Kapazitives Dropper-Netzteil für LED - Zener-/Entkopplungskondensator?

Angenommen, Sie haben ein standardmäßiges kapazitives Dropper-Netzteil wie das folgende (aus Wikipedia):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich verstehe, dass diese gut zum Ansteuern von LEDs geeignet sind, da sie wie eine Konstantstromquelle wirken. Ich habe mich gefragt, ob das Design durch Entfernen des Zeners und des Entkopplungskondensators (sicher) weiter vereinfacht werden könnte - den LEDs ist es egal, welche Spannung sie "sehen", da sie sowieso strombegrenzt sind und das menschliche Auge kein 120-Hz-Flimmern erkennen kann.

Ich erwähnte dies gegenüber einem Freund von mir und er wies darauf hin, dass das Netz Spannungsspitzen durch Blitze und das Abschalten induktiver Lasten ausgesetzt ist und dass C2 den Großteil dieser Spitzenspannungen wegleiten und die LEDs schützen würde - das scheint zu funktionieren Sinn, ich nehme an, C2 + die Eingangsimpedanz der Schaltung würde sich während eines Übergangs wie ein RC-Filter verhalten?

Wenn das der Fall ist, welchem ​​Zweck dient der Zener, wenn die Spannungsregelung nicht wichtig ist, und warum scheinen so viele kommerzielle Designs einen zu enthalten? Bei der Simulation einer ähnlichen Schaltung mit einer 50us/1kV-Spitze (nach IEC 61000-4-5) sehen die LEDs nur einen geringen Spannungs- und Stromanstieg - C2 begrenzt den Transienten erheblich ... aber wenn C2 weg wäre, wäre es a Sub-Millisekunden-Überstrom überhaupt so schlimm?

Nachtrag - Ich bin mir der Gefahren bewusst, die durch die fehlende galvanische Trennung bei diesem Design entstehen - dies ist nur eine Hypothese.
Dies beantwortet Ihre Frage nicht, aber aus Sicherheitsgründen und unter der Annahme, dass Sie sich in einem Land mit einem Live / Neutral / Ground-Stromversorgungssystem befinden, würde ich R1, C1 und R2 alle auf der Leitungsseite der Stromversorgung platzieren. Auf diese Weise werden bei einem Erdschluss meine Komponenten nicht in Brand gesetzt.
In Entwürfen, die ich zuvor gesehen habe, befand sich neben C1 und R2 eine Sicherung auf der Leitungsseite. R1 war auf Neutral. Bei diesem Setup scheint die Brandgefahr aufgrund der Sicherung gering zu sein, oder? Noch besser, ich habe einige gesehen, die stattdessen einen schmelzbaren Widerstand für R1 verwenden, also würde ich davon ausgehen, dass er sicher auf beiden Leitern platziert werden könnte (obwohl es wahrscheinlich besser ist, den heißen Widerstand zu verschmelzen, nehme ich an).
Der Fehlerzustand, über den ich mir Sorgen mache, ist, dass ein Teil Ihres Stromkreises geerdet wird. Dadurch entsteht ein paralleler Pfad für den Strom, der durch den Neutralleiter und durch die Erde zum Netz zurückkehrt. Jede Schutzschaltung auf der neutralen Seite, einschließlich R1, wenn es sich auf der neutralen Seite befände, oder einer Sicherung, wenn es sich auf der neutralen Seite befände, könnte somit potenziell umgangen werden. Es ist immer besser, die heiße Seite zu fusionieren, oder zumindest fällt mir keine Gelegenheit ein, bei der es vorteilhaft sein könnte, es anders zu machen.
Gute Argumente. In diesem Design ist R1 technisch gesehen kein Schutzelement – ​​es dient nur zur Begrenzung des Einschaltstroms –, obwohl ich vermute, dass es während eines Übergangs zu einem Schutzfaktor wird.
Ich habe mich immer noch nicht entschieden, ob ich versuchen soll, eine Antwort zum Entfernen der Kappe und des "Zeners" zu geben, die die Ausgabe regulieren. Es ist jedoch erwähnenswert, dass LEDs "langsam" ausfallen können. Das heißt, sie können zeitweise Ströme über ihrem absoluten Nennmaximum erfahren und trotzdem danach "arbeiten". Es kann jedoch sein, dass die LED geringfügige, aber kaum wahrnehmbare Schäden erlitten hat. Im Laufe der Zeit können sich wiederholende Impulse wie dieser dazu führen, dass die LED immer dunkler wird. Ohne die genauen LED-Spezifikationen zu kennen, ist es schwer zu sagen, auf wie viel Regulierung Sie getrost verzichten können.
@MathKeepsMeBusy Wie die Komponenten zwischen Live und Neutral angeordnet sind, ist unwichtig. Ein Gerät mit einem solchen Netzteil würde höchstwahrscheinlich eine Plastikbox mit zwei herausstehenden Zinken enthalten (z. B. ein Nachtlicht) und es hätte aus Sicherheitsgründen keine externen Anschlüsse, sodass es in jeder Ausrichtung eingesteckt werden kann .
@Nur ich. Ja, kommerzielle Netzteile dieser Art sind sicher in einem isolierenden Gehäuse enthalten, und die Polarität der Drähte spielt keine Rolle, noch wo man die Widerstände / Kondensatoren usw. platziert. Wenn ein Experimentator jedoch seine eigene Schaltung erstellt, könnte dies der Fall sein nicht so sicher isoliert sein. Daher mein Rat.
@MathKeepsMeBusy Da hast du recht. Da es in beliebiger Polarität angeschlossen werden kann, kann kein Teil der Schaltung sicher berührt werden, und kein Teil der Schaltung kann sicher mit einem anderen Gerät wie einem Oszilloskop verbunden werden.
Was ist mit dem C2-Modell in Ihrer Surge-Simulation, haben Sie ESR/ESL einbezogen? Ich wette, sie werden die wichtigsten sein, um das Einschwingverhalten zu beherrschen
@carloc Nein, ich dachte, für einen Aluminium-Elektrolyt wären diese Werte vernachlässigbar, aber ich denke, ich sollte das noch einmal überdenken. Was wäre der geeignete Weg, um das Einschwingverhalten von C2 zu berechnen?

Antworten (3)

Ich verstehe, dass diese gut zum Ansteuern von LEDs geeignet sind, da sie wie eine Konstantstromquelle wirken. Ich habe mich gefragt, ob das Design (sicher) weiter vereinfacht werden kann, indem der Zener und der Entkopplungskondensator entfernt werden

Es gibt viele billige LED-Leuchten wie diese. Sie sind alle für irgendetwas außer Anzeigelampen unbrauchbar, da sie jedoch bei 120 Hz flackern.

In diesem Design ist R1 technisch gesehen kein Schutzelement – ​​es dient lediglich der Einschaltstrombegrenzung

R1 sollte ein Schmelzwiderstand sein , der in der Massenproduktion billiger ist als ein Widerstand und eine Sicherung. Diese Widerstände sind so ausgelegt, dass sie wie eine Sicherung durchfallen.

R2 sollte so spezifiziert werden, dass er der Spannung standhält, was wahrscheinlich mehrere Widerstände in Reihe bedeutet.

Das Netz ist Spannungsstößen von Dingen wie dem Abschalten von Blitzen und induktiven Lasten ausgesetzt, und C2 würde den Großteil dieser Übergänge wegleiten und die LEDs schützen - das scheint sinnvoll zu sein, ich nehme an, C2 + die Eingangsimpedanz der Schaltung würde sich verhalten wie ein RC-Filter während einer Transiente?

Wenn der Übergang schnell genug ist, hängt das hauptsächlich vom ESR von C2 ab. LEDs können auch überraschend hohe, sich nicht wiederholende Spitzenströme tolerieren.

Wenn dies der Fall ist, welchen Zweck erfüllt der Zener, wenn die Spannungsregelung nicht wichtig ist

Für LED-Leuchten sehe ich keinen Sinn darin.

Wenn eine Komponente einen Stoß absorbiert, wird die Stoßenergie in Wärme umgewandelt. Seine Fähigkeit, die Energie eines Übergangs zu absorbieren, stammt also von der thermischen Masse des Teils der Komponente, an dem Dissipation auftritt. Ein winziger Halbleiterübergang kann beispielsweise viel weniger Energie aufnehmen als ein voluminöser spannungsabhängiger Widerstand. Wenn der Zener nicht viel sperriger als die LEDs und für hohen Strom ausgelegt ist, hat er nicht viel mehr Transienten-Handhabungsfähigkeit.

Gut zu wissen über LEDs, die Stoßströme handhaben, danke! Ich habe einige weitere Simulationen mit kurzgeschlossenem C1 und dem Öffnen des LED-Arrays durchgeführt und festgestellt, dass der Zener ins Spiel kommt, indem er die Sicherung durchbrennt und C2 vor Überspannung schützt. Ich habe gehört, dass Schmelzwiderstände ihre Arbeit ziemlich schlecht machen, und das Lesen des Datenblatts für einen scheint dies zu bestätigen - z. B. würde ein 1-W-Widerstand nicht wirklich durchbrennen, wenn er nicht 30 W oder mehr erreicht, was sogar einen Kurzschluss am Gleichrichter + verursacht Ein Kurzschluss von C1 würde nicht generiert. Wäre hier eine Sicherung nicht die sicherere Wahl?
Schmelzwiderstände haben viel mehr thermische Masse als eine Sicherung, daher blasen sie sehr langsam auf. Aber hey, es kostet einen Cent weniger! Hinweis: Ich bin mir nicht sicher, ob der Zener lange genug überleben würde, um die Sicherung durchzubrennen ...
In einer groben Simulation musste der Zener (IIRC) ~ 100 W für weniger als 1/4 Sekunde handhaben. Ich kann wahrscheinlich das Datenblatt überprüfen, um dies zu bestätigen, aber ich könnte mir vorstellen, dass ein 1,3-W-Zener das wahrscheinlich überleben könnte, oder?
siehe Seite 4 dieses Datenblatts für Impulsleistung ... aber 1/4 s sieht nach zu viel aus.
Mein Fehler - ich hatte mich komplett falsch erinnert. Hier ist eine simulierte Schaltung, die einen 32-V-LED-COB mit 10 mA (3,3 kWiderstand) mit einer 200-mA-Sicherung antreibt : tinyurl.com/y3l2oejh Wenn Sie den Schalter schließen, um den X2 kurzzuschließen, würde der Zener in diesem Datenblatt 2-3 65-W-Impulse erfahren, bevor die Sicherung durchbrennt . Bei 1/120 = 8,3 ms scheint das bequem unter der in diesem Diagramm angegebenen Spitzenimpulsleistung von 0,1 kW zu liegen, richtig?
Ich bin mir nicht sicher, das Datenblatt verwendet einen exponentiell abfallenden Impuls. Entscheidend ist die gesamte verbrauchte Energie.

Ich glaube, ich habe die Antwort auf meine Frage herausgefunden - zumindest das meiste davon. Wenn der X2-Kondensator kurzgeschlossen wird, zieht die Last allein möglicherweise nicht genug Strom, um eine Sicherung durchbrennen zu lassen - obwohl sie genug für sich selbst oder R1 ziehen kann, um eine Brandgefahr zu werden. Der Zener klemmt genug Strom, um die Leitungssicherung schnell durchzubrennen.

Hmm. Vielleicht. Ich neige dazu zu glauben, dass die Regulierung, wenn sie mit LEDs verwendet wird, eher dazu dient, den maximalen Strom der LEDs zu reduzieren und ihnen dadurch möglicherweise einen höheren Durchschnittsstrom zu ermöglichen. Aber davon bin ich auch nicht überzeugt, denn die Kosten für eine etwas robustere LED können geringer sein als die Kosten für "Zener" und Kappe. Wenn diese Versorgung nun mit einer Reihe von LEDs verwendet würde, könnten die Kosten für den Zener und die Kappe geringer sein als die Kosten für mehrere robustere LEDs.
Ja - ich denke eher an LED-COBs als an einzelne LEDs. Der Zener würde auch verhindern, dass C2 aufgrund von Überspannung explodiert, wenn die LEDs offen gehen.

Der Zener dient der Regulierung, da es sich um eine Schaltung für eine kapazitiv geregelte 5-V-Stromversorgung handelt, nicht um eine Schaltung, die für die Ansteuerung von LEDs optimiert ist.

Weiter unten im Artikel wird eine Schaltung analysiert, die LEDs ansteuert, die nicht alle Teile wie die Schaltung oben hat.

Für LEDs können Sie die Stromversorgung also noch weiter vereinfachen.

Aber zu sagen, dass das menschliche Auge das 120 (oder 100) Hz-Flimmern von LEDs, die ohne Kondensator betrieben werden, nicht erkennen kann, ist einfach eine falsche Annahme. Viele Menschen tun das, einige sind empfindlicher, es zu sehen als andere, auch wenn Sie es überhaupt nicht sehen.

Ich habe nur das Bild aus Wikipedia als Beispiel ausgewählt und weil ich dachte, ich wäre in Ordnung, es hier erneut zu posten. Wenn Sie Schaltpläne für sie nachschlagen oder Anwendungshinweise zum Entwerfen eines solchen lesen, scheinen fast alle zu sagen, dass sie einen Zener und einen Entkopplungskondensator verwenden sollen, gehen aber nicht wirklich auf das „Warum“ jenseits der Spannungsstabilität ein – sie berühren sich sicherlich nicht auf Sicherheit, Transientenunterdrückung oder irgendetwas anderes, worauf ich neugierig war.
Nun, es wäre schön, wenn Sie sagen würden, welche Anwendungshinweise. Wenn es sich um die Appnote von Microchip handelt, können Sie ziemlich sicher sein, dass sie dazu bestimmt ist, Menschen beim Einschalten von Microchip-Produkten wie Mikrocontrollern zu unterstützen, die regulierte Netzteile benötigen.
Kapazitives Dropper-Netzteil für LED - Zener-/Entkopplungskondensator?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v