כיצד לחשב ספקי כוח ללא שנאים

פוסט זה מסביר כיצד לחשב ערכי נגדים וקבלים במעגלי אספקת חשמל ללא שנאים באמצעות נוסחאות פשוטות כמו חוק אוהם.

ניתוח אספקת חשמל פעילה

לפני שנלמד את הנוסחה לחישוב וביצוע אופטימיזציה של ערכי הנגד וקבלים באספקת חשמל ללא שנאי, יהיה חשוב לסכם תחילה תקן עיצוב אספקת חשמל ללא שנאים .

בהתייחס לתרשים, הרכיבים השונים המעורבים מוקצים לפונקציות הספציפיות הבאות:

C1 הוא קבל מתח גבוה שאינו קוטבי אשר מוצג להפלת זרם הרשת הקטלני לגבולות הרצויים לפי מפרט העומס. רכיב זה הופך לפיכך לקריטי ביותר בשל פונקציית הגבלת זרם הרשת המוקצה.

D1 עד D4 מוגדרים כ- רשת מיישר גשרים לתיקון זרם ה- AC המופעל מ- C1, על מנת להפוך את הפלט מתאים לכל עומס DC המיועד.

Z1 ממוקם לייצוב התפוקה למגבלות המתח הבטוחות הנדרשות.

C2 מותקן ל לסנן כל אדווה ב- DC וכדי ליצור DC נקי לחלוטין לעומס המחובר.

R2 עשוי להיות אופציונלי אך מומלץ להתמודד עם נחשול מתג מזרם החשמל, אם כי רצוי להחליף רכיב זה בתרמיסטור NTC.

שימוש בחוק אוהם

כולנו יודעים כיצד פועל חוק אוהם וכיצד להשתמש בו למציאת הפרמטר הלא ידוע כאשר ידוע על שני האחרים. עם זאת, עם סוג קיבולי של ספק כוח בעל תכונות מוזרות ועם נוריות המחוברות אליו, חישוב זרם, ירידת מתח ונגד LED הופך קצת מבלבל.

כיצד לחשב ולהפחית פרמטרים של זרם, מתח באספקת חשמל ללא שנאים.

לאחר בחינה מדוקדקת של הדפוסים הרלוונטיים, פיתחתי דרך פשוטה ויעילה לפתור את הבעיות שלעיל, במיוחד כאשר ספק הכוח המשמש הוא ללא שנאי או משלב קבלים PPC או תגובתיות לבקרת זרם.

הערכת זרם ספקי כוח קיבוליים

בדרך כלל, א ספק כוח ללא שנאים יפיק פלט עם ערכי זרם נמוכים מאוד אך עם מתח השווה לרשת החשמל המופעלת (עד שהוא נטען).

לדוגמא, 1 µF, 400 וולט (מתח התמוטטות) כאשר הוא מחובר לזרם חשמל 220 V x 1.4 = 308 וולט (לאחר גשר) יפיק מקסימום 70 mA זרם וקריאת מתח ראשונית של 308 וולט.

עם זאת מתח זה יראה ירידה ליניארית מאוד ככל שהפלט נטען והזרם נשאב ממאגר '70 mA'.

אנו יודעים שאם העומס גוזל את כל ה- 70 mA, פירושו שהמתח יורד לכמעט אפס.

כעת מכיוון שהירידה הזו היא ליניארית, אנו יכולים פשוט לחלק את מתח המוצא הראשוני עם הזרם המקסימלי כדי למצוא את טיפות המתח המתרחשות בגדלים שונים של זרמי עומס.

לכן חלוקה של 308 וולט ב- 70 mA נותנת 4.4V. זה הקצב בו המתח יירד לכל 1 mA זרם שנוסף עם העומס.

זה מרמז שאם העומס צורך 20 מיליאמפר של זרם, ירידת המתח תהיה 20 × 4.4 = 88 וולט, כך שהפלט כעת יציג מתח של 308 - 62.8 = 220 וולט DC (אחרי גשר).

למשל עם א נורית 1 ואט מחובר ישירות למעגל זה ללא נגד יראה מתח השווה לירידת מתח קדימה של ה- LED (3.3V), זאת מכיוון שה- LED שוקע כמעט את כל הזרם הקיים מהקבל. עם זאת המתח על פני ה- LED אינו יורד לאפס מכיוון שהמתח קדימה הוא מתח מוגדר מקסימאלי שיכול לרדת עליו.

מהדיון והניתוח לעיל מתברר כי מתח בכל יחידת אספקת חשמל אינו חשוב אם יכולת המסירה הנוכחית של ספק הכוח נמוכה 'יחסית'.

לדוגמא אם אנו רואים נורית LED, היא יכולה לעמוד בזרם של 30 עד 40 מיליאמפר במתחים הקרובים ל'ירידת המתח קדימה ', אולם במתח גבוה יותר זרם זה עלול להפוך למסוכן עבור נורית ה- LED, ולכן הכל על שמירה על הזרם המרבי השווה ל מגבלת העומס המרבית המותרת.

חישוב ערכי הנגד

נגד לעומס : כאשר נורת LED משמשת כעומס, מומלץ לבחור בקבל שערך התגובה שלו מאפשר רק את הזרם הנסבל המרבי לנורת הנורה, ובמקרה כזה ניתן להימנע מנגד.

אם ה ערך קבלים הוא גדול עם תפוקות זרם גבוהות יותר, אז ככל הנראה כפי שפורט לעיל נוכל לשלב נגד כדי להפחית את הזרם לגבולות נסבלים.

חישוב נגד מגבלת נחשולים : הנגד R2 בטפסים של התרשים שלמעלה נכלל כנגד מגביל מתח המגביר. זה בעצם מגן על העומס הפגיע מזרם הזינוק הראשוני.

במהלך תקופות ההפעלה הראשוניות, הקבל C1 פועל כמו קצר חשמלי, אם כי רק לכמה אלפיות השנייה, ועשוי לאפשר את כל ה -220 וולט על פני הפלט.

זה עשוי להספיק כדי לפוצץ את המעגלים האלקטרוניים הרגישים או נוריות הנוריות המחוברות לאספקה, הכוללת גם את דיודת הזנר המייצבת.

מכיוון שדיודת הזנר מהווה את המכשיר האלקטרוני הראשון בתור, שיש לשמור עליו מפני הזינוק הראשוני, ניתן לחשב את R2 לפי מפרט דיודות הזנר, ואת המקסימום זרם זנר , או פיזור זנר.

הזרם המרבי המותר על ידי הזנר לדוגמא שלנו יהיה 1 וואט / 12 וולט = 0.083 אמפר.

לכן R2 צריך להיות = 12 / 0.083 = 144 אוהם

עם זאת, מכיוון שזרם הזינוק הוא רק באלפיות השנייה, ערך זה יכול להיות נמוך בהרבה מזה.

כאן. אנו לא שוקלים את קלט 310V לחישוב הזנר, מכיוון שהזרם מוגבל ל- 70 mA על ידי C1.

מכיוון ש- R2 יכול להגביל ללא צורך זרם יקר לעומס במהלך הפעילות הרגילה, הוא חייב להיות אידיאלי NTC סוג הנגד. NTC יוודא שהזרם מוגבל רק בתקופת ההפעלה הראשונית, ואז ניתן להוסיף את כל ה -70 mA המלא ללא הגבלה בעומס.

חישוב הנגד לפריקה : הנגד R1 משמש לפריקת מטען המתח הגבוה המאוחסן בתוך C1, בכל פעם שהמעגל מנותק מהחשמל.

ערך R1 צריך להיות נמוך ככל האפשר לפריקה מהירה של C1, ובכל זאת להפיג חום מינימלי תוך כדי חיבור לרשת החשמל.

מכיוון ש- R1 יכול להיות נגד של 1/4 וואט, פיזורו חייב להיות נמוך מ- 0.25 / 310 = 0.0008 אמפר או 0.8 מילי-אמפר.

לכן R1 = 310 / 0.0008 = 387500 אוהם או 390 k בערך.

חישוב נגד 20 mA LED

דוגמה: בתרשים המוצג, ערך הקבל מייצר 70 mA של מקסימום זרם שהוא די גבוה עבור כל נורית LED לעמוד. באמצעות נוסחת ה- LED / הנגד הרגילה:

R = (מתח אספקה ​​VS - מתח קדימה LED VF) / זרם LED IL,
= (220 - 3.3) /0.02 = 10.83K,

עם זאת הערך של 10.83K נראה די עצום, ויוריד באופן משמעותי את התאורה על ה- LED .... בכל זאת החישובים נראים לגיטימיים לחלוטין .... אז חסר לנו משהו כאן ??

אני חושב שכאן המתח '220' לא יכול להיות נכון כי בסופו של דבר הנורית תדרוש 3.3V בלבד .... אז למה לא להחיל ערך זה בנוסחה שלעיל ולבדוק את התוצאות? במקרה שהשתמשת בדיודת זנר, ניתן להחיל כאן את ערך הזנר במקום.

אוקי, הנה נלך שוב.

R = 3.3 / 0.02 = 165 אוהם

עכשיו זה נראה הרבה יותר טוב.

אם השתמשת, נניח דיודת זנר 12V לפני הנורית, ניתן לחשב את הנוסחה כמפורט להלן:

R = (מתח אספקה ​​VS - מתח קדימה LED VF) / זרם LED IL,
= (12 - 3.3) /0.02 = 435 אוהם,

לכן ערך הנגד לשליטה באחד נורית LED אדומה בבטחה יהיה סביב 400 אוהם.

מציאת זרם קבלים

בכל התכנון חסר השנאי שעליו דנו לעיל, C1 הוא המרכיב החשוב ביותר אותו יש לממד כראוי כך שתפוקת הזרם ממנו תתאים בצורה אופטימלית בהתאם למפרט העומס.

בחירת קבלים בעלי ערך גבוה לעומס קטן יחסית עשויה להגדיל את הסיכון לזרם נחשול מוגזם להיכנס לעומס ולפגוע בו מוקדם יותר.

קבלים מחושבים כראוי להיפך מבטיחים זרם מתח מבוקר ופיזור סמלי ושומרים על בטיחות מספקת לעומס המחובר.

שימוש בחוק אוהם

גודל הזרם שעשוי להיות מותר באופן אופטימלי באמצעות ספק כוח ללא שנאי עבור עומס מסוים עשוי להיות מחושב על פי חוק אוהם:

אני = V / R

כאשר אני = זרם, V = מתח, R = התנגדות

עם זאת, כפי שניתן לראות, בנוסחה לעיל R הוא פרמטר מוזר מכיוון שיש לנו קבלים כחבר המגביל הנוכחי.

על מנת לפצח זאת עלינו לגזור שיטה שתתרגם את הערך המגביל הנוכחי של הקבל במונחים של אוהם או יחידת התנגדות, כך שניתן יהיה לפתור את נוסחת החוק של אוהם.

חישוב תגובת קבלים

לשם כך אנו מגלים תחילה את תגובת הקבל אשר עשויה להיחשב כמקבילה ההתנגדות של הנגד.

הנוסחה לתגובה היא:

Xc = 1/2 (pi) fC

כאשר Xc = תגובתיות,

pi = 22/7

f = תדר

C = ערך קבלים בפאראדס

התוצאה המתקבלת מהנוסחה הנ'ל היא באום שניתן להחליף ישירות בחוק אוהם שהוזכר קודם לכן.

בואו נפתור דוגמה להבנת יישום הנוסחאות הנ'ל:

בואו נראה כמה זרם יכול 1uF יכול לספק לעומס מסוים:

בידינו הנתונים הבאים:

pi = 22/7 = 3.14

f = 50 הרץ (תדר AC)

ו- C = 1uF או 0.000001F

פתרון משוואת התגובה באמצעות הנתונים לעיל נותן:

Xc = 1 / (2 x 3.14 x 50 x 0.000001)

= 3184 אוהם בערך

החלפת ערך התנגדות שווה ערך זה בנוסחת החוק של אוהם שלנו, אנו מקבלים:

R = V / I

או I = V / R

בהנחה ש- V = 220V (מכיוון שהקבל מיועד לעבוד עם מתח הרשת).

אנחנו מקבלים:

אני = 220/3184

= 0.069 אמפר או 69 mA בערך

באופן דומה ניתן לחשב קבלים אחרים על מנת לדעת את יכולת המסירה הנוכחית המרבית שלהם או דירוגם.

הדיון לעיל מסביר באופן מקיף כיצד ניתן לחשב זרם קבלים בכל מעגל רלוונטי, במיוחד בספקי קיבול ללא שנאים.

אזהרה: התכנון שלעיל אינו מבודד מתשומות עיקריות, ולכן היחידה כולה יכולה לשטוף עם עיקרי תשומות קלים, היה זהיר במיוחד בזמן שמטפלים במצב מוגדר בעמדה.