك قيمة المقاوم للسيطرة على واحد الصمام الأحمر بأمان حوالي 400 أوم.

العثور على مكثف الحالي

في التصميم الخالي من المحولات بالكامل الذي تمت مناقشته أعلاه ، يعد C1 هو المكون الأساسي الوحيد الذي يجب تحديد أبعاده بشكل صحيح بحيث يتم تحسين الإخراج الحالي منه على النحو الأمثل وفقًا لمواصفات الحمل.

قد يؤدي اختيار مكثف عالي القيمة لحمل أصغر نسبيًا إلى زيادة خطر دخول التيار الزائد الزائد إلى الحمل وإتلافه عاجلاً.

يضمن المكثف المحسوب بشكل صحيح على العكس من ذلك تدفقًا متحكمًا به وتبديدًا اسميًا يحافظ على سلامة كافية للحمل المتصل.

باستخدام قانون أوم

يمكن حساب حجم التيار الذي قد يكون مسموحًا به على النحو الأمثل من خلال مصدر طاقة بدون محول لحمل معين باستخدام قانون أوم:

أنا = V / R.

حيث أنا = التيار ، V = الجهد ، R = المقاومة

ومع ذلك ، كما نرى ، في الصيغة أعلاه ، تعد R معلمة فردية لأننا نتعامل مع مكثف كعضو محدد حاليًا.

من أجل كسر هذا ، نحتاج إلى اشتقاق طريقة من شأنها ترجمة القيمة المحددة الحالية للمكثف من حيث أوم أو وحدة المقاومة ، بحيث يمكن حل صيغة قانون أوم.

حساب مفاعلة المكثف

للقيام بذلك ، نكتشف أولاً مفاعلة المكثف والتي يمكن اعتبارها مكافئة للمقاومة.

صيغة المفاعلة هي:

Xc = 1/2 (pi) fC

حيث Xc = مفاعلة ،

بي = 22/7

و = التردد

C = قيمة المكثف بالفاراد

النتيجة التي تم الحصول عليها من الصيغة أعلاه هي في أوم والتي يمكن استبدالها مباشرة في قانون أوم الذي سبق ذكره.

لنحل مثالاً لفهم تنفيذ الصيغ أعلاه:

دعونا نرى مقدار التيار الذي يمكن أن يسلمه مكثف 1 فائق التوهج إلى حمل معين:

لدينا البيانات التالية في أيدينا:

pi = 22/7 = 3.14

f = 50 هرتز (تردد التيار المتردد الرئيسي)

و C = 1 فائق التوهج أو 0.000001 فهرنهايت

يعطي حل معادلة المفاعلة باستخدام البيانات أعلاه:

Xc = 1 / (2 × 3.14 × 50 × 0.000001)

= 3184 أوم تقريبًا

باستبدال قيمة المقاومة المكافئة هذه في صيغة قانون أوم ، نحصل على:

R = V / I

أو أنا = V / R

بافتراض أن V = 220V (لأن المكثف مصمم للعمل مع جهد التيار الكهربائي.)

نحن نحصل:

أنا = 220/3184

= 0.069 أمبير أو 69 مللي أمبير تقريبًا

وبالمثل ، يمكن حساب المكثفات الأخرى لمعرفة سعة توصيل التيار القصوى أو التصنيف.

توضح المناقشة أعلاه بشكل شامل كيف يمكن حساب تيار مكثف في أي دائرة ذات صلة ، خاصة في إمدادات الطاقة السعوية غير المحولة.

تحذير: لا يتم عزل التصميم أعلاه عن المدخلات الرئيسية ، وبالتالي يمكن أن تطفو الوحدة بأكملها مع خطوط إدخال رئيسية ، كن حذرًا للغاية أثناء التعامل مع الوضع في الوضع.