Как понизить напряжение с 220 до 24 вольт без трансформатора

Правильный дядька Многим в пример,не страдать фигней и делать как положено.Респект.

Бестрансформаторные Схемы Питания

Без трансформаторная Концепция Электропитания

Без трансформаторная концепция работает с использованием высоковольтного конденсатора для снижения переменного тока сети до требуемого более низкого уровня, необходимого для подключенной электронной схемы или нагрузки.
Спецификация этого конденсатора выбрана с запасом. Пример конденсатора, который обычно используется в схемах без трансформаторного питания, показан ниже:

Этот конденсатор соединен последовательно с одним из входных сигналов переменного напряжения АС.
Когда сетевой переменный ток входит в этот конденсатор, в зависимости от величины конденсатора, реактивное сопротивление конденсатора вступает в действие и ограничивает переменный ток сети от превышения заданного уровня, указанным значением конденсатора.

Однако, хотя ток ограничен, напряжение не ограниченно, поэтому, при измерении выпрямленного выхода без трансформаторного источника питания, обнаруживаем, что напряжение равно пиковому значению сети переменного тока , это около 310 В.

Но поскольку ток достаточно понижен конденсатором, это высокое пиковое напряжение стабилизируется с помощью стабилитрона на выходе мостового выпрямителя.

Мощность стабилитрона должна быть выбрана в соответствии с допустимым уровнем тока конденсатора.

Преимущества использования без трансформаторной схемы питания

Дешевизна и при этом эффективность схемы для маломощных устройств.
Без трансформаторная схема питания, описанная здесь, очень эффективно заменяет обычный трансформатор для устройств, мощностью тока ниже 100 мА.

Здесь высоковольтный металлизированный конденсатор использован на входном сигнале для понижения тока сети
Схема показанная выше может быть использована как источник электропитания DC 12 В для большинства электронных схем.
Однако, обсудив преимущества вышеописанной конструкции, стоит остановиться на нескольких серьезных недостатках, которые может включать в себя данная концепция.

Недостатки без трансформаторной схемы питания

Во-первых, цепь неспособна произвести сильнотоковые выходы, что не критично для большинства конструкций.
Другим недостатком, который, безусловно, требует некоторого рассмотрения, является то, что концепция не изолирует цепь от опасных потенциалов сети переменного тока.

Этот недостаток может иметь серьезные последствия для конструкций связанных с металлическими шкафами, но не будет иметь значения для блоков, которые имеют все покрыты в непроводящем корпусе.

И последнее, но не менее важное: вышеупомянутая схема позволяет скачкам напряжения проникать через нее, что может привести к серьезному повреждению цепи питания и самой схемы питания.

Однако в предложенной простой без трансформаторной схеме питания этот недостаток был разумно устранен путем введения различных типов стабилизирующих ступеней после мостового выпрямителя.

Этот конденсатор основывает мгновенные высоковольтные пульсации, таким образом эффективно защищая связанную электронику с ним.

Как схема работает
1. Когда сетевой вход сети переменного тока включен, конденсатор C1 блокирует вход сетевого тока и ограничивает его до более низкого уровня, определенного значением реактивного сопротивления C1. Здесь можно примерно предположить, что он составляет около 50 мА.
2. Однако напряжение тока не ограничено, и поэтому 220V может находиться на входном сигнале позволяя достигнуть последующий этап выпрямителя тока .
3. Выпрямитель тока моста выпрямляет 220V к более высокому DC 310V, к пиковому преобразованию формы волны AC.
4. DC 310V быстро уменьшен к низкоуровневому DC стабилитроном, который шунтирует его к значение согласно номинала стабилитрона. Если используется 12V стабилитрон, то и на выходе будет 12 вольт.
5. C2 окончательно фильтрует DC 12V с пульсациями, в относительно чистый DC 12V.

Цепь драйвера показанная ниже управляет лентой менее 100 светодиодов (при входном сигнале 220В), каждый светодиод рассчитан на 20мА, 3.3 В 5мм:

Здесь входной конденсатор 0.33 uF / 400V выдает около 17 ма, что примерно правильно для выбранной светодиодной ленты.
Если драйвер использовать для большего числа подобных светодиодных лент 60/70 параллельно, то просто значение конденсатора пропорционально увеличить для поддержания оптимального освещения светодиодов.

Поэтому для 2 лент включенных в параллель требуемое значение будет 0.68 uF/400V, для 3 лент заменить на 1uF / 400V. Аналогично для 4 лент должно быть обновлено до 1.33 uF / 400V, и так далее.

Важно: хотя не показан ограничивающий резистор в схеме, было бы неплохо включить резистор 33 Ом 2 Вт последовательно с каждой светодиодной лентой, для дополнительной безопасности. Можно вставить в любом месте последовательно с отдельными лентами.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ВСЕ ЦЕПИ, УПОМЯНУТЫЕ В ЭТОЙ СТАТЬЕ, НЕ ИЗОЛИРОВАНЫ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ВСЕ СЕКЦИИ ЦЕПИ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНЫ ДЛЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ К СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП НА 5, 9, 12, 24 В

Небольшие бестрансформаторные блоки питания часто используются для питания маломощных устройств от сети 220 В. Если ток потребляемый нагрузкой составляет порядка нескольких десятков миллиампер, можно легко преобразовать входное напряжение переменного тока в выходное постоянного, без необходимости использования громоздких и дорогих трансформаторов. Бестрансформаторные решения не только легче по весу и размерам, но и дешевле.

В зависимости от типа схемы бестрансформаторные источники питания делятся на две категории: емкостные и резистивные. Далее разберем характеристики каждой из этих схем. А также дадим практические советы о том, как выбрать мощность соответствующих электронных компонентов для этой схемы и какие меры следует предпринять для повышения безопасности такого источника питания.

Емкостный бестрансформаторный источник питания

Схема бестрансформаторного емкостного источника питания представлена на рисунке. Значения, указанные для компонентов, зависят от параметров схемы, формулы для расчета этих значений приведены. L и N представляют собой фазовую линию и ноль сетевого напряжения переменного тока соответственно, а Vout – это выходное напряжение от источника питания. Выходной ток обозначен как Iout.

Пусковой ток, способный повредить компоненты источника питания, ограничивается резистором R1 и реактивным сопротивлением конденсатора C1. Элемент D1 – стабилитрон, обеспечивающий стабилизацию опорного напряжения, а D2 – обычный кремниевый диод, задачей которого является выпрямление переменного напряжения. Напряжение на нагрузке остается постоянным, пока выходной ток Iout меньше или равен входному току Iin, значение которого можно рассчитать как:

Где VZ – напряжение стабилитрона, VRMS – среднеквадратичное значение входного переменного напряжения, а f – его частота. Минимальное значение Iin должно соответствовать потребляемой мощности нагрузки, а максимальное значение используется для выбора соответствующей номинальной мощности для каждого элемента. Выходное напряжение Vout можно рассчитать как:

Где VD – напряжение прямого смещения D2 – падение напряжения на диоде (обычно 0,7 В для кремниевого диода). Что касается R1, рекомендуется выбирать элемент с мощностью, по крайней мере, в 2 раза превышающей значение теоретической мощности рассеиваемой на R1 (PR1), которая определяется формулой:

Конденсатор C1, от которого происходит название схемы этого типа, следует выбирать с напряжением по крайней мере, в 2 раза превышающим напряжение сети переменного тока (400 В минимум). Диод D1 должен иметь мощность как минимум в 2 раза больше теоретического значения, определяемого по следующей формуле:

То же самое относится к мощности диода D2, где только вместо VZ теперь можно использовать постоянное значение падения напряжения, например 0,7 В для типичного кремниевого выпрямительного диода. В случае C2 обычно используется электролитический конденсатор с напряжением в 2 раза превышающим напряжение VZ.

Основными преимуществами емкостного решения перед БП на основе трансформатора являются уменьшенный размер, вес и стоимость. По сравнению с блоком резистивного типа, эта схема обеспечивает более высокий КПД. Недостатком является отсутствие гальванической развязки выходного напряжения от электросети и более высокая стоимость, чем ограничение по сопротивлению.

Резистивный бестрансформаторный источник питания

Принципиальная схема типичного бестрансформаторного резистивного источника питания показана на рисунке.

Опять же, выходное напряжение Vout остается постоянным пока ток Iout меньше или равен входному току Iin, с той лишь разницей что ограничение пускового тока теперь реализуется только резистором R1. Выходное напряжение Vout можно рассчитать по той же формуле, что и для емкостного источника питания, а входной ток Iin по следующей формуле:

Как и в предыдущем случае, компоненты должны быть выбраны со значением мощности, по крайней мере вдвое превышающим теоретическое значение, которое можно рассчитать по закону Ома (P = R х I ^ 2 для R1 и P = V х I для диодов D1 и D2). Электролитический конденсатор С2 следует выбирать как для емкостного исполнения.

Преимущество резистивного источника питания в том, что он меньше по размеру и весу по сравнению с трансформаторной схемой и является самым дешевым решением для электропитания. Но и в этом случае нет гальванической развязки от сети переменного тока, и кроме того, КПД ниже чем в емкостном решении.

Безопасность бестрансформаторных БП

Обе электросхемы имеют свои ограничения: они лишены какой-либо изоляции и защиты от сетевого напряжения, что является серьезной проблемой для безопасности. Но благодаря незначительным изменениям, можно адаптировать обе представленные схемы для реального использования и обеспечить соблюдение минимальных стандартов безопасности. Модификации включают:

1. Добавление предохранителя для защиты от чрезмерного входного тока;
2. Добавление варистора для защиты от переходных процессов;
3. Резистор R2 (R3) подключен параллельно C1 (C3) для улучшения электромагнитной устойчивости;
4. Разделение R1 на два резистора R1 и R2 для обеспечения лучшей защиты от скачков напряжения и предотвращения электрических дуг для резистивной цепи.

Для небольших нагрузок можно снизить напряжение с 220 В переменного тока до нескольких вольт (например 5, 9, 12 или 24), используя только токоограничивающий резистор, как показано на принципиальной схеме. КПД такой схемы чрезвычайно низок (1%), поскольку большая часть энергии теряется в виде тепла через резистор R1. Этот компонент действительно должен проделать большую работу чтобы снизить напряжение с 220 В до 12 В.

В этом примере этот линейный элемент рассеивает в среднем 22 Вт. Следовательно, он должен быть рассчитан не менее чем на 50 Вт. Его мощность рассеяния можно определить по формуле:

Переходные напряжения (за одну секунду) со значениями используемых компонентов показаны на графиках.

График верхний показывает, сколько времени требуется чтобы выходное напряжение достигло 12 В. Это время зависит от постоянной времени схемы, определяемой конденсатором C1. Тут время зарядки конденсатора следующее:

• C1 = 100 мкФ, T = 25 мс
• C1 = 470 мкФ, T = 130 мс
• C1 = 1000 мкФ, T = 290 мс
• C1 = 4700 мкФ, T = 1,4 сек
• C1 = 10000 мкФ, T = 3 сек

При постоянном сопротивлении нагрузки пульсации выходного напряжения зависят от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость конденсатора, тем меньше пульсации выходного напряжения. При использовании указанных выше конденсаторов уровень пульсаций, измеренный как размах напряжения сигнала, выглядит следующим образом:

• C1 = 100 мкФ, пульсации = 1,2 Vpp
• C1 = 470 мкФ, пульсации = 261,7 mVpp
• C1 = 1000 мкФ, пульсации = 121,5 mVpp
• C1 = 4700 мкФ, пульсации = 25,3 mVpp
• C1 = 10 000 мкФ, пульсации = 11,9 mVpp

Но что более важно чем пульсация, на рисунке видно что выходное напряжение от источника питания не достигает желаемого напряжения 12 В, а только около 11,3 В.

Оказывается даже без нагрузки при подключении выходное напряжение всегда ниже 12 В. Это падение напряжения вызвано диодом D2. Помещенный в это место диод Шоттки мог бы уменьшить его, но не до нуля.

Конденсатор улучшает ситуацию

Как видно на схеме, добавление полиэфирного конденсатора последовательно с линией питания повышает эффективность. В этой конфигурации КПД уже составляет до 20%.

Поскольку максимальное напряжение на конденсаторе превышает 320 В, необходимо выбрать компонент, способный работать при напряжении не менее 600 В, как показано на рисунке.

В этой конфигурации R1 рассеивает только 0,5 Вт, но всегда лучше использовать его с номинальной мощностью не менее 2 Вт. Конденсатор C2 действует как резистор и имеет некоторую емкость при 50 Гц. Более конкретно емкость конденсатора на частоте f определяется по следующей формуле:

Из приведенной формулы конденсатор C2 имеет реактивное сопротивление 6772 Ом при 50 Гц, но, в отличие от резистора он не выделяет тепла. Выходное напряжение схемы также составляет 12 В за вычетом падения напряжения на диоде D1.

Рекомендации по проектированию БП

Когда цепь отключена, конденсатор C2 может оставаться заряженным в течение длительного времени. Рекомендуется подключать резистор с высоким сопротивлением параллельно этому элементу, как показано на рисунке. Этот резистор, например сопротивлением 470 кОм, не влияет на нормальную работу схемы. В стандартных условиях он рассеивает около 100 мВт тепла. Полный разряд конденсатора С2 происходит примерно за 1 секунду, но уже через 0,4 секунды значение напряжения на этом элементе станет не опасным для человека.

Следует отметить, что R2 должен быть рассчитан на работу при таком высоком напряжении. Поэтому обычно используются два или более обычных резистора мощностью 1/4 Вт, соединенных последовательно (для увеличения максимального напряжения пробоя).

Что касается последовательного резистора с токоограничивающим конденсатором, резистор нельзя полностью заменить перемычкой, потому что при подключении блока питания к сети можно словить вершину синусоиды и реактивное сопротивление конденсатора будет порядка не килоом, а единиц Ом. Резистор – это защита от такой «удачи». В свою очередь, большой резистор означает большие потери мощности и даже более низкий КПД.

Вот относительно мощный блок питания, сделанный для тока 150 мА 24 В. Помимо токоограничивающих элементов и разрядного резистора (C 2,5 uF, R 51R и 1M), на плате есть диодный мост, стабилитрон 24V и конденсатор фильтра 100 uF.

В общем самые большие преимущества бестрансформаторного источника питания можно увидеть, когда токовые требования составляют до 30 мА, тогда конечно вес, количество элементов, простота эксплуатации сделают разумным выбор такой схемы. Но всегда помните про отсутствие гальванической развязки с сетью 220 В!

Как получить 24 вольта из 220 без использования трансформатора

Иногда возникает необходимость получить постоянное напряжение 24В из сети переменного тока 220В, но при этом не хочется использовать трансформаторы из-за их большого размера и высокой стоимости. В такой ситуации можно воспользоваться несколькими другими методами, которые позволят получить нужное напряжение без дополнительных устройств.

Один из самых простых способов получения 24В из 220В — использование делителя напряжения. Делитель состоит из двух резисторов, один из которых подключается к фазе сети, а второй заземляется. При расчете делителя необходимо учитывать сопротивление каждого резистора, чтобы достичь нужного значение напряжения. Например, если выбрать сопротивление первого резистора 100 Ом, а второго — 500 Ом, то напряжение на втором резисторе будет составлять 24В.

Другой способ получения 24В из 220В — использование стабилитрона. Стабилитрон — это полупроводниковый элемент, который позволяет поддерживать постоянное напряжение на своих выводах. Для формирования 24В необходимо подобрать стабилитрон соответствующего номинала и подключить его в схему. Например, для получения 24В можно воспользоваться стабилитроном с маркировкой 1N5408. Подключая стабилитрон параллельно сетевому напряжению 220В, на нем формируется стабильное напряжение 24В, которое можно использовать для питания различных устройств.

Важно помнить, что работа с электрооборудованием требует знания и соблюдения правил безопасности. При работе с электрическими цепями всегда используйте соответствующие средства защиты и проконсультируйтесь с квалифицированными специалистами.

Преобразование напряжения без трансформатора

Преобразование напряжения без использования трансформатора может быть необходимо при различных проектах, где требуется получить напряжение 24В из стандартной сети переменного тока 220В. Для этой цели можно использовать несколько различных методов.

Методы преобразования напряжения без использования трансформатора:

• Использование регулируемого источника питания: Этот метод включает использование специального устройства, способного изменять напряжение на выходе. Регулируемый источник питания может быть аналоговым (потенциометром) или цифровым (контролируется с помощью компьютера) и может быть полезен при настройке требуемого напряжения.
• Использование импульсных преобразователей: Этот метод включает использование специальных электронных устройств, способных выполнять преобразование напряжения без использования трансформатора. Импульсные преобразователи могут быть компактными и эффективными, но они могут создавать некоторое количество шума в электрической цепи.
• Использование стабилизатора напряжения: Этот метод включает использование электронных устройств, способных поддерживать постоянное напряжение на выходе. Стабилизаторы напряжения обычно используются в системах питания, чтобы обеспечить стабильное напряжение при возможных изменениях входного напряжения или нагрузке.

Выбор метода преобразования напряжения без использования трансформатора зависит от специфических требований проекта, его стоимости и энергетических потребностей. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, поэтому важно тщательно исследовать и выбрать самый подходящий метод для конкретной ситуации.

Сравнение методов преобразования напряжения без использования трансформатора

В конечном счете, правильный выбор метода преобразования напряжения без использования трансформатора будет зависеть от конкретных требований и ограничений проекта. Обращайтесь к специалистам или консультантам, чтобы выбрать наиболее подходящий метод для вашей конкретной задачи.

Методы использования диодного моста

Диодный мост является электронным устройством, состоящим из четырех диодов, которые позволяют выполнять преобразование переменного тока в постоянный ток. В контексте получения напряжения 24В из обычной сети 220В без использования трансформатора, диодный мост может быть использован в нескольких методах.

Прямое выпрямление переменного тока

Один из способов использования диодного моста для получения постоянного напряжения состоит в его прямом выпрямлении переменного тока. В этом методе переменный ток подается на вход диодного моста, который благодаря своей конструкции пропускает только положительные полупериоды сигнала, а отрицательные полупериоды блокирует. В результате на выходе получается постоянное напряжение, которое может быть регулировано с помощью применения фильтрации и стабилизации.

Диодный мост также может быть использован в связке с другими элементами, такими как конденсаторы и резисторы, для создания поворотного моста. В этом методе переменное напряжение подается на вход диодного моста, который выполняет функцию перемычки между нагрузкой и источником переменного тока. Поворот моста позволяет получить постоянное напряжение, которое может быть управляемым и регулируемым.

Добавление диодного моста к цепи зарядки аккумулятора позволяет преобразовывать переменное напряжение из источника питания в постоянное напряжение, необходимое для зарядки аккумулятора. Диодный мост выполняет функцию выпрямления переменного тока и позволяет эффективно использовать энергию источника для зарядки аккумулятора.

В итоге, диодный мост предоставляет несколько методов использования для преобразования переменного тока в постоянный ток и позволяет получить 24В напряжение из стандартной сети 220В без использования трансформатора.

Применение последовательности резисторов и конденсаторов

Известно, что при последовательном подключении элементов в электрической цепи, напряжение распределяется между ними пропорционально их сопротивлениям. Это свойство может быть использовано для получения необходимого напряжения без применения трансформатора.

В случае, когда требуется получить 24В из 220В сети, можно использовать последовательность резисторов и конденсаторов. Для этого необходимо подобрать соответствующие значения сопротивлений и емкостей.

Одним из способов получения 24В без использования трансформатора является использование делителя напряжения, состоящего из резисторов и конденсаторов. Например, можно использовать следующую схему:

Подключив данную схему в последовательность с сетью 220В, выходное напряжение будет составлять около 24В. Резистор R1 ограничивает ток, а резистор R2 и конденсатор C1 образуют RC-цепочку, которая позволяет установить нужное выходное напряжение.

Необходимо отметить, что выбор конкретных значений резисторов и конденсаторов зависит от требуемого выходного напряжения и мощности нагрузки. Для оптимального результата рекомендуется провести расчеты или проконсультироваться с опытным специалистом в области электроники.

Использование стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения – это устройство, предназначенное для поддержания постоянного напряжения на выходе, несмотря на изменения входного напряжения или нагрузки. Для получения постоянного напряжения 24В из сети переменного напряжения 220В без использования трансформатора можно воспользоваться стабилизатором напряжения.

Стабилизаторы напряжения обычно имеют входное напряжение в диапазоне от 220V до 240V переменного тока и могут выдавать на выходе стабильное напряжение 24V постоянного тока. Они обеспечивают защиту от перепадов напряжения, скачков и шумов в сети, что позволяет надежно работать с электроникой, которая требует стабильного питания.

Использование стабилизатора напряжения для получения 24В из 220В переменного напряжения требует следующих шагов:

1. Выбор подходящего стабилизатора напряжения с входным напряжением в диапазоне 220-240В и выходным напряжением 24В.
2. Подключение стабилизатора к источнику переменного напряжения (сети 220В).
3. Подключение нагрузки (устройства, которому требуется постоянное напряжение 24В) к выходу стабилизатора.
4. Включение и проверка работоспособности стабилизатора.

Важно отметить, что при выборе стабилизатора необходимо обратить внимание на его мощность, чтобы он соответствовал потребностям подключаемой нагрузки. Также стоит учитывать энергоэффективность стабилизатора, его надежность и возможность регулирования выходного напряжения, если это необходимо.

Использование стабилизатора напряжения является одним из наиболее удобных и надежных способов получения постоянного напряжения 24В из сети переменного напряжения 220В без использования трансформатора. Однако перед использованием стабилизатора необходимо убедиться в его соответствии требованиям вашей системы и провести все подключения с учетом правил и рекомендаций производителя.

Вопрос-ответ

Какие способы можно использовать для получения 24В из 220В без использования трансформатора?

Существует несколько способов получения 24В из 220В без использования трансформатора. Один из популярных способов — использование стабилизатора напряжения. Другой способ — использование импульсного преобразователя. Также можно использовать делитель напряжения или зарядное устройство для аккумулятора.

Что такое стабилизатор напряжения и как он может помочь получить 24В из 220В?

Стабилизатор напряжения — это устройство, которое регулирует входное напряжение до заданного уровня и поддерживает его на постоянном уровне. Для получения 24В из 220В без трансформатора можно использовать стабилизатор напряжения, который установит выходное напряжение на нужном уровне. Например, стабилизатор с выходным напряжением в 24В можно подключить к сети 220В и он автоматически поддержит выходное напряжение на уровне 24В.

Как работает импульсный преобразователь и как его можно использовать для получения 24В из 220В?

Импульсный преобразователь — это электронное устройство, которое преобразует входное напряжение в импульсы и далее фильтрует их для получения нужного выходного напряжения. Для получения 24В из 220В без трансформатора можно использовать импульсный преобразователь, настроив его на выходное напряжение 24В.

Что такое делитель напряжения и как его можно применить для получения 24В из 220В?

Делитель напряжения — это схема, которая состоит из двух или более резисторов, подключенных последовательно. При использовании делителя напряжения для получения 24В из 220В можно подобрать соответствующие значения резисторов, чтобы выходное напряжение между двумя резисторами составило 24В.

Можно ли использовать зарядное устройство для получения 24В из 220В?

Да, зарядное устройство может быть использовано для получения 24В из 220В. Некоторые зарядные устройства имеют возможность регулировки выходного напряжения, и при правильной настройке они могут выдавать 24В на выходе. Однако, не все зарядные устройства подходят для этой цели, поэтому перед использованием следует убедиться в его совместимости с нужным напряжением.

Схематические решения, как из 220в получить напряжение 12в без трансформатора

Вопрос-ответ

Очень часто пользователей световых электроприборов и СБТ интересует: «Как без трансформатора из 220 вольт получить 12в или другое низкое напряжение?». Обычно этим вопросом задаются владельцы электронной техники и аппаратуры, работающей от источников питания на понижающем сетевом трансформаторе. Это тем более актуально, поскольку весогабаритные показатели блока питания (БП) нередко превосходят аналогичные параметры запитываемого гаджета или стационарного устройства.

Основные способы понижения

Например, «ходовой» трансформатор частоты 50 Гц с относительно небольшой мощностью 200 Вт, выполненный на трансформаторном железе, весит более 1 килограмма и стоит от 9–18 $. Это не только делает блок питания громоздким, но и значительно удорожает стоимость девайса.

На трансформаторах реализована классическая схема понижения и последующего преобразования переменного напряжения (АС) в постоянное (DС) по цепи «трансформатор → выпрямитель → стабилизатор».

Существует более сложная схема построения «выпрямитель → импульсный генератор → трансформатор → выпрямитель → стабилизатор» импульсного блока питания, обладающая меньшими габаритами.

Преимуществом приведенных схем является гальваническая развязка. При замыкании цепи нагрузки на «ноль» она предотвращает выход из строя аппаратуры и снижает опасность поражения человека электрическим током.

Однако самыми миниатюрными источниками питания 12 В являются бестрансформаторные блоки питания, в которых производится:

• С помощью балластного конденсатора понижение напряжения.
• При помощи балластного резистора гасится избыточное напряжение.
• Нерегулируемым автотрансформатором снимается требуемое напряжение и сглаживается дросселем.

Балластный конденсатор

Сегодня весьма популярным среди радиолюбителей средством снижения напряжения стала установка гасящего конденсатора. Этот универсальный способ повсеместно используется для питания светодиодных ламп и в зарядных устройствах маломощных аккумуляторных батарей. Установка радиоэлемента в разрыв сети питания диодного моста позволяет получить требуемый ток в электрической цепи без рассеивания значительной мощности на тепло.

Схема простого конденсаторного (бестрансформаторного) блока питания с минимальным количеством радиоэлементов и напряжением 12 В мощностью 0,18 Вт выглядит следующим образом:

В качестве Р1 используется любое устройство, рассчитанное на постоянное напряжение 12 В с рабочим амперажом ≤ 0,15А. Конденсатор С1 – балластный, зашунтирован резистором R1. Он предназначен для предотвращения поражения электрическим током от накопленного на пластинах конденсатора С1 заряда. Со своим большим сопротивлением в сотни кОм резистор R1 не влияет на прохождение тока через емкость во время рабочей сессии.

Однако после завершения работы блока питания в течение времени , измеряемого несколькими секундами, через резистор проходит ток разряда обкладок конденсатора. Электролитический конденсатор С2, включенный параллельно нагрузке после диодного моста, сглаживает пульсации выпрямленного тока.

Заметно снизит зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки БП симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора с регулирующим элементом. Осуществляется такая доработка впаиванием параллельно P1 стабилитрона на 12 вольт.

При помощи резистора

Способ подходит для запитки слаботочной нагрузки, например, светодиода или маломощного LED-светильника. Основной недостаток резистивной схемы – низкий КПД по причине рассеивания большого количества активной мощности, затрачиваемой на нагрев резистора. В самом простом варианте БП представляет собой делитель напряжения на резисторах, установленный после диодного выпрямителя, с нижнего плеча которого снимается напряжение.

Стабилизация осуществляется посредством изменения сопротивления одного из плеч делителя: номиналы резисторов подбираются таким образом, чтобы понизить выходное напряжение до приемлемых значений.

Автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки

В автотрансформаторе отсутствует вторичная обмотка: выходное напряжение снимается с одной единственной обмотки на тороидальном магнитопроводе, которая одновременно используется для подачи сетевого напряжения 220 В, 50 Гц.

Принцип действия аналогичен ЛАТР, только снимаемое с витков напряжение имеет определенную фиксированную величину. Поэтому замена силового трансформатора на автотрансформатор повышает КПД блока питания, заметно снижает размеры и вес девайса (при прочих равных условиях весогабаритные характеристики трансформатора в 1,5 раза больше заменяющего изделия).

Схема автотрансформатора с фиксированным напряжением U₂.

Однако нерегулируемый автотрансформатор имеет существенный недостаток: он не защищает от бросков напряжения и наведенных в сети импульсов. Низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) пульсации, сетевые помехи и паразитные гармоники значительно снизятся, если в выходную цепь установить дроссель. В тандеме с автотрансформатором используют дроссель с высокой индуктивностью ≤ 0,5–1,0 ГН, устанавливаемый последовательно с нагрузкой.

Индуктивный элемент накапливает в магнитном поле катушки энергию питающей сети, а затем отдает в нагрузку. Дроссель в электрической цепи противодействует изменению тока в электрической цепи. При резком падении катушка поддерживает протекающий ток, а при резком повышении ограничивает, не давая быстро возрасти. Компактные дроссели переменного тока применяются в бустерах энергосберегающих ламп и LED-драйверах, питающих светодиодные светильники.

Технические требования к конденсатору

Для бестрансформаторного БП подойдет конденсатор, рассчитанный на амплитудное (или большее) значение переменного напряжения. Если действующее значение напряжения равно 220 В, то амплитудное рассчитывается по формуле 220 * = 311 В (номинальное 400 В). Конденсаторы лучше выбрать плёночные, оптимально подходят емкостные элементы серии К73-17.

Бестрансформаторное электропитание: возможные схематические решения

Микросхема линейного стабилизатора

Можно своими руками собрать простой драйвер (источник стабилизированного тока) на недорогой (0,3 $) микросхеме линейного стабилизатора LM317АMDT. На вход преобразователя DС-AC подается напряжение сети 220 В, 50 Гц.

Стабилизированное напряжение 12 В получается на ИМС с минимальным набором элементов в обвязке (в самом простом варианте используется только R1 и R2). Подбирая номинал резисторов, можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиодов до 0,3 А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже приведена типовая схема устройства на микросхеме LM317:

Зарядное устройство

Самым бюджетным вариантом, безусловно, считается использование зарядного устройства (ЗУ) от сотового телефона. Плата зарядника имеет совсем небольшие габариты и подойдет для питания 12 В гаджета с мощностью ≤ P ном. блока питания. Необходимо только заменить в ней однополупериодный выпрямитель на выпрямитель с удвоенным напряжением (добавляется по одному диоду и конденсатору). После модернизации получаем искомые 12 вольт с током 0.5А и полноценной развязкой от сети.

В качестве альтернативы, не требующей вмешательства в конструкцию, можно к выходу ЗУ через переходник подключается повышающий DС-DС преобразователь напряжения (например, 2-х амперный, размером 30мм х 17мм х 14мм, стоимостью 1$) с USB-разъемом. Требуется только выставить подстроечным резистором требуемое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному электроприемному устройству.

Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту

В бытовых условиях зачастую используются источники электропитания низкого напряжения. От напряжения 12 или 24В постоянного тока DС запитываются переносные/стационарные электротехнические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:

• аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;
• стационарные насосы для полива огородов;
• аудио-видеотехника и радиоэлектронная аппаратура;
• системы видеонаблюдения и сигнализации;
• батареечные радиоприемники и плееры;
• ноутбуки (нетбуки) и планшеты;
• галогенные и LED-лампы, светодиодные ленты;

• портативные ультрафиолетовые облучатели и портативное медицинское оборудование;
• паяльные станции и электропаяльники;
• зарядные устройства мобильных телефонов и повербанков;
• слаботочные сети электропитания в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;
• детские игрушки, елочные гирлянды, помпы аквариумов;
• различные самодельные радиоэлектронные устройства, в том числе на популярной платформе Arduino.

Большинство устройств работает от батареек и Li-ion аккумуляторов, но использование товарных позиций не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных затрат. Заряжать аккумуляторные батареи можно 300–1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоемкостью и низким током саморазряда стоят дорого. Заметно дешевле обойдется приобретение батареек, особенно солевых и щелочных, но такие элементы придётся часто менять. Тем более, что для обеспечения подающего напряжения 12 В понадобится 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовых «таблеток» в корпусе типа 27А.

Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц для питания электроприемников с амперажом больше 0,1 А рациональнее использовать блок питания.