Как понизить постоянное напряжение конденсатором

Содержание

Как понизить напряжение?
Понижение напряжения постоянного тока
Понижение напряжения переменного тока
С помощью трансформатора
С помощью резистора
Конденсатор в качестве понижающего трансформатора
Конденсатор в качестве понижающего трансформатора
Пример 1
Пример 2
Как понизить постоянное напряжение конденсатором
Кто сейчас на форуме

Как понизить напряжение?

За счет наличия большого количества международных стандартов и технических решений питание электронных устройств может осуществляться от различных номиналов. Но, далеко не все они присутствуют в свободном доступе, поэтому для получения нужной разности потенциалов придется использовать преобразователь. Такие устройства можно найти как в свободной продаже, так и собрать самостоятельно из радиодеталей.

В связи с наличием двух родов электрического тока: постоянного и переменного, вопрос, как понизить напряжение, следует рассматривать в ключе каждого из них отдельно.

Понижение напряжения постоянного тока

В практике питания бытовых приборов существует масса примеров работы электрических устройств от постоянного тока. Но номинал рабочего напряжения может существенно отличаться, к примеру, если из 36 В вам нужно получить 12 В, или в ситуациях, когда от USB разъема персонального компьютера нужно запитать прибор от 3 В вместо имеющихся 5 вольт.

Для снижения такого уровня от блока питания или другого источника почти вполовину можно использовать как простые методы – включение в цепь дополнительного сопротивления, так и более эффективные – заменить стабилизатор напряжения в ветке обратной связи.

Рис. 1. Замена резистора или стабилитрона

На рисунке выше приведен пример схемы блока питания, в котором вы можете понизить вольтаж путем изменения параметров резистора и стабилитрона. Этот узел на рисунке обведен красным кругом, но в других моделях место установки, как и способ подсоединения, может отличаться. На некоторых схемах, чтобы понизить напряжение вы сможете воспользоваться лишь одним стабилитроном.

Если у вас нет возможности подключаться к блоку питания – можно обойтись и менее изящными методами. К примеру, вы можете понизить напряжение за счет включения в цепь резистора или подобрать диоды, второй вариант является более практичным для цепей постоянного тока. Этот принцип основан на падении напряжения за счет внутреннего сопротивления элементов. В зависимости от соотношения проводимости рабочей нагрузки и полупроводникового элемента может понадобиться около 3 – 4 диодов.

На рисунке выше показана принципиальная схема понижения напряжения при помощи диодов. Для этого они включаются в цепь последовательно по отношению к нагрузке. При этом выходное напряжение окажется ниже входного ровно на такую величину, которая будет падать на каждом диоде в цепи. Это довольно простой и доступный способ, позволяющий понизить напряжение, но его основной недостаток – расход мощности для каждого диода, что приведет к дополнительным затратам электроэнергии.

Понижение напряжения переменного тока

Переменное напряжение в 220 Вольт повсеместно используется для бытовых нужд, за счет физических особенностей его куда проще понизить до какой-либо величины или осуществлять любые другие манипуляции. В большинстве случаев, электрические приборы и так рассчитаны на питание от электрической сети, но если они были приобретены за рубежом, то и уровень напряжения для них может существенно отличаться.

К примеру, привезенные из США устройства питаются от 110В переменного тока, и некоторые умельцы берутся перематывать понижающий трансформатор для получения нужного уровня. Но, следует отметить, что импульсный преобразователь, которым часто комплектуется различный электроинструмент и приборы не стоит перематывать, так как это приведет к его некорректной работе в дальнейшем. Куда целесообразнее установить автотрансформатор или другой на нужный вам номинал, чтобы понизить напряжение.

С помощью трансформатора

Изменение величины напряжения при помощи электрических машин используется в блоках питания и подзарядных устройствах. Но чтобы понизить вольтаж источника в такой способ, можно использовать различные типы преобразовательных трансформаторов:

С выводом от средней точки – могут выдавать разность потенциалов как 220В, так и в два раза меньшее – 127В или 110В. От него вы сможете взять установленный номинал на те же 110В со средней точки. Это заводские изделия, которые массово устанавливались в старых советских телевизорах и других приборах. Но у этой схемы преобразователя имеется существенный недостаток – если нарушить целостность обмотки ниже среднего вывода, то на выходе трансформатора получится номинал значительно большей величины.

Рис. 3. Понижение трансформатором с отводом от средней точки

Автотрансформатором – это универсальная электрическая машина, которая способна не только понизить вольтаж, но и повысить его до нужного вам уровня. Для этого достаточно перевести ручку в нужное положение и проследить полученные показания на вольтметре.

Рис. 4. Использование автотрансформатора

Понижающим трансформатором с преобразованием 220В на нужный вам номинал или с любого другого напряжения переменной частоты. Реализовать этот метод можно как уже готовыми моделями трансформаторов, так и самодельными. За счет наличия большого количества инструментов и приспособлений, сегодня каждый может собрать трансформатор с заданными параметрами в домашних условиях. Более детально об этом вы можете узнать из соответствующей статьи: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html

Выбирая конкретную модель электрической машины, чтобы понизить напряжение, обратите внимание на характеристики конкретной модели по отношению к тем устройствам, которые вы хотите запитать.

Наиболее актуальными параметрами у трансформаторов являются:

Мощность – трансформатор должен не только соответствовать, подключаемой к нему нагрузке, но и превосходить ее, хотя бы на 10 – 20%. В противном случае максимальный ток приведет к перегреву обмоток трансформатора и дальнейшему выходу со строя.
Номинал напряжения – выбирается и для первичной, и для вторичной цепи. Оба параметра одинаково важны, так как, выбрав модель с входным напряжением на 200 или 190В, на выходе вы при питании от 220В получится пропорционально большая величина.
Защита от поражения электротоком – все обмотки и выводы от них должны обязательно иметь достаточную изоляцию и защиту от прикосновения.
Класс пыле- влагозащищенности – определяет устойчивость оборудования к воздействию окружающих факторов. В современных приборах обозначается индексом IP.

Помимо этого любой преобразователь напряжения, даже импульсный трансформатор, следовало бы защитить от токов короткого замыкания и перегрузки в обмотках. Это существенно сократит затраты на ремонт при возникновении аварийных ситуаций.

С помощью резистора

Для понижения напряжения в цепь нагрузки последовательно включается делитель напряжения в виде активного сопротивления.

Основной сложностью в регулировке напряжения на подключаемом приборе является зависимость от нескольких параметров:

величины напряжения;
сопротивления нагрузки;
мощности источника.

Если вы будете понижать от бытовой сети, то ее можно считать источником бесконечной мощности и принять эту составляющую за константу. Тогда расчет резистора будет выполняться таким методом:

R – сопротивление резистора;
R_Н – сопротивление прибора нагрузки;
I – ток, который должен обеспечиваться в номинальном режиме прибора;
U_C – напряжение в сети.

После вычисления номинала резистора можете подобрать соответствующую модель из имеющегося ряда. Стоит отметить, что куда удобнее менять потенциал при помощи переменного резистора, включенного в цепь. Подключив его последовательно с нагрузкой, вы можете подбирать положение таким образом, чтобы понизить напряжение до необходимой величины. Однако эффективным способ назвать нельзя, так как помимо работы в приборе, электрическая энергия будет просто рассеиваться на резисторе, поэтому этот вариант является временным или одноразовым решением.

Источник

Конденсатор в качестве понижающего трансформатора

Конденсатор при включении в цепь с переменным напряжением обладает реактивным сопротивлением. Его сопротивление меняется в зависимости от частоты.

Благодаря этому свойству конденсатора его возможно использовать за место гасящего резистора.При этом на конденсаторе не выделяет тепло, что является большим преимуществом над обычным резистором.

Расчет номиналов такого конденсатора достаточно сложен, для упрощения расчета предлагаю воспользоваться номограммой, представленной ниже.

Из данного рисунка видно, что для определения емкости конденсатора нам необходимо знать Rн-сопротивление нагрузки. Z-сопротивление цепи.

Если эти значения известны достаточно взять циркуль, приложить его в начало координат и провести дугу через ось Z. Затем от оси Rн провести параллельную линию оси ординат. Точка пересечения дуги и линии и будет емкость нашего конденсатора.

Пример 1

У нас имеется паяльник на напряжение 127В мощностью 25 Вт. Требуется рассчитать гасящий конденсатор для включения его в розетку 220В.

Где, U- необходимое напряжение на нагрузке (в нашем случае на паяльнике). P- мощность нагрузки.
Затем рассчитываем ток проходящий через нагрузку

Затем рассчитываем сопротивление цепи Z

На номограмме данные значения выделены, нам нужен конденсатор на 3,5 мкФ.

Пример 2

Нам необходимо запитать постоянным током устройство рассчитанное на напряжение 18В и ток 20мА. При этом напряжение сети 127В.

Внимание схема работает от 220В, развязки от сети нет. Будьте внимательны, соблюдайте технику безопасности!

Данный пример на номограмме выделен пунктиром. Емкость конденсатора составляет 0,51 мкФ.
Конденсаторы в качестве гасящего элемента следует выбирать бумажные. С запасом по напряжению в 2-3 раза, превышающего напряжение которое нужно погасить.

Источник

Как понизить постоянное напряжение конденсатором

Нужно запитать постоянным током устройство 12В/0.1А (1.2 Ватта) от источника постоянного тока 1000В/0.002А (2 Ватта). Трансформатор не подходит, т.к. постоянное напряжение. Делитель тоже не подходит, т.к. не хватит мощности. Нужно понизить напряжение в 100 раз, при этом повысив ток в 100 раз на постоянном токе. Есть некий запас по мощности (0.8 ватта) который можно потратить на потери на преобразователе.
Подскажите кто что знает, в каком направлении смотреть?

PS: Ситуация такая, что поменять источник питания нельзя, поэтому не надо меня уговаривать найти другой, не париться и т.п. Я потому сюда и обратился за помощью, что условия очень жесткие.

PS2: В принципе подойдет и вариант преобразования в переменный ток -> трансформатор -> преобразование в постоянный ток, но нужна схема, в которой потери будут столь низкими, что запаса в 0.8 ватта хватит чтобы перекрыть потери преобразователя.

Последний раз редактировалось mattheus Ср май 12, 2010 15:46:39, всего редактировалось 1 раз.

Генеральный секретарь МЯУ

Карма: 63
Рейтинг сообщений: 22
Зарегистрирован: Пн сен 03, 2007 18:24:27
Сообщений: 17768
Откуда: Россия. Омск.
Рейтинг сообщения: 0

Последний раз редактировалось SeregaT Ср май 12, 2010 15:46:40, всего редактировалось 1 раз.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Электрический кот

Карма: 12
Рейтинг сообщений: 46
Зарегистрирован: Вт мар 06, 2007 08:57:32
Сообщений: 1079
Откуда: Алтай
Рейтинг сообщения: 0

_________________
-Они не курят, они не пьют, они не ругаются матом. Кто они?
— Животные.
(С) М. Задорнов

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Генеральный секретарь МЯУ

Построение источников бесперебойного питания с двойным преобразованием, широко используемых в современных хранилищах данных, на базе карбид-кремниевых MOSFETs производства Wolfspeed позволяет уменьшить мощность потерь в них до 40%, а также значительно снизить занимаемый ими объем и стоимость комплектующих.

Встал на лапы

Зарегистрирован: Ср май 05, 2010 16:39:11
Сообщений: 85
Рейтинг сообщения: 0

Компэл объявляет о значительном расширении складского ассортимента продукции Connfly. Универсальные коммутирующие компоненты, соединители и держатели Connfly сочетают соответствие стандарту ISO9001:2008, высокую доступность и простоту использования. На текущий момент на складе Компэл – более 300 востребованных на рынке товарных наименований с гибкой ценовой политикой.

Потрогал лапой паяльник

Зарегистрирован: Пт мар 19, 2010 15:43:02
Сообщений: 391
Откуда: Казань, Йошкар-Ола
Рейтинг сообщения: -2

_________________
Не существует неразрешимых проблем, существуют неприятные решения.

Встал на лапы

Зарегистрирован: Ср май 05, 2010 16:39:11
Сообщений: 85
Рейтинг сообщения: 0

Я знаю про ионисторы. Вопрос был: в принципе такое возможно реализовать? Насколько сложно? Как сделать схему переключения? Стараться ли заряжать конденсатор (ионистор) до 12 вольт и потом разряжать через стабилитрон (быстро переключая конденсаторы) или заряжать его по полной, а потом долго разряжать? Как добиться 12В/0.1А на выходе отбирая со входа не более 1000В/0.002А, причем на входе уже есть постоянное напряжение, а на выходе оно должно получиться (или очень близкое к постоянному).

PS: Ведь схема управления переключением конденсаторов тоже будет что-то потреблять, а запас по мощности небольшой (0.8 Ватта)?

Электрический кот

_________________
-Они не курят, они не пьют, они не ругаются матом. Кто они?
— Животные.
(С) М. Задорнов

Генеральный секретарь МЯУ

Вымогатель припоя

Карма: 7
Рейтинг сообщений: 75
Зарегистрирован: Сб июн 01, 2013 22:24:21
Сообщений: 592
Рейтинг сообщения: 0

Друг Кота

Карма: 46
Рейтинг сообщений: 1348
Зарегистрирован: Чт янв 26, 2012 16:44:29
Сообщений: 8572
Откуда: Таксимо
Рейтинг сообщения: 0

устройство допускает первоначальный провал тока при зарядке конденсатора? если да, можно схему флайбак с двумя или тремя последовательно соединенными 800 вольтовыми мосфет типа 4n80

еще вариант LNK304-306 последовательно 2 идентичных блока. каждую зашунтировать от пробоя стабилитронами на 600 вольт

Вымогатель припоя

Карма: 16
Рейтинг сообщений: 94
Зарегистрирован: Вс дек 28, 2014 18:35:34
Сообщений: 526
Откуда: Луганск
Рейтинг сообщения: 0

А какой будет ток зарядки конденсатора — вы считали ?

Дело в том, что потерь в балластном сопротивлении всё равно не избежать. Вы не нарисовали резистор, но у вас транзистор с каким-то условно внутренним сопротивлением r открытого канала, которое вы предполагаете очень малым.

В пределе (т.е. при малых r и частых переключениях), мощность Pист, потребляемая от источника, будет определяться выражением:

где: E — ЭДС источника; I — ток через источник; U — напряжение на конденсаторе; r — сопротивление, через которое заряжается конденсатор (у вас — это внутреннее сопротивление транзистора).

Мощность, выделяемая на нагрузке R, в пределе находится по формуле: Pн= U/R².

Но дело даже не в потерях мощности, а в потерях энергии.

По сути, что вы делаете? Этими всеми манипуляциями, вы не сразу перекачиваете энергию с источника E в нагрузку R, а предварительно заливаете её в конденсатор C, как во временный резервуар, а потом с него же всё равно закачиваете эту энергию (но уже с потерями на r) в нагрузку R. Разница лишь в том, что теперь потери энергии возникают не в момент поступления её в нагрузку, а раньше — во время закачивания её в конденсатор.

Вопрос в том, сколько вы теряете энергии (а не мощности) в резисторе во время зарядки конденсатора? А ответ такой: при зарядке конденсатора через резистор в конденсатор поступает энергия U⋅C²/2 и ровно столько же энергии в виде тепла выделяется в резисторе, независимо от его сопротивления. Следовательно, источник совершает работу равную U⋅C², т.е. в два раза больше, чем поступило в конденсатор r. Дальше энергия конденсатора уже без потерь переходит в нагрузку. Так, система работает с кпд 50 % независимо от величины резистора r.

Кстати, то же касается и топикстартера, который хотел заряжать и разряжать конденсатор медленно. Он всё равно получил бы КПД не более 50 %.

Собутыльник Кота

Карма: 29
Рейтинг сообщений: 714
Зарегистрирован: Сб ноя 13, 2010 12:53:25
Сообщений: 2743
Откуда: приходит весна?
Рейтинг сообщения: 0

Бред полный, а не схема, если вы хотели заставить её работать в импульсном режиме. Когда транзистор открыт, то он создаёт КЗ. Это вам не линейный регулятор.

Друг Кота

Вымогатель припоя

Карма: 7
Рейтинг сообщений: 75
Зарегистрирован: Сб июн 01, 2013 22:24:21
Сообщений: 592
Рейтинг сообщения: 0

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: evgeniu911 и гости: 14

Источник