Transformatorlose Stromversorgung:Bewährte Methode zur Überwindung von Kosten und Platz

Im Allgemeinen wandelt ein Abwärtstransformator oder ein Schaltnetzteil eine hohe AC-Netzspannung in eine niedrige AC-Spannung um. Dann fördert es die Umwandlung in eine wünschenswerte niedrige Gleichspannung. Das Verfahren ist zwar effizient, aber kostspielig und benötigt mehr Platz beim Entwerfen oder Herstellen eines Produkts. Um die Herausforderungen zu verringern, verwenden wir daher eine transformatorlose Stromversorgung. Heute werden wir mehr über eine transformatorlose Stromversorgung erfahren. Daher werden wir seine Arbeitsweise besprechen und einfache transformatorlose Stromversorgungsschaltungsdesigns vorstellen, die Sie ausprobieren können.

Ein Abwärtstransformator

Was ist ein transformatorloses Netzteil?

Wie der Name schon sagt, erzeugt ein transformatorloses Netzteil aus hoher Wechselspannung eine niedrige Gleichspannung ohne Transformatoren oder Induktivitäten.

(Induktoren)

Arbeitsprinzip

Das Arbeitsprinzip einer transformatorlosen Versorgung ist die Umwandlung eines einphasigen Hochspannungs-Wechselstroms in eine niedrige Gleichspannung. Das Konzept verwendet eine Spannungsteilerschaltung, die ohne Induktivitäten oder Transformatoren arbeitet. Darüber hinaus umfasst die Stromversorgungsschaltung Prozesse wie Einschaltstrombegrenzung, Spannungsteilung, Regelung und Gleichrichtung.

Nun funktioniert das obige Diagramm wie folgt;

• Unser Ziel ist es, den einphasigen Hochspannungswechselstrom (230 V/120 V) in eine erforderliche niedrige Gleichspannung (5 V/3 V/12 V) umzuwandeln.
• Die Dioden richten die hohe Wechselspannung gleich und regeln sie auf eine niedrige Gleichspannung.
• Außerdem begrenzt der Kondensator (in Reihenschaltung mit dem Wechselstrom) den Wechselstromfluss aufgrund seiner Reaktanz. Dadurch erreicht der Stromfluss je nach transformatorloser Stromversorgungsart einen bestimmten Wert. In jedem Fall ist ein X-bewerteter Kondensator in der Stromversorgung vorzuziehen.
• Darüber hinaus hilft der Widerstand bei der Ableitung von Überstrom und Wärme.
• Dann befreit der Brückengleichrichter den Stromkreis von einer Spannung und stabilisiert durch einen Gleichrichtungsprozess die Spitzenspannung.
• Das Anschließen an eine LED-Lampe testet schließlich die Funktion der Schaltung.

Arten transformatorloser Stromversorgung

Zu den zwei grundlegenden Arten der transformatorlosen Stromversorgung gehören:

Widerstandstransformatorloses Netzteil

Die resistive transformatorlose Stromversorgung verwendet einen Spannungsabfallwiderstand. Sein Widerstand hilft außerdem dabei, überschüssige Wärme abzuleiten. Oft ist ein Leistungswiderstand mit doppelter Nennleistung empfehlenswert, da er mehr Leistung verbraucht.

Kapazitive transformatorlose Stromversorgung

Umgekehrt hat eine kapazitive transformatorlose Stromversorgung eine geringe Verlustleistung und Wärmeableitung. Hier ist ein X-bewerteter Kondensator (mit 400 V, 230 V oder 600 V) der Spannungsabfallkondensator und lässt überschüssige Spannung ab.

4. Vor- und Nachteile der Verwendung einer transformatorlosen Stromversorgungsschaltung

Vorteile

• Zuallererst ist sein Design billig und eignet sich im Vergleich zu Schaltungen auf Transformatorbasis für Anwendungen mit geringer Leistung.
• Außerdem ist es weniger sperrig und kompakt und benötigt daher weniger Platz.

Nachteile

• Eine transformatorlose Stromversorgungsschaltung kann keine hohe Stromabgabe (1 Ampere) erzeugen. Daher werden nur Anwendungen bevorzugt, die weniger als oder gleich 1 Ampere Strom benötigen.
• Dann gibt es keine Isolierung des Stromkreises vom AC-Netzpotential, was eine Gefahr für den Hundeführer darstellt.
• Außerdem stört seine übermäßige Wärmeabgabe die Ausgangsspannung.
• Zu guter Letzt erlaubt es Überspannungen, die letztendlich die Versorgungsschaltung und den Stromkreis zerstören können.

Glücklicherweise geben die folgenden Schaltungsbeispiele Lösungen für einige der Herausforderungen. Lesen Sie also weiter.

Erklärung von vier einfachen transformatorlosen Stromversorgungsschaltungen

Grundlegendes transformatorloses Design

Ein einfaches transformatorloses Schaltungsdesign

Betrieb und Design der Schaltung

• C1 reduziert hohen Wechselstrom (120-V- oder 220-V-Netz) auf einen niedrigeren Gleichstrom für eine bessere DC-Ausgangslast.
• Zweitens, immer wenn Sie den Stromkreis vom Netzeingang trennen, gibt R1 einen Entladungsweg für die Hochspannung C1. Auf diese Weise verhindern Sie Spannungsschläge von den Steckerstiften, wenn C1 nicht an der Hauptstromversorgung angeschlossen ist.
• Dann sind D1 bis D4 Brückengleichrichter. Sie wandeln niedrigen Wechselstrom von C1 in niedrigen Gleichstrom um.
• Die resultierende Gleichspannung ist jetzt für die meisten Niederspannungsgeräte außer einem Relais hoch. Eine Zenerdiode wird die Hochspannung je nach Bedarf auf einen empfohlenen Wert umleiten.
• Weiter haben wir R2 als Strombegrenzungswiderstand. C1 bietet nur einen Kurzschluss für Millisekunden am AC-Netzeingang der ersten Anwendung. Die wenigen Millisekunden lassen einen hohen Wechselstrom in die Schaltung zu, können aber die Ausgangslast zerstören. R2 verhindert also den Schaden.
• Schließlich fungiert C2 als Filterkondensator. Es erzeugt glatte 100-Hz-Wellen von Brückengleichrichtern zu einem saubereren Gleichstrom.

Upgrade auf ein spannungsstabilisiertes transformatorloses Netzteil

Hier bilden wir eine kapazitive Stromversorgungsschaltung zu einer variablen oder stoßfreien spannungsstabilisierten transformatorlosen Stromversorgung.

Die Schaltung zum Upgrade auf ein spannungsstabilisiertes, transformatorloses Netzteil.

Schaltungsdesign/Betrieb

• IN4007-Dioden richten die Netzspannung gleich, während der 10uF/400V-Kondensator sie filtert. Dann erreicht die resultierende Spitzenspannung, gleichgerichtet vom Netz, 310 V.
• Die Basis von TIP122 (Sie können auch MJE13005 verwenden) konfiguriert das Spannungsteilernetzwerk und hält so eine erforderliche Ausgangsspannung aufrecht. Darüber hinaus können Sie 12 V erreichen, indem Sie das 10-k-Pot über Masse/Emitter des TIP122 legen.
• Der 220uF/50V-Kondensator erzeugt eine kurzzeitige Nullspannung an der Basis, um in einem eingeschalteten Stromkreis zu schalten, wenn er ausgeschaltet ist.
• Außerdem verhindert der Induktor in der Einschaltperiode über die Spule, dass Einschaltströme in den Stromkreis gelangen. Darüber hinaus bietet es eine hohe Widerstandsfähigkeit und verhindert so Schäden.

Imbiss; Sie können auch einen Spannungsregler IC7805 verwenden, um eine angeschlossene abgesenkte Spannung oder 5 V zu erreichen.

Zero-Crossing Transformerless Power Supply Circuit

Unser drittes Projekt betrifft hauptsächlich eine kapazitive transformatorlose Stromversorgung zur Nulldurchgangserkennung. Es liegt daran, dass Kondensatoren für einige Millisekunden wie Kurzschlüsse wirken, wenn sie eine Versorgungsspannung erhalten. Danach lädt er sich auf und geht wieder auf seinen angegebenen Ausgangspegel zurück.

Schaltungsdesign und -betrieb

Transformatorlose Nulldurchgangs-Stromversorgungsschaltung

Nulldurchgang im Wechselstromnetz

Ein AC-Hauptpotential umfasst Spannungszyklen, die mit Polaritäten von Null bis zum Maximum oder umgekehrt ansteigen und abfallen.

Wenn sich die Netzspannung also der Zyklusspitze nähert, hat sie einen hohen Strom und eine hohe Spannung. Das Einschalten der kapazitiven Stromversorgung bewirkt, dass die Hochspannung die DC-Last und die Stromversorgung durchbricht.

Umgekehrt erhält das Hauptnetz bei einem Netznulldurchgang eine schwache Spannung und einen schwachen Strom, wenn es sich der Phase Null nähert. Daher ist das Einschalten eines beliebigen Geräts jetzt sicher und kann keinen Stoßstrom erfahren.

Kurz gesagt, das Einschalten einer kapazitiven Stromversorgung, wenn der AC-Eingang die Phase Null durchläuft, verhindert einen Stoßstrom.

So funktioniert es

• Das Einschalten der Stromversorgung hält zunächst einen ausgeschalteten Triac aufrecht, da ein Gate-Treiber fehlt. Zusätzlich bleibt die mit dem Brückennetzwerk verbundene Last in einem ausgeschalteten Zustand.
• Dann wird die Versorgungsspannung vom 105-V-/400-V-Kondensatorausgang an Pin 1/2 des Oktokoppler-ICs vorbeigeführt, um zur IR-LED zu gelangen. Eine IR-LED-Lichtreaktion hilft bei der Überwachung und Verarbeitung der Eingabe. Wenn die Schaltung erkennt, dass sich der Wechselstromzyklus einem Nulldurchgangspunkt nähert, schaltet daher der interne Schalter um.
• Zuletzt zündet es den Triac und behält dadurch einen eingeschalteten Zustand am Gerät bei, bis Sie es wieder ein- und ausschalten.

Schaltnetzteil ohne Transformator mit IC 555

Die endgültige Lösung besteht darin, den IC 555 in seinem monostabilen Modus zu verwenden, um den Stoßstrom zu regulieren. Darüber hinaus enthält der IC 555 das Nulldurchgangsschaltkreiskonzept.

555-Timer-IC

Definition der Nulldurchgangsschaltung

Eine Sinuswelle in einem Wechselstromnetz beginnt an einer Nullpotentialmarke. Dann steigt sie allmählich auf einen Spitzenspannungspunkt (120 oder 220). Danach kehrt es zu der anfänglichen Nullwahrscheinlichkeitsmarke zurück. Wir bezeichnen den Kreislauf als positiven Kreislauf.

Nach dem positiven Zyklus wird die Wellenform also abfallen und den obigen Prozess erneut durchlaufen. Es ist jedoch in eine negative Richtung, bis es die Nullmarke erreicht. Abhängig von den Anforderungen des Stromnetzes kann der Schaltzyklus 50 bis 60 Mal pro Sekunde erfolgen.

Wenn die Wellenform in die Schaltung eintritt, unterbricht jeder Punkt ohne Null den Einschaltstoß. Der unmittelbare Grund liegt in der hohen Stromstärke der Wellenform. Die Last sollte während des Nulldurchgangs dem EIN-Schalter gegenüberstehen, um Probleme zu vermeiden. Auf diese Weise wird ein allmählicher Anstieg keine Gefahr darstellen.

Transformatorloser Schaltkreis mit IC555 schalten

Schaltungsbetrieb

Aus unserem Schaltplan oben;

• Die vier 1N4007-Dioden arbeiten als Standard-Brückengleichrichterkonfiguration, wobei der Kathodenübergang eine 100-Hz-Welligkeit erzeugt.
• Der 47k/20K-Potentialteiler senkt die 100-Hz-Frequenz, die später auf die positive Schiene von IC555 gelangt. Das Potential wird reguliert, dann filtern C1 und D1 es.
• Über einen 100k-Widerstand erhält auch die Basis Q1 das Potential.
• Wenn das Wechselstromnetz über (+) 0,6 liegt, bleibt Q1 im ausgeschalteten Zustand. Jedoch schaltet die AC-Wellenform, die unter (+)0,6 Volt abfällt, Q1 EIN. Zusätzlich wird Pin2 geerdet und dann ein positiver Ausgang an Pin3 des IC erzeugt.
• Danach schaltet der IC-Ausgang die Last und den SCR ein und behält den Zustand bei, bis die MMV-Periode abgelaufen ist. Dann beginnt ein neuer Zyklus.
• Eine stabile Einschaltzeit erzeugt zusätzlichen Strom zur Last und trägt zu einer hellen LED bei. Sie können auch die 1M-Voreinstellung variieren, um die Einschaltzeit Ihres Monoflops einzustellen. Die IC555-Schaltung erhält eine Beschränkung bei einem Wechselstrom nahe Null, daher kein Spannungsanstieg in der Einschaltzeit.

Anwendungen transformatorloser Stromversorgung

Anwendungen einer transformatorlosen Stromversorgung umfassen hauptsächlich kostengünstige und stromsparende Geräte wie;

• Analog-Digital-Wandler,
• LED-Lampen,

(LED-Lampen)

• Digitale Kommunikationssysteme
• Mobile Ladegeräte,
• Elektronisches Spielzeug,
• Fernsehempfänger,
• Notbeleuchtung,

(Notbeleuchtung)

• Telekommunikationssysteme und
• Spannungsregler und Teilerschaltungen.

Schlussfolgerung

Alles in allem haben transformatorlose Stromversorgungsschaltungen transformatorbasierte Stromversorgungen zweifellos ersetzt. Ihre Niederstromerzeugung kommt Niederspannungsanwendungen zugute. Außerdem sind sie billig und kompakt.

Der Artikel erläutert Möglichkeiten, wie Sie Ihre transformatorlosen Schaltungen mit den erforderlichen Schritten herstellen können. Wenn Sie jedoch weitere Anfragen stellen möchten, wenden Sie sich bitte an uns.