Transformatorloses Niederstrom-Netzteildesign

Hallo Freunde und Kollegen!

Mit einem meiner Schüler entwerfen wir eine Art LED-Lichtquelle. Es wird von 220 AC direkt mit einfachem Diodengleichrichter gespeist - viele LED-Bandstreifen werden nacheinander gelötet.LED-Lampe Handwerk

Jetzt wollen wir eine Steuerlogik hinzufügen (z. B. IR oder akustischer Schalter). Der Trick besteht darin, diese Logik mit Energie zu versorgen. Das heißt, wie man 5 V mit niedrigem Strom erzeugt, da wir hier nur etwa 310 DC haben.

Meine aktuelle Idee ist die Verwendung einer Zenerdiode und eines starken Widerstands: Um 5 mA aus etwa 300 V zu ziehen, benötigen wir einen Widerstand von 60 kOhm / 2 W.

Die angeblichen Schaltpläne sind unten. Ich bin mir nicht sicher, ob es in Ordnung wäre, 5-V-Zener zu verwenden und die Logik von Punkt A (dh ohne 78L05) zu speisen, oder ob es besser ist, 9-V-Zener zu verwenden und die Spannung von Punkt B zu nehmen? Und glauben Sie, dass es insgesamt ein sicheres Design ist, vorausgesetzt, dass niemand unter Spannung etwas berührt (und wahrscheinlich wird dies sowieso hauptsächlich zu Demozwecken verwendet).

Spannungsversorgung.png

UPD : Liebe Freunde. Vielen Dank für die vielen Hinweise und Meinungen. Es tut mir leid, dass ich ungeduldig war und das Ding implementiert habe, bevor ich genug gewartet habe, um all diese Antworten zu sammeln. Ich wage es, ein paar Worte hinzuzufügen über ...

Zur Sicherheit - danke für Ihre Bedenken, das alles ist ziemlich richtig.

Dieses Projekt zielt jedoch direkt darauf ab, sichere Verfahren beim Arbeiten mit gefährlicher Spannung zu lehren. Es ist nicht so wichtig, ein produktionsreifes Gerät herzustellen (obwohl ich hoffe, dass wir es auf der Schulkonferenz zeigen können), aber wichtiger ist, dass die Schüler lernen, die richtigen Sicherheitsmaßnahmen anzuwenden.

Die Sache entstand aus der Tatsache, dass einige von ihnen nach dem Löten einiger 5-V-Schemata beschließen, dass sie echte Gurus sind, und anfingen, mit Stromleitungen in ihren Häusern usw. zu spielen - was zu einigen gefährlichen Situationen führte. Eines ihrer "Hausexperimente" beinhaltete das direkte Einstecken von 5-V-Schaltplänen in 220 - mit genügend Funken, Rauch usw. Als ich davon erfuhr, entschied ich, dass wir das Thema der Arbeit mit Heimschaltern, Glühbirnen, Steckern usw. usw. behandeln sollten - und besonders über den Unterschied zwischen 5 Volt für Logik, 12/24 für LEDs und 220 AC ...

Tut mir leid, aber wenn Sie ein Lehrer sind und so viele Fehler in einem einzigen Schaltkreis machen ... was unterrichten Sie? - 1) Der 7805 kann nicht mit 5 V arbeiten - 2) Wie kommt es, dass Sie für so viele LEDs nur 5 mA ziehen? - 3) Der Zener wird für den negativen AC-Halbzyklus verbrannt ... usw. usw. Zu viele Fehler und Missverständnisse in einer Schaltung. Sie werden mit dem Wechselstromnetz herumspielen, ohne zu wissen, was Sie tun. Hör besser auf, bevor du einen Schüler tötest.
@ClaudioAviChami KEINER der Punkte, die Sie als Fehler auflisten, sind tatsächliche Fehler seinerseits. Konstruktive Kritik kann nützlich sein, ABER Sie müssen lesen und verstehen, was gesagt wird. (1) Er sagte +310 VDC. Das ist KEINE Klimaanlage. Vermutlich gleicht er 230 VAC gleich, um diesen Wert zu erhalten. (2) Er sagt, dass die 5 mA für die Steuerlogik sind - nicht für LEDs. (3) Er sagt ENTWEDER 5 VDC von einem Zener ODER 9 VDC, um den 7805 zu speisen, was ihm einen angemessenen 4-V-DC-Headroom gibt. - Ihre Kritik an ihm ist im Kontext in jeder Hinsicht falsch - Ich schlage vor, dass eine Entschuldigung angebracht ist.
@RussellMcMahon OK, ich habe mich verlesen. Allerdings nicht als Entschuldigung, sondern der Hauptpunkt hier ist, dass Sie sich NICHT mit nicht isoliertem Wechselstrom und nicht mit Hochspannungsgleichstrom anlegen, insbesondere NICHT mit einem Studenten. Was von verantwortungslosen Herstellern (insbesondere aus einem bestimmten Land, das jegliche Sicherheits- oder Standardkonformität umgeht) getan wird, sollte nicht von einem Lehrer und seinen Schülern getan werden, insbesondere wenn Sie sicherlich NICHT in der Lage sind, sicherzustellen, dass es "nicht berührt wird ". Während des Debuggens wird es.
@ClaudioAviChami "Hat mir nie geschadet" :-) :-(. Glücklicherweise und unglaublich. Ich stimme Ihnen im Allgemeinen zu, aber wenn sie irgendwo im Internet eine unisolierte Versorgung erhalten, dann vielleicht von hier mit einigen Warnungen besser. Normalerweise füge ich Warnungen sehr prominent hinzu. Ich habe dies hier nicht getan :-(. Ich werde einige hinzufügen. Danke. | Ich habe 1200 VDC (Autsch!), RF, 230 VAC x N, andere HV DC verwaltet x M, .... Murphy sorgt dafür, dass Lötkolben am Ende heiß sind, wenn Sie sie abholen :-) etc. Ich habe mehr als 50 Jahre davon überlebt - ABER manche nicht.
Die LED-Glühbirne sieht aus wie ein echtes Kunstwerk. Wenn Sie eine Glühlampe wechseln, während sie läuft, wird sie heiß. Ihre Lernlampe wird auf andere Weise heiß. Auf einer Vollwellenbrücke mit dem Neutralleiter an der Stromschalttafel geerdet Was sehr normal ist, Sie werden feststellen, dass alle LEDs sehr lebendig sind. Dies mit DVM auf globaler Ebene zu messen, ist eine sichere Methode zur Ausbildung von Schülern.

Antworten (4)

Wenn die Verlustleistung des Vorwiderstands zu hoch ist, sollten Sie ihn durch einen Kondensator ersetzen. Wikipedia-Link . Der Kondensator muss so gewählt werden, dass seine Impedanz mit dem Widerstand übereinstimmt, den Sie verwendet hätten. Schalten Sie parallel zum Kondensator einen ausreichend hohen Widerstand (einige hundert Kiloohm), um ihn zu entladen, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Der Kondensator muss für die volle Netzspannung ausgelegt sein.

Ja, danke - ich habe diese Lösung auch gefunden, als ich kürzlich eine LED-Lampe zerlegt habe :)
@RodionGorkovenko So ziemlich alles, was ich über kapazitive Dropper weiß, stammt vom Anschauen von "bigclivedotcom" auf YouTube. Es ist nichts, was sie jemals auf dem College erwähnt haben.

Achtung – Netzstrom kann töten!

Der Widerstand und der Zener sind ein guter Ausgangspunkt für eine Stromversorgung mit niedrigem Strom. Fügen Sie eine Diode und einen Elektrolytkondensator hinzu, um es zu vervollständigen.

Sie können die Widerstandsleistung reduzieren, indem Sie einen X1-Kondensator in Reihe schalten, wenn Sie ihn aus Wechselstrom speisen.

Sie können auch eine Vollwellenversion der Schaltung bauen, aber die übliche v E E Verbindung kann dann problematisch sein.

Verwenden Sie ST Viper oder ähnliches als Buck-Netzteil. Wenn Ihr Strom tatsächlich sehr niedrig ist, verwenden Sie alternativ alle Ihre Dioden als Gleichrichter.

SICHERHEIT: Wie Claudio und andere angemerkt haben

Nicht isoliertes Wechselstromnetz ist sehr, sehr, sehr gefährlich.

230 VAC sind viel gefährlicher als 110 VC. Gleichgerichtete 310-VDC-Netze sollten in ALLEN Teilen des Stromkreises als auf Netzpotential liegend betrachtet werden. Alles echt!

Es ist sehr unklug, einem Schüler zu erlauben, mit dieser Ausrüstung zu arbeiten – es ist sowohl ethisch als auch vielleicht rechtlich riskant.

Der Betrieb des Geräts an einer transformatorisolierten Versorgung ist eine Mindestvorkehrung, die Sie treffen sollten.

Die Verwendung eines "Fehlerstromdetektors" - RCD / ELCB / ... wäre eine äußerst gute Idee - und selbst dann ist es nicht "sicher".

Beachten Sie, dass die gemeinsame Verwendung eines ELCB und eines Transformators den durch den ELCB gebotenen Schutz zunichte machen kann.

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LÖSUNG: Die logische Lösung besteht darin, eine Zenerdiode in Reihe mit einer LED-Kette zu platzieren. Verwenden Sie dies, um beispielsweise 6 VDC am LED-Strom abzusenken und einen Versorgungskondensator vom Zener über eine Diode zu speisen. Darauf bezog sich wahrscheinlich Gregory.

Der Zener muss in der Lage sein, eine Verlustleistung von >= LED-Strom x Zenerspannung zu bewältigen. Wenn der LED-Strom >> 5 mA beträgt, können Sie eine Stromversorgung von zwei der LEDs mit einer Diode zu einem separaten Kondensator führen.

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In den Schaltungen unten wird angenommen, dass die Eingangsspannung (links) 310 VDC beträgt. Der Niederspannungsausgang DC kann entweder direkt verwendet oder zum Ansteuern eines Spannungsreglers verwendet werden. Wenn LEDs zur Bereitstellung der Spannung verwendet werden und Sie 5 V ausgeben möchten und einen Spannungsregler verwenden, werden möglicherweise 3 x LEDs benötigt. Die Verwendung eines LDO-Reglers reduziert den benötigten Vin.

Die Schaltung auf der linken Seite verwendet die Zenerdiode ZD1, um die an D1 angelegte maximale Spannung zu klemmen. Wenn die 310-VDC-Versorgung bei Netzschwankungen "wellig" wird, lässt D1 Strom durch, wenn Vz über (V_D1 + V_C1) liegt.
ZD1 muss den gesamten LED-Strom durchlassen, daher muss die Verlustleistung von ZD2 >= V_zd1 x I_LED sein. z. B. für 50 mA LED-Strom und eine 9-V-Zener-Verlustleistung bei konstant angelegten 310 VDC -s 9 V x 50 mA = 450 mW, daher sollte ein 1-Watt-Zener mit höherer Verlustleistung verwendet werden.

In der rechten Schaltung liefern die LEDs LED N und LED N-1 etwa 6 V (für weiße LEDs), um C2 über D2 aufzuladen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ihre Schaltungen scheinen den Punkt zu verfehlen - der einzige Grund für eine Stromversorgung für die Logik besteht darin, die LEDs aus- und einschalten zu können. Wie schlagen Sie vor, das zu tun?
"Beachten Sie, dass die gemeinsame Verwendung eines ELCB und eines Transformators den durch den ELCB gebotenen Schutz zunichte machen kann." Ein FI-Schutzschalter erfasst Gleichtaktstrom und löst über einen bestimmten „maximal sicheren“ Schwellenwert aus. Ein Trenntransformator blockiert den Gleichtaktstrom vollständig. Die gemeinsame Verwendung macht den Schutz durch den ELCB nicht zunichte, sondern verbessert ihn, da Sie Sicherheitsredundanz erhalten. Ich weiß, dass Sie das bereits wissen müssen, möglicherweise besser als ich, aber diese Formulierung war irreführend.
@jms Ja, ja. Es ist komplex. Ich meinte zwar "DARF" zunichte machen - darf aber nicht und kann besser machen oder ... . :-). dh wir sind uns nicht einig. Beispiele neigen dazu, erfunden zu sein – aber Murphy ist gut im Erfinden. SO: Ein System mit einem ELCB löst nur aus, wenn Strom zur Erde fließt. Bei der aktuellen Konstruktion ist beispielsweise die neutrale Seite der Einspeisung mit einer örtlichen Masse verbunden - möglicherweise Chassis, Montagerahmen usw. Der Widerstand gegen echte Masse variiert je nach den Umständen. Wenn ein Benutzer diese lokale Erdung mit seinem Körper mit der wahren Erdung verbindet, wird der ELCB wahrscheinlich auslösen, muss es aber nicht. ...
@jms ... Wenn die Phase-Neutral-Einspeisung umgekehrt wird, kann ein lokaler Masse-zu-Phase-Fehler immer noch schweben und den ELCB nicht auslösen, aber eine Verbindung zwischen Benutzermasse und lokaler Masse löst den ELCB aus. Es ist WENIGER wahrscheinlich, dass der Benutzer einen lokalen Kontakt zwischen Phase und Neutralleiter herstellt als einen Kontakt zwischen der einen oder anderen Phase und der wahren Masse. Aber bei dieser aktuellen Bauweise ist ein PN-Kontakt oder ein abgegriffener über LEDs durchaus möglich. || Verwenden Sie JETZT NUR einen Trenntransformator. Alle lokalen "P"- oder "N"-Verbindungen zu echter Masse sind jetzt gutartig. Die Verbindung von local_P zu local_N ist immer noch tödlich. ...
@jms. Anreise :-) || Fügen Sie nun den Transformator dem ursprünglichen ELCB-Gehäuse hinzu. Für den Local_P-zu-Erde-Fehler, der zuvor die ELCB-Auslösung ausgelöst hat, tritt jetzt keine Auslösung auf, da der ELCB-Unsymmetriepfad durch den Transformator unterbrochen wurde. Wenn also z. B. die lokale Phase mit dem lokalen Rahmen usw. oder sogar mit der wahren Masse verbunden ist, kann es sein, dass ein Benutzer das Potenzial der lokalen_Phase nicht wahrnimmt. Wenn sie jetzt Local-N mit einer anderen Hand (oder einem Teil derselben Hand mit dieser Konstruktion) oder was auch immer kontaktieren, sieht der ELCB keinen Fehler, aber sie erleiden einen isolierten 230-VAC-Schock von der Sekundärseite des Transformators. So ...
... Unwahrscheinlich - ja. Möglich - ja. Murphy lebt von „Möglichem“. Ach. || In der obigen „Local Phase“ und „Local Neutral“ befinden sich die beiden Sekundärausgänge des Transformators. "Lokaler Boden" ist der Rahmen oder das Chassis oder das Montagemetall.
@DaveTweed Links als Übung für den Schüler :-). Guter Punkt. Kann je nach Kontext tödlich sein oder nicht. Für eine lange Ausschaltdauer muss ein lokales Reservoir genügend Kapazität haben, um ein Wecksignal zu bedienen. 5 mA kontinuierlich versetzt es in den Batterie- oder Supercap-Modus. 5 mA x 5 V Steuerspitzenleistung ermöglicht den Schlafmodus mit gelegentlichem Aufwachen. Ein Kondensator gibt Ihnen ungefähr 1000 uA.Sekunden pro uF Volt Abfall. So ergibt zB 1F etwa E6 µA Sekunden pro Volt. Bei 5 mA sind das nur etwa 15 Minuten pro Voltabfall. Bei 100 uA sind es etwa 3 Stunden. Ungefähr ein Tag + bei 10 uA. (Warum flackert die LED gelegentlich? :-) )
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