Comment calculer les alimentations sans transformateur

Cet article explique comment calculer les valeurs de résistance et de condensateur dans les circuits d'alimentation sans transformateur à l'aide de formules simples comme la loi d'Ohm.

Analyse d'une alimentation capacitive

Avant d'apprendre la formule de calcul et d'optimisation des valeurs de résistance et de condensateur dans une alimentation sans transformateur, il serait important de résumer d'abord une norme conception d'alimentation sans transformateur .

En se référant au schéma, les différents composants impliqués sont affectés aux fonctions spécifiques suivantes:

C1 est le condensateur haute tension non polaire qui est introduit pour faire chuter le courant mortel du secteur aux limites souhaitées selon les spécifications de charge. Ce composant devient ainsi extrêmement crucial en raison de la fonction de limitation du courant secteur assignée.

D1 à D4 sont configurés comme pont redresseur réseau pour redresser le courant alternatif abaissé de C1, afin de rendre la sortie adaptée à toute charge DC prévue.

Z1 est positionné pour stabiliser la sortie aux limites de tension de sécurité requises.

C2 est installé sur filtrer toute ondulation dans le DC et pour créer un DC parfaitement propre pour la charge connectée.

R2 peut être facultatif, mais il est recommandé pour lutter contre une surtension de mise en marche du secteur, bien que de préférence ce composant doive être remplacé par une thermistance NTC.

Utilisation de la loi d'Ohm

Nous savons tous comment fonctionne la loi d'Ohm et comment l'utiliser pour trouver le paramètre inconnu lorsque les deux autres sont connus. Cependant, avec un type d'alimentation capacitif ayant des caractéristiques particulières et avec des LED connectées, le calcul du courant, de la chute de tension et de la résistance LED devient un peu déroutant.

Comment calculer et déduire les paramètres de courant et de tension dans les alimentations sans transformateur.

Après avoir soigneusement étudié les modèles pertinents, j'ai mis au point un moyen simple et efficace de résoudre les problèmes ci-dessus, en particulier lorsque l'alimentation utilisée est sans transformateur ou incorpore des condensateurs PPC ou une réactance pour contrôler le courant.

Évaluation du courant dans les blocs d'alimentation capacitifs

En règle générale, un alimentation sans transformateur produira une sortie avec des valeurs de courant très faibles mais avec des tensions égales au secteur AC appliqué (jusqu'à ce qu'il soit chargé).

Par exemple, un 1 µF, 400 V (tension de claquage) lorsqu'il est connecté à une alimentation secteur 220 V x 1,4 = 308 V (après pont) produira un maximum de 70 mA de courant et une tension initiale de 308 volts.

Cependant, cette tension montrera une chute très linéaire au fur et à mesure que la sortie se charge et que le courant est tiré du réservoir «70 mA».

Nous savons que si la charge consomme les 70 mA entiers, la tension tomberait presque à zéro.

Maintenant que cette baisse est linéaire, nous pouvons simplement diviser la tension de sortie initiale avec le courant maximum pour trouver les chutes de tension qui se produiraient pour différentes amplitudes de courants de charge.

Par conséquent, diviser 308 volts par 70 mA donne 4,4V. Il s'agit de la vitesse à laquelle la tension chutera pour chaque 1 mA de courant ajouté à la charge.

Cela implique que si la charge consomme 20 mA de courant, la chute de tension sera de 20 × 4,4 = 88 volts, de sorte que la sortie affichera maintenant une tension de 308 - 62,8 = 220 volts CC (après le pont).

Par exemple avec un LED de 1 watt connecté directement à ce circuit sans résistance montrerait une tension égale à la chute de tension directe de la LED (3,3 V), c'est parce que la LED absorbe presque tout le courant disponible du condensateur. Cependant, la tension aux bornes de la LED ne tombe pas à zéro car la tension directe est la tension maximale spécifiée qui peut chuter à travers elle.

À partir de la discussion et de l'analyse ci-dessus, il devient clair que la tension dans toute unité d'alimentation électrique est sans importance si la capacité de fourniture de courant de l'alimentation électrique est «relativement» faible.

Par exemple, si nous considérons une LED, elle peut supporter un courant de 30 à 40 mA à des tensions proches de sa `` chute de tension directe '', mais à des tensions plus élevées, ce courant peut devenir dangereux pour la LED, il s'agit donc de maintenir le courant maximum égal à la limite maximale de sécurité tolérable de la charge.

Calcul des valeurs de résistance

Résistance pour la charge : Lorsqu'une LED est utilisée comme charge, il est recommandé de choisir un condensateur dont la valeur de réactance ne permet que le courant maximum tolérable vers la LED, auquel cas une résistance peut être totalement évitée.

Si la valeur du condensateur est grand avec des sorties de courant plus élevées, alors probablement comme indiqué ci-dessus, nous pouvons incorporer une résistance pour réduire le courant à des limites tolérables.

Calcul de la résistance de limite de surtension : La résistance R2 dans les schémas ci-dessus est incluse en tant que résistance limiteur de surtension à l'allumage. Il protège essentiellement la charge vulnérable du courant de surtension initial.

Pendant les périodes de mise en marche initiales, le condensateur C1 agit comme un court-circuit complet, bien que juste pendant quelques millisecondes, et peut autoriser tout le 220V à travers la sortie.

Cela peut suffire à faire sauter les circuits électroniques sensibles ou les LED connectées à l'alimentation, qui comprend également la diode Zener de stabilisation.

Étant donné que la diode Zener forme le premier dispositif électronique en ligne qui doit être protégé de la surtension initiale, R2 peut être calculé selon les spécifications de la diode Zener, et le maximum courant zener , ou dissipation de zener.

Le courant maximal tolérable par le zener pour notre exemple sera de 1 watt / 12 V = 0,083 ampères.

Par conséquent, R2 doit être = 12 / 0,083 = 144 Ohms

Cependant, comme le courant de surtension n'est que pendant une milliseconde, cette valeur pourrait être bien inférieure à cela.

Ici. nous ne considérons pas l'entrée 310V pour le calcul zener, car le courant est limité à 70 mA par le C1.

Puisque R2 peut inutilement restreindre le courant précieux pour la charge pendant les opérations normales, il doit idéalement être un NTC type de résistance. Un NTC s'assurera que le courant est limité uniquement pendant la période initiale de mise en marche, puis les 70 mA complets sont autorisés à passer sans restriction pour la charge.

Calcul de la résistance de décharge : La résistance R1 est utilisée pour décharger la charge haute tension stockée à l'intérieur de C1, chaque fois que le circuit est débranché du secteur.

La valeur de R1 doit être aussi faible que possible pour une décharge rapide de C1, tout en dissipant la chaleur minimale tout en étant connecté au secteur.

Puisque R1 peut être une résistance de 1/4 watt, sa dissipation doit être inférieure à 0,25 / 310 = 0,0008 ampères ou 0,8 mA.

Donc R1 = 310 / 0,0008 = 387500 Ohms ou 390 k environ.

Calcul d'une résistance LED 20 mA

Exemple: Dans le diagramme illustré, la valeur du condensateur produit 70 mA de max. courant qui est assez élevé pour que toute LED puisse résister. En utilisant la formule standard LED / résistance:

R = (tension d'alimentation VS - tension directe de la LED VF) / courant de la LED IL,
= (220 - 3,3) / 0,02 = 10,83 K,

Cependant, la valeur de 10,83K semble assez énorme et réduirait considérablement l'éclairage de la LED ... Néanmoins, les calculs semblent absolument légitimes ... alors manquons-nous quelque chose ici ??

Je pense qu'ici la tension «220» pourrait ne pas être correcte parce que finalement la LED ne nécessiterait que 3,3V .... alors pourquoi ne pas appliquer cette valeur dans la formule ci-dessus et vérifier les résultats? Si vous avez utilisé une diode Zener, la valeur Zener peut être appliquée ici à la place.

Ok, nous y revoilà.

R = 3,3 / 0,02 = 165 ohms

Maintenant, cela semble beaucoup mieux.

Dans le cas où vous avez utilisé, disons une diode Zener 12V avant la LED, la formule pourrait être calculée comme indiqué ci-dessous:

R = (tension d'alimentation VS - tension directe de la LED VF) / courant de la LED IL,
= (12 - 3,3) / 0,02 = 435 Ohms,

Par conséquent, la valeur de la résistance pour contrôler un LED rouge en toute sécurité serait d'environ 400 ohms.

Recherche du courant du condensateur

Dans toute la conception sans transformateur discutée ci-dessus, C1 est le composant crucial qui doit être dimensionné correctement afin que le courant de sortie de celui-ci soit optimisé de manière optimale selon la spécification de charge.

La sélection d'un condensateur de valeur élevée pour une charge relativement plus petite peut augmenter le risque de surtension excessive entrant dans la charge et l'endommageant plus tôt.

Un condensateur correctement calculé assure au contraire un appel de surtension contrôlé et une dissipation nominale en maintenant une sécurité adéquate pour la charge connectée.

Utilisation de la loi d'Ohm

L'amplitude du courant qui peut être autorisée de manière optimale via une alimentation sans transformateur pour une charge particulière peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm:

I = V / R

où I = courant, V = tension, R = résistance

Cependant, comme nous pouvons le voir, dans la formule ci-dessus, R est un paramètre étrange car nous avons affaire à un condensateur comme élément de limitation de courant.

Pour résoudre ce problème, nous devons dériver une méthode qui traduira la valeur de limitation de courant du condensateur en Ohms ou en unité de résistance, de sorte que la formule de la loi d'Ohm puisse être résolue.

Calcul de la réactance du condensateur

Pour ce faire, nous recherchons d'abord la réactance du condensateur qui peut être considérée comme l'équivalent de résistance d'une résistance.

La formule de la réactance est:

Xc = 1/2 (pi) fC

où Xc = réactance,

pi = 22/7

f = fréquence

C = valeur du condensateur en Farads

Le résultat obtenu à partir de la formule ci-dessus est en Ohms qui peut être directement substitué dans notre loi d'Ohm précédemment mentionnée.

Résolvons un exemple pour comprendre l'implémentation des formules ci-dessus:

Voyons combien de courant un condensateur 1uF peut fournir à une charge particulière:

Nous avons les données suivantes en main:

pi = 22/7 = 3,14

f = 50 Hz (fréquence secteur AC)

et C = 1uF ou 0,000001F

La résolution de l'équation de réactance en utilisant les données ci-dessus donne:

Xc = 1 / (2 x 3,14 x 50 x 0,000001)

= 3184 ohms environ

En remplaçant cette valeur de résistance équivalente dans notre formule de loi d'Ohm, nous obtenons:

R = V / I

ou I = V / R

En supposant que V = 220 V (puisque le condensateur est destiné à fonctionner avec la tension secteur.)

On a:

I = 220/3184

= 0,069 ampères ou 69 mA environ

De même, d'autres condensateurs peuvent être calculés pour connaître leur capacité ou leur valeur nominale maximale.

La discussion ci-dessus explique en détail comment un courant de condensateur peut être calculé dans n'importe quel circuit pertinent, en particulier dans les alimentations capacitives sans transformateur.

AVERTISSEMENT: LA CONCEPTION CI-DESSUS N'EST PAS ISOLÉE DE L'ENTRÉE SECTEUR, PAR CONSÉQUENT, TOUTE L'UNITÉ POURRAIT FLOTTER AVEC LE SECTEUR D'ENTRÉE LETHAL, SOYEZ EXTRÊMEMENT PRUDENT LORS DE LA MANIPULATION EN POSITION DE COMMUTATION.