تحلیل منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور + نکته

در بسیاری از مصرف کننده‌های الکترونیکی مقرون به صرفه نیست که از ترانسفورماتور جهت تبدیل ولتاژ برق شهر استفاده نماییم به همین دلیل مدار زیر را میتوان برای جریان مصرفی در حدود  ۱۰۰ میلی آمپر استفاده کرد.

تبدیل ولتاژ RMS به ولتاژ VP :

• ابتدا ولتاژ موثر 220 ولت برق شهر را به ولتاژ پیک تبدیل می کنبم. برای این کار کافیست مقدار ولتاژ را در عدد ثابت 1.44 ضرب کنبم. VP=220*1.44 پس ولتاژ پیک تا پیک برابر است با 317 ولت.
• در نظر داشته باشید مولتیمتر ها قادر به اندازه گیری ولتاژ RMS بوده و نمیتوانند ولتاژ قله به قله یا پیک تا پیک را اندازه گیری کنند . از این رو برای محاسبه ولتاژ پیک تا پیک میتوان از اسیلوسکوپ و یا محاسبه به صورت تئوری همچون رایطه بالا استفاده کرد.

نقش هر قطعه در منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور:

• خازن C۱ نقش محدود کننده جریان را داشته و هیچ تاثیری بر روی کاهش ولتاژ ندارد. لازم است بدانید این قطعه که به صورت سری در مدار قرار گرفته نقش مقاومت را ایجاد کرده با این تفاوت که تلفات حرارتی خازن نسبت به مقاومت بسیار ناچیز بوده و فقط برای کاهش جریان در مدار استفاده شده و هیچ تاثیری در کاهش ولتاژ ندارد.
• D۱ تا  D۴ یکسوساز پل بوده و برای تبدیل برق AC به  DC استفاده می‌شود و میتوان از دیود‌های پرکاربرد  ۱N۴۰۰۷ که تحمل ولتاژ ورودی ۱۰۰۰ ولت با جریان خروجی یک آمپر را دارند استفاده کرد.
• دیود زینر برای تثبیت ولتاژ مورد استفاده مصرف کننده استفاده شده و سعی کنید حداقل از توان ۱W برای این قطعه استفاده کنید. در این مدار ولتاژ کاری دیود زینر ۱۲ ولت برای مصرف کننده انتخاب شده و ما در خروجی مدار در حدود ۱۲ ولت مستقیم تثبیت شده را به وسیله این قطعه داریم.
• خازن C۲ به این دلیل اضافه شده که هرگونه ریپل بعد از دیود‌های یکسوساز را تا جای ممکن حذف کند و ولتاژ کاملا DC را به خروجی تحویل دهد. جنس این خازن از نوع الکترولیت بوده و در صورت رعایت نکردن قطبیت این خازن احتمال ترکیدن آن وجود دارد.
• مقاومت R۱ جهت تخلیه خازن C۱ قرار گرفته و مقدار این قطعه معمولا بسیار بالا و با توان پایین می‌باشد.
• در قسمت R۲ یک مقاومت به صورت سری قرار گرفته که اگر قطع و وصل ورودی و یا جریان حجومی وارد مدار شد، این قطعه مدار را قطع کرده و از خطرات احتمالی تا حدی جلوگیری می‌کند.

قطعات مورد استفاده در مدار منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور:

• C1=1UF / 400V  / 105
• C2=10UF / 400V / Electrolytic
• R2=50 OHM / 1W
• R1=1M OHM / 0.25W
• DIODE1-4=1N4007
• Z1=12V / 1W

نکته:

• کلیدی‌ترین قطعه مدار خازن C۱ بوده و باعث کاهش جریان عبوری از شبکه اصلی برق شهر به مدار می‌شود.
• درصورتی که ظرفیت خازن C۱ بدون محاسبه و بزرگ در نظر گرفت شود، جریان بیش از حد به مصرف کننده‌ها منتقل شده و همین امر باعث خرابی زودهنگام مصرف کننده‌ها خواهد شد.
• در قسمت R۲ به جای مقاومت ۵۰ اهم میتوانیم از NTC استفاده کنیم.
• تا جای ممکن سعی کنید از Transformerless power supply، بدون اتصال مصرف کننده استفاده نکنید.
• خازن‌ها در مقابل جریان DC به سرعت شارژ شده و بعد از شارژ، جریانی از خازن عبور نمی‌کند. ولی خازن‌ها جریان AC یا متناوب را از خود عبور داده و دائما شارژ و دشارژ می‌شوند.

قانون سرانگشتی انتخاب خازن C1:

یک قانون سر انگشتی انتخاب این خازن به این صورت است که به ازای هر میکروفاراد ظرفیت، ۵۰ میلی آمپر از خازن عبور می‌کند. نوع این خازن سرامیکی   می‌باشد و ولتاژ کاری خازن C۱ را ۴۰۰V انتخاب کنید.

مزایا منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور:

• این منبع تغذیه را از ولتاژ پایین تا ولتاژ ۳۰۰ ولت می‌توان کنترل کرد ولی جریان مدار ضعیف می‌باشد.
• به دلیل حذف ترانسفورماتور هزینه و وزن و حجم مدار به شدت کاهش پیدا می‌کند.

معایب منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور:

• زمانی که مدار به برق شهر متصل می‌شود در لحظه اولیه به مدت چند میلی ثانیه خازن C۱ اتصال کوتاه می‌شود و ممکن است جریان بالایی در خروجی ظاهر شود. در این صورت R۲ جلوی این اتفاق را خواهد گرفت.

محاسبات غیر ضروری مدار:

• دیود زینر استفاده شده در مدار ۱۲ ولت یک وات می‌باشد و با توجه به دیتاشیت این قطعه حداکثر جریانی که می‌توانیم از این دیود عبور دهیم یا همان IZM برابر با 76mA خواهد بود. حال با داشتن ولتاژ و جریان میتوان به مقدار مقاومت R۲ رسید که برابر با ۱۵۷ اهم است.
• از آنجایی که ولتاژ بالایی در خازن C۱ ذخیره شده است با قطع ورودی این ولتاژ نیاز به تخلیه دارد که مقاومت R۱ خازن C۱ را پس از قطع برق شهر دشارژ مینماید. توان مقاومت R۱ جهت دشارژ خازن  C۱ یک چهارم وات کافیست. در نتیجه برای به دست آوردن جریان کافیست ۰.۲۵ وات را بر ۳۱۷ ولت تقسیم کنیم و به عدد 0.78mA برسیم.
• حال فرض میکنیم مصرف کننده ما LED از نوع 5mm و رنگ آن سفید باشد. با نگاهی به دیتاشیت LED متوجه می‌شویم ولتاژ کاری این رنگ ۳V الی ۳.۶V میباشد. و در این ولتاژ جریان گذرنده از LED حدود 20mA است. با استفاده از فرمول قانون اهم، مقاومت LED برابر با ۱۶۵ اهم می‌شود. برای محاسبه مقاومت LED از میانگین ولتاژ این قطعه یعنی ۳.۳ ولت استفاده شده است.

نرم‌افزار ویندوز محاسبه طراحی منابع تغذیه بدون ترانسفورماتور:

نرم افزاری نیز برای انتخاب قطعه باتوجه به ولتاژ و جریان خروجی وجود دارد که در صورت استفاده میتوانید نظرات ارزشمند خودتون زیر همین مقاله ارسال کنید. لینک معرفی نرم‌افزار اینجا قرار دارد.

محاسبه جریان عبوری از خازن C۱:

با استفاده از فرمول XC=1/2PFC راکتانس خازن را به دست می‌آوریم. در این فرمول P=۳.۱۴ و F یا فرکانس برق شهری را ۵۰ هرتز در نظر میگیریم. ظرفیت خازن نیز یک میکروفاراد می‌باشد. با داشتن اعداد بالا XC=3184 اهم می‌شود.

حال با استفاده از قانون اهم میتوانیم جریان عبوری از خازن را محاسبه کنیم. R=V/I از آنجایی که خازن در ورودی برق شهر قرار گرفته است ولتاژ موثر آن برابر ۲۲۰ ولت و XC نیز ۳۱۸۴ اهم می‌باشد. در نتیجه جریان گذرنده از خازن که مهمترین پارامتر ما می‌باشد برابر ۶۹ میلی آمپر می‌باشد.

امیدوارم آموزش تحلیل منبع تغذیه بدون ترانسفورماتور برای شما مفید بوده باشه، برای مشاهده ویدیو و همچنین بررسی نکات عملی  این مقاله، لطفا به کانال یوتیوب مراجعه کنید. همچنین شما میتوانید نظرات ارزشمند خودتون همین پایین ارسال کنید.