Доброго времени суток всем радиолюбителям.

Недавно я переделал люстру – ее подсветка работала как гирлянда, то есть светилась несколькими цветами, сейчас я сделал ее одноцветной – только синий цвет.
Но, проблема в том, что в блоке питания светодиодов стоит микроконтроллер, который меняет напряжение на выходе, а следовательно, меняется и яркость... Получается пульсирующая подсветка, которая не очень приятна глазам.

В итоге, я хочу заменить заводской блок питания на самодельный, я уже нашел на форуме много схем по блокам питания, но проблема в том что они слегка отличаются, поэтому я постарался привести их к общему виду:

Вот такая схема у меня получилась.

Вот характеристики некоторых ее компонентов:
Конденсатор C1 пленочный, 0.33 мкФ, 630 Вольт; диоды VD1-VD4 типа 1N4007, образуют диодный мост; два стабилитрона VD5 и VD6 типа 1N4753A, установленные последовательно, для получения номинального напряжения 72 вольта; светодиоды HL1-HL24, которые стоят в люстре.

Но, я не знаю характеристики следующих элементов:
Резистор R1, который должен разряжать конденсатор, при отключении питания схемы, и резистор R2, который защищает диодный мост от бросков напряжения.
Конденсатор C2 – электролитический, но какой емкости он нужен? Понятно, что его напряжение, должно быть больше суммарного напряжения стабилитронов, то есть больше 72 вольт. Но насколько больше, и как его рассчитывать вообще?
Например, конденсатор C1 я рассчитывал по формуле: I = 2 * Pi * f * C * V, подставив в формулу силу тока 0,02 Ампера, получил, что емкость конденсатора равна 0.02 / 2 * 3,14 * 50 * 230 = 0.28 микрофарад

Подскажите, где найти формулы для расчета сопротивления и мощности резисторов, а так же емкости электролитического конденсатора, и на какое напряжение он должен быть?

R1 должен быть в пределах 470-1000 кОм, чем меньше, тем быстрее разрядится конденсатор.
С2 в звуковоспроизведении принимают 1000 мкФ на 1 А потребляемого тока. Здесь- для подавления видимых пульсаций и может быть много меньше, не более 10 мкФ.
R2 ограничивает зарядный ток С2 до приемлемой диодами величины, чем больше, тем меньше ток.

Vasilii, спасибо!

А как получить оптимальные характеристики?

Например R1 может быть 470-1000 кОм, тогда 750 кОм (среднее значение), можно считать оптимальным? А какой мощности он должен быть? Мощность резистора по формуле считать, P = R * I^2? А какую тогда силу тока нужно подставлять, 0.02 Ампера как для светодиодов?

Про R2, значит нужно собрать схему, потом поставить перед светодиодами последовательно амперметр, и подбирать номинал резистора так, что бы ток для светодиодов был равен 20 мА (или чуть меньше)? Мощность его, я так понимаю, считать по той же формуле?


Емкость C2 не более 10 мкФ, понял. А какую емкость лучше использовать 10 мкФ, или меньше 4.7 мкФ?

Извините за дотошность, хочу научиться, разбираться в деталях

Ставьте Р1 470 кОм 0,5 Вт. и не мучайтесь! Он во время работы не влияет на схему, только после выключения, и ток через светодиоды тут ни при чем. Вот мощность Р2 зависит от суммарного тока светодиодов и тока стабилизации стабилитронов и считается по приведенной Вами формуле.

R1 обычно ставится 470-560ком. мощность достаточно 0.25вт. служит ТОЛЬКО для разряда конденсатора С1 после отключения схемы, и принципиального влияния на работу схемы не оказывает, можно вообще обойтись без него.
R2 ограничивает ток заряда конденсатора С2 в момент включения схемы. для расчета можно отталкиваться от максимально допустимого импульсного тока через диодный мост. обычно его ставят 1-22ома. мощность 1-2вт.
С2 рассчитывается исходя из требований к пульсациям напряжения(и яркости) на выходе. чем больше выходной ток - тем больше нужна емкость. до 10мкф мне всеже кажется маловато, я бы поставил 10-22мкф, 100в.

Vasilii, Fuser, спасибо

Для R1 нашел у себя такой резистор 470 кОм, 0.5 Вт.

R2 буду подбирать тогда, по ходу. Пока что варианты: 20 Ом, 100 Ом и 200 Ом.

А вот C2 вообще на схемах везде написан 470 мкФ Разве это не перебор?

На каких схемах, светильников? Да, для таких схем - перебор.

Vasilii, искал схемы бестрансформаторных БП для светодиодов в поисковике, и попадались схемы, где C2 был 470 мкФ.
Я правда думаю, что там наверно опечатка, вместо 4.7 мкФ, написали 470.

А так, решил попробовать с конденсатором ECAP (К50-35) 22 мкФ, 100 В попробовать собрать схему.

На конденсатор будет приходиться не 230 Вольт, а 230 минус падение на светодиодах и диодном мосту.

По поводу остального.



На самом деле, для защиты на случай обрыва цепочки диодов. Без них в таком случае на выходе окажется полное выпрямленное напряжение (порядка 300 В) и C2 имеет шансы взорваться, если не выбран должным образом.

R1 разряжает конденсатор, чтобы никого не ударило током от выключенного прибора. Номинал резистора влияет на скорость разряда, формула для постоянной времени RC-цепочки известна: T=RC. Будет разряжаться секунд за пять-десять - и ладно.

R2 выбирается исходя из предельно допустимого броска тока для диодов. В документации часто обозначается как Ifsm или surge current. Соответственно, выбираем резистор таким, чтобы предельный ток не превышал допустимого максимума.

C2 выбирается эмпирически или по результатам моделирования. Основная цель в данном случае - получение приемлемого коэффициента пульсаций. Я бы поставил его номиналом 400 В, а стабилитроны бы убрал. Светодиоды сами себе стабилитроны, а ток через них ограничен конденсатором. Хотя, может быть, оставить стабилитроны как дополнительную защиту - неплохая идея.

Насчет формул - не для всего есть четкие формулы. Очень много элементов выбирается из прикидочных соображений. Это называется "типовой номинал".

Например, R1 я бы поставил 470K/0.25W, R2 - 10E/0.25W, C2 - 4.7uF/400V. Почему резисторы 0.25 Вт, ведь рассеиваемая на них мощность куда меньше? Чтобы быть уверенным, что их не пробьет при скачках напряжения.

YS, да, я находил статью, где по расчетам конденсатор нужен был один, а когда собирали цепь пришлось увеличивать номинал еще процентов на 10

Спасибо за объяснение, буду собирать схему, если что-то будет не устраивать, буду устранять походу...

Единственное, я думал, что если ток на светодиоды будет больше 20 мА, добавить последовательно к ним еще один резистор, но на схемах я такого способа нигде не нашел. Я так понимаю, в таком случае резистор ставят параллельно конденсатору C2?

индейское жилище тебе - фигвам называется...
а ты измерь на конденсаторе и на светодиодах, а потом сложи полученное. и посмотри, совпадет ли сумма с входным 230?

Я попробовал, правда не в реальности, а в симуляторе.

Спойлер

RMS(V(Ca)) = 220 V
RMS(V(Cb)) = 67 V
RMS(V(Ca) - V(Cb)) = 189 V
RMS(I(R1)*R1) = 72 V

189 + 72 = 261

Прикидка работает в пределах 20%, так что все не так плохо.

Если напряжение будет 260 вольт, то ток на светодиоды по формуле увеличится на 3 мА. Мне все равно скорее придется ставить резистор, для получения номинального тока.

Единственное, я сейчас уже в неопределенности: этот резистор нужно ставить последовательно со светодиодами или параллельно конденсатору C2?

Все не так просто. Starichok51 указал, что я тихо принял серьезное упрощение, а именно "забыл" про то, что на конденсаторе присутствует сдвиг фаз тока и напряжения, что делает точный расчет очень непростым. Одним словом, моделируйте в симуляторе, если хотите получить результаты, наиболее похожие на реальность. Расчеты здесь либо прикидочные, либо надо считать честно, с комплексными амплитудами и учетом нелинейности. Я так сходу и не скажу, как верно построить такой расчет...



Это не повод волноваться.

Если сильно хочется поставить резистор, то, конечно, параллельно, ибо такая конструкция есть источник тока.

Я про резистор, исходил из того, что поставив его последовательно со светодиодами, он будет дополнительной нагрузкой, и снизит напряжение, что в соответствии отразится на снижении силы тока, ведь I = U / R. А сейчас смотрю, на схемах он стоит параллельно конденсатору C2, вот и думаю, как его правильно поставить, если вдруг амперметр покажет на участке светодиодов больше 20 мА?

Вообще, стоит он там по большей части опять же для того, чтобы разрядить C2 после выключения.



В таком случае лучше просто скорректировать емкость конденсатора.

К слову, вы думаете, что с таким прикидочным расчетом вы попадете четко в 20 мА? Точность приведенных выше соображений - в лучшем случае 10%. Да и для светодиода 20 мА от 23 мА мало чем отличается.

В конце концов, хотите определенности - промоделируйте в симуляторе.

YS, я искал стимуляторы, но кроме основ электроники, свободно-доступных не нашел.

Мне не обязательно 20 мА, как я понял, если ток будет меньше, светодиоды смогут получить больший срок службы. А вот больше 20 мА мне бы не хотелось, чтобы они не перегорели...

Выше я приводил результаты, полученные мной в LTspice IV - бесплатном симуляторе от Linear Technology. Он хотя и бесплатный, но дает очень точные результаты (при хороших моделях, конечно). Единственный минус - интерфейс у него совершенно инопланетный, я к нему так до конца и не привык. Но точность расчета это искупает.

Ну а так... Существуют способы поставить и не свободно доступные симуляторы. У многих из них есть демо-версии или студенческие версии.

YS, спасибо, посмотрю LTspice IV

Да, можно и демо, но проблема в том, у меня пока еще в понимании основ, поэтому я хочу понять теорию, а то так не только в интерфейсе разбирать буду, но и в принципе действия.

С общей теорией тут все очень просто, а вот с точным расчетом наоборот, сложно.

Идейно эта схема работает так, как написано здесь - там резистор рассеивает лишнюю мощность в тепло. Теперь от этой схемы идем к схеме в вашем первом сообщении:

1. Если ставить резистор, то он будет слишком сильно греться, т.к. падение на нем будет очень велико; однако напряжение в сети переменное, а на переменном токе емкость и индуктивность, как известно, обладают реактивным сопротивлением, которое можно использовать для той же цели, причем ни резистор, ни катушка не будут греться.

2. Нагрузке нужен постоянный ток, так что ставим диодный мост.

3. Необходимо обеспечить безопасность и щадящий рабочий режим конструкции. Так что втыкаем резисторы для разряда конденсаторов, стабилитроны для защиты от перенапряжения по выходу, резистор для ограничения броска тока при включении (его причина - первичный заряд конденсатора при включении несинхронно с переходом напряжения сети через ноль).

Идейно, как видите, все просто. А вот посчитать сложно. Та формула, что вы приводили выше, справедлива для конденсатора в цепи с гармоническими токами. Однако из-за наличия нелинейных цепей ток и напряжение на конденсаторе не будут гармоническими; и хотя сама возможность ограничения тока за счет реактивного сопротивления никуда не денется, простой расчет станет невозможен. И вот тут должна начаться суровая математика с комплексными амплитудами и преобразованиями Лапласа.

Итак, процесс разработки такой схемы разумнее всего производить следующим образом: сначала прикидочно оценить значения номиналов по известным формулам, а потом промоделировать и подогнать номиналы. По указанным выше причинам расчет разумной сложности не даст точных значений, но зато подскажет, от каких номиналов надо отталкиваться.