트랜스포머리스 전원 공급 장치: 기초, 동작, 설계 요구사항

일반적으로 전자 제품은 DC 전원 공급 장치가 AC 메인 전압을 DC 전압(종종 낮음)으로 변환할 수 있도록 강압 트랜스포머를 가지고 있습니다. 이 과정은 더 높은 AC를 더 낮은 AC로 변환한 다음, 스위치 모드 트랜스포머를 사용하여 낮은 전압 DC로 변환하는 것을 포함합니다. 이 과정은 장기적으로 충분하지만, 제품 설계 및 제조 시 더 큰 공간도 필요하므로 비싸고 부피가 클 수 있습니다. 따라서 더 저렴하고 더 나은 대안으로 살펴봐야 할 것은 트랜스포머리스 전원 공급 장치입니다. 스위치 모드 전원 공급 장치이기도 하지만 비용이 적게 들고 크기가 작습니다. 또한 가전제품과 같은 광범위한 전자 부품에 사용할 수 있습니다.

트랜스포머리스 전원 공급 장치란 무엇인가?

이름에서 알 수 있듯 트랜스포머리스 전원 공급 장치 회로는 메인의 고전압 교류에서 저전압 DC를 제공할 때 인덕터나 트랜스포머를 사용하지 않습니다. 고전압 커패시터를 사용하여 AC 1차 전류(120V 또는 230V)를 낮은 전류 레벨(12V, 5V, 또는 3V)로 강하시킵니다.

낮은 레벨은 연결된 부하나 전자 회로의 최적 기능을 보장하므로 적합합니다. 따라서 전기 회로가 낮은 전류(수 밀리암페어 정도)를 필요로 하거나 마이크로프로세서 회로에 사용할 때 회로에 트랜스포머리스 전원 공급 장치를 사용해야 합니다.

트랜스포머리스 회로는 돌입 전류 제한, 공급 전압 분배, 정류, 정류 등의 작동 원리를 포함하며, 이는 전원 공급 장치 구조에서 논의될 것입니다.

트랜스포머리스 전원 공급 장치의 장단점

다른 기술 장비와 마찬가지로 트랜스포머리스 전원 공급 장치에도 장단점이 있습니다.

장점

• 첫째, 저렴합니다.
• 둘째, 공간을 덜 차지하므로 트랜스포머 기반 응용 분야처럼 혼란스럽고 무겁지 않게 덜 부피가 큽니다.
• 셋째, 저전력 전자 부품에 사용할 수 있습니다.

단점

• 첫째, 저항성 트랜스포머리스 전원 공급 장치의 과도한 열 방출로 최종 출력 전압이 낮아져 효율이 떨어집니다.
• 불행히도 얻을 수 있는 최대 전류 출력은 약 1암페어입니다. 20A 또는 30A가 필요한 전류 유도성 또는 저항성 부하에는 유리하지 않습니다.
• 다시, 회로가 입력 공급으로부터 절연되지 않아 다루기 위험합니다(입구와 출구 사이에 절연 없음). 또한 회로에서 부품이 약간 파손되거나 분리되어도 전체 장치가 파괴됩니다.
• 마지막으로, 설정과 낮은 출력은 안전 또는 의료 기기와 같은 더 복잡한 시스템에는 적합하지 않습니다.

다행히 우리가 설명한 트랜스포머리스 전원 회로 설계에는 브리지 정류기 후에 다양한 안정화 단계가 있습니다. 이렇게 하면 위험이 낮아집니다.

트랜스포머리스 전원 공급 장치 회로도 소개

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_power_supply#/media/File:Capacitive_Power_Supply.png

(트랜스포머리스 전원 공급 장치 회로도)

위 회로도는 인덕터나 트랜스포머 없이 고전압 AC를 저전압 DC로 변환하는 트랜스포머리스 전원 공급 장치 회로의 기능을 보여줍니다. 다음 섹션에서는 회로가 어떻게 작동하는지 분석하겠습니다.

트랜스포머리스 전원 공급 장치 구조/설계

트랜스포머리스 전원 공급 장치 회로를 만들기 전에 취해야 할 몇 가지 예방 조치는 다음과 같습니다:

• 첫째, 양질의 지식과 경험 없이 AC 입력 전압으로 작업하는 것은 극도로 위험합니다. 따라서 회로를 극도로 주의하여 다루세요.
• 둘째, 1와트 이상(5W) 정격의 제너 다이오드나 저항만 사용하세요.
• 셋째, 제너 다이오드가 없다면 IC 전압 레귤레이터를 사용하여 전압을 조절하세요.
• 또한 X-정격 커패시터를 다른 커패시터로 교체하려고 시도하지 마세요. 다른 커패시터는 파열될 것입니다.
• 또한 안전상의 이유로 X-정격 커패시터 앞과 위상선에 직렬로 1암페어 퓨즈를 사용할 수 있습니다.
• 구성 요소를 충분히 간격을 두고 배치하세요.
• 또한 회로를 끄더라도 드로핑 커패시터의 어떤 지점도 만지지 마세요. 감전 방지를 위해섭니다.
• 마지막으로, 제품에 더 많은 출력 전류와 출력 전압이 필요하면 다른 값의 X-정격 커패시터를 사용하세요.

구성 요소

트랜스포머리스 전원 회로의 구성 요소는 다음과 같습니다:

• R1: 1Ω 저항, 5W.
• R2: 10Ω 저항; 여기서 부하는 10Ω 미만이 아니어야 합니다.
• R3: 470kΩ 저항, 1W.
• R4: 1Ω 저항, 5W.
• R5: 200mA 퓨즈.
• 전압 강하 커패시터 / X-정격 커패시터 (주요 구성 요소) - 230V, 400V, 600V 교류 또는 그 이상으로 제공.

(커패시터 종류)

• C1: 33,000µF 극성 전해 커패시터, 25V.
• C2 및 C3: 폴리에스터 재질의 무극성 커패시터 ≥ 400V, 10µF.
• D1: 다이오드 1N4007.
• D2: 12V, 3W 제너 다이오드.
• D3 ~ D13: 1N4007.

이상적인 트랜스포머리스 설계

1. 커패시터 C1이 120V 또는 220V 메인의 높은 전류를 출력 DC 부하에 적합한 낮은 레벨로 감소시킵니다. 따라서 C1의 1마이크로패럿은 출력 부하에 약 50mA 전류를 생성합니다.
2. R1 저항은 회로를 메인 입력에서 분리할 때 C1의 고전압에 대한 방전 경로를 제공합니다. C1이 120V 또는 220V 같은 고전압을 저장하여 분리 상태에서 플러그 핀을 만질 때 고전압 충격을 유발할 수 있기 때문입니다. R1이 고전압을 빠르게 방전시킵니다.
3. D1~D4 다이오드는 브리지 정류기 역할을 하여 C1에서 나온 낮은 전류 AC를 낮은 전류 DC로 변환합니다. C1은 전압을 50mA로 제한하지 않고 전류를 제한합니다. 즉, 브리지 정류기 출력의 DC는 220V의 피크 값입니다. 계산은 다음과 같습니다:

220 × 1.41 = 310V DC. 브리지 출력에서 약 310V, 50mA가 나옵니다.

4. 그러나 310V는 릴레이에 사용하지 않는 한 저전압에는 너무 높습니다. 따라서 올바른 제너 다이오드 정격을 사용하여 310V DC를 바람직한 낮은 레벨(예: 24V, 12V 등)로 분로(샨트)시킵니다.

(제너 다이오드 종류)

5. R2 저항은 전류 제한 저항입니다. C1이 전류 제한기 역할을 하지만, 입력 AC를 회로에 순간적으로 인가하면 C1은 밀리초 단위로 단락 회로처럼 작동합니다. 스위치가 켜지는 몇 밀리초 동안 220V의 높은 AC 전압 입력이 전원 회로로 들어옵니다. 불행히도 높은 전압 레벨은 DC 출력 부하를 파괴할 수 있습니다.

이 상황을 대처하는 더 좋은 방법은 NTC를 도입하는 것입니다. 하지만 이 경우 R2를 제한기로 사용합니다.

필터 커패시터는 C2입니다. 주로 초기에 정류한 100Hz 리플을 더 깨끗한 DC로 부드럽게 하는 역할을 합니다.

트랜스포머리스 전원 공급 장치 유형

트랜스포머리스 전원 공급 장치는 두 가지 주요 유형으로 제공되며 자세히 논의하겠습니다.

예시는 다음과 같습니다:

1. 저항성 트랜스포머리스 전원 공급 장치

저항성 전원 공급 장치에서는 전압 강하 저항기에 저항을 사용하여 열 에너지 형태로 열을 감소시킵니다. 열 감소로 인해 과전류를 제한하는 저항이 생깁니다. 일반적으로 전압 강하 저항기가 열 전력을 소산시킵니다.

유의할 점 - 대부분 일부 응용 분야에서 배정 전력의 두 배 정격 저항을 사용하는 것을 볼 수 있습니다. 다른 트랜스포머리스 전원 공급 장치 유형에 비해 더 많은 에너지를 소산시키기 때문입니다.

2. 용량성 트랜스포머리스 전원 공급 장치

두 번째 유형인 용량성 전원 공급 장치는 낮은 전력 손실과 열 방출로 작동하여 더 효율적입니다.

구조: 여기에서 X-정격 커패시터는 230V, 400V, 600V로 직렬 연결됩니다. 그런 다음 메인이 드로핑 커패시터 역할을 하여 전압을 강하시킵니다.

저항성과 용량성 트랜스포머리스 전원 공급 장치의 차이점

주로 두 유형은 다릅니다. 용량성 전원 공급 장치 회로에서는 전압 강하 저항기가 과전압을 강하시키므로 에너지 손실과 열 방출이 적거나 없습니다. 반대로 저항성 유형은 전압 강하 저항기를 통해 여분의 에너지를 열로 소산시킵니다.

트랜스포머리스 전원 공급 장치 12V

위 다이어그램을 사용하여 세 번째 유형인 트랜스포머리스 전원 공급 장치 12V에 대해 논의하겠습니다.

작동 원리: 제너 다이오드, 브리지 정류기, 커패시터, 저항을 사용하여 220V 메인 AC 전압을 12V DC 전압으로 변환합니다.

• C1은 높은 AC 전압을 강하시키는 X-정격 커패시터 역할을 합니다.
• D1, D2, D3, D4인 브리지 정류기 다이오드는 정류를 통해 교류(AC)를 직류(DC)로 변환합니다. 정류 결과 AC 신호의 피크 RMS로 인해 230V AC가 높은 310V DC로 변환됩니다.
• 세 번째, C2 커패시터는 DC 전압이 얻은 리플을 제거합니다.
• 그런 다음 R1 저항은 회로를 끄면 발생하는 저장 전류를 제거합니다. 다른 쪽에서 R2 저항은 돌입 전류 제한용으로 과전류 흐름을 제한합니다.
• 또한 제너 다이오드는 피크 역전압을 제거한 다음 출력 DC 전압을 필요한 12V로 안정화하고 조절합니다.
• 작동 여부를 확인하기 위해 회로에 LED를 연결합니다.
• 마지막으로 회로 전체를 충격 방지 재료로 완전히 감싸 손상과 감전을 방지합니다. 또한 소형 절연 트랜스포머를 전원 공급 장치 입력에 연결하여 메인 AC 공급으로부터 격리할 수 있습니다.

6. 트랜스포머리스 전원 공급 장치 응용 분야

종종 트랜스포머리스 전원 공급 장치는 다음과 같은 저비용 및 저전력 전자 부품에 다양한 응용 분야를 가집니다:

• 아날로그-디지털 컨버터,
• 통신 시스템,
• 디지털 통신 시스템,
• 레귤레이터 및 전압 분배 회로의 회로,
• 전자 장난감,
• 모바일 충전기,
• LED 전구,

(조절 가능한 12V 및 24V 전압의 백색 LED 스트립)

• 비상 조명.

결론

요약하자면, 트랜스포머리스 전원 공급 장치 회로는 부피, 비용, 크기 면에서 트랜스포머 기반 전원 공급 장치를 대체할 확실한 대안입니다. 낮은 전류를 생성하지만 트랜스포머리스 회로는 낮은 전압이 필요한 전기 기기에 혜택을 주었습니다.

절차에 사양이 있으므로 DIY 시 추가 예방 조치를 취하는 것이 가장 좋습니다. 이 글을 읽으면 필요한 단계가 밝혀지고 이해가 깊어질 것입니다. 그러나 문의 사항이나 생각이 있으시면 언제든 연락 주시기 바랍니다. 여러분의 필요에 대한 해결책은 기술 세계에 대한 해결책입니다.