Бестрансформаторный блок питания с гасящим резистором в схеме. Это не волшебство и не мечта. Дело в том, что для небольших нагрузок можно легко понизить напряжение с 230 В переменного тока до нескольких вольт (например, 5, 12 или 24). При этом используется только токоограничивающий резистор, как вы можете видеть на принципиальной схеме ниже.
Бестрансформаторный блок питания
Это сопротивление имеет крайне низкую эффективность (<1%), поскольку энергия теряется в виде тепла на резисторе R1. Фактически, этот компонент должен проделать большую работу, чтобы снизить напряжение с 230 В переменного тока RMS до 12 В постоянного тока. В данном примере эта линейный элемент рассеивает в среднем 22 Вт; поэтому его мощность должна быть рассчитана как минимум на 50 Вт, а рассеиваемая мощность будет следующей:
V(N3,N2)*I(R1)
Бестрансформаторный блок питания с большим резистором
На схеме три рабочих точки: N1, N2 и N3. С учетом значений используемых компонентов переходные напряжения (за одну секунду) показаны на рисунках 2. Графики отображают, что для достижения выходное напряжение 12 В требуется определенное время. Это время зависит от постоянной времени, которая также определяемой конденсатором С1. В данном примере время зарядки конденсатора для завершения переходного процесса следующее:
Схема переходных напряжений источника питания без трансформатора с резистором
При фиксированном сопротивлении нагрузки пульсации зависят от емкости конденсатора С1. Чем больше конденсатор, тем меньше пульсаций присутствует в выходном сигнале. При использовании вышеуказанных конденсаторов величина пульсаций (рис.3) в пиковом диапазоне выглядит следующим образом:
• C1 = 100 мкФ, пульсации = 1,17 В (размах)
• C1 = 470 мкФ, пульсации = 261,7 мВ (размах)
• C1 = 1000 мкФ, пульсация = 121,58 мВ (размах)
• C1 = 4700 мкФ, пульсация = 25,3 мВ (размах)
• C1 = 10 000 мкФ, пульсация = 11,89 мВ (размах)
Пульсация
Самые внимательные читатели заметили, что выходное напряжение схемы не достигает желаемых 12 В, а составляет около 11,3 В. Можно убедится, что даже при отсутствии подключенной нагрузки выходное напряжение всегда меньше 12 В (рис.4). Это падение напряжения вызвано диодом D2. Диод Шоттки может уменьшить это падение напряжения.
Диод D2 вызывает падение напряжения
Конденсатор улучшает ситуацию
Как видно из диаграммы на рисунке, добавление полиэфирного конденсатора последовательно с линией повышает эффективность схемы. В такой конфигурации КПД составляет около 18%.
Бестрансформаторный блок питания с использованием резистора и конденсатора
Поскольку максимальное напряжение на конденсаторе превышает 320 В, необходимо выбирать модель, поддерживающую напряжение не менее 650 В, как показано на рисунке ниже.
Максимальное напряжение на конденсаторе превышает 320 В.
При такой конфигурации резистор R1 рассеивает всего 0,5 Вт, но всегда лучше использовать модель мощностью не менее 2 Вт. В роли резистора выступает конденсатор С2, имеющий емкостное реактивное сопротивление на частоте 50 Гц. Точнее, емкостное реактивное сопротивление конденсатора на синусоидальной частоте F выражается следующей формулой:
откуда следует, что конденсатор С2 имеет емкостное реактивное сопротивление 6772,55 Ом, но в отличие от резистора не рассеивает тепло. Выходное напряжение схемы также равно 12 В, из которого необходимо вычесть падение напряжения на диоде D1.
Соблюдайте осторожность
Когда цепь выключена, конденсатор С2 может оставаться заряженным в течение длительного времени. Мы рекомендуем подключить высокоомный резистор параллельно компоненту, как показано на рисунке ниже. Этот резистор (470 000 Ом, 470 кОм) не влияет на корректную работу схемы. В нормальных условиях эксплуатации его рассеиваемая мощность составляет около 100 мВт. Полный разряд конденсатора происходит примерно за 1 секунду, но уже через 0,4 секунды значение его напряжения становятся не опасно.
Резистор R2 параллельно конденсатору C2 разряжает его при выключении цепи.