Свяжитесь с нами: +7 (960) 206-03-36|[email protected]
Главная » Разное » Расчет гасящего конденсатора

Расчет гасящего конденсатора


Как расчитаь емкость гасящего конденсатора

Опубликовал admin | Дата 27 апреля, 2012

Самые простые понижающие сетевые блоки питания – это бестрансформаторные блоки питания с гасящим конденсатором. Расчет гасящего конденсатора производится по формуле:



С — в микрофарадах;
I – потребляемый ток в А;
Uс – напряжение сети;
U – напряжение питания устройства;
Если выходное напряжение питания 10-20 вольт или менее, то емкость гасящего конденсатора можно определить по упрощенной формуле:
С = 3200∙I/Uc;
Рабочее напряжения гасящего конденсатора должно быть в 2-3 раза больше напряжения первичной сети.

Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".

Просмотров:44 723


Расчёт блока питания с гасящим конденсатором + онлайн-калькулятор — radiohlam.ru

Осторожно, текст под спойлером перегружен физикой!

Итак, процессы в этой схеме будут достаточно нелинейны, поэтому при рассчётах придётся делать различные упрощения и допущения.

Для начала давайте будем считать, что ёмкость конденсатора C2 достаточна для полного сглаживания пульсаций напряжения после моста, то есть напряжение на конденсаторе C2 = const. Далее попробуем нарисовать пару графиков, — напряжение на входе моста (UM) и ток через конденсатор C1 (IC1), опираясь на график сетевого напряжения UС(t). Будем считать, что сетевое напряжение у нас изменяется по синусоидальному закону и имеет амплитуду Uca (вообще-то рисовать мы будем косинусоиду, нам так будет удобнее, но это по сути одно и то же, только косинусоида сдвинута относительно синусоиды на π/2).

Рассуждаем следующим образом: в каждый момент времени полное напряжение и полный ток в этой цепи можно описать следующими уравнениями:

UC=UC1+UМ (1), iC=iC1+iМ (2)

В момент времени t0 уравнение напряжения примет вид: Uca=UC1+UМ. Поскольку Uca — это максимальное значение сетевого напряжения, то UC1 и UМ также в этот момент должны иметь максимальные значения (здесь в логике есть небольшой провал, максимум суммы — это не всегда сумма максимумов, функции могут быть сдвинуты по фазе, но… в общем, мы потом всё экспериментально проверим).

Максимальное значение UМ равно Uвых, поскольку если бы напряжение на мосту поднималось выше, то и конденсатор C2 заряжался бы до большего напряжения (мост бы открылся и к конденсатору C2 потёк бы зарядный ток, увеличивая напряжение на нём).

Токи через конденсатор и мост в момент t0 равны нулю. Про мост я выше уже написал (если бы через него тек ток, то конденсатор C2 заряжался бы дальше), а через C1 ток не течёт, поскольку ток через конденсатор — это первая производная от напряжения, которая в точках экстремума обращается в ноль (значит когда напряжение на конденсаторе максимально — ток равен нулю).

Далее сетевое напряжение (UC) начинает уменьшаться. При этом напряжение на C1 не меняется (тока-то через мост нет, заряд на C1 не меняется), следовательно вместе с падением UC уменьшается напряжение на входе моста.

В момент, когда сетевое напряжение упадёт до значения Uca-2Uвых (момент времени t1) — напряжение на входе моста достигнет значения -Uвых (находим с помощью формулы 1), диоды моста откроются и в первичной цепи (через мост и конденсатор C1) потечёт ток. При этом напряжение на входе моста перестанет меняться (помните, мы договорились, что ёмкость C2 достаточно большая для того, чтобы полностью сгладить пульсации).

Обратите внимание, что напряжение на входе моста в этот момент равно -Uм, так что ток потечёт в обратную сторону от того направления, в котором он тёк до момента времени t0. Этот ток, поскольку он течёт в обратную сторону, начнёт перезаряжать конденсатор C1.

К моменту времени t3 напряжение в сети достигнет максимума, только с противоположной относительно момента t0 полярностью. Соответственно, для этого момента экстремума сетевого напряжения будут справедливы все те же рассуждения касательно напряжений и токов, которые мы использовали для момента t0. То есть, к этому моменту конденсатор C1 полностью перезарядится (напряжение на нём достигнет максимального значения отрицательной полярности), а ток через C1 и мост упадёт до нуля.

Далее, по мере роста сетевого напряжения, напряжение на конденсаторе C1 будет оставаться неизменным, а напряжение на входе моста будет расти.

В момент времени t4, когда сетевое напряжение вырастет до значения -(Uca-2Uвых), напряжение на входе моста достигнет значения Uвых, диоды моста откроются и в первичной цепи (через мост и конденсатор C1) снова потечёт ток. Этот ток снова будет перезаряжать конденсатор C1, но уже напряжением положительной полярности.

В момент t6 напряжение на конденсаторе C1 достигнет максимального значения положительной полярности, а ток через C1 и мост упадёт до нуля.

Далее весь цикл повторится с самого начала.

Теперь давайте вспомним закон сохранения заряда. В соответствии с этим законом за один полный цикл через конденсатор C1, мост и нагрузку должно протекать одинаковое количество заряда. Поскольку ток нагрузки у нас постоянный, то количество заряда, протекающего через нагрузку за один цикл, можно найти по формуле Q=Iн*tцикла=Iн/fc, где fc — частота питающего сетевого напряжения. Количество заряда, протекающего через конденсатор C1, будет равно площади под графиком тока (заштрихованная площадь графика IC1(t)). Остаётся только найти эту площадь, приравнять её к заряду, протекающему за один цикл через нагрузку, и выразить из полученного выражения необходимую ёмкость конденсатора C1 в зависимости от тока нагрузки.

Подробные математические расчёты можно найти под вторым спойлером.

[свернуть]

Расчет емкости гасящего конденсатора для паяльника

радиоликбез

В статье приводится методика расчета емкости гасящего конденсатора и напряжения но его выводах в цепи активной нагрузки,в частности паяльника, которая позволяет существенно сократить объем вычислений ,сведя их до минимума, что упрощает расчеты и сокращает время, необходимое для выбора гасящего конденсатора требуемой емкости и соответствующего номинального напряжения.

 

 

В приведенном материале предлагается методика расчета емкости конденсатора и напряжения на нем при его последовательном включении с паяльником, причем рассматриваются два варианта. В первом варианте необходимо уменьшить мощность паяльника на требуемую величину с помощью гасящего конденсатора, а во втором - включить низковольтный паяльник в сеть 220 В, погасив излишек напряжения конденсатором.

Осуществление первого варианта (рис.1) предполагает два вычисления с исходными данными (ток, потребляемый паяльником из сети I и сопротивление паяльника R1), затем два промежуточных вычисления (ток, потребляемый паяльником при меньшей его мощности на требуемую величину II и емкостное сопротивление конденсатора Rc) и, наконец, два последних вычисления, которые дают искомые

рис.1

величины емкость конденсатора С на частоте 50 Гц и напряжение на выводах конденсатора Uc). Таким образом, для решения задачи по первому варианту необходимо осуществить 6 вычислений.

По второму варианту (рис.2), чтобы решить задачу, необходимо произвести с исходными данными два вычисления, как и в первом варианте, а именно: найти ток

I, потребляемый паяльником из сети, и сопротивление паяльника R, затем следует одно промежуточное вычисление, из которого, как и в первом варианте, находится емкостное сопротивление конденсатора Rc и, наконец, два последних вычисления, из которых определяют емкость конденсатора С при частоте 50 Гц и на-

рис.2

пряжение на выводах конденсатора Uc. Таким образом, для решения задачи по второму варианту необходимо осуществить пять вычислений.

Решение задач по обоим вариантам требует определенных затрат во времени. Методика не позволяет сразу в одно действие, минуя исходные и промежуточные расчеты, определить емкость гасящего конденсатора и соответственно напряжение на его выводах.

Удалось найти выражения, которые позволяют сразу в одно действие вычислить емкость гасящего конденсатора, а затем напряжение на его выводах для первого варианта. Подобным образом получено выражение для определения емкости гасящего конденсатора для второго варианта.

Вариант 1. Располагаем паяльником 100 Вт 220 В и желаем эксплуатировать его при мощности 60 Вт, используя при этом последовательно включенный с ним гасящий конденсатор. Исходные данные: номинальная мощность паяльника Р = 100 Вт; номинальное напряжение сети U = 220 В; требуемая мощность паяльника Р1 = 60 Вт. Требуется вычислить емкость конденсатора и напряжение на его выводах согласно рис.1. Формула для расчета емкости гасящего конденсатора имеет вид:

С = Р∙106/2πf1U2(P/P1 - 1)0,5(мкФ).

При частоте питающей сети = 50 Гц формула принимает вид:

С =3184,71 Р/U2(Р/Р1- 1)0,5 =

=3184,71-100 /2202( 100/60-1 )=8,06 мкФ.

В контрольном примере емкость конденсатора равняется 8,1 мкФ, т.е. имеем полное совпадение результата. Напряжение на выводах конденсатора равно

Uс = (РР1)0,5 ∙106/2πf1СU (В).

При частоте сети f1 = 50 Гц формула упрощается:

Uc = 3184,71 (PP1)0,5/CU =

= 3184,71(60∙100)0,5/8,06 • 220 =

= 139,1 В.

В контрольном примере Uc = 138 В, т.е. практическое совпадение результата. Таким образом, для решения задачи по первому варианту вместо шести вычислений нужно сделать всего два (без промежуточных расчетов). При необходимости емкостное сопротивление конденсатора можно сразу вычислить по формуле:

Rc = U2(P/P, - 1)0,5/Р =

= 2202( 100/60 - 1)0,5/100 = 395,2 Ом.

В контрольном примере Rc = 394 Ом, т.е. практическое совпадение.

Вариант 2. Располагаем паяльником мощностью 25 Вт, напряжением 42 В и хотим включить его в сеть 220 В. Необходимо рассчитать емкость гасящего конденсатора, последовательно включенного в цепь паяльника, и напряжение на его выводах согласно рис.2. Исходные данные: номинальная емкость паяльника Р = 25 Вт; номинальное напряжение Ur = 42 В; напряжение сети U = 220 В. Формула для расчета емкости конденсатора имеет вид:

С = Р∙106/2πf1Ur(U2 - Ur2)0,5 мкФ.

При частоте сети f1 = 50 Гц формула принимает вид:

С = 3184,71 P/Ur(U2 - Ur2)0,5 =

= 3184,71 -25/42(2202 - 422) =

= 8,77 мкФ.

Напряжение на выводах конденсатора легко определить, пользуясь исходными данными, по теореме Пифагора:

Uc = (U2 - Ur2)0,5 = (2202 - 422) =

= 216 В.

Таким образом, для решения задачи по второму варианту вместо пяти вычислений необходимо осуществить только два. При необходимости величину емкостного сопротивления конденсатора, для данного варианта, можно определить по формуле:

Rc = Ur(U2 - Ur2)0,5/P =

= 42(2202 - 422)/25 = 362,88 Ом.

По контрольному примеру Rc = 363 Ом. Гасящий конденсатор С на приведенных рисунках желательно зашунтировать разрядным резистором МЛТ-0,5 номиналом 300...500 кОм.

Выводы. Предлагаемая методика расчета емкости гасящего конденсатора и напряжения на его выводах позволяет существенно сократить объем вычислений, сведя их до минимума.

К. В. Коломойцев.

Читайте также: Расчет бестрансформаторного блока питания

 

 


Использование конденсатора в качестве сопротивления

Опубликовал admin | Дата 10 ноября, 2014

     Маломощные зарядные устройства для герметизированных малогабаритных аккумуляторов, блоки питания для светодиодных ламп, блоки питания для низковольтных слаботочных устройств обычно подключают к первичной сети переменного тока 220 вольт через понижающие трансформаторы или добавочные резисторы. При этом на гасящем резисторе выделяется большая бесполезная мощность в виде тепла, а трансформаторы имеют большие габариты и вес.

      Можно конечно применить малогабаритные трансформаторы, но из-за применения в них очень тонких обмоточных проводов, резко уменьшается надежность таких блоков питания. Известно, что конденсатор, установленный в цепи переменного тока, обладает реактивным сопротивлением, которое зависит от частоты переменного тока, протекающего через его обкладки. Использование конденсаторов позволяет гасить излишнее напряжение, при этом мощность на реактивном сопротивлении не выделяется и это является большим преимуществом конденсатора перед резистором. Один из методов расчета гасящего конденсатора я уже приводил ранее, теперь хочу предложить еще один, с использованием номограммы.
     Так как полное сопротивление Z цепи, составленной из последовательно включенных нагрузки с активным сопротивлением Rн и гасящего конденсатора с реактивным сопротивлением Хс равно


то прямой расчет емкости гасящего конденсатора довольно сложен.

     Поэтому проще воспользоваться номограммой. На ней по оси абсцисс отложены величины сопротивлений нагрузки Rн в килоомах, а по оси ординат отложены величины емкостей гасящих конденсаторов в микрофарадах. По оси, проведенной под углом сорок пять градусов – полные сопротивления Z цепи в килоомах.
Чтобы воспользоваться номограммой, надо определить сопротивление нагрузки — Rн. Rн = I2•R = U2/R и полное сопротивление цепи Z.
Пример. Мостовой выпрямитель с выходным напряжением 12 вольт и током нагрузки 120 мА необходимо питать от сети переменного тока 220 вольт. Надо найти емкость гасящего конденсатора, подключенного последовательно выпрямительному диодному мосту.
Для начала нам необходимо определить сопротивление нагрузки. Rн = U/I = 12 В / 0,12 А = 100 Ом. Теперь определяем полное сопротивление цепи в сети переменного тока 220 вольт. Z = 220 В/0,12 А = 1833 Ом. Далее определяем емкость гасящего конденсатора по номограмме. Для этого из точки на оси абсцисс, соответствующей сопротивлению 100 Ом восстановим перпендикуляр. Через точку, находящуюся на оси Z и соответствующей сопротивлению 1833 Ома, проводим дугу В с центром в точке 0, до пересечения с перпендикуляром А. Получаем точку С, которую проектируем на оси Y – ось емкости. Получаем необходимую емкость гасящего конденсатора, примерно 1,8 мкф. Все просто и удобно. Успехов. К.В.Ю.
Используемая литература: журнал «Радио» № 7 за 1970 год. Автор статьи В. Шишков
Скачать рисунок номограммы можно в формате sPlan здесь.

Скачать “Использование конденсатора в качестве сопротивления” Nomogramma.rar – Загружено 2011 раз – 2 КБ

Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".

Просмотров:16 764


Принцип работы бестрансформаторного блока питания на гасящем конденсаторе SW19.ru

Не для кого не секрет, что источник вторичного электропитания является неотъемлемой частью любого прибора. В данной статье я постараюсь описать довольно распространенный тип источников питания — бестрансформаторные на гасящем конденсаторе.

Основными достоинствами его являются малые габариты, дешевизна и простота устройства, именно по этому его часто используют например, в терморегуляторах тёплого пола, блоках управления бытовыми холодильниками, блоках дистанционного управления люстрами, базы электрочайников с сенсорным управлением и подобных малогабаритных устройствах с сетевым питанием. Не смотря на все положительные качества есть и недостатки, пожалуй самый большой из которых это отсутствие гальванической развязки с питающей сетью и невысокий ток нагрузки.

Отсутствие гальванической развязки требует от мастера повышенного внимания при ремонте и наладке схемы!

Для начала рассмотрим типовую схему такого источника

Это самый стандартный вариант, встречающийся в 80% случаев, в остальных 20% могут присутствовать изменения которые не меняют принципа диагностики и ремонта.

Назначение элементов схемы:


-> Резистор(R1) является токоограничивающим, он ограничивает ток заряда конденсатора в момент включения в сеть т.к. разряженный конденсатор имеет низкое сопротивление, а следовательно потребляет значительный ток, так же в некоторых схемах он используется разрывной и одновременно служит плавким предохранителем
-> Конденсатор (С1) является основным элементом схемы. За счет своего реактивного сопротивления он гасит излишний ток. Напряжение же получается лишь тогда, когда появляется нагрузка, его величина подчиняется закону ома.
-> Резистор(R2) – разряжающий. Он служит для того чтобы разрядить конденсатор, иначе при отключении от сети вилка устройства будет биться током, во многих схемах не имеющих разъемных соединений, например в термостате теплого пола, датчиках движения его не ставят.
-> Диодный мост(Br1) служит для выпрямления тока, в целях экономии его часто заменяют на однополупериодный выпрямитель состоящий из одного диода.
-> Конденсатор(С2) необходим для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.
-> Стабилитрон(D1) стабилизирует напряжение. Т.к. конденсатор ограничивает ток, то напряжение в отсутствии нагрузки было бы равно сетевому, а так же при изменении тока нагрузки скакало в широких пределах, стабилитрон же является постоянной нагрузкой в цепи и не позволяет напряжению превышать определенный порог, равный его напряжению стабилизации

Самая частая неисправность с которой подобные устройства заходят на ремонт «Не включается, не светится» и подобные выражения, которые сообщает клиент мастеру.
При данных признаках в большинстве случаев происходит пробой стабилитрона, т.к. он «сдерживает» напряжение при изменении нагрузки или скачках напряжения в сети, а в отсутствии нагрузки вся выработанная мощность БП рассеивается на нем в виде тепла.

С такой проблемой был принят в ремонт термостат тёплого пола Electrolux

Подключаем к питанию, проводим замеры питающего напряжения. Удобнее и быстрее всего произвести замер в очевидных точках, если есть микросхемы, на питающих выводах, на сглаживающем конденсаторе, и т. д.

Когда выяснено, что проблема с питающими линиями, более детально осматриваем цепи питания и воспроизводим схему питания устройства

Данная схема очень типичная, кроме наличия 2 стабилитронов, включенных последовательно, Это необходимо для питания напряжением 12В цепей управления и 17В для запитки реле.(Реле в этом регуляторе используется на 24В, выбранное производителем пониженное напряжение 17В позволяет реле уверенно срабатывать и при этом иметь минимальный нагрев)

Диагностируется данная проблема просто: Находим стабилитрон и мультиметром в режиме прозвонки производим измерение на его выводах При исправном стабилитроне на экране прибора будет какое либо значение много больше нуля, при не исправном раздастся писк свидетельствующий о коротком замыкании.
Если при диагностике обнаружен перегоревший плавкий предохранитель, то в первую очередь проверяем сам гасящий конденсатор на пробой.

Далее удаляем стабилитрон и прозваниваем без него. Короткое скорее всего пропадёт.

Так же, чтобы убедиться проверяем стабилитрон.

А далее заменяем его на исправный, если есть следы свидетельствующие о перегреве (потемнение платы) то заменяем его на стабилитрон с большей мощностью рассеяния или заменяем на включенные параллельно с выравнивающими резисторами

Далее проверяем результат нашего ремонта
При включении в сеть загорелся светодиод «Нагрев» и отчетливо слышен щелчок реле.

Расчет гасящего конденсатора для источника питания теперь не проблема

Расчет гасящего конденсатора - программа, которая позволит упростить радиолюбительские расчеты.

Для питания небольших разработок с малым потреблением тока, а также в тех случаях где играет большую роль масса-габаритные показатели или цена будущей разработки можно применить гасящий конденсатор. Выполнить расчет гасящего конденсатора для источника питания поможет несложная программка, но о ней немного позже сначала расскажу о грубом расчете. А как же его выполнить? Подобным вопросом задаются, как новички, так и "бывалые" радиолюбители. Так и мне пришлось в свое время работать над этим вопросом. Хочу поделиться своим небольшим опытом. Если совсем просто и грубо, то 1 мкФ гасящего конденсатора дает ток для Вашей разработки в 70мА. Рассчитываем потребление Вашего устройства, а после подбирает гасящий конденсатор нужного номинала. Если грубые расчеты не устраивают, предлагаю прочитать статью С. Бирюкова «Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором» журнал Радио №5, 1997 год. Всем кому удобнее выполнять расчеты с помощью программного обеспечения предлагаю скачать программу для расчета источника питания с гасящим конденсатором. Работа программы основана на методике расчета С. Бирюкова.

Ищите программу для расчета задержек? Вот статья - Программа расчета задержек - PIC Delay 1.8.

Важно! Не забываем, что гасящий конденсатор не дает гальванической развязки от опасного сетевого напряжения! При наладки своих разработок необходимо быть предельно внимательным!

Схема сглаживания конденсаторов

и расчеты »Электроника

Резервуарные конденсаторы используются для сглаживания необработанной выпрямленной формы волны в источнике питания - важно выбрать правильный конденсатор с правильным значением и номинальным током пульсаций.

Пособие по схемам источника питания и руководство Включает:
Обзор электронных компонентов источника питания Линейный источник питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

В источнике питания, будь то линейный источник питания или импульсный источник питания с использованием источника питания переменного тока и диодных выпрямителей, необработанный выпрямленный выход обычно сглаживается с помощью накопительного конденсатора перед подачей на какие-либо регуляторы или другие подобные электронная схема.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

идеально подходят для работы в качестве сглаживающих конденсаторов, так как многие электролитические конденсаторы способны обеспечить достаточно высокую емкость и выдерживать уровень пульсаций тока, необходимый для сглаживания формы волны.

По сути, схема сглаживания заполняет основные провалы в необработанном выпрямленном сигнале, так что схема линейного регулятора или импульсного источника питания может работать правильно. Они изменяют форму волны от той, которая изменяется от нуля до пикового напряжения в течение цикла входящей формы волны мощности, и меняют ее на такую, где изменения намного меньше.По сути, они сглаживают форму волны, и отсюда и название.

Поскольку сглаживающие конденсаторы используются как в источниках питания с линейным стабилизатором, так и в импульсных источниках питания, они составляют важную часть многих из этих электронных схем.

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

Основы сглаживания конденсатора

Конденсаторное сглаживание используется для большинства типов источников питания, будь то линейный регулируемый источник питания, импульсный источник питания или даже просто сглаженный и нерегулируемый источник питания.

Типичный электролитический конденсатор, используемый для сглаживания

Необработанный постоянный ток, подаваемый диодным выпрямителем сам по себе, будет состоять из серии полусинусоидальных волн с напряжением, изменяющимся от нуля до √2-кратного среднеквадратичного напряжения (без учета диодных и других потерь).

Форма волны такого рода не будет использоваться для питания схем, потому что любые аналоговые схемы будут иметь огромный уровень пульсации, наложенной на выход, и любые цифровые схемы не будут работать, потому что питание будет отключаться каждые полупериод.

Конденсаторное сглаживание обеспечивает правильную работу следующих ступеней линейно регулируемого источника питания или импульсного источника питания.

Для сглаживания выхода выпрямителя используется накопительный конденсатор, размещенный на выходе счетчика параллельно с нагрузкой.

Сглаживание работает, потому что конденсатор заряжается, когда напряжение выпрямителя превышает напряжение конденсатора, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор обеспечивает требуемый ток из своего накопленного заряда.

Таким образом, конденсатор может обеспечивать заряд, когда он не поступает от выпрямителя, и, соответственно, напряжение изменяется значительно меньше, чем при отсутствии конденсатора.

Конденсаторное сглаживание не обеспечивает полной стабильности напряжения, всегда будет некоторое изменение напряжения. Фактически, чем выше номинал конденсатора, тем больше сглаживание, а также чем меньше потребляемый ток, тем лучше сглаживание.

Сглаживающее действие накопительного конденсатора

Следует помнить, что единственный путь разрядки конденсатора, кроме внутренней утечки, - это через нагрузку к выпрямителю / системе сглаживания.Диоды предотвращают обратный ток через трансформатор и т. Д.

Еще один момент, о котором следует помнить, заключается в том, что сглаживание конденсатора не дает никакой формы регулирования, и напряжение будет меняться в зависимости от нагрузки и любых изменений на входе.

Регулирование напряжения может быть обеспечено линейным регулятором или импульсным источником питания.

Емкость сглаживающего конденсатора

При выборе емкости конденсатора необходимо выполнить ряд требований. В первом случае значение должно быть выбрано так, чтобы его постоянная времени была намного больше, чем временной интервал между последовательными пиками выпрямленного сигнала:

Где:
R нагрузка = общее сопротивление нагрузки для источника питания
C = значение емкости конденсатора в фарадах
f = частота пульсаций - это будет вдвое больше линейной частоты, чем используется двухполупериодный выпрямитель.

Сглаживающий конденсатор пульсации напряжения

Поскольку на выходе выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будет некоторая пульсация, необходимо иметь возможность оценить приблизительное значение. Чрезмерное указание емкости конденсатора приведет к увеличению стоимости, размера и веса, а недостаточное указание приведет к снижению производительности.

Пульсации от пика до пика для выходного сигнала сглаживающего конденсатора в источнике питания (полная волна)

На приведенной выше диаграмме показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя со сглаживанием конденсатора.Если бы использовался полуволновой выпрямитель, то половина пиков была бы потеряна, а пульсации были бы примерно вдвое больше напряжения.

Для случаев, когда пульсации мала по сравнению с напряжением питания - что почти всегда имеет место - можно рассчитать пульсации, зная условия цепи:

Двухполупериодный выпрямитель

Полупериодный выпрямитель

Эти уравнения обеспечивают более чем достаточную точность. Хотя разряд конденсатора для чисто резистивной нагрузки является экспоненциальным, неточность, вносимая линейным приближением, очень мала для низких значений пульсаций.

Также стоит помнить, что вход регулятора напряжения - это не чисто резистивная нагрузка, а нагрузка с постоянным током. Наконец, допуски электролитических конденсаторов, используемых для сглаживающих схем выпрямителя, велики - в лучшем случае ± 20%, и это скроет любые неточности, вносимые допущениями в уравнениях.

Пульсация тока

Двумя основными характеристиками конденсатора являются его емкость и рабочее напряжение. Однако для приложений, в которых может протекать большой ток, как в случае сглаживающего конденсатора выпрямителя, важен третий параметр - его максимальный ток пульсаций.

Ток пульсации не равен току питания. Есть два сценария:

  • Ток разряда конденсатора: В цикле разряда максимальный ток, подаваемый конденсатором, возникает, когда выходной сигнал схемы выпрямителя падает до нуля. В этот момент весь ток в цепи подается конденсатором. Это равно полному току цепи.

    Пиковый ток, подаваемый конденсатором в фазе разряда

  • Ток зарядки конденсатора: В цикле зарядки сглаживающего конденсатора конденсатор должен заменить весь потерянный заряд, но этого можно добиться только тогда, когда напряжение выпрямителя превышает напряжение на сглаживающем конденсаторе.Это происходит только в течение короткого периода цикла. Следовательно, ток в этот период намного выше. Чем больше конденсатор, тем лучше он уменьшает пульсации и тем короче период заряда.

    Более короткое время зарядки приводит к очень большим уровням пикового тока, поскольку сглаживающий конденсатор должен поглотить достаточный заряд для периода разряда за очень короткое время.

    Период заряда конденсатора источника питания

Пи-секционные сглаживающие сети

В некоторых приложениях линейный регулятор напряжения не будет использоваться, может потребоваться улучшенная форма сглаживания.Это может быть обеспечено использованием двух конденсаторов и последовательной катушки индуктивности или резистора.

Подход сглаженного источника питания используется в некоторых высоковольтных системах и в некоторых других специализированных областях, но он не так распространен, как источники питания с линейным регулированием и импульсные источники питания, которые обеспечивают гораздо лучшее регулирование и сглаживание.

Этот подход также можно увидеть во многих старинных беспроводных устройствах, где использование линейно регулируемого источника питания было невозможно.

Пи-секционный сглаживающий фильтр

Существует два варианта сглаживающей системы Пи-секции.При наличии двух конденсаторов между линией и землей последовательным элементом служил индуктор или резистор. Катушка индуктивности стоила намного дороже и обеспечивала лучшую производительность, но резистор был гораздо более дешевым вариантом, хотя он рассеивал больше энергии.

Сглаживающие конденсаторы являются важными элементами как линейных источников питания, так и импульсных источников питания, и поэтому они широко используются.

При выборе емкостного конденсатора для сглаживания в источниках питания важно не только значение емкости для обеспечения требуемого снижения пульсаций напряжения, но также очень важно гарантировать, что номинальный ток пульсаций конденсатора не будет превышен.Если потребляется слишком большой ток, конденсатор нагревается и его срок службы сокращается, или в крайних случаях он может выйти из строя, иногда катастрофически.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем. . .

.

Калькулятор заряда и разряда конденсаторов

Расчет времени заряда и разряда конденсатора, подключенного к источнику напряжения через резистор

Пример 1: Необходимо рассчитать сопротивление для зарядки конденсатора емкостью 4700 мкФ до почти полного заряда за 2 секунды при напряжении питания 24 В См. Пример
Пример 2: Необходимо рассчитать напряжение конденсатора 100 нФ после зарядки в течение 1 мс через резистор 10 кОм с питанием 5 В См. Пример
Пример 3: Необходимо рассчитать время для разряда конденсатора 470 мкФ из От 385 до 60 вольт с разрядным резистором 33 кОм См. Пример
Пример 4: необходимо рассчитать емкость для зарядки конденсатора от 4 до 6 вольт за 1 миллисекунду при напряжении питания 10 вольт и сопротивлении 1 кило-ом См. пример

Вы можете использовать один из следующих префиксов SI после значения: p = pico, n = nano, u = micro, m = milli, k = kilo, M = me ga, G = giga

Введите все значения, кроме того, которое вы хотите вычислить.
  • From Voltage - Начальное напряжение конденсатора
  • To Voltage - Напряжение конденсатора по истечении времени
  • Напряжение питания - Напряжение источника питания.Это также может быть ноль для обозначения короткого
  • Capacitance - Емкость конденсатора
  • Resistance - Сопротивление резистора
  • Time - период времени зарядки или разрядки
.

Расчет емкости конденсатора - Расчет высокой точности

[1] 27.11.2017 18:13 Мужской / 30-летний уровень / Средняя школа / Университет / аспирант / Очень /

Цель использования
Проверка ответов некоторых упражнений.
Комментарий / запрос
Требуются дополнительные инструкции по заполнению относительной диэлектрической проницаемости

[2] 28.08.2016 04:22 Мужской / 20-летний уровень / средняя школа / университет / аспирант / очень /

Цель использования
Проверить ответы на проблемный лист, который я делал.
Комментарий / запрос
Очень полезно, однако было бы хорошо, если бы он показывал и другие вещи, такие как фазовый угол и импеданс катушки, или, может быть, я должен разобраться с этим сам. В любом случае очень полезно, спасибо.

[3] 26/12/2009 00:16 Мужской / Более 60 / Другое / Очень /

Цель использования
хобби
Комментарий / запрос
очень хороший сайт

[4] 2009/10/06 05:13 Мужской / Более 60 / Другие / Очень /

Цель использования
Ремонтные работы датчика объема топлива
Комментарий / Запрос
полезно
.

Калькулятор разряда суперконденсатора

Подробнее об этом расчете

  • Vcapmax - максимальное значение V CC , до которого заряжается конденсатор.
  • Vcapmin - это минимальное рабочее напряжение, которое вы можете выдержать до того, как ваша схема или компонент, поддерживаемые конденсатором, перестанут работать.
  • Imax - это максимальный ток, при котором ваша цепь разряжает конденсатор. Это может быть постоянный ток или начальный линейный ток при Vcapmax.Значения Imax и Vcap используются для расчета эквивалентного сопротивления цепи, которое используется в уравнение для расчета времени резервного копирования.


Рисунок 1.
Из базовой электроники формула для определения напряжения на конденсаторе в любой момент времени (для Схема разряда на рисунке 1) составляет: V (t) = E (e -t / RC )

Преобразование этой формулы для времени дает нам: t = - log (V / E) (RC)
Где :
В - конечное напряжение в вольтах (В)
E - начальное напряжение в вольтах (В)
R - резистивная нагрузка в омах (Ом)
C - емкость конденсатора в фарадах 1F = 1000 000 мкФ = 1000 000 000 нФ = 10000000000000pF
t - время в секундах

Дополнительная информация о суперконденсаторах
Суперконденсатор, суперконденсатор, псевдоконденсатор, электрохимический двухслойный конденсатор (EDLC) или ультраконденсатор, представляет собой электрохимический конденсатор с относительно высокой плотностью энергии, обычно порядка тысяч раз больше, чем у электролитического конденсатора.Например, типичный электролитический конденсатор размера D-ячейки может иметь емкость в диапазоне десятков миллифарад. Электрический двухслойный конденсатор такого же размера может достигнуть нескольких фарад, что на два порядка больше. Суперконденсаторы обычно дают более низкое рабочее напряжение в диапазоне 2,5 - 20 В.
По состоянию на 2010 год более крупные двухслойные конденсаторы имеют емкость до 5000 фарад. [1] Также в 2010 году самая высокая доступная плотность энергии суперконденсатора составляет 30 Втч / кг, [2] ниже, чем у литий-титанатных батарей с быстрой зарядкой.EDLC
имеют множество коммерческих применений, особенно в устройствах «сглаживания энергии» и устройств с мгновенной нагрузкой. Они используются в качестве накопителей энергии в транспортных средствах, а также для небольших приложений, таких как домашние солнечные энергетические системы, в которых чрезвычайно быстрая зарядка является важной функцией. Суперконденсаторы уже много лет широко используются в качестве резервного источника питания для схем часов реального времени и памяти в микроконтроллерах. Больше информации в Википедии здесь.

.Конденсаторы серии

| Калькулятор формул

- в некоторых случаях конденсаторы могут появляться последовательно, и необходимо иметь возможность рассчитать значение.

Capacitance Учебное пособие включает:
Capacitance Формулы конденсатора Емкостное реактивное сопротивление Параллельные конденсаторы Последовательные конденсаторы Диэлектрическая проницаемость и относительная диэлектрическая проницаемость Коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь, ESR Таблица преобразования конденсаторов

В некоторых случаях может потребоваться последовательное подключение конденсаторов.В некоторых схемах это происходит естественным образом, например в некоторых генераторах может быть конденсаторный делитель напряжения переменного тока. В других случаях конденсаторы могут быть включены последовательно по разным причинам, некоторые примеры приведены ниже.

Хотя наиболее распространенная комбинация - увидеть два конденсатора последовательно, можно разместить три или более последовательно.

Формула конденсаторов серии

Если конденсаторы размещаются параллельно, это немного похоже на увеличение размера пластин конденсатора, и, следовательно, значения конденсаторов, подключенных параллельно, можно просто сложить.Если конденсаторы включены последовательно, их нельзя просто добавить.

Конденсаторы, подключенные последовательно

Теоретически нет ограничений на количество конденсаторов, которые могут быть добавлены последовательно. Очевидно, могут быть практические ограничения, зависящие от области применения, места и других физических ограничений.

Когда конденсаторы соединены последовательно, общую емкость можно определить, взяв величину, обратную емкости каждого конденсатора, и сложив их вместе, чтобы получить величину, обратную общей емкости.

1Cotal = 1C1 + 1C2 + 1C3. . . . .

Два конденсатора последовательно

При вычислении общего значения общей емкости для серии конденсаторов, включенных последовательно, вычисление может быть немного длинным, если выполняется вручную. Как и в большинстве сетей, только два конденсатора устанавливаются последовательно, что позволяет значительно упростить формулу. Это значительно упрощает ручные вычисления.

Два конденсатора соединены последовательно

Конденсаторы в последовательном калькуляторе

Калькулятор ниже показывает общую емкость для двух последовательно соединенных конденсаторов.Емкость можно ввести в фарадах, мкфарадах, нанофарадах или пикофарадах, при условии, что для обоих конденсаторов используются одинаковые единицы. Ответ предоставляется в тех же единицах, что и введенные.


Вычислитель конденсаторов серии

Меры предосторожности при использовании конденсаторов серии

Хотя конденсаторы действительно появляются последовательно в ряде конфигураций схем, таких как генераторы и т.п., конденсаторы могут использоваться последовательно для увеличения рабочего напряжения.

Когда два конденсатора используются последовательно, проблема часто заключается в том, что два конденсатора не распределяют напряжение поровну. Различия в токе утечки возникают между конденсаторами, особенно для конденсаторов, таких как электролитические версии, и это означает, что напряжения на двух конденсаторах могут сильно различаться, и в результате один может подвергаться условиям перенапряжения, что может привести к разрушению одного. или оба конденсатора. Это может произойти, если два конденсатора были подключены последовательно для увеличения рабочего напряжения.

Разница в токе утечки может легко быть результатом незначительных различий в производстве или даже разницы в скорости старения двух конденсаторов - ток утечки в электролитических конденсаторах увеличивается со временем, особенно если они не используются.

Два конденсатора, соединенных последовательно с резистивным делителем напряжения

Для помощи в равномерном распределении напряжения между двумя конденсаторами, вокруг конденсаторов устанавливаются резисторы с высокой номинальной стоимостью в качестве делителя потенциала. Значения могут быть порядка 100 кОм или, возможно, даже немного выше, но этого достаточно, чтобы напряжения могли надежно делиться на обоих конденсаторах.

По сути, номиналы двух резисторов должны быть такими, чтобы ток, протекающий через них, был как минимум в десять раз выше, чем ток утечки. Таким образом, напряжение будет более равномерно распределяться между последовательно включенными конденсаторами. Даже при таком подходе хорошо оставлять хороший запас рабочего напряжения, особенно при использовании электролитических конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов происходит во многих цепях. Очень полезно знать, как рассчитать общую стоимость, даже если это приблизительный расчет в вашей голове.Если требуется более точное значение, то онлайн-калькулятор последовательного конденсатора может оказаться очень полезным.

Дополнительные основные понятия:
Напряжение ток Сопротивление Емкость Сила Трансформеры RF шум Децибел, дБ Q, добротность
Вернуться в меню «Основные понятия». . .

.

Последовательный и параллельный калькулятор емкости

[1] 2020/08/13 03:32 Мужчина / Уровень 30 лет / Инженер / Полезно /

Цель использования
Проверить мою собственную работу по созданию проблем для младшего технические специалисты для решения

[2] 2019/11/15 17:26 Мужчина / Уровень 20 лет / Старшая школа / Университет / Аспирант / Полезно /

Цель использования
ПОНЯТЬ
Комментарий / Запрос
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗНАНИЙ

[3] 10.04.2019 15:25 Мужчина / 30 лет / Самозанятые / Очень /

Цель использования
Генератор Колпитца на УКВ, рассчитать общую емкость на двойные варикапные диоды, используемые для настройки, а также общая емкость на делителе обратной связи.

[4] 2019/03/08 07:04 Мужчина / 60 лет и старше / Пенсионер / Очень /

Цель использования
Помимо того, что я радиолюбитель, я также занимаюсь изготовлением кристаллических радиоприемников .
Для многих конструкций требуется воздушный конденсатор емкостью 500 пФ, но все, что я смог найти, это 630 пФ.
Итак, используя ваш калькулятор, я смог увидеть, сколько емкости мне нужно было добавить последовательно, чтобы снизить емкость конденсатора 630 пФ до 500 пФ.

Отлично сработало, мои искренние благодарности.

[5] 2018/08/27 21:07 Мужской / 40-летний уровень / Другое / Очень /

Цель использования
За исключением правильных значений на двух заглавных буквах. Используется для расчета заменяемых колпачков для старой магнитофонной деки.
Комментарий / запрос
Очень полезно

[6] 2018/08/17 13:15 Мужской / 40-летний уровень / Самозанятые люди / Очень /

Цель использования
рассчитать шину питания для ламповый усилитель

[7] 2018/08/12 01:16 Мужчина / 60 лет и старше / Офисный работник / Государственный служащий / Полезно /

Цель использования
Устранение неисправностей источника питания.У меня был счетчик, который показывал максимум 10000 мкФ. Итак, мне пришлось последовательно подключить два одинаковых, чтобы проверить значение крышки фильтра.

[8] 2018/08/06 18:40 Мужчина / Уровень 20 лет / Инженер / Очень /

Цель использования
Расчет емкости для настройки антенны

[9] 2018/06/ 13 16:08 Мужской / 50-летний уровень / Высшая школа / Университет / аспирант / Очень /

Цель использования
Два последовательно соединенных диода общей емкости для планирования антенны.

[10] 2018/05/27 01:53 Мужской / До 20 лет / Начальная школа / Неполный ученик средней школы / Очень /

Цель использования
рассчитать значение выходных конденсаторов аудиоусилителя
.

Смотрите также