Высоковольтный сетевой блок питания с гасящим конденсатором и защитой

Во многих конструкциях радиолюбители применяют бестрансформаторные блоки питания с гасящим конденсатором. Они привлекательны своей простотой, им не опасны замыкания выхода. Эти блоки, по существу, представляют собой источники тока, значение которого зависит от ёмкости гасящего конденсатора. Оно не может быть превышено даже при коротком замыкании в нагрузке. Но по той же причине такие блоки нельзя включать в сеть при недостаточной нагрузке или вовсе без неё. В этих случаях напряжение на выходе блока резко возрастает и способно достичь амплитуды сетевого напряжения, в результате чего может быть пробит сглаживающий конденсатор выпрямителя. По той же причине возможен выход из строя и деталей устройства, которое питается от такого блока. Поэтому блок питания с гасящим конденсатором без соответствующих  мер защиты недопустимо включать в сеть без нагрузки.

Но самый опасный недостаток блока питания с гасящим конденсатором — тяжёлые условия работы этого конденсатора, вследствие чего велика вероятность его пробоя с тяжёлыми последствиями. Поэтому необходима защита блока не только от недостаточной нагрузки, но и от последствий пробоя гасящего конденсатора. Подробно об особенностях блоков питания с гасящим конденсатором можно прочитать в статье [1].

Вариант блока питания с защитой от описанных выше ситуаций предложен в этой статье. В типовую схему добавлено всего несколько деталей, которые практически всегда есть под рукой. Проведённые эксперименты показали, что защита эффективна и при пробое гасящего конденсатора, и при отключении нагрузки или уменьшении потребляемого ею тока. Порог срабатывания защиты может быть легко установлен на любом уровне.

На рисунке изображена схема блока, который обеспечивает выходной ток примерно 120 мА при выходном напряжении до 130 В. Он предназначен для питания светильника из соединённых в последовательные и параллельные группы мощных светодиодов. Мне удалось подобрать симметричные динисторы VS1-VS4 так, что защита срабатывает при превышении выходным напряжением значения около 135 В. Идея использовать цепочку последовательно соединённых ди-нисторов взята из статьи [2].

Рис. Схема блока, который обеспечивает выходной ток примерно 120 мА при выходном напряжении до 130 В

 

Тринистор VS5, резистор R3, динисторы VS1-VS4 и диод VD5 — элементы собственно защиты. Резистор R2 и плавкая вставка FU1 тоже выполняют защитные функции, но они обычно имеются в любом блоке питания с гасящим конденсатором независимо от того, применяется ли там предлагаемая защита или нет.

Допустим, нагрузка отключилась. Например, перегорели светодиоды, питаемые от блока. Напряжение на выходе выпрямительного моста VD1-VD4 начинает расти. При некотором его значении динисторы VS1-VS4 открываются, и проходящий по ним ток открывает тринистор VS5, который замыкает выход выпрямителя. Это повторяется в каждом полупериоде сетевого напряжения, не давая напряжению на конденсаторе C2 превысить допустимое значение. Диод VD5 защищает управляющий электрод тринистора VS5 от разрядного тока конденсатора C2, который без этого диода может быть довольно значительным и вывести из строя тринистор.

Если ёмкость гасящего конденсатора C1 невелика, ни резистор R2, ни плавкая вставка FU1 после срабатывания защиты не перегорят, и в таком состоянии блок может находиться очень долго. После восстановления нагрузки он возвратится в обычный рабочий режим. Но при большой ёмкости гасящего конденсатора перегорание резистора R2 возможно. В моём случае при ёмкости конденсатора C1 3,6 мкФ этот резистор перегорал.

После пробоя гасящего конденсатора напряжение на выходе выпрямителя также начинает расти, а когда оно достигает порога срабатывания защиты, симметричные динисторы VS1-VS4 и тринистор VS5 открываются. Это закорачивает выход выпрямителя, предохраняя от перенапряжения нагрузку. Но ток, протекающий через плавкую вставку FU1, резистор R2, диодный мост VD1-VD4 и тринистор VS5, будет ограничен лишь сопротивлением резистора R2, прямым сопротивлением p-n переходов двух выпрямительных диодов и сопротивлением анод-катод открытого тринистора VS5.

Естественно, ток в этой цепи значительно возрастёт, что вызовет перегорание резистора R2 и плавкой вставки FU1 (именно в такой последовательности, причём чаще всего вставка FU1 остаётся целой). Как показали многочисленные эксперименты, выпрямительные диоды и тринистор указанных на схеме типов выдерживают аварийный ток без повреждений. Подключённый же к выходу блока питания контрольный светодиод остался цел после всех экспериментов с имитацией пробоя конденсатора, что свидетельствует о надёжности защиты нагрузки.

Имейте в виду, что далеко не все конденсаторы могут работать в качестве гасящего (C1). Теоретически конденсатор в цепи переменного тока мощности не рассеивает. Но реально в диэлектрике, находящемся в сильном переменном электрическом поле, и в тонких обкладках, по которым протекает значительный ток, выделяется некоторое количество тепла. Можно заранее проверить пригодность конденсатора для использования в качестве гасящего, просто включив его напрямую в электросеть и через полчаса оценив температуру корпуса. При этом следует соблюдать крайнюю осторожность, поскольку некоторые конденсаторы, даже рассчитанные на высокое напряжение постоянного тока, в таком режиме могут взорваться. Лучше всего на время проверки поместить конденсатор в прочный контейнер. Если конденсатор успевает заметно разогреться, он непригоден для использования в качестве гасящего.

Практически не нагреваются специальные конденсаторы для промышленных электроустановок, рассчитанные на большую реактивную мощность. На таких конденсаторах обычно указано допустимое не постоянное, а переменное напряжение. Их используют, например, в люминесцентных светильниках и в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей. Пригодны также плёночные помехоподавляющие конденсаторы класса защиты X2 на переменное напряжение 250 В и более.

Из «обычных» конденсаторов можно применять металлоплёночные К73-17 с номинальным постоянным напряжением не менее 630 В. Они выдерживают переменную составляющую приложенного к ним напряжения амплитудой примерно до 350 В. Приблизительно такой она становится при повышении эффективного значения напряжения в сети 230 В на 10 %, что согласно действующему стандарту вполне возможно. Применять такие конденсаторы на меньшее постоянное напряжение недопустимо. Например, конденсаторы К73-17 на 400 В надёжно работают лишь при амплитуде переменного напряжения не более 280 В.

О методике расчёта ёмкости гасящего конденсатора можно прочитать в статьях [1] и [3]. В последней приведены и рекомендации по выбору гасящих конденсаторов из ассортимента тогда доступных.

Я применил в описываемом блоке питания полипропиленовый конденсатор К78-22 от люминесцентного светильника, в котором он использовался для улучшения коэффициента мощности и включался для этого непосредственно в сеть. Он выдерживает переменное напряжение до 450 В частотой 50 Гц.

Диоды 1N4007 можно заменить другими выпрямительными диодами или готовыми выпрямительными мостами с допустимым обратным напряжением не менее 800 В, выдерживающими средний выпрямленный ток не менее 1 А и кратковременные импульсы тока амплитудой не менее 30 А.

Симметричные динисторы DB3 и DB4 допустимо комбинировать между собой в любом сочетании, набирая нужное напряжение срабатывания защиты. Напряжение открывания динисторов DB3 находится в пределах 28…36 В, а динисторов DB4 — 35…40 В. Для них допустим импульсный ток до 2 А, что вполне достаточно для надёжного открывания тринистора любого типа. Эти динисторы, а также диоды 1N4007 можно выпаять из электронных балластов КЛЛ. Заменять упомянутые дини-сторы приборами серии КН102 нельзя. Они не выдерживают ток, необходимый для открывания тринистора КУ221Г Тринистор КУ221Г устойчив к значительным кратковременным перегрузкам, допустимый импульсный ток в открытом состоянии у него — 100 А. Но можно применять и другие тринисторы. Главное, чтобы допустимое напряжение в закрытом состоянии было не менее 300 В, допустимый ток — не менее 10 А (кратковременно не менее 30 А). Подойдут, например, КУ202Л-КЛ202Н.

О резисторе R2 необходимо сказать особо. Понятно, что чем меньше допустимая рассеиваемая им мощность, тем быстрее он перегорит. Но эта мощность должна быть не меньше той, что выделяется на этом резисторе при нормальной работе блока питания, когда он не должен перегреваться и уж тем более перегорать. Если это условие не выполняется, следует применить резистор меньшего сопротивления либо с большей номинальной мощностью. Возможно, при уменьшенном сопротивлении резистора R2 потребуется и более мощный тринистор, ток через который при пробое гасящего конденсатора увеличится.

Интересно, что более чем в десятке проведённых экспериментов с имитацией пробоя конденсатора резистор R2 мощностью 0,25 Вт сгорал первым. Плавкая вставка FU1 на 0,5 А перегорела всего один раз. Причём резисторы МЛТ именно сгорают с шипением, искрами и пламенем. Более современные резисторы перегорают с громким хлопком, внешне никак не изменяясь. Но для обеспечения пожаробезопасности на резистор R2 в любом случае необходимо надеть трубку из негорючего материала, например из стекловолокна. Такие трубки можно найти в утюгах и других электронагревательных приборах.

Для обеспечения безопасности при установке порога срабатывания защиты необходимо питать блок через разделительный трансформатор. Прежде всего, оцените потребное число дини-сторов. Для этого измерьте и запишите напряжение открывания каждого имеющегося динистора. Затем выберите из числа проверенных те, сумма напряжений открывания которых наиболее близка к требуемому порогу срабатывания защиты. Если в наличии много динисторов, выбрать из них нужные будет несложно. Для точной подгонки порога можно один из динисторов заменить одним или несколькими стабилитронами. После этого останется установить подобранные детали на плату блока питания и проверить её в работе.

Для проверки подключите собранный блок без нагрузки к автотрансформатору, выходное напряжение которого предварительно установите равным нулю. К выходу блока подключите вольтметр. Затем медленно повышайте напряжение на выходе автотрансформатора. Поскольку блок питания работает без нагрузки, напряжение на его выходе будет близким к амплитуде входного и расти вместе с ним. Когда оно сравняется с порогом защиты, она сработает, и показания вольтметра перестанут расти. Этот момент будет легко зафиксировать по увеличению громкости гудения автотрансформатора. Нужно убедиться, что резистор R2 не перегорит при этом состоянии блока питания даже при максимально возможном напряжении в сети.

Рекомендую несколько раз включить блок питания в сеть без нагрузки, а затем с закороченным гасящим конденсатором, чтобы удостовериться в надёжном срабатывании защиты в обоих случаях, а также в пожаробезопасном сгорании резистора R2 при пробое конденсатора. Несколькими сгоревшими резисторами ради безопасности стоит пожертвовать.

Литература

1. Дорофеев М. Бестрансформаторный с гасящим конденсатором. — Радио, 1995, № 1, с. 41, 42; № 2, с. 36, 37.

2. Нечаев И. Сигнализатор превышения номинального сетевого напряжения. — Радио, 2017, № 11, с. 37, 38.

3. Бирюков С. Расчёт сетевого источника питания с гасящим конденсатором. — Радио, 1997, № 5, с. 48-50.

Автор: А. Карпачев, г. Железногорск Курской обл.

 

Бестрансформаторный источник питания. Схема и расчет

Источники питания с гасящим конденсатором — это простое и дешевое решение для питания маломощных устройств. В данной статье мы рассмотрим, как можно спроектировать, бестрансформаторный источник питания с гасящим конденсатором.

Принципиальная электрическая схема

Преимущество этой схемы в том, что здесь избыточная энергия не рассеивается в виде тепла (как при использовании резистора).

Здесь предохранитель на 200 мА защищает цепь от короткого замыкания или отказа компонентов. Варистор на 275В предохраняет схему от скачков напряжения. Основной частью этого источника питания является конденсатор С1 (X типа), так как на нем падает основная часть избыточного напряжения электросети.

Резистор R1 предназначен для разрядки конденсатора C1 при отключении питания, что предотвращает любые удары, вызванные зарядом конденсатора.

Резистор R2 предназначен для предотвращения чрезмерного переходного тока, который может протекать при включении источника питания (во время заряда C1). Полупроводники D1…D4 представляют собой мостовой выпрямитель, который выпрямляет переменное напряжение. Среди них D1 и D2 — стабилитроны, а D3 и D4 – диоды. Таким образом, выпрямленное напряжение будет ограничено напряжением стабилитронов. Конденсатор C2 — это фильтрующий конденсатор, который фильтрует выпрямленное напряжение от помех.

Работу бестрансформаторного источника питания демонстрирует выше приведенное изображение, которое не требует какого-либо особого пояснения.

В положительном полупериоде полупроводники D1 и D4 смещены в прямом направлении, и ток течет через нагрузку. Выходное напряжение будет ограничено стабилитроном D1. В отрицательном полупериоде полупроводники D2 и D3 смещены в прямом направлении, и выходное напряжение будет ограничиваться стабилитроном D2.

Расчет бестрансформаторного источника питания

Максимальный ток:

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

I = V / Z, где V — напряжение, а Z — полное сопротивление.

Емкостное реактивное сопротивление конденсатора равно:

X_C1 = 1 / (2πfC), где f — частота, а C — емкость.

• X_C1 = 1/(2 x 3.14 x 50 x 680 x 10^-9) = 4683Ω.
• X₁ = (X_C1 x R1)/ (X_C1 + R₁) = (4683 x 470 x 103)/ (4683 + 470 x 103) = 4637Ω (общее сопротивление C1 и R1)
• Напряжение стабилитрона Vz = 12V
• Vin = 230V
• Падение на диоде, Vd = 0.7V
• I = (Vin – Vd – Vz)/(X₁ + R2) = (230 – 0.7 – 12)/(4637 + 100) = 0.046A = 46mA.

Характеристики компонентов для источника питания 12 В, 40 мА

Согласно приведенным выше расчетам, C1 = 680 нФ, 400 В

• V _X1 = X₁ x I = 4637 x 0,046 = 213,3 В
• P_R1 = I² R1 = V²/R1 = (213,3)²/470000 = 0,1 Вт
• R1 = 470 кОм, 0,25 Вт
• P_R2 = I²R2 = (0,046)²x100 = 0,2116 Вт
• R2 = 100 Ом, 0,5 Вт
• Мощность стабилитрона , Pz = Vz x Imax = 12 x 0,046 = 0,552 Вт
• D1, D2 = 12 В, 1 Вт
• D3, D4 = 1N4007

Примечание. Лучше выбирать номинальную мощность резисторов, превышающую удвоенную рассеиваемую мощность.

Эксперимент

В нашем эксперименте мы использовали резисторы с более высоким номиналом, чем указано в расчетах. В качестве нагрузочного резистора использовали резистор сопротивлением 300 Ом (12В / 300 Ом = 40 мА), чтобы проверить нагрузочную способность источника питания.

Выходное напряжение = Vz — Vd = 12 — 0,7 = 11,3 В

Внимание. Следует соблюдать осторожность при тестировании или использовании этой схемы! Не прикасайтесь ни к каким точкам цепи, так как некоторые точки этой цепи находятся под напряжением сети!

Источник

Блок питания усилителя – схема и работа

Это уже вторая моя статья про блок питания. И не последняя. Она перекликается с предыдущей, но более полная и подробная.

Блок питания – один из важнейших узлов усилителя, однако зачастую ему уделяется недостаточно внимания. В результате при плохом блоке питания и весь усилитель работает плохо. При этом пользователи грешат на схему усилителя, объявляя её «плохо звучащей». И им совершенно невдомёк, что не схема тут виновата.

Блок питания усилителя

Задача блока питания из сетевого переменного напряжения получить постоянное напряжение заданной величины, и иметь способность выдать в нагрузку достаточный ток. Нагрузка – это то, что подключается к блоку питания, то устройство, для питания которого он создан. Для нашего блока питания нагрузкой является усилитель. К усилителю подключается его собственная нагрузка – громкоговорители. Чтобы не путаться, я нагрузку усилителя так и буду называть – громкоговоритель.

От того, как работает блок питания, зависит качество электрической энергии, поступающей в усилитель. А значит, и работа усилителя. Принцип работы усилителя такой: усилитель передаёт в нагрузку энергию, поступающую из блока питания. Причём делает это так, чтобы напряжение на выходе усилителя максимально точно соответствовало напряжению на входе. Точно такой же формы, только больше по величине. Если этого удаётся достичь, то усилитель работает правильно. Как он звучит при этом – это уже зависит от усилителя. Главное, что блок питания позволяет усилителю достичь максимума своих возможностей. Если блок питания не  обеспечивает усилитель качественной энергией, то даже самый лучший усилитель не сможет получить на выходе то, что требуется. И в колонках мы услышим не тот звук, который должен быть, а то, что смог обеспечить блок питания.

Что такое параметры качества блока питания? Здесь нет ничего волшебного. Это те значения напряжения и тока, которые блок питания должен обеспечить. Обычно к средним значениям напряжения и тока предъявляются довольно мягкие требования. Например, напряжение на выходе блока питания может быть равным 32…38 вольт. И усилитель хорошо работает при любом среднем напряжении питания из указанного диапазона. От напряжения питания зависит максимальная выходная мощность усилителя. Чем меньше напряжение питания, тем меньше максимальная выходная мощность.

Поэтому уменьшание напряжения питания ниже нормы нежелательно. Если напряжение питания не меньше, чем необходимо, то всё в порядке. При чрезмерном увеличении напряжения питания растёт нагрев выходных транзисторов усилителя.

С другой стороны, есть ряд параметров, требования к которым очень жёсткие. Их три: два основных и одно дополнительное.

1. Максимальное напряжение на выходе блока питания. Все источники электрической энергии обладают тем свойством, что при увеличении отдаваемого тока, выходное напряжение уменьшается. Это свойство является проявлением внутреннего сопротивления источника питания. Следовательно, уменьшение потребляемого тока вызывает увеличение выходного напряжения. На холостом ходу усилителя, когда он не  воспроизводит музыку, напряжение питания возрастает и может стать слишком большим. Чем ограничена величина максимального напряжение питания? В первую очередь рабочими напряжениями конденсаторов, применяемых как в блоке питания, так и в усилителе. Если рабочее напряжение конденсаторов составляет 50 вольт, то напряжение питания не должно быть больше 48 вольт, иначе конденсаторы могут выйти из строя.

Вторая причина ограничивать максимально напряжение питания это транзисторы усилителя. Возможно, что они сравнительно низковольтны, и повышенное напряжение для них будет губительно. А ещё они могут просто перегреться.

2. Минимальное напряжение на выходе блока питания. Оно не должно быть меньше определённой величины, так как это напряжение передаётся усилителем в громкоговоритель. При увеличении тока, потребляемого от источника питания (на пиках громкости), его выходное напряжение уменьшается. Усилитель направляет поступающее на него напряжение питания в нагрузку. Частично или почти полностью. Так что напряжение на громкоговорителе может быть меньше напряжения питания, но не больше. И если громкоговорителю требуется напряжение 25 вольт, а блок питания выдаёт только 20 вольт, то возникает клиппинг. И никакой усилитель тут не поможет — звук будет плохой. Надо помнить, что усилитель не может передать в громкоговоритель всё поступающее на него напряжение. Часть напряжения теряется в усилителе, это напряжение называется «минимальное падение напряжения на выходных транзисторах» и в зависимости от конструкции усилителя составляет 4…6 вольт.

То есть, максимально возможное напряжение на громкоговорителе меньше, чем напряжение питания на 4…6 вольт. Так что задача блока питания подавать на усилитель напряжение с некоторым запасом. Уменьшение выходного напряжения блока питания, при увеличении потребляемого от него тока я буду называть просадкой напряжения. Самое обидное, что максимальная просадка напряжения происходит именно на пике громкости, тогда, когда усилителю нужно самое большое напряжение питания. Нет в мире справедливости!

3. Максимальный ток, выдаваемый блоком питания. Точно также, как и напряжение, ток блока питания в конце концов протекает через громкоговоритель. И этого тока всегда должно быть достаточно. С максимальным током связана одна проблема. Дело в том, что существует несколько методов измерения максимального тока блока питания. Самый простой и наглядный – на непродолжительное время сделать короткое замыкание и измерить получившийся ток. При этом получается очень большое значение тока, которое обладает хорошими рекламными свойствами. Только это неправильно. При таком способе измерения тока, напряжение на выходе блока питания очень сильно падает. И перестаёт удовлетворять требованию на величину напряжения питания. То есть ток получается большим, но усилителю при таком токе не хватает напряжения, и усилитель работает плохо. Правильное измерение тока должно быть таким, чтобы напряжение на выходе усилителя не становилось меньше минимально допустимого значения. И ещё одна проблема с током: ток зависит от сопротивления. Поэтому на величину тока влияет не только схема блока питания и свойства применяемых компонентов. На величину максимального тока влияет и конструкция блока питания, и сопротивление кабеля, идущего к усилителю, и тип соединительного разъёма, и многое другое.

Первое требование как раз является дополнительным, так как его довольно легко обеспечить. Максимальное напряжение блока питания зависит от силового трансформатора. Точнее, от напряжения на обмотках трансформатора и рассчитывается по формуле:

Здесь U₂ – напряжение на вторичной обмотке трансформатора на холостом ходу (когда к трансформатору ничего не подключено). Число 1,41 – это коэффициент амплитуды синусоидального сетевого напряжения, а множитель 1…1,2 учитывает индуктивность трансформатора и падение напряжение на нём под нагрузкой. В формуле используется напряжение на одной обмотке трансформатора. Например, для трансформатора с выходным напряжением 2х36 вольт Umax=1*1.41*36=50.76 вольт.

На самом деле напряжение в сети несколько искажено, поэтому в реальности коэффициент амплитуды равен не 1,41, а примерно 1,36. Но и напряжение трансформатора может быть указано для нагруженного режима, а на холостом ходу оно выше. В общем, если число, полученное по формуле, на десять и более процентов меньше, чем рабочее напряжение конденсаторов и допустимое напряжение питания усилителя, то всё в порядке.

Обычно так и происходит. Гораздо чаще встречается ситуация, когда напряжение, поступающее с трансформатора, меньше, чем хотелось бы.

Остальные два требования удовлетворить гораздо сложнее. Но тут нам помогает тот факт, что отдавать большую энергию блоку питания требуется не всё время, а короткими импульсами. Это связано с характером реального звукового сигнала.

Согласитесь, что для того, чтобы правильно разработать блок питания, мы должны знать, что же мы от него питаем!

Свойства звукового сигнала

Осциллограмма типичного звукового сигнала длительностью полторы секунды показана на рис. 1.

Рис. 1. Фрагмент звукового сигнала длительностью 1,5 секунды.

Значительную часть времени сигнал имеет небольшую амплитуду, лишь иногда кратковременно возрастая до максимума. Примерно из середины осциллограммы выбран фрагмент длительностью 15 миллисекунд, он показан на рис. 2.

Рис. 2. Фрагмент того же звукового сигнала 15 миллисекунд.

Как видно из рисунка 2, в большей своей части амплитуда сигнала  невелика, и только изредка происходят всплески. Такой же сравнительно небольшой ток потребляет от усилителя громкоговоритель, а усилитель, в свою очередь, от блока питания.  

На осциллограмме на рис. 1 примерно на 44-й секунде наблюдается всплеск амплитуды сигнала. В это время напряжение и мощность на выходе усилителя, а значит и потребляемые от источника питания, наибольшие. Эта область в растянутом виде показана на рис. 3. Но даже здесь средняя амплитуда сигнала небольшая, она равна -9,5 дБ, то есть составляет примерно 1/3 от максимума. Пики сигнала имеют длительность примерно 1 мс.

Рис. 3. Фрагмент того же звукового сигнала в области его максимальной амплитуды.

Таким образом, задача блока питания становится проще – он должен отдавать большой ток только в течение достаточно короткого интервала времени, и на это же короткое время (при максимальном токе) удерживать напряжение от заметных просадок. После чего у него есть время «подзарядиться».

Важно! Описанная выше работа блока питания происходит только совместно с усилителем, выходной каскад которого работает в классе B или AB. Я дальше буду говорить именно о такой ситуации. Выходной каскад усилителя, работающий в классе A, потребляет неизменный большой ток, превышающий максимальный ток нагрузки. В этом случае ничего принципиально не изменяется, но к блоку питания предъявляются гораздо более жёсткие требования по энерговооружённости.

Наглядная демонстрация работы усилителя и его блока питания при воспроизведении реального звукового сигнала показана в статье Реальный блок питания на реальном звуке.

Схема блока питания

Схема простейшего блока питания показана на рис. 4.

Обращаю ваше внимание, что это двуполярный блок питания. Он выдаёт относительно общего провода (земли) два одинаковых напряжения – положительное и отрицательное. Такое питание удобнее для усилителя, который передаёт в громкоговоритель переменное напряжение, соответственно и положительное, и отрицательное — каждое из которых поступает от соответствующего плеча блока питания.

Рис. 4. Схема простейшего блока питания.

Блок питания состоит из трёх основных частей:

1. Трансформатор
2. Выпрямитель
3. Фильтр питания.

Предохранитель F1 не участвует в работе устройства. Но я его нарисовал для того, чтобы с самого начала напомнить о правилах безопасности. Без предохранителя нельзя!

Трансформатор

Трансформатор преобразует напряжение 220 вольт, поступающее из сети (в других странах это может быть 230 или 110 вольт) в напряжение той величины, которая нам нужна. Трансформатор имеет две обмотки, из которых получается два напряжения – положительное и отрицательное. Обмотки должны быть одинаковыми. Точками на схеме возле обмоток трансформатора обозначены условные начала обмоток. Такое включение, как показано на рисунке 4, даёт правильное (согласованное, синфазное) последовательное соединение. Если начала обмоток неизвестны, то правильное соединение вторичных обмоток можно найти при помощи вольтметра переменного тока, рис. 5 (первичная обмотка трансформатора в момент измерения включается в сеть). При неправильном соединении вольтметр покажет примерно ноль, при правильном – примерно удвоенное напряжение обмотки. Например, если ваш трансформатор маркирован как 2×25 вольт, то при правильном соединении вольтметр покажет примерно 50 вольт. При определении полярности обмоток трансформатор подключается только к сети, никакой нагрузки к нему не подключается.

Рис. 5. Проверка правильности соединения обмоток трансформатора при помощи вольтметра переменного тока.

Мощность трансформатора и напряжение на вторичных обмотках зависят главным образом от требуемой мощности в громкоговорителях. Если усилитель работает в классе A, то мощность трансформатора равна сумме мощностей всех блоков усилителя с учётом их КПД и КПД самого блока питания. Если усилитель работает в классе B или AB, то мощность трансформатора может быть снижена. Она может быть даже меньше, чем суммарная максимальная мощность в громкоговорителях! Это является следствием импульсного характера звукового сигнала. Выбор мощности и напряжения трансформатора в таком случае описан в статьях Расчёт источника питания усилителя и Трансформатор для питания усилителя.

Другой вариант трансформатора – с выводом от середины вторичной обмотки – показан на рис. 6. Это то же самое, но обмотки трансформатора уже соединены между собой внутри. Каждая половина вторичной обмотки эквивалентна одной из вторичных обмоток на рисунке 4. Такой трансформатор ничем не отличается от трансформатора с раздельными обмотками, но проще в применении.

Рис. 6. Схема простейшего блока питания с трансформатором другой конструкции.

Фильтр помех

В электрической сети содержится большое количество помех. Как высокочастотных, так и очень низкочастотных, которые ошибочно принимают за постоянный ток. На сегодняшний день отсутствуют как доказательства существования постоянного (не сверхнизкочастотного!) напряжения в сети, так и доказательства эффективности устройств, предназначенных с ним бороться. Насколько вредны низкочастотные помехи, и как бороться с ними – это тема отдельного исследования.  А вот высокочастотные помехи – эта наша печальная действительность. Все современные импульсные блоки питания поставляют в сеть помехи с частотой 30…100 кГц. К ним относятся и системы управления двигателями переменного тока (как в лифтах, например) мощностью в десятки киловатт, создающие столь же мощные помехи (их конечно фильтруют, но не полностью). Кроме того,  при коммутации (включении и выключении устройств) в сеть попадают импульсы напряжения величиной несколько киловольт. И все они являются вредными.

Для подавления этих высокочастотных и импульсных помех служат сетевые фильтры. Конструирование и использование таких фильтров – это тема отдельной статьи. А минимальным, но достаточно эффективным устройством для борьбы с помехами является помехоподавляющий конденсатор Cf на рис. 7.

Рис. 7. Использование помехоподавляющего конденсатора.

Конденсатор подключается параллельно первичной (сетевой) обмотке трансформатора и «пропускает через себя» ток помех. Обратите внимание, что если смотреть со стороны сети, конденсатор подключён после предохранителя F1 и сетевого выключателя питания S1. Включение конденсатора после предохранителя – это обязательное правило. В этом случае предохранитель защищает вас и в случае выходе из строя конденсатора. Включение конденсатора после сетевого выключателя полезно по двум причинам:

1. Безопасность. Когда устройство выключено, конденсатор отключён от сети.
2. При отключении питания сетевым выключателем, из-за индуктивности трансформатора в нём возникает импульс напряжения самоиндукции. При таком включении, как показано на рис. 7, конденсатор фильтра Cf успешно подавляет этот импульс.

Индуктивность трансформатора — это не индуктивность его обмоток, а нечто другое. Она зависит от конструкции трансформатора, качества его изготовления, напряжения в сети. Я об этом напишу статью.

В качестве Cf используются специальные полипропиленовые помехоподавляющие конденсаторы класса X2, рис. 8. Сейчас они доступны и дёшевы. Ёмкость Cf, можно увеличить до 0,33 мкФ, но заметного  улучшения обычно не происходит. Рабочее напряжение не менее 270 вольт переменного напряжения. О том, что указывается значение именно переменного  напряжения, говорит знак «~» после обозначения вольтажа. На рис. 8 это «275V~».

Рис. 8. Помехоподавляющий конденсатор класса X2.

Такой конденсатор можно разместить прямо на клеммах трансформатора. Если хотите более надёжно защитить блок питания от кратковременных импульсов большой амплитуды, появляющихся в сети, можно дополнительно использовать варистор.

Выпрямитель

Часто говорят, что выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный. Это неверно. Специалисты говорят так только для краткости речи, прекрасно понимая, что происходит на самом деле. А на самом деле выпрямитель преобразует переменный ток в однонаправленный. Который изменяется по величине точно также, как изменяется переменный ток, но при этом не меняет знака. Математически выпрямление означает применение к переменному току операции «взятие по модулю», рис. 9.

Рис. 9. Двухполупериодное выпрямление переменного тока: a – напряжение на входе выпрямителя; b – напряжение на выходе выпрямителя.

На первый взгляд кажется, что выпрямительные диоды VD1…VD4 на рис. 4 включены по схеме моста. На самом деле это не так. Схема очень похожа, но на самом деле это два независимых двухполупериодных выпрямителя со средней точкой, рис. 10. Один из них формирует положительное плечо блока питания, второй – отрицательное. Совместно они действительно образуют схему моста, но работает этот выпрямитель совсем не так.

Рис. 10. Подробная схема двухполупериодного двуполярного выпрямителя.

Главное отличие этой схемы от мостовой состоит в том, что в мостовой схеме выпрямленный ток каждый раз протекает по двум диодам, соединённым последовательно. Здесь ток протекает каждый раз только через один диод. Таким образом, потери напряжения в этой схеме меньше. О свойствах, преимуществах и недостатках различных схем выпрямления можно прочитать в статье Правильный выпрямитель.

Поскольку само включение выпрямительных диодов всё-таки образует мост, то для работы в блоке питания можно использовать не только отдельные диоды но и готовые диодные мосты.

Максимально допустимое напряжение  на диодах должно превышать напряжение одной вторичной обмотки (полуобмотки) трансформатора по крайней мере в 3,5 раза. Максимально допустимый ток через диоды должен быть в несколько раз (от 3 до 30) больше, чем максимальный ток, который предполагается получать от блока питания. Требования к параметрам диодов можно рассчитать при помощи программы расчёта блока питания усилителя.

Использовать в выпрямителе специальные быстродействующие диоды нет смысла. Они более дорогие и при этом более нежные. А вот диоды Шоттки приветствуются. У них меньше прямое падение напряжения, из-за этого:

• диоды Шоттки меньше нагреваются в процессе работы;
• потери напряжения в выпрямителе на диодах Шоттки немного меньше.

Об условиях, в которых работают диоды, смотри ниже.

Накопительные конденсаторы – фильтр пульсаций

Если внимательно смотреть на графики напряжения выпрямителя, показанные на рисунке 9b в течение некоторого времени, то можно заметить, что это напряжение всё время изменяется. Такое непрерывно изменяющееся, но однонаправленное напряжение, называется пульсирующим, а факт изменения напряжения называются пульсациями.  

Пульсирующее напряжение на самом деле является суммой постоянного и переменного напряжений.

А нам надо получить на выходе блока питания постоянное, то есть неизменное напряжение. Для этого к выходу выпрямителя подключаются накопительные конденсаторы C1 и C2. Они работают подобно аккумулятору: заряжаются когда напряжение, поступающее с выпрямителя, велико, и отдают энергию когда напряжение, поступающее с выпрямителя, уменьшается, рис. 11.

На Западе такие конденсаторы называются накопительными. Это верно, они накапливают энергию тогда, когда энергия поступает из сети, и отдают накопленную энергию во время пауз сетевого напряжения. В нашей стране эти конденсаторы называют конденсаторами фильтра пульсаций. Или сглаживающий фильтр. По сути это то же самое, но наше название такое потому, что кроме ёмкостного фильтра, состоящего только из конденсаторов, существует ещё индуктивный, состоящий из катушек индуктивности, индуктивно-ёмкостный (катушки и конденсаторы) и активно-ёмкостный (резисторы и конденсаторы). То есть, применение конденсаторов равносильно применению одной из разновидностей электрического фильтра. В учебниках так и изображают структуру блока питания: трансформатор — выпрямитель — фильтр. Поэтому у нас принято оценивать эффективность такого узла как фильтра, пропускающего на выход  блока питания  постоянное напряжение, и подавляющего переменное напряжение – пульсации.

Рис. 11. Работа накопительных конденсаторов в фильтре пульсаций.

Работу накопительных конденсаторов фильтра пульсаций задают диоды выпрямителя. Схема управления зарядом конденсатора показана на рис. 12. Это однополупериодный выпрямитель, процессы в нём несколько проще и наглядней. Здесь i – это ток, протекающий через диод. Этот ток и заряжает конденсатор, и поступает в нагрузку: в то время, когда конденсаторы заряжаются, нагрузка блока питания питается током, поступающим из сети через трансформатор. Ток через диод может протекать только в указанном стрелкой направлении. Для этого полярность напряжения на диоде должна быть такой, как показано на рисунке знаками голубого цвета. Такая полярность возможна, если одновременно выполняются два условия:

1. Полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора такая, как показано знаками красного цвета. Выпрямитель, используемый в блоках питания, является двухполупериодным, так как в нём используются оба полупериода сетевого напряжения (рис. 9). Для него данное условие выполняется всегда.

2. Напряжение в точке A должно быть больше, чем в точке B.

Рис. 12. Процесс заряда накопительного конденсатора через диод.

Заряд и разряд накопительного конденсатора, показанный на рисунке 11, иллюстрирует выполнение этих условий. Пока напряжение, поступающее с выпрямителя (это точка А на рис. 12) больше, чем напряжение на конденсаторе (точка В на рис. 12), ток через диод протекает, и конденсатор заряжается. В это время красная линия на рис. 11 расположена выше синей. Как только напряжение в точке А станет меньше, чем в точке В – красная линия ниже синей, диод закрывается и перестаёт пропускать ток. Теперь нагрузка питается от накопительного конденсатора, вызывая его разряд. Когда входное напряжение снова достаточно повысится, диод откроется, и ток потечёт и в нагрузку, и в накопительный конденсатор.

В нашем выпрямителе таких диодов два, и работают они поочерёдно, каждый от своей обмотки трансформатора, рис. 10. Поэтому мы используем оба полупериода сетевого напряжения, и выпрямитель называется двухполупериодным. Два диода формируют положительное плечо блока питания, два других диода формируют отрицательное плечо блока питания.

Напоминаю, что блок питания содержит два плеча — положительного напряжения и отрицательного напряжения. Эти два плеча должны быть максимально одинаковыми. Поэтому должны быть одинаковыми как выпрямительные диоды, так и конденсаторы фильтра.

Пульсации напряжения

В результате всех этих процессов, входное напряжение блока питания является пульсирующим. Оно изменяется от минимума до максимума и обратно, рис. 13. Пульсации – это вредное переменное напряжение в блоке питания, являющееся помехой. Но избавиться от них полностью невозможно, они всегда существуют, так как появляются вследствие работы выпрямителя. Когда диод открывается, напряжение на выходе растёт. Когда диод закрывается, напряжение на выходе уменьшается. Если диод не будет открываться, ток из трансформатора не будет поступать в нагрузку. Закрываясь, диод отключает источник, в котором недостаточно энергии, от нагрузки. И питает нагрузку сам, не разряжаясь через обесточенный источник. То есть, диод работает как автоматический выключатель, подключая сеть когда в ней есть напряжение, и отключая, когда напряжения в сети недостаточно.

Рис. 13. Максимальное, минимальное и среднее напряжение в блоке питания. Пульсации.

Единственный способ избавиться от пульсаций – использовать стабилизированный источник питания. Да и то, пульсации останутся, просто они станут микроскопическими. Но такой источник является сложным, дорогим и выделяет огромное количество тепла, так как его КПД весьма мал.

Для современных высококачественных усилителей стабилизированный источник  питания является избыточным, и применять его нет необходимости.

Поскольку избежать появления пульсаций невозможно, есть смысл свести их величину к минимуму. Но минимум должен быть разумным. Первое, что приходит в голову, при желании снизить пульсации, это увеличить ёмкость накопительного конденсатора. Чем ёмкость больше, тем меньше снижается напряжение на конденсаторе при его разряде. А следовательно, уменьшаются пульсации (конденсатор разряжается не настолько сильно). Но это только так кажется, что такой путь приведёт к успеху. С увеличением ёмкости конденсатора ухудшаются условия для его заряда. И конденсатор может недостаточно заряжаться. Поэтому принимают компромиссное решение: пульсации ослабляют, но без фанатизма. А с другой стороны, усилитель разрабатывают так, чтобы он был нечувствительным к этим небольшим пульсациям напряжения питания.

Тот факт, что накопительный конденсатор снижает пульсации, и позволяет считать такой конденсатор фильтром пульсаций, или фильтром питания.

На рисунке 13 показаны три типа напряжений, описывающих работу выпрямителя: максимальное, среднее и минимальное. В зависимости от назначения блока питания, существуют разные стратегии его проектирования. Например, стандартная методика, приведённая во многих учебниках, ориентирована на то, чтобы получить требуемое среднее напряжение при величине пульсаций не превышающей заданной. Она подойдёт (с некоторыми дополнениями) для усилителя, у которого выходной каскад работает в классе А. Для усилителей с выходным каскадом, работающим в классе В или АВ, более важно знать минимальное выходное напряжение. Именно оно определяет максимальную мощность в громкоговорителе и возможность клиппинга.

Как зависят параметры блока питания от величины тока, потребляемого нагрузкой? То есть от выходного тока? Ответ на этот вопрос – самый охраняемый секрет разработчиков блоков питания! Шутка. Действительно, ответ на этот вопрос обычно отсутствует в учебниках. Но это лишь потому, что ответить на него легко и самому.

Давайте проанализируем схему блока питания на рис. 4, первоначально предполагая, что индуктивность в схеме отсутствует. Для этого надо определить как повлияет увеличение выходного тока блока питания на  максимальное и минимальное выходные напряжения.

1. Максимальное выходное напряжение. Увеличение тока вызовет увеличение падения напряжения на сопротивлениях обмотки трансформатора и диодов выпрямителя. Потери возрастут, значит максимальное выходное напряжение уменьшится. Поскольку эти сопротивления маленькие, то и снижение максимального выходного напряжения будет маленьким.

2. Минимальное выходное напряжение. Оно обусловлено разрядом накопительного конденсатора, который разряжается, создавая выходной ток. Чем больше ток, тем больше скорость разряда конденсатора. А длительность разряда примерно такая же. Следовательно, минимальное напряжение уменьшится примерно во столько же раз, во сколько увеличится выходной ток.

3. Среднее напряжение уменьшится, так как уменьшилось минимальное напряжение, а максимальное практически не изменилось.

Влияние величины выходного тока на пульсации напряжения показано на рис. 14. Для большей достоверности я промоделировал работу схемы в симуляторе — всё как и предполагалось.

Рис. 14. Влияние величины выходного тока на пульсации. Индуктивность не учитывается.

Но эти результаты не совсем корректны. Я не учёл индуктивность трансформатора. В идеальном трансформаторе индуктивность отсутствует: все его обмотки связаны через общий магнитный поток, и индуктивность всех обмоток взаимно компенсируется. Но в реальном трансформаторе это не так. В нём не происходит полной взаимной компенсации индуктивностей обмоток. Это вызвано полями рассеяния – «потерями» магнитного потока. Это та часть магнитного поля трансформатора, которая проходит через одну обмотку, и не проходит через другую. Поля рассеяния существуют всегда, но обычно они небольшие. Их величина сильно зависит от конструкции сердечника и обмоток трансформатора, сетевого напряжения. Так что величину потоков рассеяния и вызванную ими индуктивность обмоток предсказать невозможно. А вот учитывать – необходимо. Тем более, что к индуктивности трансформатора прибавляется индуктивность проводов электрической сети.

Что изменит индуктивность обмоток? Главным образом внесёт изрядную неопределённость в работу устройства. Потому что эта работа будет зависеть не только от сопротивлений составляющих его элементов, но и от величины индуктивности. Вспомните, как работает колебательный контур. При одном соотношении R, L и С колебательный контур имеет апериодический отклик, а при другом соотношении – колебательный. Это зависит от сопротивления контура, от того больше или меньше оно, чем критическое. Нечто подобное происходит и в блоке питания. Попробуем оценить влияние индуктивности трансформатора, если эта индуктивность невелика, но её сопротивление соизмеримо с активным сопротивлением цепи.

Влияние индуктивности состоит в том, чтоб она пытается поддерживать ток неизменным. Наиболее сильно это влияние проявляется, когда конденсатор зарядился до максимума, диод закрывается, и ток через него прекращается. Но индуктивность будет пытаться продолжить протекание тока, создавая собственное напряжение самоиндукции. Таким образом, ток через диод будет протекать чуть дольше, а напряжение, до которого зарядится конденсатор, будет чуть больше – к тому напряжению, которое поступало с выпрямителя, добавится напряжение самоиндукции. Это дополнительное напряжение будет держать диод открытым ещё некоторое время, пока энергия, запасённая в магнитном поле не иссякнет. Причём, чем быстрее будут закрываться диоды, тем больше будет напряжение самоиндукции, и тем более сильной будет попытка индуктивности держать их открытыми. Интересно, что сторонники применения в блоках питания быстрых диодов, которые очень быстро закрываются, никогда не рассматривали влияние индуктивности на закрывание диодов. По крайней мере, я такого не встречал. Чем больше ток нагрузки, а значит и через индуктивность, тем больше запасается энергии в магнитном поле индуктивности. И тем сильнее её влияние.

Итак, влияние индуктивности проявится в  том, что максимальное напряжение на выходе блока питания немного увеличится. Кстати, примерно по такому принципу работают импульсные стабилизаторы, повышающие входное напряжение. Результат показан на рис. 15.

Рис. 15. Влияние величины выходного тока на пульсации с учётом индуктивности.

Рисунок 15 оправдывает мои предположения. Однако, в зависимости от конкретных значений сопротивления, индуктивности и потребляемого тока, картина может очень сильно различаться.

Ток через диоды

Теперь давайте рассмотрим, какой ток потребляется от трансформатора. Этот же ток протекает через выпрямительные диоды. Снова для простоты используем схему на рис. 12. Итак, ток через диод протекает когда напряжение в точке А больше, чем в точке В. Как это происходит показано на рис. 16. Очевидно, что продолжительность протекания тока составляет небольшую часть полупериода. На рис. 16 часть полупериода, когда ток отсутствует, залита серым. Ток протекает в течение меньше половины полупериода. На самом деле импульс тока ещё короче, так как в реальности величина пульсаций меньше. При уменьшении пульсаций точка А сдвигается вправо, а значит, диод открывается позже и длительность импульса уменьшается.

И за это короткое время надо передать такое количество энергии, которая будет создавать выходной ток в течение всего остального времени, когда диоды закрыты. Следовательно, зарядный ток конденсатора намного больше, чем ток нагрузки блока питания. И чем короче импульс зарядного тока, тем больше должна быть величина тока в импульсе. Форма импульса тока зависит от соотношения активного сопротивления и индуктивности в электрической цепи.

Рис. 16. Процесс формирования тока через выпрямительные диоды.

На рис. 17 показан ток через выпрямительные диоды в модели выпрямителя для разных значений тока нагрузки. Это ток в той цепи, напряжение в которой показано на  рис. 15. Обратите внимание, что при токе нагрузки 2 ампера, ток через диоды превышает ток нагрузки примерно в 2,2 раза. А при токе нагрузки 0,7 ампер, ток через диоды превышает ток нагрузки примерно в 2,6 раз. То есть, даже при сравнительно небольшом токе, потребляемом от блока питания, импульсы дока через диоды могут быть весьма велики. И зависимость «токовой перегрузки» от тока нагрузки не является очевидной.

Рис. 17. Реальный ток через диоды.

Ещё больший ток протекает через диоды в момент включения питания. Накопительные конденсаторы фильтра пульсаций при этом разряжены, и быстро заряжаются до своего рабочего напряжения. Для такого быстрого заряда требуется очень большой ток. Пример осциллограммы реального пускового зарядного тока показан на рис. 18. Для его ограничения до приемлемых значений используют специальное устройство плавного пуска – софтстарт.

Рис. 18. Ток через выпрямительные диоды в момент включения питания.

Предварительные выводы

1. Выходное напряжение блока питания содержит пульсации. Избавиться от них невозможно, можно лишь сделать их величину достаточно маленькой, чтобы они не влияли на работу усилителя.

2. Максимальное напряжение на выходе выпрямителя может быть больше, чем действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора (того, которое указано в его технических данных).

3. При работе блока питания величина пульсаций, максимальное, минимальное и среднее значение выходного напряжения могут изменяться в зависимости от тока, потребляемого от блока питания.

4. Эти изменения непредсказуемы и сильно зависят от таких свойств трансформатора, как сопротивление обмоток, индуктивность, вызванная потоками рассеяния, степень насыщения сердечника, сопротивление и индуктивность сети. Все эти свойства нам неизвестны. Больше того, разброс свойств даже однотипных трансформаторов очень велик, а дешёвые трансформаторы могу обладать отвратительными параметрами.

5. Поэтому точный расчёт блока питания не имеет смысла – погрешности расчёта при неизвестных значениях основных параметров будут катастрофическими. Такому расчёту доверять нельзя. Именно по этой причине в данной статье отсутствуют какие-либо формулы.

6. Применим лишь приблизительный оценочный расчёт блока питания. И надо быть готовым к тому, что в реальности характеристики блока питания могут заметно отличаться от рассчитанных.

7. Но это не должно приводить нас в уныние, мы всё равно победим! Существуют две стратегии конструирования блока питания. Первая – минималистическая, ориентированная на минимальную стоимость. Её обычно придерживаются массовые производители. Вторая стратегия применяется в военной технике, DIY конструировании и иногда в Hi-End. Она заключается в том, что блок питания создаётся с некоторым запасом по своим параметрам. Так, чтобы даже в самой неблагоприятной ситуации он работал не хуже, чем требуется. Но продукция, произведённая по этой стратегии, немного дороже. Этой стратегии придерживаюсь и я в конструировании для себя и в материалах моего сайта.

8. Напряжение на выпрямительных диодах  в несколько раз превышает выходное напряжение блока питания. Применяемые выпрямительные диоды должны быть на это рассчитаны.

9. Ток через выпрямительные диоды во много раз превышает ток нагрузки. И это надо учитывать при выборе диодов.

10. Все элементы блока питания должны работать в штатных условиях, предусмотренных производителем. Не допускается никакой перегрузки. Любые отклонения от нормы в работе блока питания скажутся на работе усилителя, который получает напряжение от этого блока питания. Усилитель не сможет работать правильно. А то, что плохо работает, хорошо звучать не может!

Ёмкость накопительных конденсаторов

На первый взгляд, чем эта ёмкость больше, тем лучше. Действительно, пульсации выходного напряжения обратно пропорциональны величине ёмкости конденсатора фильтра. И рисунок 19 является тому подтверждением. Но всё не так просто. Да, конденсатор большой ёмкости медленнее разряжается. Напряжение на нём при его разряде уменьшается не так сильно, как на конденсаторе меньшей ёмкости при разряде таким же током. Но ведь и ток заряда для конденсатора большей ёмкости должен быть больше. А смогут ли остальные элементы схемы такой ток обеспечить? Сравните величину среднего напряжения с разными ёмкостями на рис. 19.

В искусственно смоделированной ситуации, показанной на рисунке 19, конденсатор ёмкостью 5000 мкФ имеет несомненное преимущество: минимальное напряжение блока питания существенно больше, значит, меньше вероятность клиппинга.

Но эта ситуация искусственная, в реальности применяются конденсаторы гораздо большей ёмкости, да и остальные параметры блока питания могут сильно отличаться от использованных при моделировании. Так что неограниченное увеличение ёмкости не всегда будет хорошим решением.

Рис. 19. Влияние ёмкости накопительного конденсатора фильтра пульсаций на выходное напряжение блока питания.

Величину зарядного тока конденсаторов ограничивают сопротивление и индуктивность трансформатора. Поэтому в неудачных ситуациях чрезмерное повышение ёмкости накопительных конденсаторов приведёт к снижению выходного напряжения. Кроме того, импульсы тока заряда конденсаторов станут очень короткими и будут иметь большую величину. Чем меньше длительность импульсов, и чем больше их амплитуда, тем больше помех излучается блоком питания. Эти помехи попадают в усилитель, усиливаются им и поступают в громкоговорители. Причём помехи вызваны током громкоговорителей, то есть синхронизированы с сигналом. И на слух воспринимаются не как помехи, а как окраска звука. В этом одна из причин заявлений о том, что при увеличении ёмкости конденсаторов фильтра пульсаций, звучание усилителя изменилось. Обычно при этом говорят, что звучание стало лучше, но в реальности новое звучание не всегда правильно оценивается. В том числе и по психологическим причинам.

Выбор оптимальной ёмкости накопительных конденсаторов является не такой простой задачей. Хотя, слишком большая ёмкость — это обычно не так плохо, как слишком маленькая.

Такие пульсации, как показаны на левом графике рисунка 19, недопустимы. Такие, как на правом — тоже нежелательны.

Конденсаторы фильтра питания выполняют одновременно три функции.

1. Питают усилитель в моменты, когда напряжение в сети переходит через ноль.
2. Снижают пульсации выпрямленного напряжения.
3. Пропускают через себя ток громкоговорителей.

Первые две функции мы уже рассмотрели. Давайте рассмотрим третью. Дело происходит так. Во время паузы сетевого напряжения ток из конденсатора поступает в усилитель. Далее этот ток при помощи выходных транзисторов направляется в громкоговоритель. Пройдя через громкоговоритель, ток по земляному проводнику возвращается обратно в усилитель и далее в накопительный конденсатор блока питания. Так что накопительные конденсаторы участвуют в формировании тока громкоговорителя, а значит и звука. В результате в усилителях без общей обратной связи свойства накопительных конденсаторов в принципе могут повлиять на окраску звука. В усилителях с общей отрицательной обратной связью влияние накопительных конденсаторов полностью устраняется. Но это происходит только в том случае, если абсолютно все узлы не только блока питания, но и усилителя работают правильно и не перегружаются. И если конденсаторы способны отдавать требуемый ток. И если сопротивление и индуктивность проводов, идущих от блока питания к усилителю, не ухудшают процесс передачи энергии. Ну и конечно, имеют значение схема и конструкция усилителя.

На самом деле все эти три функции конденсаторов фильтра питания – это одно и то же (три в одном). Их разделяют искусственно, чтобы людям было проще анализировать их работу.

Кстати, на работу накопительных конденсаторов, можно посмотреть ещё вот с какой точки зрения (это просто другой взгляд на то же самое):

Практически всё время усилитель питается от накопительных конденсаторов блока питания. А конденсаторы в свою очередь лишь иногда подзаряжаются от сети короткими импульсами тока. Но подавляющую часть времени работают самостоятельно. Не напоминает ли это ситуацию с мобильными телефонами и их аккумуляторами? Так от чего же «на самом деле» питается усилитель?

Блок питания в условиях реальной работы

А как всё это работает при воспроизведении звука? Нам всё время показывают графики, когда от блока питания потребляется неизменный ток. Но ведь при работе усилителя потребляемый ток изменяется!

Ответ: всё работает примерно так же. Только скорость разряда конденсаторов не является постоянной. Она то больше, то меньше в соответствии с амплитудой звукового сигнала в громкоговорителях. Поэтому заряд и разряд конденсаторов происходит не такими красивыми пилообразными графиками, как показано на рисунках 15 и 19, а совершенно произвольным образом. Реально измеренный график выходного напряжения блока питания при работе усилителя показан на рис. 20. И снова — чем больше ёмкость накопительных конденсаторов, тем меньше пульсации. В обоих случаях усилитель воспроизводил одну и ту же композицию с одинаковой выходной мощностью.

Рис. 20. Зависимость величины пульсаций напряжения блока питания от ёмкости накопительных конденсаторов при воспроизведении музыки.

Пульсации напряжения питания больше похожи на усиливаемый сигнал. И действительно, так и должно быть: конденсаторы разряжаются этим сигналом.

Из этого же графика видно, что блок питания с накопительными конденсаторами ёмкостью 15000 мкФ работает лучше, чем с конденсаторами 4700 мкФ:

• Пульсации меньше. Следовательно пульсации в меньшей степени проникают в усилитель, и он «звучит чище».
• Минимальное напряжение больше, значит меньше шансов возникновения клиппинга.

Посмотрите на величину пульсаций напряжения при ёмкости накопительных конденсаторов, равной 15000 мкФ. Такие пульсации вполне допустимы, так что эта величина ёмкости вполне достаточна для хорошей работы усилителя.

Продолжение уже есть!

Имейте в виду, что это был описан самый простой и минималистический блок питания. Тем не менее, его достаточно для успешного воспроизведения звука. Более сложный, следовательно, более хороший блок питания описан здесь.

10.08.2021

Total Page Visits: 1779 — Today Page Visits: 25

Способ расчёта ёмкости гасящего конденсатора в конденсаторном БП

Способ расчёта ёмкости гасящего конденсатора в конденсаторном БП Попалась публикация . И вот что я думаю по этому поводу. Рассчитывать ёмкость гасящего конденсатора описанным образом приходится тем кто изучил «Теорию цепей» и вынужден её применять на практике. В принципе идея правильная, рассчитываем комплексное сопротивление цепи для сетевой частоты и делим входное напряжение на полученное сопротивление. В результате получаем ток. Сложности возникают с учётом комплексного сопротивления выпрямителя. Если бы это было просто активное сопротивление, то сложили бы его с комплексным конденсатора, нашли модуль и всё. Но дело в том, что выпрямитель является нелинейным элементом, ток через него протекает почти синусоидальный, а напряжение на нём почти прямоугольное. Решать такое надо совсем другими методами. Можно его заменить резистором, как то приближённо. А можно, как в публикации и пренебречь им, для упрощения (что вполне допустимо для БП с выходным напряжением вольт 5, может чуть больше). А что за ток мы получили в результате? Правильно, если значение напряжения выбрали действующее (а не амплитудное, как обычно используется в теории) то получили действующее значение переменного тока в цепи. Потом его необходимо пересчитать в средневыпрямленное значение (константу пересчёта можете найти сами, или тоже не заморачиваться с ней, там оно будет отличаться процентов на 10) и получить максимальный выходной ток такого БП. Если для выпрямления используется не мостовая, а однополупериодная схема, то максимальный выходной ток будет вдвое меньше средневыпрямленного. Куча статей на эту тему написана, приблизительно в таком же стиле рассуждения. А теперь представим себе, что мы не учились в наших институтах-университетах (ну среднюю школу может сумели закончить) и понятия не имеем о всех этих комплексных сопротивлениях. Но о формулах I=q/t и q=C(U2-U1) слышали. Тогда всё становится очень просто (и даже точно). Если пренебречь выпрямителем, то оказывается, что конденсатор у нас за период перезаряжается два раза. От отрицательного амплитудного до положительного амплитудного напряжения и наоборот. Для одного такого перезаряда необходим заряд 2CUo (кулон или его долей). Если выпрямитель мостовой, то на выход за период попадёт два таких заряда. А периодов за секунду у нас f. Итого выходной ток Iвых=4fCUo (где Uo – амплитудное значение сетевого напряжения в корень из двух раз больше действующего). Если учесть мостовой выпрямитель (напряжение перезаряда будет меньше на величину падения на мостовом выпрямителе), то Iвых=4fC(Uo-Uвых-2Ud) (где Ud – падение напряжения на одном диоде). Если схема выпрямления однополупериодная, то Iвых=fC(2Uo-Uвых-2Ud), да чуть больше половины – конденсатор в одном полупериоде заряжается практически до амплитудного значения. И это всё точно, без всяких пренебрежений, приближений и упрощений, для любого значения выходного напряжения. Почему именно такой способ расчёта не описывается в статьях и учебниках, непонятно. Формулу для именно расчёта ёмкости исходя из требований к выходным току и напряжению приводить не буду, это задачка даже не для школьников последних классов. И в завершение, ещё раз напоминание быть осторожным, устройство питаемое таким БП может «нипадецки» ударить током.

Составление предварительной схемы блока питания

Исходя из всего вышесказанного, можно принять, что основной блок питания будет включать фильтр радиопомех, пару силовых трансформаторов (для обеспечения раздельного включения накальных и анодных цепей ламп с задержкой во времени), полупроводниковый блок высоковольтного выпрямителя-стабилизатора напряжения, по крайней мере два низковольтных стабилизированных источника питания, а также несколько выключателей сетевого питания. Таким образом, можно начертить примерную схему блока питания. Она показана на рис. 6.42. При выборе конкретной принципиальной схемы источника питания рассматривается, как правило, большое количество вариантов. Критерии отбора большей частью основываются на том простом факте, какая именно элементная база оказывается доступной, поэтому выбор конкретной схемы зачастую не является ограниченным очень жесткими требованиями к техническим характеристикам и достаточно свободно привязан к требованиям, предъявляемым к источнику питания блока предусиления. Прежде всего, представляется необходимым четко изложить и записать основные требования к техническим характеристикам, так как в противном случае невозможно будет рассчитать параметры стабилизаторов напряжения (табл.6.5). Приведенные ниже по тексту значения ряда величин позволяют впоследствии вводить в схему дополнительные лампы без необходимости полностью переделывать блок питания. Можно даже считать, что представленный вариант схемы является источником питания широкого назначения, от которого можно будет питать либо любую экспериментально собранную схему, либо же постоянно использовать его в качестве источника питания предусилительного блока. Рис. 6.42 Предварительная схема блока питания Таблица 6.5. Требования к параметрам источников питания Высоковольтный источник питания Постоянное напряжение: 300 В Максимальный ток: 100 мА Напряжение пульсаций: 1 мВ двойного амплитудного значения (или меньше) Низковольтные источники питания (два идентичных) Постоянное напряжение: 6,3 В Максимальный ток: 1,5 А Напряжение пульсаций: минимальное значение Режим подготовки: напряжение 4 В Расчет низковольтных источников питания Расчет низковольтных источников питания представляет самую простую часть задачи, поэтому необходимо начать именно с них. Значение тока 1,5 А в рассматриваемом ниже примере, было выбрано потому, что это максимальная величина тока, который может обеспечить стабилизатор напряжения, выполненный на интегральной микросхеме 317 серии (см. примеры таких стабилизаторов выше). Существуют стабилизаторы напряжения, рассчитанные на более высокие значения тока, например серии LT1085, рассчитанные на токи 3 А, серии LM338 на ток 5 А, и серии LT1084, рассчитанные на ток 5 А и характеризующиеся низким значением напряжения выпадения из режима стабилизации. Однако линейные источники питания, рассчитанные на напряжения 6,3 В и высокие значения тока, оказываются в состоянии рассеивать в самом стабилизаторе практически такую мощность, которая оказывается сравнимой по величине с мощностью, отдаваемой в нагрузку. В целях увеличения эффективности следует обратиться к варианту последовательного включения цепей подогревателей, питаемых стабилизированным током, который будет более подробно рассмотрен в конце. В случае необходимости, можно применить в блоке питания и несколько стабилизаторов и даже несколько отдельных накальных обмоток, разделив накальные цепи ламп усилителя на группы, потребляемый ток каждой из которых не превышает указанного. Расчет схемы источника питания, включающего стабилизатор напряжения, начинается с определения напряжения выпадения из режима стабилизации. Для интегрального стабилизатора 317 серии требуется поддерживать, по крайне мере, напряжение 2,5 В между его выводами, чтобы избежать выпадения из режима стабилизации при величине тока 1,5 А. Следовательно, на входе схемы стабилизации напряжения необходимо иметь, по крайней мере, напряжение 8,8 В, чтобы обеспечить на выходе необходимые для накала ламп 6,3 В. Вторичные обмотки трансформаторов имеют тенденцию иметь на своих выводах стандартные значения напряжений, например 6 В или 9 В среднеквадратического значения. Если учесть, что будет использоваться емкостной входной фильтр (фильтрующий дроссель, возможно, потребовал бы выполнения намотки по специальному заказу), то напряжение составит (6 В * √2 ) = 8,5 В, что оказывается явно недостаточным. Поэтому необходимо будет использовать вторичную обмотку с напряжением 9 В, которая обеспечит общее напряжение 12,7 В. В источнике питания будет использована мостовая схема выпрямления, в которой всегда два полупроводниковых диода оказываются включенными последовательно, поэтому падение напряжения на них составит 1,4 В, что понизит общее напряжение до значения 11,3 В. Если на выходе выпрямителя имеется выпрямленное напряжение синусоидальной формы с амплитудным значением 11,3 В, то это напряжение будет представлять то максимальное значение, до которого накопительный конденсатор, имеющий теоретически бесконечную величину своей емкости, мог бы зарядиться. Конденсатор же с конечным значением емкости будет достигать этого максимального значения напряжения только в момент действия амплитудного значения напряжения, но будет разряжаться до некоторого минимального значения, определяемого напряжением пульсаций. Минимально допустимое значения напряжения составляет 8,8 В, поэтому, максимальное значение напряжений пульсаций, которое можно допустить, будет составлять 2,5 В двойного амплитудного (пик-пикового) значения. Если воспользоваться ранее приведенным соотношением, связывающим величину напряжения пульсаций и тока, то: Выполненные расчеты показывают, что необходимо использовать конденсатор с емкостью 6000 мкФ, следовательно, можно было бы использовать конденсатор с емкостью 6800 мкФ, однако, вряд ли удовлетворял бы требуемым допускам на величину емкости, или допустимым скачкам напряжения в сети питания. Поэтому выбор конденсатора с емкостью 10 000 мкФ обеспечил бы более высокую степень фильтрации, при этом напряжения пульсаций составляли бы 1,5 В. Конденсатор с емкостью 10 000 мкФ и низким значением эквивалентного последовательного сопротивления способен отдавать очень большой ток в нагрузку с малым сопротивлением. Случайное короткое замыкание приведет к очень быстрому разряду конденсатора. Возникающая в момент разряда дуга в состоянии расплавить металл, который в виде капель брызнет во все стороны. Поэтому настоятельно не рекомендуется носить на руках ювелирные украшения при регулировках подобных схем! Напряжение пульсаций 1,5 В составляет 13% от значения 11,3 В и если бы это значение характеризовало бы несглаженное напряжение источника питания для низкочастотного усилителя, то такой уровень пульсаций оказался бы просто неприемлемым. Однако так как в схеме будет использоваться стабилизатор напряжения, то можно допустить столь высокие значения напряжения пульсаций и извлечь выгоды от низкого значения токов пульсаций. Уменьшенные значения токов пульсации несколько снижают требования к току выпрямителя, но при этом более серьезными становятся требования, предъявляемые к тепловым характеристикам. Если на мостовой схеме выпрямителя падает 1,4 В, а проходящий ток равен 1,5 А, то величина рассеиваемой мощности составит примерно 2,1 Вт (это приближенный расчет оказывается очень грубым, так как среднее значение тока Iaverageне будет равно среднеквадратическому значению тока IRMS). Это значительная по величине мощность должна отводиться от стандартной сборки мостового выпрямителя, рассчитанной на ток 1,5 А, и которая окажется, без всяких сомнений, нагретой до достаточно высокой температуры. Потому следовало бы использовать дискретные диоды, такие, например, как входящие в серию IN54** и рассчитанные на токи 3 А, либо стандартную сборку выпрямительного моста, рассчитанного на выпрямленный ток 4 А. Лучшим решением проблемы было бы использование в схеме мостового выпрямителя на основе диодов Шоттки, например, входящих в серию 31DQ**. Они имеют более низкое значение прямого падения напряжения, что уменьшает выделяемую на них мощность, однако, основным аргументом в пользу их использования является их гораздо более «чистое» выключение, без бросков тока, характерных для диодов с р-n переходом. Как уже указывалось ранее, бросок тока представляет собой импульс, который возбуждает резонансные явления в системе, образованной трансформатором, выпрямителем и накопительным конденсатором. Величина напряжения на выходе выпрямителя составляет 11,3 В, поэтому величина необходимого напряжения VRRM (максимального значения обратного напряжения) для каждого диода составит всего 12 В. Так как значение напряжения 50 В представляет, как правило, наименьшее значение стандартного рабочего напряжения для полупроводниковых диодов, то даже с учетом возможных кратковременных выбросов сетевого напряжения этого значения при выборе необходимых диодов окажется вполне достаточно. Каждый диод в мостовой схеме будет шунтироваться пленочным конденсатором. Использование для этих целей конденсаторов с емкостью 100 нФ и рабочим постоянным напряжением 63 В, представляется вполне оправданным, а при условии, что рабочее напряжение будет превышать значение напряжения VRRMдля каждого диода, никаких дополнительных усложнений не понадобится. Далее необходимо будет определить, какое максимальное значение мощности необходимо будет рассеиваться на интегральном стабилизаторе напряжения 317 серии, если нагрузочные цепи будут потреблять максимальный ток 1,5 А. Если не учитывать напряжения пульсаций, то напряжение, приложенное к стабилизатору, будет составлять 11,3 В, следовательно, падение напряжения на стабилизаторе составит 5 В, то есть на стабилизаторе будет выделяться 7,5 Вт. Из этого значения необходимо было бы вычесть небольшую величину, обусловленную пульсациями напряжения, но при любых расчетах теплового баланса всегда лучше быть немного консервативным т делать запас вверх. Значение 7,5 Вт не представляет слишком высокого значения мощности, которое необходимо рассеять, для стандартной сборки ТО-220 (допустимая мощность рассеяния составляет 20 Вт) интегрального стабилизатора напряжения серии 317Т, (естественно, при использовании адекватного этой мощности теплоотводящего радиатора). Поэтому можно считать такой режим допустимым и продолжать расчет блока питания. Индекс «Т» обозначает использование в стабилизаторе сборки ТО-220, тогда как индекс «К» обозначает ранее выпускаемую микросборку ТО-3 в металлическом корпусе с «силовыми транзисторами», то есть представляет собой гибридную интегральную схему. Следующим шагом будет определение сопротивлений резисторов, используемых в схеме делителя напряжения. Опыт показывает, что допуск на величину опорного напряжения интегрального стабилизатора 317 серии в действительности очень точный и что на практике нет необходимости включать в схему переменный резистор, чтобы подстраивать значение выходного напряжения. Может существовать различная точка зрения по этому поводу, но для напряжения 6,3 В автор просто использовал для верхнего плеча резистор с сопротивлением 150 Ом, а для нижнего — резистор с сопротивлением 600 Ом. Сопротивление в эквивалентной схеме замещения Тевенина, состоящей из резисторов с сопротивлениями 150 и 600 Ом, будет составлять 120 Ом. Теоретически можно было бы использовать конденсатор с емкостью 13 мкФ для шунтирования вывода Настройка (AGJ) на землю, однако конденсаторы со стандартными значениями емкости 10 или 15 мкФ подойдут одинаково хорошо. В рекомендациях по применению производителя рекомендуется, чтобы выход интегрального стабилизатора 317 серии шунтировался на землю танталовым конденсатором с емкостью 1 мкФ через резистор с сопротивлением 2,7 Ом. Таким образом, фактически уже имеется функционально законченная схема стабилизатора с напряжением 6,3 В. Однако требуется схемное решение для перевода каскада предусилителя в режим пониженного энергопотребления (или режим ожидания) и снижения напряжения цепей подогревателей до значения, равного примерно 4 В, чтобы избежать процесса отравления катодов. Самый простой способ достичь этого, это подключать параллельно с резистором нижнего плеча делителя напряжения дополнительный резистор, используя для этого нормально замкнутые контакты реле. Подключенный таким образом резистор с сопротивлением 750 Ом уменьшит выходное напряжение до значения 4,04 В. Теперь можно нарисовать окончательную принципиальную схему источника питания цепей подогревателей. В общей схеме будут использоваться два подобных источника, питающихся от отдельной обмотки низковольтного трансформатора, обеспечивающей напряжение 9 В (рис. 6.43). Предпочтительнее было бы использовать стандартный Ш-образный тип силового трансформатора с электростатическим экраном, в котором двухсекционная катушка на сердечнике прямоугольного сечения оказалась бы вполне приемлемым вариантом, так как невозможно изготовить электростатический экран для трансформатора с тороидальным сердечником и намотанными на него обмотками, который имел бы тороидальную форму и не имел бы утечек. Рис. 6.43 Используемая на практике схема стабилизированного источника питания цепей накала с напряжением 6,3 В

Инструкции | Схема и подробное описание самодельного блока питания

Часто требуется в быту подключение того и иного электроустройства посредством блока питания с понижающем трансформатором, но готовый блок не всегда удается найти в магазине, поэтому зачастую приходится думать о самодельной конструкции.
Чтобы облегчить эту задачу, расскажем о простейших расчетах, которые позволят подобрать нужные детали для блока питания в зависимости от предъявляемых к нему требований.

Схема предполагаемого блока питания, обеспечивающего нужное выходное напряжение постоянного тока, приведена на рисунке.
В нем использован трансформатор питания, включаемый первичной обмоткой (I) в электрическую розетку переменного тока 220 Вольт и понижающий напряжение (оно снимается с обмотки II) до заданного значения, двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1—VD4 и конденсатор С1, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения.
Полученное в итоге почти постоянное напряжение (пульсации его при подключении нагрузки все же будут) снимают с контактов XS1 и XS2.

схема самодельного блока питания

Расчет выпрямителя

Необходимо правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления со вторичной (II) обмотки сетевого трансформатора.
Исходными данными для расчета выпрямителя служат требуемое напряжение на нагрузке (Uн) и потребляемый ею максимальный ток (Iн)

Порядок расчета

Коэффициент	Ток нагрузки, А
	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
В	0,8	1,0	1,2	1,4	1,5	1,7
С	2,4	2,2	2,0	1,9	1,8	1,8

Сначала определяют переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке трансформатора:

Uн — постоянное напряжение на нагрузке, В; В — коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по таблице

По току нагрузки определяют максимальный ток, протекающий через каждый диод выпрямительного моста:

Iд — ток через диод, А; Iн — максимальный ток нагрузки, А; С — коэффициент, зависящий от тока нагрузки и определяемый по таблице

Далее подсчитываем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

Uобр — обратное напряжение, В; Uн — напряжение на нагрузке, В.

Выпрямительные диоды нужно выбрать, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.

В заключении определяем емкость конденсатора фильтра:

Сф — емкость конденсатора фильтра, мкФ; Iн — максимальный ток нагрузки, A; Uн — напряжение на нагрузке, В; Кп — коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).

Коэффициент пульсаций выбирают самостоятельно в зависимости от предполагаемой нагрузки, допускающей питание постоянным током вполне определенной «чистоты».

— малогабаритные транзисторные радиоприемники и магнитофоны

— усилители радио и промежуточной частоты

— предварительные каскады усилителей звуковой частоты и микрофонных усилителей

В дальнейшем, когда будете строить подобные выпрямители с последующей стабилизацией выпрямленного напряжения транзисторным стабилизатором, расчетную емкость фильтрующего конденсатора можно уменьшить в 5. ..10 раз.

Расчет питающего трансформатора

Для него у вас уже есть необходимые данные, напряжение на вторичной обмотке (UII) и максимальный ток нагрузки (Iн)

Сначала определяют максимальное значение тока, протекающего через вторичную обмотку:

III — ток через обмотку II трансформатора, А; Iн — максимальный ток нагрузки, А.

Далее определяют мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

PII — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт; UII — напряжение на вторичной обмотке, В; III — максимальный ток через вторичную обмотку, А.

Вычисляем мощность питающего трансформатора:

Ртр — мощность трансформатора, Вт; РII — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.

Если изготавливают трансформатор с несколькими вторичными обмотками, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора.

Расчитываем ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора:

II — ток через обмотку I, А; Ртр — подсчитанная мощность трансформатора, Вт; UI — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение), В.

Рассчитываем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:

S — сечение сердечника магнитопровода, кв.см; Ртр — мощность трансформатора, Вт.

Определяем число витков первичной (сетевой) обмотки:

WI — число витков обмотки; UI — напряжение на первичной обмотке, В; S — сечение сердечника магнитопровода, кв.см.

Определяем число витков вторичной обмотки:

WII — число витков вторичной обмотки; UII — напряжение на вторичной обмотке, В; S — сечение магнитопровода, кв.см.

Определяем диаметр провода обмоток:

D — диаметр провода, мм; I — ток через обмотку, мА.

Можно выбрать провод по готовой таблице

Iобм, mA	25	25…60	60…100	100…160	160…250	250…400	400…700	700…1000
D, мм	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,40	0,50	0,60

По полученным данным можно подбирать подходящее железо, провод и изготавливать трансформатор. Правда, нелишне сначала прикинуть, разместится ли провод на каркасе будущего трансформатора при данных Ш-образных пластинах — ведь однотипные (по ширине средней части) пластины имеют неодинаковую площадь окна. Достаточно подсчитанную ранее мощность трансформатора умножить на 50 и сравнить полученный результат (это необходимая площадь окна в кв.мм) с измеренной площадью окна имеющихся пластин

При выборе сердечника магнитопровода следует придерживаться и еще одного правила — отношение ширины средней части сердечника к толщине набора (отношение сторон сердечника) должно быть в пределах 1…2

Трансформатор, диоды и конденсатор фильтра, разместите в корпусе подходящих габаритов. На лицевой панели корпуса укрепите выходные контакты, выключатель питания, а на задней стенке разместите держатель предохранителя с предохранителем FU1 (его ток зависит от тока через первичную обмотку трансформатора). Через отверстие в задней стенке выведите шнур питания с сетевой электровилкой.

Блок питания на стабилитроне и транзисторе своими руками

Рассмотренный далее стабилизированный блок питания является одним из первых устройств, которые собираются начинающими радиолюбителями. Это очень простой, но весьма полезный прибор. Для его сборки не нужны дорогостоящие компоненты, которые достаточно легко подобрать новичку в зависимости от требуемых характеристик блока питания.
Материал будет также полезен тем, кто желает более детально разобраться в назначении и расчете простейших радиодеталей. В том числе, вы подробно узнаете о таких компонентах блока питания, как:

• силовой трансформатор;
  
• диодный мост;
  
• сглаживающий конденсатор;
  
• стабилитрон;
  
• резистор для стабилитрона;
  
• транзистор;
  
• нагрузочный резистор;
  
• светодиод и резистор для него.

Также в статье детально рассказано, как подобрать радиодетали для своего блока питания и что делать, если нет нужного номинала. Наглядно будет показана разработка печатной платы и раскрыты нюансы этой операции. Несколько слов сказано конкретно о проверке радиодеталей перед пайкой, а также о сборке устройства и его тестировании.

Типовая схема стабилизированного блока питания

Всевозможных схем блоков питания со стабилизацией напряжения существует сегодня очень много. Но одна из самых простых конфигураций, с которой и стоит начинать новичку, построена всего на двух ключевых компонентах – стабилитроне и мощном транзисторе. Естественно, в схеме присутствуют и другие детали, но они вспомогательные.

Схемы в радиоэлектронике принято разбирать в том направлении, в котором по ним протекает ток. В блоке питания со стабилизацией напряжения все начинается с трансформатора (TR1). Он выполняет сразу несколько функций. Во-первых, трансформатор понижает сетевое напряжение. Во-вторых, обеспечивает работу схемы. В-третьих, питает то устройство, которое подключено к блоку.
Диодный мост (BR1) – предназначен для выпрямления пониженного сетевого напряжения. Если говорить другими словами, то в него заходит переменное напряжение, а на выходе получается уже постоянное. Без диодного моста не будет работать ни сам блок питания, ни устройства, которые будут к нему подключаться.
Сглаживающий электролитический конденсатор (C1) нужен для того, чтобы убирать пульсации, присутствующие в бытовой сети. На практике они создают помехи, которые отрицательно сказываются на работе электроприборов. Если для примера взять усилитель звука, запитанный от блока питания без сглаживающего конденсатора, то эти самые пульсации будут отчетливо слышны в колонках в виде постороннего шума. В других приборах помехи могут привести к некорректной работе, сбоям и прочим проблемам.
Стабилитрон (D1) – это компонент блока питания, который стабилизирует уровень напряжения. Дело в том, что трансформатор будет выдавать желаемые 12 В (например) только тогда, когда в сетевой розетке будет ровно 230 В. Однако на практике таких условий не бывает. Напряжение может как просаживаться, так и повышаться. То же самое трансформатор будет давать и на выходе. Благодаря своим свойствам стабилитрон выравнивает пониженное напряжение независимо от скачков в сети. Для корректной работы этого компонента нужен токоограничивающий резистор (R1). О нем более детально сказано ниже.
Транзистор (Q1) – нужен для усиления тока. Дело в том, что стабилитрон не способен пропускать через себя весь потребляемый прибором ток. Более того, корректно он будет работать только в определенном диапазоне, например, от 5 до 20 мА. Для питания каких-либо приборов этого откровенно мало. С данной проблемой и справляется мощный транзистор, открывание и закрывание которого управляется стабилитроном.
Сглаживающий конденсатор (C2) – предназначен для того же, что и вышеописанный C1. В типовых схемах стабилизированных блоков питания присутствует также нагрузочный резистор (R2). Он нужен для того, чтобы схема сохраняла работоспособность тогда, когда к выходным клеммам ничего не подключено.
В подобных схемах могут присутствовать и другие компоненты. Это и предохранитель, который ставится перед трансформатором, и светодиод, сигнализирующий о включении блока, и дополнительные сглаживающие конденсаторы, и еще один усиливающий транзистор, и выключатель. Все они усложняют схему, однако, повышают функциональность устройства.

Расчет и подбор радиокомпонентов для простейшего блока питания

Трансформатор подбирается по двум основным критериям – напряжению вторичной обмотки и по мощности. Есть и другие параметры, но в рамках материала они не особо важны. Если вам нужен блок питания, скажем, на 12 В, то трансформатор нужно подбирать такой, чтобы с его вторичной обмотки можно было снять чуть больше. С мощностью все то же самое – берем с небольшим запасом.
Основной параметр диодного моста – это максимальный ток, который он способен пропускать. На эту характеристику и стоит ориентироваться в первую очередь. Рассмотрим примеры. Блок будет использоваться для питания прибора, потребляющего ток 1 А. Это значит, что диодный мост нужно брать примерно на 1,5 А. Допустим, вы планируете питать какой-либо 12-вольтовый прибор мощностью 30 Вт. Это значит, что потребляемый ток будет около 2,5 А. Соответственно, диодный мост должен быть, как минимум, на 3 А. Другими его характеристиками (максимальное напряжение и прочее) в рамках такой простой схемы можно пренебрегать.

Дополнительно стоит сказать, что диодный мост можно не брать уже готовый, а собрать его из четырех диодов. В таком случае каждый из них должен быть рассчитан на ток, проходящий по схеме.
Для расчета емкости сглаживающего конденсатора применяются достаточно сложные формулы, которые в данном случае ни к чему. Обычно берется емкость 1000-2200 мкФ, и этого для простого блока питания будет вполне достаточно. Можно взять конденсатор и побольше, но это существенно удорожит изделие. Другой важный параметр – максимальное напряжение. По нему конденсатор подбирается в зависимости от того, какое напряжение будет присутствовать в схеме.
Здесь стоит учитывать, что на отрезке между диодным мостом и стабилитроном после включения сглаживающего конденсатора напряжение будет примерно на 30% выше, чем на выводах трансформатора. То есть, если вы делаете блок питания на 12 В, а трансформатор выдает с запасом 15 В, то на данном участке из-за работы сглаживающего конденсатора будет примерно 19,5 В. Соответственно, он должен быть рассчитан на это напряжение (ближайший стандартный номинал 25 В).
Второй сглаживающий конденсатор в схеме (C2) обычно берется небольшой емкости – от 100 до 470 мкФ. Напряжение на этом участке схемы будет уже стабилизированным, например, до уровня 12 В. Соответственно, конденсатор должен быть рассчитан на это (ближайший стандартный номинал 16 В).
А что делать, если конденсаторов нужных номиналов нет в наличии, и в магазин идти неохота (или банально нет желания их покупать)? В таком случае вполне возможно воспользоваться параллельным подключением нескольких конденсаторов меньшей емкости. При этом стоит учесть, что максимальное рабочее напряжение при таком подсоединении суммироваться не будет!
Стабилитрон подбирается в зависимости от того, какое напряжение нам нужно получить на выходе блока питания. Если подходящего номинала нет, то можно соединить несколько штук последовательно. Стабилизируемое напряжение, при этом, будет суммироваться. Для примера возьмем ситуацию, когда нам надо получить 12 В, а в наличии есть только два стабилитрона на 6 В. Соединив их последовательно мы и получим желаемое напряжение. Стоит отметить, что для получения усредненного номинала параллельное подключение двух стабилитронов не сработает.
Максимально точно подобрать токоограничивающий резистор для стабилитрона можно только экспериментально. Для этого в уже рабочую схему (например, на макетной плате) включается резистор номиналом примерно 1 кОм, а между ним и стабилитроном в разрыв цепи ставится амперметр и переменный резистор. После включения схемы нужно вращать ручку переменного резистора до тех пор, пока через участок цепи не потечет требуемый номинальный ток стабилизации (указывается в характеристиках стабилитрона).
Усиливающий транзистор подбирается по двум основным критериям. Во-первых, для рассматриваемой схемы он обязательно должен быть n-p-n структуры. Во-вторых, в характеристиках имеющегося транзистора нужно посмотреть на максимальный ток коллектора. Он должен быть немного больше, чем максимальный ток, на который будет рассчитан собираемый блок питания.
Нагрузочный резистор в типовых схемах берется номиналом от 1 кОм до 10 кОм. Меньшее сопротивление брать не стоит, так как в случае, когда блок питания не будет нагружен, через этот резистор потечет слишком большой ток, и он сгорит.

Разработка и изготовление печатной платы

Теперь вкратце рассмотрим наглядный пример разработки и сборки стабилизированного блока питания своими руками. В первую очередь, необходимо найти все присутствующие в схеме компоненты. Если нет конденсаторов, резисторов или стабилитронов нужных номиналов – выходим из ситуации вышеописанными путями.

Далее нужно будет спроектировать и изготовить печатную плату для нашего прибора. Начинающим лучше всего использовать для этого простое и, самое главное, бесплатное программное обеспечение, например, Sprint Layout.
Размещаем на виртуальной плате все компоненты согласно выбранной схемы. Оптимизируем их расположение, корректируем в зависимости от того, какие конкретно детали есть в наличии. На этом этапе рекомендуется перепроверять реальные размеры компонентов и сравнивать их с добавляемыми в разрабатываемую схему. Особое внимание обратите на полярность электролитических конденсаторов, расположение выводов транзистора, стабилитрона и диодного моста.
Если вы заходите добавить в блок питания сигнальный светодиод, то его можно будет включить в схему как до стабилитрона, так и после (предпочтительнее). Чтобы подобрать для него токоограничивающий резистор, необходимо выполнить следующий расчет. Из напряжения участка цепи вычитаем падение напряжения на светодиоде и делим результат на номинальный ток его питания. Пример. На участке, к которому мы планируем подключать сигнальный светодиод, имеется стабилизированные 12 В. Падение напряжения у стандартных светодиодов около 3 В, а номинальный ток питания 20 мА (0,02 А). Получаем, что сопротивление токоограничивающего резистора R=450 Ом.

Проверка компонентов и сборка блока питания

После разработки платы в программе переносим ее на стеклотекстолит, травим, лудим дорожки и удаляем излишки флюса.






После этого выполняем установку радиокомпонентов. Здесь стоит сказать, что не лишним будет сразу же перепроверить их работоспособность, особенно, если они не новые. Как и что проверять?
Обмотки трансформатора проверяются омметром. Где сопротивление больше – там первичная обмотка. Далее его нужно включить в сеть и убедиться, что он выдает требуемое пониженное напряжение. При его измерении соблюдайте предельную осторожность. Также учтите, что напряжение на выходе переменное, потому на вольтметре включается соответствующий режим.
Резисторы проверяются омметром. Стабилитрон должен «звониться» только в одном направлении. Диодный мост проверяем по схеме. Встроенные в него диоды должны проводить ток только в одном направлении. Для проверки конденсаторов потребуется специальный прибор для измерения электрической емкости. В транзисторе n-p-n структуры ток должен протекать от базы к эмиттеру и к коллектору. В остальных направлениях он протекать не должен.
Начинать сборку лучше всего с мелких деталей – резисторов, стабилитрона, светодиода. Затем впаиваются конденсаторы, диодный мост.
Особое внимание обращайте на процесс установки мощного транзистора. Если перепутать его выводы – схема не заработает. Кроме того, этот компонент будет достаточно сильно греется под нагрузкой, потому его необходимо устанавливать на радиатор.
Последним устанавливается самая большая деталь – трансформатор. Далее к выводам его первичной обмотки припаивается сетевая вилка с проводом. На выходе блока питания тоже предусматриваются провода.

Осталось только хорошенько перепроверить правильность установки всех компонентов, смыть остатки флюса и включить блок питания в сеть. Если все сделано правильно, то светодиод будет светиться, а на выходе мультиметр покажет желаемое напряжение.

Как рассчитать ток конденсатора в бестрансформаторных источниках питания

Возможно, вы проанализировали множество бестрансформаторных источников питания в этом блоге и в Интернете, несмотря на это, определение необходимого сетевого конденсатора в таких цепях всегда оставалось проблемой для многих конструкторы.

Прежде чем мы поймем формулу для определения и оптимизации сетевого конденсатора в бестрансформаторном источнике питания, может быть важно, чтобы вы сначала описали конструкцию обычного бестрансформаторного источника питания.На следующей схеме показана классическая схема бестрансформаторного источника питания:  

На схеме ряд необходимых деталей обозначен следующими особенностями: ток до предпочтительных ограничений в соответствии с требованиями нагрузки.

Таким образом, этот элемент становится очень важным из-за назначенной цели снижения сетевого тока.D1–D4 настроены как сеть мостового выпрямителя для коррекции пониженного переменного тока от C1, чтобы иметь возможность сделать выход соответствующим любой конкретной нагрузке постоянного тока. Z1 ставится для стабилизации выхода до необходимых безопасных пределов напряжения.

C2 настроен на фильтрацию любых пульсаций постоянного тока и создание полностью чистого постоянного тока для подключенной нагрузки. Резистор R2 может быть необязательным, но рекомендуется для обработки скачка напряжения при включении от сети, хотя в идеале этот компонент должен восстанавливаться с помощью термистора с отрицательным температурным коэффициентом.

Во всей упомянутой выше бестрансформаторной конструкции C1 является единственным важным компонентом, размеры которого должны быть правильно подобраны, чтобы обеспечить оптимальную оптимизацию выходного тока в соответствии с требованиями нагрузки.

Выбор конденсатора большой емкости для сравнительно малоизвестной нагрузки может снизить вероятность попадания слишком большого импульсного тока в нагрузку и более быстрого ее повреждения.

С другой стороны, правильно подобранный конденсатор гарантирует управляемый пусковой импульс и малое рассеивание, обеспечивая достаточную безопасность для подключенной нагрузки.

Значение тока, которое может быть оптимально удобным с помощью бестрансформаторного источника питания для конкретной нагрузки, может быть определено с помощью закона Ома: I = V/R, где I = ток, V = напряжение, R = сопротивление Тем не менее как мы можем заметить, в приведенной выше формуле R является нечетным параметром, поскольку мы управляем конденсатором в качестве элемента ограничения тока.

Чтобы иметь возможность взломать это, мы должны вместо этого получить подход, который способен перевести значение ограничения тока конденсатора, когда речь идет о омах или единицах сопротивления, чтобы гарантировать, что формула закона Ома может быть преодолена.

Для этого мы сначала определяем реактивное сопротивление конденсатора, которое часто рассматривается как сопротивление, такое же, как сопротивление.

Формула реактивного сопротивления: Xc = 1/2(pi) fC, где Xc = реактивное сопротивление, pi = 22/7 f = частота C = емкость конденсатора в фарадах его можно мгновенно заменить на наш вышеприведенный закон Ома.

Давайте нарисуем иллюстрацию, чтобы узнать достижение приведенных выше формул: Давайте обратимся к тому, какой ток конденсатор 1 мкФ может выдать на конкретную нагрузку:

У нас наверняка есть следующие данные: pi = 22/7 = 3 .14 f = 50 Гц (частота сети переменного тока) и C = 1 мкФ или 0,000001F

Решение уравнения реактивного сопротивления с использованием приведенных выше данных дает: Xc = 1 / (2 x 3,14 x 50 x 0,000001) = 3184 Ом где-то около это эквивалентное значение сопротивления в нашей формуле закона Ома, мы получаем: R = V/I или I = V/R

Учитывая V = 220В (поскольку конденсатор предназначен для поддержки сетевого напряжения. ) Мы получаем: I = 220/ 3184 = 0,069 ампер или 69 мА приблизительно

Точно так же другие конденсаторы могут быть определены для понимания их максимального тока, обеспечивающего емкость или номинал.Приведенный выше разговор широко описывает, как можно определить ток конденсатора практически в любой подходящей цепи, особенно в бестрансформаторных емкостных источниках питания.

Основные расчеты конденсатора — инженерное мышление

Конденсаторы

используются во многих цепях для разных целей, поэтому мы собираемся изучить некоторые основные расчеты конденсаторов для цепей постоянного тока.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube

Конденсаторы в цепях постоянного тока

Конденсаторы

обычно выглядят так.У нас есть конденсатор электролитического и керамического типа. Электролитик поляризован, что означает, что одна сторона должна быть подключена к плюсу, а другая к минусу источника питания. Керамический тип, как правило, может быть подключен любым способом. На стороне электролитического конденсатора мы находим пунктирную линию, указывающую на отрицательную сторону, длинный вывод также указывает на положительную сторону нового конденсатора. Но они обычно обрезаются во время установки, поэтому не полагайтесь только на это. Эти два конденсатора представлены такими символами, обратите внимание, что поляризованный конденсатор имеет небольшой символ плюса, указывающий на положительную сторону.

При подключении к источнику постоянного тока напряжение батареи будет выталкивать электроны в конденсатор, поэтому конденсатор заряжается до того же напряжения, что и батарея. Конденсаторы заряжаются почти мгновенно при прямом подключении к батарее, но мы почти всегда используем резистор, это задержит время зарядки, и позже в этой статье мы увидим, как это рассчитать.

Внутри конденсатора с одной стороны скопилось много электронов, они не могут двигаться из-за изолирующего материала между двумя сторонами.Поскольку электроны заряжены отрицательно, у нас есть накопление заряда на одной стороне по сравнению с другой, поэтому у нас есть разница в напряжении между двумя выводами.

Эти электроны удерживаются на месте, и конденсатор может удерживать этот заряд в течение длительного периода времени. Когда указан путь, они будут разряжаться, пока не опустеют. Электроны не проходят через конденсатор; они просто накапливаются внутри, а затем высвобождаются.

Количество заряда, накопленного в конденсаторе, рассчитывается по формуле Заряд = емкость (в фарадах), умноженная на напряжение.Итак, для этого конденсатора 12 В 100 мкФ микрофарад мы конвертируем микрофарады в фарады (100/1 000 000 = 0,0001 Ф). Затем умножаем это на 12 В, чтобы увидеть, что он хранит заряд 0,0012 кулона.

Если нам нужно сохранить заряд, скажем, 0,0002 кулона, то мы просто делим его на напряжение, в данном случае 12 В, чтобы увидеть, что нам нужно 0,0024 фарад или 2400 мкФ микрофарад.

Мы можем рассчитать энергию, запасенную в конденсаторе, по формуле = 0,5 умножить на емкость (в фарадах), умножить на квадрат напряжения.2
= 0,5 x 0,0001F x 144
= 0,0072 Дж

Мы знаем, что конденсатор будет заряжаться до напряжения аккумулятора. Итак, если мы подключим конденсатор таким образом, каково будет напряжение на конденсаторе? Будет 1,5В. Если мы вот так подключим конденсатор, каково будет его напряжение? Тоже будет 1,5В. Это два разных способа соединения конденсаторов в цепях, последовательное или параллельное. Это приведет к тому, что конденсаторы будут работать по-разному.

Параллельные конденсаторы

Если мы поставили конденсатор параллельно с лампой, то при извлечении батарейки конденсатор начнет питать лампу, она медленно тускнеет по мере разрядки конденсатора.Если бы мы использовали два конденсатора, мы могли бы питать лампу дольше.

Допустим, конденсатор 1 = 10 мкФ, а конденсатор 2 = 220 мкФ. Как рассчитать общую емкость? Это очень просто, ответ 230 мкФ. Конденсаторы соединены параллельно. Итак, 10 мкФ + 220 мкФ = 230 мкФ. Мы можем продолжать добавлять больше, например, конденсатор на 100 мкФ, и общее количество будет просто суммой всех конденсаторов. Размещая их параллельно, мы, по сути, объединяем их, чтобы сформировать больший конденсатор. Это очень полезно, потому что, если, например, нам нужен большой конденсатор на 2000 мкФ, но у нас его нет, мы можем просто использовать более мелкие конденсаторы, такие как 2x 1000 мкФ или 4x 500 мкФ и т. д.Он также часто используется для фильтрации шума и обеспечения большего тока в цепях с высоким спросом.

Общий заряд, хранящийся в параллельных конденсаторах, равен: заряд = общая емкость, умноженная на напряжение. Итак, у нас есть батарея на 9 В и два конденсатора общей емкостью 230 мкФ. Поскольку это параллельно, этот провод 9 В, а этот 0 В, поэтому оба конденсатора заряжены до 9 В. Следовательно, 0,00023 Ф, умноженное на 9 В = 0,00207 кулона. И с тремя конденсаторами у нас есть 330 мкФ (0.00033 F), умноженное на 9V = 0,00297 кулона.

Мы также можем рассчитать заряд каждого конденсатора в отдельности. Мы просто используем одну и ту же формулу для каждого конденсатора, вы можете увидеть ответы на экране.
Конденсатор 1 = 0,00001 F x 9V = 0,00009 Coulombs
Конденсатор 2 = 0,00022 F x 9V = 0,00198 Кулоны
Конденсатор 3 = 0,0001 F x 9V = 0,0009 Coulombs
Всего = 0,00009 + 0,00198 + 0,0009 = 0,00297 Coulembs

Конденсаторы серии

Если мы поместим конденсатор последовательно с лампой, когда мы нажмем переключатель, она загорится, но затем станет тусклее, когда конденсатор достигнет уровня напряжения батареи, и как только это будет достигнуто, лампа погаснет. Помните, что электроны не могут проходить через конденсатор из-за изолирующего материала внутри. Электроны просто накапливаются внутри одной пластины и по мере их накопления отбрасывают такое же количество с противоположной пластины. Таким образом, ток может течь только тогда, когда конденсатор заряжается или разряжается. В настоящее время, когда батарея удалена, конденсатор не может разрядиться, поэтому он будет удерживать напряжение на том же уровне. Неважно, подключаем мы аккумулятор или отключаем, лампа не включится.Однако, если мы обеспечим другой путь, то при нажатии переключателя конденсатор теперь может разряжаться, так что электроны могут течь через лампу и освещать ее. Он станет тусклее по мере разрядки конденсатора.

Что, если бы у нас было 2 конденсатора, соединенных последовательно, опять же, конденсатор 1 — 10 мкФ, а конденсатор 2 — 220 мкФ. Как найти полную емкость? Для этого мы используем эту формулу, она может показаться сложной, но на самом деле она очень проста. Все, что нам нужно сделать, это ввести значения наших конденсаторов 10 и 220 мкФ.Мы можем ввести это как это на наших калькуляторах или в Excel. Но при ручном вычислении мы делаем 1, деленное на 10, что равно 0,1, и 1, деленное на 220, что составляет 0,00454. Мы сложим их вместе, чтобы получить 0,10454, а затем 1, деленная на это, даст в общей сложности 9,56 мкФ. Обратите внимание, что общая емкость теперь меньше конденсатора с наименьшим значением.

Если мы добавили в схему третий конденсатор на 100 мкФ, то получим общую емкость 8,73 мкФ. Значит, уменьшилось еще больше. Это потому, что, объединяя их последовательно, мы существенно увеличиваем толщину изоляционного материала, поэтому притяжение отрицательно заряженных электронов к положительно заряженным отверстиям на противоположной пластине становится слабее.

Общий заряд последовательных конденсаторов находится по формуле: заряд = емкость (в фарадах), умноженная на напряжение. Итак, если мы использовали батарею на 9 В, мы конвертируем микрофарады в фарады и видим, что общий заряд равен 0,00008604 кулона
(0,00000956F x 9В = 0,00008604 кулона)

.

Общий заряд цепи конденсатора из 3 рядов составляет 0,00007857 кулонов
(0,00000873 x 9 В = 0,00007857 кулонов)

Заряд, удерживаемый каждым конденсатором в отдельности, очень легко рассчитать в последовательных цепях.Это то же самое, что общее количество. Каждый конденсатор содержит одинаковое количество электронов при последовательном соединении. Это потому, что когда мы заряжали конденсаторы, ток был одинаковым во всех частях цепи. То же самое количество электронов, которые были вытолкнуты в одну пластину, были вытеснены из противоположной пластины, поэтому каждый последовательный конденсатор может быть заряжен только до одного и того же уровня. Таким образом, наименьший конденсатор будет ограничивающим фактором.

Однако, поскольку каждый конденсатор может иметь разную емкость, напряжение каждого конденсатора будет разным.Напряжение каждого конденсатора находим по формуле напряжение = заряд (в кулонах) деленное на емкость (в фарадах).

Итак, для этой схемы мы видим, что конденсатор 1 на 7,8 В, конденсатор 2 на 0,35 В и конденсатор 3 на 0,78 В. Они объединяются в общее напряжение батареи, которое составляет 9 В.

Конденсатор 1: 0.00007857 C / 0.000077857 C / 0.00001 F = 7.857V
Конденсатор 2: 0,0000785 C / 0.00022 F = 0,357 В
Конденсатор 3: 0,00007857 C / 0,0001 F = 0,786 В
Общее напряжение = 7,857 В + 0,357 В + 0.786В = 9В

Время заряда конденсатора

Допустим, у нас есть батарея 9 В, конденсатор 100 мкФ, резистор 10 кОм и переключатель, все последовательно. Конденсатор полностью разряжен, и мы считываем 0 В на двух выводах.

Когда мы замыкаем переключатель, конденсатор заряжается. Напряжение будет увеличиваться до тех пор, пока не сравняется с напряжением батареи. Рост напряжения не мгновенный, он имеет экспоненциальную кривую. Сначала напряжение быстро увеличивается, а затем замедляется, пока не достигнет того же уровня напряжения, что и батарея.

Мы разделили эту кривую на 6 сегментов, но нас интересуют только первые 5, потому что на отметке 5 мы в основном находимся при полном напряжении, поэтому мы можем игнорировать все, что дальше этого. Каждый сегмент представляет нечто, называемое постоянной времени. Следовательно, поскольку у нас есть 5 сегментов, у нас есть 5 постоянных времени, поэтому потребуется 5 постоянных времени, чтобы зарядить конденсатор от 0 до чуть менее 100%. Все, что нам нужно сделать, это вычислить длину одной постоянной времени, а затем умножить ее на 5.

Чтобы вычислить одну постоянную времени, мы используем эту формулу.

Постоянная времени (в секундах) = сопротивление (в Омах), умноженное на емкость (в Фарадах). Итак, мы конвертируем резистор в омы, а емкость конденсатора в фарады и видим, что 10 000 Ом, умноженные на 0,0001 фарад, равняются 1. Итак, в этом примере постоянная времени равна 1 секунде. Следовательно, 5 из них — это 5 секунд. Это означает, что для полной зарядки этого конденсатора до 9 В требуется 5 секунд.

Если бы резистор был всего 1000 Ом, постоянная времени была бы 0,1 секунды, поэтому это заняло бы 0.5 секунд, чтобы достичь 9В. Если бы конденсатор был 1000 микрофарад, это заняло бы всего 50 секунд. Таким образом, с увеличением размера конденсатора время, затрачиваемое на это, увеличивается. Если значение резистора увеличивается, время, необходимое для этого, также увеличивается.

Возвращаясь к нашей первоначальной схеме. Таким образом, мы можем рассчитать уровень напряжения для каждой постоянной времени. В точке 1 напряжение всегда равно 63,2 %, в точке 2 — 86,5 %, в точке 3 — 95 %, в точке 4 — 98,2 % и в точке 5 — 99,3 %.

Итак, в этом примере через 1 секунду напряжение на конденсаторе равно 5.68 В, через 2 секунды 7,78 В, через 3 секунды 8,55 В, через 4 секунды 8,83 В и через 5 секунд 8,94 В

Если вам нужен более точный ответ, мы можем рассчитать каждую точку следующим образом.

Точка 1 = 9В-0В)x0,632 = 5,6880В
Точка 2 = ((9В – 5,688В)x0,632)+5,68В = 7,7812В
Точка 3 = ((9В-7,7812В)x0,632) +7,7812В = 8,5515В
Точка 4 = ((9В-8,55В)x0,632)+8,5515В = 8,8349В
Точка 5 = ((9В-8,8349В)x0,632)+8,8349В = 8,9393В

Помните, что при последовательном соединении ток в цепи уменьшается, а напряжение на конденсаторе увеличивается. При полном напряжении ток в цепи не течет. Если бы резистор был лампой, он мгновенно достиг бы полной яркости, когда переключатель был замкнут, но затем стал бы тусклее, когда конденсатор достиг полного напряжения.

Время разрядки конденсатора

Когда мы обеспечиваем путь для разрядки конденсатора, электроны покидают конденсатор, и напряжение на конденсаторе уменьшается. Он не разряжается мгновенно, а следует экспоненциальной кривой. Мы разделяем эту кривую на 6 сегментов, но нас интересуют только первые 5.В точке 1 напряжение всегда будет 36,8%, в точке 2 будет 13,5%, в точке 3 будет 5%, в точке 4 будет 1,8% и в точке 5 будет 0,7%.

Например, если бы у нас была батарея на 9 В, лампа с сопротивлением 500 Ом и конденсатор на 2000 мкФ, наша постоянная времени была бы 500 Ом, умноженная на 0,002 фарад, что составляет 1 секунду.
Таким образом, в тот момент, когда батарея отключена, конденсатор будет на 9 В, и, поскольку он питает цепь, лампа также будет. Через 1 постоянную времени, в данном случае 1 секунду, напряжение будет равно 36. 8%, что составляет 3,312 В, через 2 секунды — 1,215 В, через 3 секунды — 0,45 В, через 4 секунды — 0,162 В и через 5 секунд — 0,063 В. Таким образом, лампа будет гореть чуть менее 3 секунд. Явно становится тусклее.

---

Задерживающий конденсатор

: расчеты и использование

В критических приложениях реального времени, таких как авионика и системы жизнеобеспечения, очень важно иметь источник бесперебойного питания, обеспечивающий достаточное питание системы.Любое внезапное падение мощности может поставить под угрозу работу системы, что в худшем случае может привести к гибели людей. Вот типичная блок-схема импульсного блока питания:

 

 

Чтобы справиться с этим внезапным падением напряжения (обычно из-за отключения основного питания), сразу после блока выпрямления помещается конденсатор. В случае падения мощности конденсатор может включиться и поддерживать уровень мощности для нагрузки до тех пор, пока питание не восстановится.

Время удержания — это время, в течение которого источник питания продолжает подавать питание на нагрузку до того, как оно упадет ниже указанного уровня напряжения.Этот уровень напряжения и соответствующее время удержания различаются для разных источников питания. Как правило, линейные поставки имеют очень короткое время удержания и почти мгновенно падают до нуля. Тем не менее, импульсные источники питания способны продержаться до тех пор, пока не будет восстановлено питание или не будет подключен ИБП. Это связано с тем, что в импульсных источниках питания после стадии выпрямления установлены удерживающие конденсаторы, которые удерживают мощность в заданных пределах.

Как было установлено ранее, в импульсных источниках питания используются удерживающие конденсаторы для поддержания уровня мощности выше заданного уровня в случае отключения электроэнергии. Теперь, чтобы рассчитать номинал такого конденсатора, сначала нужно установить время удержания источника питания. Во-вторых, необходимо знать значения выходного напряжения и тока, чтобы можно было рассчитать мощность. Это значение мощности должно использоваться позже для расчета емкости конденсатора.

Используя соотношение мощностей, мы можем рассчитать выходную мощность, которую схема обеспечивает нагрузке:

P[Вт] = В . Я [В, А]

Мы также вычисляем энергию, запасенную в данном конденсаторе:

Э[Дж] = ½ .С . ( V ² _U   — V ² _L )

Здесь В _U — напряжение в начале времени разряда, т. е. номинальное выходное напряжение, а В _L — напряжение в конце времени разряда конденсатора, т. е. безопасный предел времени выдержки.

Теперь мы знаем, что мощность — это энергия в единицу времени, поэтому мы можем использовать это соотношение и записать соотношение энергии в терминах мощности и времени. После этого уравнение можно переставить, чтобы найти значение емкости:

С[Ф] = ( 2 .П[В] . t[s] ) / ( V ² _U   — V ² _L )

Давайте сделаем пример и используем это соотношение для нахождения удерживающего конденсатора для системы:

Пример: Время удержания импульсного источника питания составляет 10 мс. Выходное напряжение установлено на 5 В, а ток составляет 1 А. Безопасный предел напряжения для удержания составляет 4,8 В. Найдите номинал удерживающего конденсатора.

Сначала мы можем найти мощность, отдаваемую конденсатором:

P[Вт] = В .Я [В, А]

Р = 5 Вт

Здесь приведено соотношение для энергии:

Э[Дж] = ½ . С . ( V ² _U   — V ² _L )

Здесь В _U — это напряжение в начале времени разряда, т. е. 5 В, а В _L — это напряжение в конце времени разряда конденсатора, т. е. 4,8 В.

Теперь мы можем изменить это, чтобы найти значение емкости:

C[F] = ( 2 . P[W] .t[s] ) / ( V ² _U   — V ² _L )

Здесь соотношение P[W] = E[J]/t[s] используется для замены энергии.

Окончательное значение для конденсатора получается:

С[Ф] = 0,0510204081633 Ф

ИЛИ

Кл[мкФ] = 51020,40 мкФ

Ну вот!

Теперь мы можем понять принцип использования удерживающего конденсатора и включить его в наши проектные решения для импульсных источников питания. Более того, мы можем рассчитать стоимость такого конденсатора в соответствии с нашим конкретным приложением.

1. https://en.cosel.co.jp/technical/qanda/a0066_1.html

Конденсатор источника питания Вопросы и ответы

В: Для какой цели служат конденсаторы в источнике питания?

A. Конденсаторы в блоке питания можно разместить в двух разных местах: на «первичной» стороне и на «вторичной». Первичная сторона — это место, где переменный ток входит в источник питания. Вторичная сторона находится после регулирования выходного напряжения постоянного тока. Большие конденсаторы на первичной стороне потребляют относительно нестабилизированное напряжение, которое преобразуется из входного переменного тока в постоянный, и пытаются поддерживать постоянное напряжение постоянного тока для остальной части источника питания.Конденсаторы на стороне постоянного тока являются частью процесса фильтрации, который помогает устранить любые остаточные пульсации переменного тока на выходе постоянного тока.

На приведенной выше схеме показано разделение первичной и вторичной сторон блока питания Corsair RM850.

В. Как компания Corsair рассчитывает ожидаемый срок службы конденсатора при принятии решения о том, что использовать в конкретном блоке питания?

О: Конденсаторы имеют несколько спецификаций и номиналов. Конечно, напряжение и емкость являются двумя наиболее известными характеристиками. Но для расчета срока службы конденсатора есть номинальная температура, которая обычно составляет 85° или 105°C. Также есть максимально допустимый пульсирующий ток. Если все вышеперечисленное работает на пределе своих возможностей, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, тогда вы упираетесь в срок службы конденсатора. Этот рейтинг обычно находится в диапазоне от 2000 до 6000 часов; это эквивалентно всего от 83 до 250 дней. К счастью, связь между жизнью и температурой подчиняется формуле химической реакции, называемой «законом химической активности Аррениуса».Проще говоря, закон гласит, что срок службы конденсатора удваивается при снижении температуры на каждые 10 градусов Цельсия. Таким образом, если конденсатор с номинальным значением 105°C работает, например, при 85°C, ваш срок службы с 2000 часов увеличился до 8000 часов, и это все еще при условии, что он фильтрует максимальное количество пульсаций тока, на которое он рассчитан. Полная формула, используемая для расчета срока службы конденсатора, выглядит следующим образом:

В качестве примера рассмотрим RM850. Для фильтрации напряжения +12 В используется набор из шести конденсаторов серии Ltec ​​LXY.Три — 3300 мкФ, 16 В, а остальные три — 2200 мкФ, 16 В.

Конденсаторы Ltec ​​на вторичной стороне блока питания Corsair RM850.

Первые рассчитаны на среднеквадратичное значение пульсирующего тока 3,4 А, вторые рассчитаны на 2,375 А. Срок службы первых составляет 3000 часов, а последних — 4000 часов. Все они рассчитаны на температуру 105°C. Но поскольку им приходится выдерживать пульсирующий ток менее 1 А и они работают при температурах примерно в два раза ниже расчетных (от 44° до 53°C против 105°C), их расчетный ожидаемый срок службы составляет более 15 лет. годы.

В: Почему кажется, что в более качественных источниках питания используется меньше японских конденсаторов, чем в прошлом?

О: Ответ прост. Потому что блоки питания лучше! Более эффективные компоненты в блоке питания являются причиной того, что блок питания более эффективен. Более высокая эффективность означает меньшее выделение тепла. Кроме того, современные технологии переключения обеспечивают меньшую пульсацию для вторичных конденсаторов. В совокупности эти две вещи означают, что конденсаторы могут служить намного дольше, поэтому японские конденсаторы не всегда требуются.

В: Действительно ли японские конденсаторы лучше китайских?

О: Японские конденсаторы славятся отличным контролем качества. Так что для экстремальных условий предпочтительнее использовать конденсаторы японских марок. На бумаге часто встречаются китайские конденсаторы с теми же характеристиками, что и у эквивалентного японского конденсатора, включая модели с низким ESR (эквивалентное последовательное сопротивление). Также говорят, что в японских конденсаторах используется превосходный электролит, который более устойчив к более высоким температурам.Также известно, что в японских конденсаторах используется один из самых чистых доступных алюминиевых сплавов. Тем не менее, многие китайские производители покупают японские электролиты, а компании, перерабатывающие алюминий для японских производителей конденсаторов, открывают предприятия в Китае, чтобы быть ближе к китайскому покупателю конденсаторов.

Showa Denko завершает строительство завода по производству алюминиевой фольги высокой чистоты в Китае:  http://www.sdk.co.jp/english/news/13382/13769.html

В: Почему возникает недоверие к китайским конденсаторам?

О: В дополнение к мнению, что китайское производство неполноценно, большая часть недоверия к китайским конденсаторам возникла в 2002 году, когда формула электролита была украдена у японской компании по производству конденсаторов и передана компании по производству конденсаторов на Тайване.Формула была записана неверно, что привело к множеству преждевременных отказов:

http://spectrum.ieee.org/computing/hardware/leaking-capacitors-muck-up-motherboards

преждевременные отказы компонентов с использованием китайских конденсаторов, но большинство этих отказов были результатом плохой конструкции. Конденсаторы либо подвергались воздействию высоких температур, либо должны были выдерживать слишком большие пульсации тока… или того хуже; оба.

В: Значит, японские конденсаторы никогда не выходят из строя преждевременно?

О: Абсолютно нет.В период с 2003 по 2005 год Dell, HP и Apple, среди других производителей, столкнулись с проблемой неисправных японских конденсаторов, которая затронула миллионы компьютеров:

http://bits.blogs.nytimes.com/2010/07/01/dell- говорит-о-своих-борьбах-с-неисправными-компонентами-ПК/

В: Конденсаторы японских брендов всегда производятся в Японии?

О: Из-за высокой стоимости рабочей силы в Японии обычно нет. Обычно их производят по всей Азии. К сожалению, многие люди предполагают, что поскольку конденсатор является японским брендом, он производится в Японии.Обычно страну происхождения не увидишь, если не купишь конденсаторы для себя в розничной сети.

Конденсаторы United Chemi-Con производства Индонезии.

Конденсаторы Panasonic производства Малайзии.

В: Когда Corsair решает использовать японские конденсаторы?

В устройствах более высокого класса японские конденсаторы используются для повышения общей надежности, даже если это не увеличивает расчетный срок службы. Corsair стремится использовать японские первичные конденсаторы, когда это возможно, из-за экстремальных условий, в которых они находятся.Эти конденсаторы большие и, следовательно, имеют большую площадь поверхности для отвода тепла, но они все равно довольно сильно нагреваются из-за более высоких температур радиатора первичной стороны, расположенного поблизости. Кроме того, нерегулируемое постоянное напряжение, заряжающее первичный конденсатор на первичной стороне, потенциально может иметь большие пульсации.

Конденсатор первичной обмотки Corsair RM850 в основном окружен радиаторами.

Вновь на примере RM850 мы видим, что на первичной стороне используется конденсатор марки Nichicon серии GL 560 мкФ, 420 В.Он рассчитан на 105 ° C и может выдерживать пульсирующий ток 1,5 А в течение 2000 часов круглосуточной работы 7 дней в неделю. Но так как он находится как можно ближе к первичному радиатору, где компоненты рассеивают температуру до 76°C при полной нагрузке, температура поверхности этого конденсатора может достигать 44°C. Кроме того, этот конденсатор потенциально может столкнуться с пульсирующим током до 3,2 А. Это более чем в два раза больше, чем заявлено. Даже с учетом этих условий срок службы этого конкретного конденсатора по-прежнему составляет более 15 лет.Но поскольку условия потенциально могут быть такими суровыми, Corsair приняла решение использовать здесь японский конденсатор, чтобы предотвратить любые возможные преждевременные сбои.

В: Что такое твердотельные конденсаторы и почему их так мало используют в источниках питания?

A: Все конденсаторы, показанные на фотографиях выше, являются, в частности, «алюминиевыми электролитическими» конденсаторами. В этих конденсаторах используется бумага, пропитанная жидким электролитом. Иногда используются твердотельные конденсаторы, но не исключительно и только на вторичной стороне.

На фотографии выше показаны некоторые твердотельные конденсаторы, используемые в AX1200i.

«Твердотельные конденсаторы» по-прежнему используют внутри алюминиевую фольгу, но используют твердый полимер в качестве электролита вместо жидкости. Это делает конденсатор менее чувствительным к изменениям окружающей среды, таким как тепло и влажность. Твердотельные конденсаторы также имеют более низкое ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), что делает их более эффективными. Звучит здорово, правда? Проблема в том, что твердотельные конденсаторы очень маленькие и выпускаются в ограниченном количестве.Например:  Я могу получить твердый конденсатор на 2700 мкФ… но это будет только 2,5 В! Я могу получить твердый конденсатор на 16 В… но только до 1000 мкФ. Мы находим твердотельные конденсаторы здесь и там внутри компьютерного блока питания, но они просто не обладают достаточно большой емкостью (достаточно высоким напряжением или достаточно большой емкостью), чтобы их можно было использовать в любом большом объеме в компьютерном блоке питания.

Другие конденсаторы, используемые в блоках питания компьютеров, представляют собой «металлизированные полипропиленовые» конденсаторы или «пленочные конденсаторы». Они обычно используются для фильтрации электромагнитных помех на входе переменного тока источника питания.

Заключение

Недавние усовершенствования в технологиях электропитания, которые помогают уменьшить пульсации и повысить общую эффективность, значительно увеличили срок службы компьютерных блоков питания. Хотя Corsair ценит более высокие стандарты качества конденсаторов японских брендов и будет продолжать использовать их для продуктов уровня энтузиастов (HX и выше) и в качестве первичных конденсаторов в большинстве серий блоков питания Corsair начального уровня, мы хотим гарантировать нашим клиентам, что мы проводить очень тщательное тестирование и постоянно работать над улучшением технологий блоков питания, и что выбор компонентов является очень важной частью процесса разработки блока питания Corsair для компьютеров.

Расчет спада напряжения на конденсаторе

Следующий калькулятор вычисляет спад напряжения на трехфазных батареях конденсаторов, соединенных звездой, после отключения их от источника питания. Расчет предполагает, что напряжение системы составляет 110 % от номинального, а конденсаторная батарея была отключена при пиковом напряжении.

На основе этих данных рассчитывается требуемый номинал разрядного резистора, чтобы соответствовать требованиям отраслевого стандарта к разрядке силовых конденсаторов среднего напряжения 50 В за 300 секунд (Стандарт IEEE 18-2012, Стандарт для шунтирующих силовых конденсаторов).

Пользовательский номинал резистора также может быть изучен и нанесен на график разрядной кривой рядом со стандартной разрядной кривой.

Калькулятор-1

---

Известные переменные: Батарея конденсаторов Трехфазный квар, системное напряжение и частота

Формулы и переменные

---

Где:

V Пик = Пиковое напряжение на конденсаторах Перед отключением (кВ)
V LL = Линейный рейтинг конденсатора (KV)
C = емкость конденсаторной стадии на фазу (мкФ )
08
F = частотный рейтинг конденсатора
			04 KVAR = трехфазный KVAR Рейтинг конденсаторной стадии (KVAR)
R = Сопротивление выпускного резистора (МОм)
V O = начальное напряжение конденсатора сразу после отключения (кВ)
t = время после отключения конденсатора (сек)
отключено (сек)

Интересно. ..

---

Конденсаторы при отключении накапливают энергию, а также улавливают напряжение. Это напряжение может представлять опасность, если техническое обслуживание соприкасается с клеммами конденсатора. В результате статья 460.28 (A) NEC и большинство других национальных стандартов гласит:

Должны быть предусмотрены средства для снижения остаточного напряжения конденсатора до 50 вольт или менее в течение 5 минут после отключения конденсатора от источника питания.

Производители силовых конденсаторов среднего напряжения встраивают разрядные резисторы в свои конденсаторы в соответствии с этими стандартами.Приведенный выше калькулятор вычисляет номинал резистора, кривую разряда или затухания, номинальную мощность резистора и энергию разряда конденсатора.

В некоторых случаях требуется более быстрый разряд напряжения. Более быстрый разряд достигается за счет уменьшения сопротивления резистора. При этом требования к номинальной мощности резистора возрастут. Обычно резисторы конденсаторов могут быть рассчитаны на разрядку конденсаторов не менее чем за 2 минуты.

Как выбрать емкость конденсатора для фильтрации шума источника питания?

Регулируемый источник питания должен быть рассчитан на низкий уровень входного и выходного шума.Шум блока питания можно уменьшить, выбрав правильный конденсатор для вашего блока питания. Размер конденсатора зависит от величины тока нагрузки. Вы можете использовать несколько конденсаторов параллельно для этой цели. В этой статье мы узнаем, как выбрать емкость конденсатора для фильтрации помех источника питания и фильтров электромагнитных помех на входе в источник питания.

Выберите номинал конденсатора для фильтрации источника питания

Для питания небольших электронных цепей может потребоваться напряжение постоянного тока.В то время как все распределение мощности находится в сети переменного тока. Следовательно, требуется преобразование мощности переменного тока в постоянный. Процесс называется выпрямлением, а схема называется выпрямителем.

Выпрямитель состоит из двухполупериодного или двухполупериодного выпрямителя. Каждый выпрямитель состоит из диодов. Выходной выпрямитель имеет пульсирующий постоянный ток (флуктуирующий постоянный ток), а не чистый постоянный ток. Для очистки выхода выпрямителя необходим фильтр. Фильтры могут быть сформированы из конденсаторов. Для подавления пульсаций напряжения требуется соответствующий номинал конденсатора.

Используйте следующую формулу для выбора емкости конденсатора для фильтрации помех питания.

$C=\frac{\Delta I}{2f_{AC}V_{rpp}}$

Ток представляет собой ток нагрузки, подаваемый конденсатором в нагрузку. Где V _rpp — размах напряжения пульсаций на выходе. Теоретически бесконечное значение конденсатора устранит пульсации напряжения.

Параметры для выбора конденсатора.

Это параметр для подбора конденсаторов для блока питания.Для рассмотрения этих параметров обратитесь к паспорту конденсатора.

Напряжение:

Указывает на максимальное рабочее постоянное или переменное среднеквадратичное напряжение конденсатора. Рабочее напряжение действительно для определенного диапазона напряжения.

Частота:

Зависит от производителя. Они могут указать ESR и ESL или ESL и добротность для расчета резонансной частоты.

Температурный коэффициент:

Показывает, как емкость изменяется при изменении температуры.Требуется небольшой температурный коэффициент, чтобы емкость не менялась.

Поляризация:

Конденсатор фильтра в цепи постоянного тока может помочь найти полярность напряжения с помощью поляризованного конденсатора. Но в случае большой мощности переменного тока поляризованный конденсатор выходит из строя.

Как рассчитать емкость конденсатора источника питания 5 В?

Как рассчитать емкость конденсатора источника питания 5 В?

Конденсаторы:

1. f= частота переменного тока ( 50 Гц)
2. R=расчетное сопротивление. R= V/Ic V= вторичное напряжение трансформатора. V=6√2=8. R=8,45/500 мА=16,9 Ом выбрано стандартное значение 18 Ом.
3. C= фильтрующая емкость.

Какой конденсатор лучше всего подходит для блока питания?

Обычно используются алюминиево-электролитические конденсаторы

, такие как EPCOS B43504 или B43505, с номинальным напряжением от 40 до 450 В постоянного тока и емкостью от 220 до 150 000 мкФ.

Как рассчитать конденсаторный фильтр для источника питания?

Стандартная формула для расчета конденсатора фильтра

1. C = I / (2 x f x Vpp)
2. C = I / 2 x f x Vpp (при частоте f = 100 Гц и требуемом токе нагрузки 2 ампера))
3. C = I / (2 x f x Vpp)

Как рассчитать пульсации напряжения источника питания?

Страница 1

1. ПУЛЬСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ.РАСЧЕТ. Ток нагрузки IL = 100 мА; RL ~ 160 Ом; С = 1000 мкФ; Vrms = 12 v.
2. = × × = >>
3. РЦ 160 1000 10. 160.
4. я С. ДВ. дт.
5. Δ В. и т. С. =
6. т. А. мс. Ф. в. в.
7. = × = × × = олт.
8. 01 83. 1000. 01 83 10. 083.

Что такое пульсации в источнике питания?

Пульсация (в частности, пульсация напряжения) в электронике — это остаточное периодическое изменение напряжения постоянного тока в источнике питания, полученное от источника переменного тока (AC).Эта пульсация возникает из-за неполного подавления переменного сигнала после выпрямления.

Что такое формула коэффициента пульсаций?

Коэффициент пульсации: Коэффициент пульсации является мерой эффективности схемы выпрямителя. Он определяется как отношение среднеквадратичного значения составляющей переменного тока (пульсационной составляющей) Irms в выходном сигнале к составляющей постоянного тока VDC в выходном сигнале.

Что такое коэффициент пульсации и как он рассчитывается?

Коэффициент пульсаций определяется как отношение среднеквадратичного значения составляющей переменного тока к среднеквадратичному значению составляющей постоянного тока на выходе выпрямителя. Символ обозначается «γ», а формула R.F упоминается ниже. Это чрезвычайно важно при определении эффективности выхода выпрямителя.

Что такое коэффициент пульсации и форм-фактор?

Определение коэффициента пульсаций Коэффициент пульсаций (RF) сигнала определяется как отношение среднеквадратичного значения переменного компонента сигнала к среднему значению сигнала. Качественно значение RF дает представление о количестве гармоник, присутствующих в форме волны постоянного тока. RF=0 для чистого постоянного тока.

Как уменьшить пульсации напряжения источника питания?

Уменьшение пульсаций в источниках питания Пульсации можно уменьшить с помощью сглаживающих конденсаторов, которые преобразуют пульсации напряжения в более плавное напряжение постоянного тока.Для этого широко используются алюминиевые электролитические конденсаторы емкостью 100 мкФ и более. Повторяющиеся импульсы постоянного тока заряжают конденсатор до пикового напряжения.