Zasilacz beztransformatorowy.pdf

Zasilacz beztransformatorowy

Do czego to służy?

Tytuł projektu wyjaśnia wszystko – chodzi

o zasilacz, w którym zamiast transformatora

zastosowano kondensator ograniczający prąd.

Należy dodać, że niniejszy artykuł powstał

pod wpływem licznych próśb. Wielu Czytelni−

ków prosiło o wyczerpujące omówienie tema−

tu prostych zasilaczy beztransformatorowych.

Zasilacze beztransformatorowe mają spe−

cyficzne cechy, które trzeba znać i uwzglę−

dniać. Przede wszystkim charakteryzują się

niewielką wydajnością prądową, nie większą

niż 100mA. Po drugie, nawet drobne błędy

montażowe mogą spowodować uszkodzenie

elementów, a nawet ich eksplozję.

Co bardzo istotne, zasilacze takie nie za−

pewniają oddzielenia galwanicznego od sieci.

Oznacza to, że na elementach zasilacza i, co

ważniejsze – na zasilanym układzie, może wy−

stępować pełne napięcie sieci energetycznej.

Napięcie to jest groźne dla życia i zdrowia.

Prezentowany bardzo prosty projekt oznaczo−

no trzema gwiazdkami właśnie ze względu na

niebezpieczeństwo porażenia. Niniejszy układ

w żadnym wypadku nie jest przeznaczony dla

początkujących, ajedynie dla doświadczonych

elektroników, dobrze znających obowiązujące

przepisy bezpieczeństwa.

Zasilacze beztransformatorowe są częstym

obiektem zainteresowania amatorów, bo są

nieco tańsze od klasycznych. Właśnie ze

względu na ryzyko śmiertelnego porażenia

(podczas uruchomiania układu a także pod−

czas normalnego użytkowania) w wielu wy−

padkach należy jednak zastosować klasyczny

zasilacz z transformatorem, a nie oszczędzać

dosłownie 2...4zł różnicy wcenie transforma−

tora i kondensatorów szeregowych. Klasycz−

ny zasilacz z niewielkim transformatorem,

nawet najmniejszym TS2/XX, dostarczy wię−

cej prądu, a co najważniejsze, zapewni sku−

teczne oddzielenie galwaniczne zasilanego

układu od sieci energetycznej.

tancję pojemnościową) i to on wyznacza wy−

dajność prądową zasilacza, czyli maksymalną

wartość prądu I OUT . Czym większa pojem−

ność, tym mniejsza reaktancja i tym więcej

prądu można pobrać z zasilacza. Dzięki prze−

sunięciu między prądem a napięciem w kon−

densatorze nie wydziela się moc strat. Gdyby

zamiast kondensatora zastosować rezystor,

wydzielałaby się wnim niepotrzebnie znaczna

moc (np. przy prądzie 50mAponad 10W).

W układzie należy stosować kondensator

Cx przeznaczony do pracy przy napięciu

zmiennym 220V.

gdy układ zostaje dołączony do sieci wchwi−

li, gdy chwilowa wartość napięcia przekracza

300V. Bez rezystora R1 przez, diody i puste

kondensatory Cx, C1 popłynąłby przez chwi−

lę bardzo duży prąd o wartości ograniczonej

jedynie rezystancjami połączeń. Rezystor R1

ograniczy ten impuls do wartości co najwyżej

kilku amperów, bezpiecznej dla diod typu

1N400X. Przy prądach większych niż 25mA

należy obliczyć moc wydzielaną w tym rezy−

storze (P=I 2 R1) izastosować rezystor oodpo−

wiedniej obciążalności. W każdym przypad−

ku powinien to być rezystor o obciążalności

co najmniej 0,5W, także ze względu na fakt,

że w chwili włączenia do sieci na chwilę mo−

że się na nim pojawić

pełne napięcie sieci.

Obowiązkowo

trzeba też zastosować

rezystor lub lepiej re−

zystory R2, R3. Ich

zadaniem jest rozłado−

wać kondensator Cx

po odłączeniu zasila−

cza od sieci. Bez nich,

utrzymujący się długo

ładunek na Cx może spowodować nieprzyjem−

ny udar przy dotknięciu punktów A, B(bolców

wtyku sieciowego). W czasie pracy występuje

na nich napięcie bliskie napięciu sieci, stąd po−

łączenie szeregowe dwóch małych rezystorów.

Przy okazji rezystory te zwiększają nieco wy−

dajność prądową zasilacza.

Dioda Zenera D5 (lub podobny układ ogra−

niczający napięcie) też jest bezwzględnie

konieczna. Nie tylko wyznacza ona potrzebne

w danym przypadku napięcie wyjściowe.

Trzeba pamiętać, że przy braku obciążenia R L ,

a także przy mniejszym obciążeniu wyjścia

napięcie wyjściowe wzrastałoby nadmiernie

i doprowadziłoby do eksplozji C1. Przy braku

Rys. 1

Absolutnie nie nadają się tu popularne

kondensatory foliowe MKT (stare krajowe

MKSE) o napięciu nominalnym 250V. Na−

pięcie nominalne dotyczy chwilowej warto−

ści napięcia stałego, a jak wiadomo wartość

szczytowa przebiegu sieci znacznie przekra−

cza 300V. W zasilaczach beztransformatoro−

wych najczęściej stosuje się kondensatory

polipropylenowe (MKP, stare krajowe

KFPM) o napięciu nominalnym 400V. Moż−

na też wykorzystać popularne kondensatory

poliestrowe (MKT, stare krajowe MKSE),

ale na napięcie nie niższe niż 630V.

Niewielki rezystor szeregowy R1 jest ko−

nieczny, bo zabezpiecza diody w przypadku

Jak to działa?

Schemat ideowy typowego zasilacza beztran−

sformatorowego pokazany jest na rysunku 1 .

Rola prostownika mostkowego D1...D4 oraz

kondensatora filtrującego C1 jest oczywista.

Kluczowym elementem jest kondensator

Cx. Kondensator ten ma jakąś oporność (reak−

Elektronika dla Wszystkich

obciążenia R L cały prąd płynie przez diodę D5

i wydziela się na niej największa moc strat.

Przy większych prądach, zamiast popularnych

diod Zenera o mocy strat 0,4W, należy stoso−

wać diody o mocy 1,3Wlub połączenie diody

i tranzystora, pokazane na rysunku 1.

prostownika z jedną diodą według rysunku

4a . Układ nie będzie w ogóle pracował, po−

nieważ kondensator Cx raz naładowany nie

będzie się mógł rozładować. W każdym

przypadku konieczne jest wykorzystanie obu

połówek sieci, na przykład według rysun−

ków 4b...4d.

Pomimo zastosowania diod Zenera, pokaza−

ne zasilacze mają stosunkowo duże tętnienia.

Tętnienia zależą od pojemności C1, dlatego na

rysunku 1 zaproponowano kondensator o po−

jemności aż 1000µ F. Jeśli trzeba, do wszystkich

pokazanych układów można dodać stabilizator,

na przykład z rodziny 78XX czy “ujemny”

z rodziny 79XX, pamiętając, że sam

stabilizator pobiera około 5mA prą−

du. Można wtedy zastosować kon−

densator filtrujący o znacznie mniej−

szej pojemności. Aby wżadnym wy−

padku nie dopuścić do nadmiernego

wzrostu napięcia na C1, należy za−

wsze stosować dodatkową diodę Ze−

nera według rysunku 5a lub 5b . Na−

pięcie tej diody powinno być co naj−

mniej 6...12V większe od napięcia

wyjściowego stabilizatora.

Kondensator Cx

Konstruktor, który świadomy ograniczeń

i niebezpieczeństw zdecyduje się na zastoso−

wanie zasilacza beztransformatorowego po−

trzebuje informacji o wydajności prądowej

wzależności od pojemności Cx. Tabela 1 za−

wiera zmierzone wartości prądów dla róż−

nych wartośc i Cx.

Prąd przy

190V

[mA] [mA]

0 0 1,9 1,6

33nF 33,3nF 2,78 2,38

68nF 67,7nF 4,63 3,95

100 107nF 6,81 5,82

220nF 210nF 12,6 10,9

330nF 330nF 19,2 16,5

470nF 473nF 27,3 23,2

680nF 678nF 38,4 33,1

1uF 1,02uF 57,8 49,4

1,5uF 1,56uF 86,7 74,5

Pojemność

zmierzona

Prąd przy

220V

Rys. 3

Rys. 4

Montaż i uruchomienie

Na elementach zasilaczy

beztransformatorowych

oraz na zasilanych nimi

układach występuje pełne

napięcie sieci energetycznej,

które jest groźne dla życia

i zdrowia.

W żadnym wypadku nie

są to układy przeznaczone

dla początkujących,

w szczególności

niewykwalifikowanych,

młodych hobbystów.

Należy zwrócić uwagę na rubrykę zawie−

rającą dane uzyskane przy obniżonym do

190V napięciu sieci – przecież napięcie sieci

może być znacznie mniejsze od nominalne−

go, a zasilany układ musi nadal poprawnie

pracować. Na podstawie danych z tabeli po−

wstał rysunek 2 , który okaże się pomocny

przy doborze pojemności kondensatora Cx

w zależności od potrzebnego prądu.

Rys. 2

Dane z tabeli 1 i czerwona linia na rysun−

ku 2 dotyczą układu z prostownikiem dwu−

połówkowym według rysunku 1.

Zasilacz o takiej konfiguracji ma jednak

właściwości uniemożliwiające wykorzystanie

go na przykład w układzie bezpośredniego

sterowania triaka. Jeśli zasilacz ma współpra−

cować z triakiem, jedna z linii sieci musi być

połączona zelektrodą A1 triaka. Kiedy indziej

potrzebne będzie napięcie symetryczne. Wte−

dy można wykonać zasilacz według rysunku

3 . Zielona linia na rysunku 2 dotyczy prostow−

nika jednopołówkowego wg rysunku 3.

Zasilacze beztransformatorowe budowane

są w różnych odmianach. Nie zawsze po−

trzebne jest napięcie symetryczne. Jednak

w żadnym wypadku nie można zastosować

Wyjaśnienia wymaga jeszcze sprawa za−

leżności wydajności prądowej od napięcia

wyjściowego.

Ponieważ napięcie wyjściowe jest przy−

najmniej 10−krotnie mniejsze od napięcia sie−

ci (a oporność Cx jest co najmniej 10−krotnie

większa od wypadkowej oporności obciąże−

nia), wydajność prądowa zależy głównie od

pojemności Cx oraz napięcia, a niewiele od

napięcia wyjściowego. Zasilacz zachowuje

się jak (słabej jakości) źródło prądowe. Ozna−

cza to, że linie zrysunku 3 można śmiało wy−

korzystać, gdy napięcie wyjściowe nie prze−

kracza 12V. Gdyby miało być większe, nale−

ży zwiększyć okilka procent pojemność kon−

densatora Cx.

Testowany model zmontowano wpo−

staci “pająka”. Zazwyczaj beztran−

sformatorowe zasilacze będą monto−

wane na płytkach wraz z zasilanym

układem. Przy projektowaniu płytki

należy zwrócić uwagę na odstępy

między ścieżkami (punktami), mie−

dzy którymi występuje napięcie sieci. Odle−

głości te nie powinny być mniejsze niż 1mm.

Ciąg dalszy na stronie 88

Wykaz elementów

(zasiillacz wg rysunku 1)

Cx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .wg rysunku 2

D1......D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001......7

D5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .wedłług pottrzeb 3,,3......24V

Elektronika dla Wszystkich

Pojemność

nominalna

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220 ΩΩ 0,,5W

R2,,R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47k ΩΩ

C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220........1000

Po zmontowaniu zasilacza należy wyjąt−

kowo starannie skontrolować poprawność

montażu. Błąd może zaowocować uszkodze−

niem elementów, a nawet ich wybuchem.

Podczas uruchamiania i testowania ukła−

du zasilanego w opisywany sposób trzeba

zachowywać wyjątkową ostrożność – do−

tknięcie dowolnego punktu takiego układu

może skończyć się porażeniem i śmiercią.

Niebezpieczeństwo dotyczy także wszel−

kich dołączonych przyrządów pomiaro−

wych, np. oscyloskop, generator, itp., nieza−

leżnie od tego, czy mają one wtyczkę z ob−

wodem ochronnym (tzw. uziemieniem), czy

też nie.

Dlatego zasilaczy

beztransformatoro−

wych w żadnym wy−

padku nie powinni

wykorzystywać mło−

dzi, niedoświadczeni

hobbyści. Są to układy

przeznaczone dla zaa−

wansowanych elektro−

ników, dobrze znają−

cych obowiązujące

przepisy dotyczące

bezpieczeństwa .

Piotr Górecki

Rys. 5

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: