Tại sao bộ chuyển đổi năng lượng này là biến áp?

Tôi thấy một bộ sạc pin chuyển đổi điện áp xoay chiều 220 V thành 6V DC mà không cần máy biến áp.

Bây giờ tôi tự hỏi tại sao nhiều bộ điều hợp nguồn (nếu không phải tất cả) đang sử dụng máy biến áp, đó là về hiệu quả hay về sự trôi dạt theo thời gian?

Cập nhật: Mạch này là bên trong của ngọn đuốc này

Nguồn điện bạn tìm thấy trong thiết bị này thuộc loại được gọi là ống nhỏ giọt điện dung . (Thông tin thêm trong bài viết Wikipedia " Cung cấp năng lượng điện dung ".)

Lý do chính khiến bạn không thấy loại nguồn điện này thường đơn giản: nó không an toàn . Điều này là do một chân của nguồn điện AC, do cần thiết, phải được kết nối trực tiếp với mạch. Lý tưởng nhất phải là chân trung tính, nhưng rất khó để đảm bảo điều này - ổ cắm có dây kém, hoặc phích cắm không phân cực, có thể dẫn đến một phần của mạch được cung cấp năng lượng bởi chân nóng của nguồn cung cấp AC.

Đó là một nguồn cung cấp nhỏ giọt điện dung như những người khác đã nói, nhưng tôi sẽ có một cái nhìn hơi khác về sự an toàn .....

Nếu nó được tích hợp ngay vào đèn pin sao cho không có bộ phận nào của đèn pin hoặc mạch sạc có thể truy cập được mà không cần sử dụng công cụ (Vì vậy, Pin, LEDS, công tắc, bất cứ thứ gì khác) đều được niêm phong bên trong một hộp nhựa có đầu vào chính phù hợp để sạc thì nó vẫn ổn và hoàn toàn an toàn. Vấn đề chỉ xảy ra khi bạn cố gắng cung cấp một phương tiện để kết nối một thứ như vậy với thế giới bên ngoài, vì đã cung cấp 10mA hoặc lâu hơn để sạc pin trong đèn pin khẩn cấp, loại điều này rất, rất chuẩn.

Thứ màu xanh lá cây là một điện trở, chủ yếu ở đó để hạn chế dòng điện tăng đột biến khi nắp không tốt lắm, phần lớn điện áp được nhỏ giọt qua tụ điện, do đó ít năng lượng bị tiêu tán, nhưng hệ số công suất rất tệ.

Có một vài nơi mà khoảng cách creapage có vẻ hơi nghi ngờ, nhưng ngoài điều đó, tôi đã thấy tồi tệ hơn nhiều.

Hầu hết các quốc gia yêu cầu các thiết bị không dẫn dòng điện đáng kể giữa một trong hai dây dẫn cung cấp chính và bất kỳ bề mặt kim loại tiếp xúc nào, ngay cả khi áp dụng chênh lệch đáng kể (ví dụ 1000 volt) giữa các đầu cung cấp và bề mặt đó.

Có ba cách thiết bị có thể đáp ứng yêu cầu này:

1. Không có bất kỳ kết nối nào giữa bất cứ thứ gì sử dụng điện và bề mặt kim loại tiếp xúc.

2. Đối với các thiết bị cần lượng điện cực nhỏ, chỉ kết nối nguồn điện thông qua các thiết bị không truyền nhiều dòng điện trong bất kỳ điều kiện nào. Cách tiếp cận như vậy có thể khả thi đối với đồng hồ LCD chỉ cần 10uA, nhưng không thực tế cho nhiều thứ hơn thế.

3. Chuyển đổi điện thành một số dạng năng lượng khác và sau đó chuyển đổi lại thành điện năng. Đối với các trường hợp cần cách ly cực độ, người ta có thể sử dụng động cơ chạy bằng điện (chuyển đổi điện thành từ trường chuyển động, sau đó quay trục) được kết nối qua trục không dẫn đến máy phát (sử dụng trục quay để tạo ra từ trường chuyển động lĩnh vực, sau đó nó sẽ sử dụng để sản xuất điện). Máy biến áp là một giải pháp thay thế rẻ hơn, bỏ qua hai bước chuyển đổi ở giữa và do đó tránh được tổn thất chuyển đổi liên quan của chúng.

Cách tiếp cận số 1 là rẻ nhất khi nó thực tế. Cách tiếp cận # 2 rất hiếm khi thực tế. Nhiều thiết bị không thể sử dụng # 1 hoặc # 2 và do đó triển khai # 3. Transformers không phải là cách duy nhất để hoàn thành # 3, nhưng chúng thường rẻ hơn và thiết thực hơn bất kỳ sự thay thế nào.

Đó là về hiệu quả và chi phí. Xu hướng trong ngành công nghiệp điện tử cho các thiết bị quản lý năng lượng là loại bỏ các máy biến áp càng nhiều càng tốt (và với nó, đồng và trọng lượng của nó). Cách họ làm điều đó một cách hợp pháp là với một loại mạch thường được gọi là bộ cấp nguồn chế độ chuyển đổi (SMPS) và bộ chuyển đổi.

Trong các mạch ở chế độ chuyển mạch, một bộ tạo dao động (thường là sóng vuông, với tần số dao động từ? 20kHz đến MHZ thấp trong một số trường hợp) điều khiển một công tắc, thường là MOSFET, bật / tắt, điều khiển một phần tử lưu trữ năng lượng, tức là cuộn cảm hoặc tụ điện, tùy thuộc vào cấu trúc liên kết mạch, và có một số ít, như bạn sẽ học trong khóa học ECE của mình nếu và khi bạn làm một môn học điện tử giới thiệu.

Bộ sạc pin mà bạn thấy có lẽ là một ví dụ về bộ chuyển đổi buck của ACDC, tôi hy vọng. (Nếu không, sâu sáu nó.) Ngoài ra còn có bộ chuyển đổi ACAC và DCDC. Nếu họ tăng điện áp sơ cấp, họ là bộ chuyển đổi tăng . Nếu họ bước xuống chính, họ là công cụ chuyển đổi buck . Không chịu thua kém, cũng có bộ chuyển đổi buck-boost, ví dụ, được sử dụng để kéo dài tuổi thọ của pin trong các mạch chạy bằng pin, khi điện áp pin đạt dưới mức điện áp cung cấp yêu cầu. (Tôi chưa nghe nhiều về bộ chuyển đổi boost-buck, nhưng tôi sẽ không ngạc nhiên nếu chúng có một số ứng dụng).

$R_{ds(ON)}$

Do có rất nhiều năng lượng trong các mạch công suất chế độ chuyển đổi và khi chúng hoạt động gần với giới hạn dung sai của các thành phần, chúng có xu hướng trôi theo thời gian (đối với các con chip, tìm kiếm điện từ và "vật lý của thất bại"). Năng lượng cao là những gì làm cho các mạch nguy hiểm để làm việc với. Các nhà thiết kế sử dụng các thành phần lớp sức mạnh vì những yêu cầu này, và chúng đắt hơn, nhưng chắc chắn hơn, so với thành phần thụ động chạy của bạn.

Khá nhiều nhà sản xuất chất bán dẫn sản xuất chip quản lý năng lượng và pin, và bây giờ là chip thu hoạch năng lượng, và thường có tài liệu kỹ thuật rất tốt về chủ đề này, vì vậy hãy bắt đầu khám phá.

Chào mừng đến với thế giới của điện tử năng lượng.

CHỈNH SỬA

Bảng mạch bạn đã hiển thị là cách không làm điều đó. Nếu tôi đọc bảng một cách chính xác, thành phần màu xanh lá cây lớn có lẽ là điện trở dây điện có giá trị cao, làm giảm điện áp và hạn chế dòng điện từ điện áp lưới, sau đó điều chỉnh điện áp xoay chiều này và làm trơn nó với một tụ điện lớn (thành phần màu đỏ cam). Nó sẽ làm việc cho đến khi điện trở thất bại. Nếu nó không hoạt động như một mạch hở, bộ sạc sẽ không hoạt động, nhưng nếu nó bị đoản mạch, nó sẽ thổi các điốt chỉnh lưu và tụ điện. Đây không phải là một mạch an toàn. Lấy lại và nhận tiền hoàn lại nếu bạn có thể, hoặc vứt nó đi trước khi ai đó bị tổn thương. (Hoặc sử dụng nó cho các bộ phận trong các dự án không quan trọng :-) - các thành phần có thể có giá rẻ và chất lượng thấp.)

Cả về an toàn và bởi vì nó thực tế hơn để có được (giả sử) 5V @ 2.1A với nguồn cung cấp flyback nhỏ. Một nguồn cung cấp nhỏ giọt điện dung sẽ phải rút VA lớn để có được một lượng điện năng tương đối nhỏ.

Bộ sạc pin hiện tại thấp có thể được chế tạo để có các kết nối pin được cách điện với người dùng, trong khi đó, bộ đổi nguồn sẽ có dây và thiết bị có thể bị lộ kim loại, cổng, v.v ... Nếu người dùng tiếp xúc với kết nối trực tiếp với nguồn điện, họ sẽ có thể bị điện giật.

PSU này là không biến đổi vì nhà sản xuất cố gắng ép từng xu từ sản phẩm bằng cách giảm chi phí. Loại nguồn cung cấp năng lượng như vậy đã được thảo luận trước đây , với việc người dùng báo cáo bị điện giật từ thiết bị. Bây giờ, thiết bị của bạn dường như được cách điện tốt hơn, chỉ có đèn LED nhỏ màu đỏ và công tắc có tiềm năng chính trong khi nhô ra khỏi vỏ.

Tôi sẽ không quá lo lắng, nhưng sẽ giữ tay càng xa càng tốt với đèn LED và công tắc trong khi đèn pin đang sạc.

Những ống nhỏ giọt điện dung này thường được hiển thị trên kênh YouTube của Big Clive, nơi anh ấy thảo luận về cách chúng hoạt động và các vấn đề với chúng. Như duskwuff nói, có một kết nối nguồn trực tiếp. Một số mạch thậm chí còn thú vị hơn bằng cách đặt một công tắc một cực trên đầu vào và sử dụng kết nối nguồn không phân cực, do đó bạn có cơ hội chuyển đổi trực tiếp hoặc trung tính 50/50, làm cho thiết bị có tiềm năng chính trong khi tắt!

https://www.youtube.com/watch?v=QwqFkelUs_g cho thấy một ngọn đuốc với ống nhỏ giọt điện dung và cổng USB ở tiềm năng chính. Rất thú vị!