Плюс бестрансформаторного блока питания это простая схема с малым количеством деталей. Он имеет немного лучшие массогабаритные характеристики в сравнении с трансформаторным блоком. Минусы: низкий КПД при низком выходном напряжении, большой мощности от него не получить, а отсутствие гальванической развязки делает схемы, питаемые этим блоком потенциально опасными. Схема бестрансформаторного блока питания:
Вместо двух балластных конденсаторов C1, C2 можно поставить один, емкостью 220 nF и напряжением не менее 400В. У меня не было конденсатора такой емкости с таким напряжением, поэтому я поставил два последовательно. Можно конечно и на 250В поставить, но есть риск что его пробьет, надежность схемы будет меньше. Резисторы R1, R2 нужны для разряда конденсаторов после отключения от сети.
Реактивное сопротивление конденсатора на частоте f рассчитывается по формуле:
\( X_{c} = \frac{1}{2\pi f C} = \frac{1}{2 \times 3,14 \times 50 \times 0.00000022} = 14476Ом \)
Ток через конденсатор рассчитывается также как и для резистора:
\( I_{c} = U / X_{c} = 220 / 14476 = 0.015А \)
Резистор R3 ограничивает начальный бросок тока через разряженные конденсаторы. Диодный мост любой на напряжение не менее 400В.
В сети переменного тока могут быть гармонические колебания высокой частоты для которых балластный конденсатор имеет низкое сопротивление. Из за этого ограничение тока конденсатором может оказаться недостаточным. Резистор R4 и конденсатор C3 образуют фильтр высоких частот первого порядка с частотой среза около 60Гц по уровню -3дБ. Также этот фильтр должен уменьшить примерно в два раза уровень пульсаций частотой 100Гц, которые получаются после двухполупериодного выпрямления.
Стабилитрон D2 устанавливает выходное напряжение. Следует помнить что без нагрузки весь ток потечет через стабилитрон и он может сгореть. Поэтому не рекомендуется включать бестрансформаторные блоки питания без нагрузки. Вместо 1n4744 можно взять д814д. Мощность выделяемую на стабилитроне можно узнать перемножив напряжение стабилизации на проходящий через стабилитрон ток. Ток у нас ограничен до 15мА, напряжение стабилизации 1n4744 15В. Получается без нагрузки на стабилитроне будет рассеиваться 0.23Вт. 1n4744 может рассеивать до 1Вт тепла, так что он не сгорит, а вот д814д с максимальной рассеиваемой мощностью 0.34Вт может и сгореть, ведь с повышением температуры рассеиваемая мощность падает.
Блок с указанными номиналами выдал около 12мА через цепочку из 5-ти светодиодов. Напряжение при этом упало до 13В. Получается мощность такого блока всего 156мВт. При этом потребляемая от сети мощность около 3Вт. КПД крайне низкий, около 5%. Для увеличения мощности нужно увеличить емкость балластного конденсатора. При этом увеличиваются габариты схемы и теряется преимущество в компактности. Если нужна мощность больше целесообразнее использовать маленький трансформатор.
Значительно увеличить мощность в нагрузке можно увеличив выходное напряжение, применив стабилитрон на большее напряжение. Правда нагрузка должна выдерживать это высокое напряжение. И одной из таких нагрузок может быть цепочка последовательно соединенных светодиодов. Но стабилизировать напряжение на светодиодах не очень хорошая идея. Лучше добавить в схему линейный стабилизатор тока на двух транзисторах:
Чтобы найти мощность рассеиваемую линейным стабилизатором нужно разницу входного и выходного напряжений умножить на протекающий через стабилизатор ток. Чтобы найти сопротивление R5 нужно напряжение насыщения транзистора Q2 поделить на требуемый ток. Типовое напряжение насыщения база-эмиттер транзистора 13002s 0.9В. Значит для получения тока в 50мА нужен резистор 18Ом.
Я подключил к схеме 6 светодиодов. КПД при этом составил 6%. Для 12 светодиодов КПД уже 13%. Для максимального КПД нужно подключать максимально возможное количество светодиодов.
Подключая 6 светодиодов к схеме я думал что транзистор Q1 сгорит так как на входе около трехсот вольт, а на выходе 6 светодиодов съедят вольт 16. Разница между входом и выходом 284 вольта, ток 50мА, получается стабилизатор должен рассевать мощность аж 14Вт. Но замерив напряжение на конденсаторе C2 обнаружил, что оно выше напряжения на светодиодах лишь на 12В. Такая же разница напряжений была и когда подключил 12 светодиодов. Получается 12В падает на стабилизаторе, 32В на 12-ти светодиодах. А куда девается остальное? Предполагаю что светодиоды играют роль стабилитрона. С разницей между входным и выходным напряжением 12В на стабилизаторе тока рассеивается 0.64Вт.
Чтобы не соединять кучу светодиодов можно взять светодиодные чипы, внутри которых несколько кристаллов, например 5050.
После отключения из сети схема остается еще некоторое время опасной, так как конденсаторы разряжаются не мгновенно. Лучше выждать секунд 10 перед тем как что то менять.
1084
