Jak vypočítat a vybrat kalicí kondenzátor

Na samém začátku tématu, co se týče výběru zhášecího kondenzátoru, uvažujeme obvod sestávající z rezistoru a kondenzátoru zapojeného sériově do sítě. Celkový odpor takového obvodu bude roven:

Efektivní hodnota proudu, resp., Je zjištěna podle Ohmova zákona, síťové napětí je děleno impedancí obvodu:

Výsledkem je, že pro zátěžový proud a vstupní a výstupní napětí získáme následující poměr:

A pokud je výstupní napětí dostatečně malé, máme právo zvážit efektivní hodnota proudu přibližně rovná:

Z praktického hlediska se však podívejme na problém výběru kondenzačního kondenzátoru pro zahrnutí do síťové zátěže střídavého proudu vypočítané pro napětí nižší než standardní síťové napětí.

Předpokládejme, že máme 100 W žárovku navrženou pro napětí 36 voltů a z nějakého neuvěřitelného důvodu je třeba ji napájet z domácí sítě 220 V. Lampa potřebuje efektivní proud rovný:

Pak bude kapacita potřebného zhášecího kondenzátoru rovná:

S takovým kondenzátor, získáváme naději na normální záři lampy, doufáme, že alespoň nevyhoří. Tento přístup, když vycházíme z efektivní hodnoty proudu, je přijatelný pro aktivní zatížení, jako je lampa nebo topné těleso.

Ale co když je zatížení nelineární a zapnuto skrz diodový most? Předpokládejme, že musíte nabít olověnou baterii. Co tedy? Potom nabíjecí proud pro baterii pulzuje a její hodnota bude nižší než efektivní hodnota:

Někdy může rádiový zdroj považovat za užitečný zdroj energie, ve kterém je zhášecí kondenzátor zapojen do série s diodovým můstkem, jehož výstupem je zase filtrační kondenzátor významné kapacity, ke kterému je připojeno stejnosměrné zatížení. Ukazuje se, že je to beztransformátorový zdroj energie s kondenzátorem místo transformátoru typu down-down:

Zde bude zatížení jako celek nelineární a proud bude daleko od sinusoidy a bude nutné provádět výpočty poněkud odlišným způsobem. Skutečnost je taková, že vyhlazovací kondenzátor s diodovým můstkem a zátěží se externě projeví jako symetrická zenerova dioda, protože vlnění s významnou filtrační kapacitou bude zanedbatelné.

Když je napětí na kondenzátoru menší než nějaká hodnota, můstek bude uzavřen, a pokud je vyšší, proud půjde, ale napětí na výstupu můstku se nezvýší. Podrobněji zvažte postup pomocí grafů:

V čase ti je amplituda síťového napětí dosažena, kondenzátor C1 je v tomto okamžiku také nabíjen na maximální možnou hodnotu mínus pokles napětí napříč můstkem, který bude přibližně stejný jako výstupní napětí. Proud přes kondenzátor C1 je v tomto okamžiku roven nule. Dále, napětí v síti začalo klesat, napětí na můstku, ale na kondenzátoru C1 se to ještě nezměnilo a proud přes kondenzátor C1 je stále nulový.

Napětí na můstku dále mění znaménko, snaží se snížit na mínus Uin, a v tuto chvíli proud prochází kondenzátorem C1 a diodovým můstkem. Dále, napětí na můstkovém výstupu se nemění a proud v sériovém obvodu závisí na rychlosti změny napájecího napětí, jako by k síti byl připojen pouze kondenzátor C1.

Když síťový sinusoid dosáhne opačné amplitudy, proud přes C1 se opět rovná nule a proces pokračuje v kruhu, opakujícím se každou polovinu periody. Proud protéká diodovým můstkem samozřejmě pouze v intervalu mezi t2 a t3 a průměrná hodnota proudu může být vypočtena určením plochy vyplněné hodnoty pod sinusoidem, která bude rovna:

Pokud je výstupní napětí obvodu dostatečně malé, pak se tento vzorec přiblíží dříve získané hodnotě. Pokud je výstupní proud nastaven na nulu, dostaneme:

To znamená, že když se zátěž přeruší, výstupní napětí bude stejné jako síťové napětí !!! Proto by takové komponenty měly být použity v obvodu tak, aby každá z nich vydržela amplitudu napájecího napětí.

Mimochodem, když je zátěžový proud snížen o 10%, výraz v závorkách se sníží o 10%, to znamená, že výstupní napětí se zvýší asi o 30 voltů, pokud se zpočátku zabýváme řekněme 220 volty na vstupu a 10 volty na výstupu. Proto je použití zenerovy diody rovnoběžně se zátěží nezbytně nutné !!!

Ale co když je usměrňovač půlvlna? Potom musí být proud vypočítán podle následujícího vzorce:

S malými hodnotami výstupního napětí se zátěžový proud sníží na polovinu, než když se usměrní plným můstkem. A napětí na výstupu bez zátěže bude dvakrát tak velké, protože se jedná o zdvojovač napětí.

Napájecí zdroj s zhášecím kondenzátorem se tedy počítá v tomto pořadí:

• Nejprve zvolte, jaké bude výstupní napětí.

• Poté určete maximální a minimální zatěžovací proudy.

• Dále určete maximální a minimální napájecí napětí.

• Pokud je zátěžový proud považován za nestabilní, je nutná zenerova dioda rovnající se zátěži!

• Nakonec se vypočítá kapacita chladicího kondenzátoru.

Pro obvod s půlvlnnou rektifikací je pro síťovou frekvenci 50 Hz kapacitance zjištěna podle následujícího vzorce:

Výsledek získaný vzorcem se zaokrouhlí na stranu větší jmenovité kapacity (s výhodou ne více než 10%).

Dalším krokem je nalezení stabilizačního proudu zenerovy diody pro maximální napájecí napětí a minimální spotřebu proudu:

Pro poloviční vlnový usměrňovací obvod se kalicí kondenzátor a maximální proud zenera počítají podle následujících vzorců:

Při výběru kalicího kondenzátoru je lepší se zaměřit na filmové a papírové kondenzátory. Filmové kondenzátory s malou kapacitou - až 2,2 mikrofarad na provozní napětí 250 voltů v těchto schématech fungují dobře, když jsou napájeny ze sítě 220 voltů. Pokud potřebujete velkou kapacitu (více než 10 mikrofarad) - je lepší zvolit kondenzátor pro provozní napětí 500 voltů.