Як розрахувати ємність гасильного конденсатора простого блока живлення

Блок живлення з гасильним конденсатором — найпростіший спосіб живити який-небудь малопотужний пристрій.

Попри всю свою простоту, він має два недоліки:
1. Він гальванічно з’єднаний із мережею! Тому такі БЖ використовують там, де немає ймовірності торкнутися контактів.
2. Такий БЖ має не дуже великий вихідний струм. Щоб збільшити вихідний струм, треба збільшити ємність гасильного конденсатора, а його габарити при цьому стають значними.

Увага! Будьте дуже обережні й не торкайтеся контактів цього БЖ, коли він увімкнений.

Найпростіша схема цього БЖ має такий вигляд:


Як видно зі схеми, послідовно з мережею ввімкнено конденсатор. Саме він є баластом, на якому гаситься частина напруги.
Конденсатор не пропускає постійний струм, але оскільки в мережі струм змінний і конденсатор постійно перезаряджається, на виході в такому разі є струм. Причому сила струму безпосередньо залежить від ємності конденсатора.

Отже, щоб розрахувати ємність конденсатора, потрібно знати принаймні вихідний струм нашого майбутнього БЖ, причому треба врахувати й споживання стабілізатора — зазвичай це кілька мА.

Отже, є дві формули: складна й проста.
Складна — підходить для розрахунку за довільної вихідної напруги.
Проста — підходить у випадках, коли вихідна напруга не перевищує 10% від вхідної.
I — вихідний струм нашого БЖ
Uвх — напруга мережі, наприклад 220 Вольт
Uвих — напруга на виході БЖ (або перед стабілізатором, якщо він є), наприклад 12 Вольт.
С — власне, шукане значення ємності.


Наприклад, я хочу зробити БЖ із вихідним струмом до 150мА. Приклад схеми наведено вище, варіант застосування — радіопульт із живленням 5 Вольт + реле на 12 Вольт.
Підставляємо наші 0.15 Ампера й отримуємо ємність 2.18мкФ. Можна взяти найближче стандартне значення — 2,2мкФ, або ж «по-імпортному» — 225.


Здавалося б, усе добре: схема проста, але є кілька недоліків, яких треба позбутися:
1. Стрибок струму під час увімкнення може спалити діодний міст.
2. У разі виходу конденсатора з ладу може статися коротке замикання.
3. Якщо залишити все як є, можна отримати удар струмом від вхідного конденсатора, адже на ньому може довго залишатися напруга навіть після від’єднання БЖ від мережі.
4. Після зняття навантаження напруга на конденсаторі перед стабілізатором зросте до досить великого значення.


Рішення:
1. Резистор R1 послідовно з конденсатором.
2. Запобіжник на 0.5 Ампера.
3. Резистор R2 паралельно конденсатору.
4. Супресор на 12 Вольт паралельно конденсатору після діодного моста. Не рекомендую використовувати тут стабілітрони: супресори розраховані на більшу потужність розсіювання, тож схема працюватиме надійніше.

На схемі нові компоненти я виділив червоним, а невелике доповнення у вигляді світлодіода — синім.


Але гасильні конденсатори часто використовують і в дешевих світлодіодних лампах. Це погано, адже такі лампи менш надійні й часто мають високий рівень пульсацій світла.
Нижче наведено спрощену схему такої лампи.


Спробуймо розрахувати ємність для такого застосування. Оскільки вихідна напруга явно буде більшою за 1/10 від вхідної, скористаємося першою формулою.
Як вихідну напругу я заклав 48 Вольт: 16 світлодіодів по 3 Вольта кожен. Звісно, це все умовно, але близько до реальності.
Струм — 20мА, типовий максимальний струм для більшості індикаторних світлодіодів.

У мене вийшло, що потрібен конденсатор ємністю 0.298 мкФ. Найближчі поширені номінали — 0.27 або 0.33мкФ. Перший трапляється набагато рідше, а другий уже даватиме завеликий струм, тому можна скласти конденсатор із двох паралельно з’єднаних, наприклад по 0.15мкФ. За паралельного з’єднання ємності додаються.


З ємністю розібралися, залишилося ще кілька моментів:
1. Напруга конденсатора
2. Тип конденсатора.

З напругою все просто: можна використати конденсатор на 400 Вольт, але надійніше — на 630, хоча він і більший за розміром.

З типом трохи складніше. Для такого застосування краще використовувати конденсатори, які від початку призначені саме для цього, наприклад К73-17, CL21, X2
На фото конденсатор CL21


А це надійніший варіант. Не зважайте на те, що на ньому вказано 280 Вольт: це значення змінної діючої напруги, і він працюватиме надійніше, ніж К73-17 або CL21.


Такі конденсатори можуть мати й такий вигляд


А тепер можна ще раз уважно подивитися, що потрібно, щоб зібрати такий «простий» блок живлення, і вирішити, чи потрібен він.
У деяких ситуаціях він справді допоможе, але має купу недоліків, тому, на мій погляд, краще використати просто невеликий імпульсний блок живлення, який уже має стабілізовану вихідну напругу, гальванічну розв’язку та більший вихідний струм.
Як приклад таких блоків живлення можу навести посилання на докладний огляд чотирьох варіантів із тестами, схемами та оглядом.


Але можна зробити ще краще. Зараз набули поширення монолітні блоки живлення. По суті, це кубик, усередині якого міститься мініатюрний БЖ
Наприклад, HLK-PM01 виробництва Hi-link, вартістю близько двох доларів за штуку.


Або їхній китайський аналог TSP-05 виробництва Tenstar robot. Вони трохи дешевші — 1.93 долара за штуку.
Практика показала, що їхня якість порівнянна.


Як я писав вище, це імпульсний БЖ у модульному виконанні. БЖ у пластмасовому корпусі, залитий епоксидною смолою.
Випускаються на різну напругу й здатні підтримувати її на досить стабільному рівні.


Внутрішня будова зблизька, на фото варіант від Hi-link


На цьому, здається, все. Сподіваюся, стаття була корисною, і надалі намагатимуся знаходити цікаві теми. Також буду радий побажанням щодо того, що хотілося б бачити в рубриці «Початківцям».