Dlaczego ten zasilacz jest beztransformatorowy?

Widziałem ładowarkę, która przekształca 220 V AC na 6 V DC bez transformatora.

Teraz zastanawiam się, dlaczego wiele (jeśli nie wszystkie) zasilaczy używa transformatora, czy chodzi o wydajność, czy o dryfowanie w czasie?

Aktualizacja: Ten obwód znajduje się w tej pochodni

Zasilacz znaleziony w tym urządzeniu jest typu znanego jako pojemnościowy zakraplacz . (Więcej informacji w artykule z Wikipedii „ Zasilanie pojemnościowe ”.)

Główny powód, dla którego często nie widzisz tego rodzaju zasilacza, jest prosty: jest niebezpieczny . Wynika to z faktu, że jedna noga zasilacza prądu przemiennego musi z konieczności być podłączona bezpośrednio do obwodu. Idealnie powinna to być noga neutralna, ale trudno to zagwarantować - źle podłączone gniazda lub niespolaryzowane wtyczki mogą spowodować, że część obwodu zostanie zasilona przez gorącą nogę zasilacza prądu przemiennego.

Jest to pojemnościowy zasilacz z kroplomierzem, jak powiedzieli inni, ale zamierzam nieco inaczej spojrzeć na bezpieczeństwo rzeczy .....

Iff jest wbudowany bezpośrednio w latarkę, tak że żadna część palnika lub obwodu ładowania nie jest dostępna bez użycia narzędzia (więc, akumulator, diody LED, przełącznik, cokolwiek innego) jest zamknięta w plastikowym pudełku z odpowiednim gniazdem sieciowym do ładowania, to jest w porządku i całkowicie bezpieczne. Problem pojawia się tylko wtedy, gdy próbujesz zapewnić sposób na połączenie takiej rzeczy ze światem zewnętrznym, aby zapewnić, powiedzmy, 10mA lub mniej, aby naładować baterię w latarce awaryjnej, tego rodzaju rzecz jest bardzo, bardzo standardowa.

Zielona rzecz to rezystor, głównie po to, aby ograniczyć prąd pobierany przez szybkie skoki, gdy nasadka nie ma wiele dobrego, większość napięcia kapie na kondensator, więc energia jest rozpraszana, ale współczynnik mocy jest okropny.

Jest kilka miejsc, w których odległość marszczenia wygląda nieco podejrzanie, ale poza tym widziałem znacznie gorzej.

Większość krajów wymaga, aby urządzenia nie przewodziły znaczącej ilości prądu między żadnym z przewodów zasilających a odsłoniętą metalową powierzchnią, nawet gdy między przewodami zasilającymi a tą powierzchnią zastosowana zostanie znaczna różnica potencjałów (np. 1000 woltów).

Istnieją trzy sposoby, w jakie urządzenia mogą spełnić to wymaganie:

1. Nie należy łączyć żadnych elementów wykorzystujących elektryczność z odsłoniętą metalową powierzchnią.

2. W przypadku urządzeń, które wymagają absolutnie niewielkiej ilości energii, podłączaj zasilanie tylko przez urządzenia, które nie przepuszczą dużego prądu w żadnych warunkach. Takie podejście może być wykonalne w przypadku zegara LCD, który wymaga jedynie 10uA, ale nie jest zbyt praktyczny.

3. Przekształć elektryczność w inną formę energii, a następnie zamień ją z powrotem w elektryczność. W przypadkach wymagających ekstremalnej izolacji można zastosować silnik zasilany z sieci (który zamienia prąd elektryczny w ruchome pole magnetyczne, które następnie obraca wał) połączony za pomocą nieprzewodzącego wału z generatorem (który wykorzystuje wał obrotowy do generowania ruchomego magnesu pole, które następnie wykorzysta do produkcji energii elektrycznej). Transformator jest tańszą alternatywą, która pomija dwa środkowe etapy konwersji, a tym samym unika związanych z tym strat konwersji.

Podejście nr 1 jest najtańsze, gdy jest praktyczne. Podejście nr 2 jest bardzo rzadko praktyczne. Wiele urządzeń nie może używać numeru 1 lub 2, a tym samym implementuje numer 3. Transformatory nie są jedynym sposobem na osiągnięcie # 3, ale często są tańsze i bardziej praktyczne niż jakakolwiek alternatywa.

Chodzi o wydajność i koszty. Trend w branży elektronicznej urządzeń do zarządzania energią polega na wyeliminowaniu transformatorów w jak największym stopniu (a wraz z nim miedzi i jej masy). Robią to zgodnie z prawem , stosując klasę obwodów zwanych ogólnie zasilaczami impulsowymi (SMPS) i przetwornikami.

W obwodach impulsowych oscylator (zwykle fala prostokątna, o częstotliwościach w zakresie od? 20 kHz w niektórych przypadkach do niskiej MHZ) steruje przełącznikiem, zwykle MOSFET, on / off, który steruje elementem magazynującym energię, tj. cewka indukcyjna lub kondensator, w zależności od topologii obwodu, a jest ich kilka, o czym dowiesz się na kursie ECE, jeśli i kiedy wykonasz wstępny temat elektroniki mocy.

Mam nadzieję, że ładowarka, którą widziałeś, jest najprawdopodobniej przykładem konwertera buck ACDC. (Jeśli nie jest, to głębokie szóste.) Istnieją również konwertery ACAC i DCDC. Jeśli zwiększą napięcie pierwotne, są przetwornikami podwyższającymi . Jeśli zejdą z pierwotnego, są konwerterami złotówki . Aby się nie prześcignąć, istnieją również konwertery buck-boost, które na przykład służą do przedłużenia żywotności akumulatorów w obwodach zasilanych bateryjnie, gdy napięcie akumulatora spadnie poniżej wymaganego napięcia zasilania. (Nie słyszałem wiele o konwerterach boost-buck, ale nie zdziwiłbym się, gdyby miały jakieś aplikacje).

Innym aspektem jest oszczędność masy, a wraz z nią koszt miedzi. Jeśli mogę zmniejszyć wagę mojego urządzenia, mogę wysłać więcej z nich przy niższych kosztach i wyższych marżach lub dodać dodatkowe funkcje. Jak zapewne wiesz, wraz ze wzrostem częstotliwości sygnału w cewce indukcyjnej rośnie. Stąd trend dla niektórych projektantów polegający na stosowaniu wysokich częstotliwości oscylacyjnych w celu zmniejszenia wielkości induktora - porównaj lotniczą elektronikę mocy działającą przy 415 Hz w porównaniu z ogólną siecią energetyczną przy 50/60 Hz. Jednak wraz ze wzrostem częstotliwości pojawiają się zwiększone straty („pasożytnicze”), zarówno omowe, jak i parametr w przełącznikach MOSFET i inne. Tak więc, jeśli się dowiesz, w elektroenergetyce występują kompromisy i jest ich wiele.$R_{ds(ON)}$

Ponieważ w obwodach mocy w trybie przełączania jest dużo energii, a ponieważ działają one w pobliżu granic tolerancji komponentów, mają tendencję do dryfowania z czasem (w przypadku układów scalonych, sprawdzają elektromigrację i „fizykę” niepowodzenie"). Wysoka energia sprawia, że ​​obwody te są niebezpieczne w pracy. Ze względu na te wymagania projektanci używają komponentów klasy mocy i są one droższe, ale bardziej wytrzymałe niż zwykły komponent pasywny.

Kilku producentów półprzewodników produkuje układy do zarządzania energią i bateriami, a teraz układy do pozyskiwania energii, i zwykle mają bardzo dobrą literaturę techniczną na ten temat, więc zacznij odkrywać.

Witamy w świecie elektroniki energetycznej.

EDYTOWAĆ

Pokazana płytka drukowana jest sposobem, aby tego nie zrobić. Jeśli poprawnie odczytałem płytkę, duży zielony element jest najprawdopodobniej wysokiej mocy rezystorem drutowym o wysokiej wartości, który obniża napięcie i ogranicza prąd z napięcia sieciowego, a następnie prostuje to nadal napięcie prądu przemiennego i wygładza je z potężnym dużym kondensatorem (komponent pomarańczowo-czerwony). Będzie działał do momentu awarii rezystora. Jeśli zawiedzie jako obwód otwarty, ładowarka nie będzie działać, ale jeśli zawiedzie jako zwarcie, spowoduje uszkodzenie diod prostownika i kondensatora. To nie jest bezpieczny obwód. Weź go z powrotem i uzyskaj zwrot pieniędzy, jeśli możesz, lub wyrzuć go, zanim ktoś zostanie ranny. (Lub użyj go do części w niekrytycznych projektach :-) - komponenty prawdopodobnie będą tanie i niskiej jakości.)

Zarówno dla bezpieczeństwa, jak i dlatego, że bardziej praktyczne jest uzyskanie (powiedzmy) 5 V przy 2,1 A przy niewielkim zasilaniu zwrotnym. Pojemnościowy zasilacz z zakraplaczem musiałby pobierać ogromne VA, aby uzyskać stosunkowo niewielką moc.

Niskoprądową ładowarkę można wykonać tak, aby złącza baterii były izolowane od użytkownika, podczas gdy zasilacz będzie miał przewód, a urządzenie może mieć odsłonięty metal, porty itp. Jeśli użytkownik jest narażony na bezpośrednie podłączenie do sieci, może zostać porażony prądem.

Ten zasilacz jest beztransformatorowy, ponieważ producent stara się wycisnąć każdy grosz z produktu, obniżając koszty. Tego rodzaju zasilacze zostały już wcześniej omówione , a użytkownik zgodził się na porażenie prądem z urządzenia. Teraz Twoje urządzenie wydaje się być lepiej izolowane, a tylko mała czerwona dioda LED i przełącznik mają potencjał sieciowy podczas wystawania z obudowy.

Nie martwiłbym się zbytnio, ale trzymałbym ręce jak najdalej od diody LED i przełącznika podczas ładowania latarki.

Te pojemnościowe droppery są często pokazywane na kanale Big Clive na YouTube, gdzie omawia ich działanie i problemy z nimi związane. Jak mówi duskwuff, istnieje bezpośrednie połączenie sieciowe. Niektóre obwody stają się jeszcze bardziej ekscytujące poprzez umieszczenie przełącznika jednobiegunowego na wejściu i użycie niespolaryzowanego połączenia sieciowego, dzięki czemu masz 50/50 szansę na przełączenie pod napięciem lub neutralne, co spowoduje, że urządzenie będzie pod napięciem sieciowym, gdy jest wyłączone!

https://www.youtube.com/watch?v=QwqFkelUs_g pokazuje latarkę z pojemnościowym zakraplaczem i port USB o potencjale sieciowym. Bardzo ekscytujące!