トランスレス電源:コストとスペースを克服する承認された方法

一般に、降圧変圧器またはスイッチモード電源は、高い AC 電源電圧を低い AC 電圧に変換します。次に、望ましい低 DC 電圧への変換を進めます。効率的ですが、プロセスはコストがかかり、製品を設計または製造する際により多くのスペースが必要になります。そのため、課題を軽減するために、トランスレス電源を使用しています。今日は、トランスレス電源について詳しく説明します。したがって、その動作タイプについて説明し、試すことができる簡単なトランスレス電源回路設計を示します。

降圧変圧器

トランスレス電源とは?

その名の通り、トランスレス電源は、トランスやインダクタを使用せずに、高い AC 電圧から低い DC 電圧を生成します。

(インダクタ)

動作原理

トランスレス電源の動作原理は、高電圧の単相 AC を低 DC 電圧に変換することです。このコンセプトでは、インダクタやトランスなしで動作する分圧器回路を使用しています。さらに、電源回路には、突入制限、分圧、調整、整流などのプロセスが組み込まれています。

上の図は次のように機能します。

高電圧単相 AC (230V/120V) を必要な低 DC 電圧 (5V/3V/12V) に変換することを目指しています。
ダイオードは、高 AC 電圧を低 DC 電圧に整流および調整します。
さらに、(AC に直列に接続された) コンデンサは、そのリアクタンスのために AC フローを制限します。そのようにして、電流の流れはトランスレス電源タイプごとに特定の値になります。常に、電源には X 定格のコンデンサを使用することをお勧めします。
さらに、抵抗器は過電流と熱放散に役立ちます。
次に、ブリッジ整流器が回路から電圧を取り除き、整流プロセスによってピーク電圧を安定させます。
LED 電球に接続して、最終的に回路の機能をテストします。

トランスレス電源の種類

トランスレス電源の 2 つの基本的なタイプには次のものがあります。

抵抗トランスレス電源

抵抗トランスレス電源は、電圧降下抵抗を使用しています。その抵抗は、余分な熱を取り除くのにさらに役立ちます。多くの場合、より多くの電力を消費するため、定格が 2 倍の電力抵抗器が推奨されます。

容量性トランスレス電源

逆に、容量性トランスレス電源は、電力損失と熱放散が少ないです。ここでは、X 定格コンデンサ (400V、230V、または 600V) が電圧降下コンデンサであり、過剰な電圧を降下させます。

トランスレス電源回路のメリットとデメリット

利点

まず第一に、その設計は安価であり、変圧器ベースの回路と比較して低電力のアプリケーションに適しています.
また、かさばらずコンパクトなので、必要なスペースも少なくて済みます。

短所

トランスレス電源回路では、大電流出力 (1 アンペア) を生成できません。したがって、1 アンペア以下の電流を必要とするアプリケーションにのみ有利です。
次に、AC 主電源の電位から回路が分離されていないため、ハンドラーにとって危険です。
また、過度の熱放散が出力電圧に干渉します。
最後に、最終的に電源回路と電力供給回路を破壊する可能性のある電圧サージを許容します。

幸いなことに、以下の回路例は、いくつかの課題に対する解決策を示しています。それでは、読み続けてください。

4 つのシンプルなトランスレス電源回路の説明

トランスレスの基本設計

基本的なトランスレス回路設計

回路の運用と設計

C1 は、出力 DC 負荷を改善するために、高い AC (120V または 220V 主電源) を低い DC に下げます。
次に、電源入力から回路のプラグを抜くと、R1 は高電圧 C1 の放電経路を提供します。そのため、C1 が主電源に接続されていないときに、プラグピンからの電圧ショックを防ぐことができます。
次に、D1 から D4 はブリッジ整流器です。それらは、C1 から低 AC を低 DC に変換します。
結果として得られる DC 電圧は、リレー以外のほとんどの低電圧デバイスで高くなります。ツェナーダイオードは、必要に応じて高電圧を推奨値にシャントします。
さらに、電流制限抵抗として R2 があります。 C1 は、最初のアプリケーションの AC 主電源入力で数ミリ秒間だけ短絡を提供します。数ミリ秒の間、AC 大電流が回路に流れることは許されますが、出力負荷が破壊される可能性があります。したがって、R2 は損傷を防ぎます。
最後に、C2 はフィルタコンデンサとして機能します。ブリッジ整流器からよりクリーンな DC まで、滑らかな 100Hz リップルを生成します。

電圧安定化トランスレス電源へのアップグレード

ここでは、可変またはサージのない電圧安定化トランスレス電源に容量性電源回路を形成します。

電圧安定化トランスレス電源へのアップグレードに関する回路。

回路設計・運用

IN4007 ダイオードが電源電圧を整流し、10uF/400V コンデンサがそれをフィルタリングします。次に、主電源から整流された結果のピーク電圧は 310V になります。
TIP122 (MJE13005 も使用可能) のベースは分圧器ネットワークを構成し、必要な出力電圧を維持します。さらに、10k ポットを TIP122 のグランド/エミッターの両端に設定することで、12V を実現できます。
220uF/50V のコンデンサは、スイッチがオンになっている回路でオフになっている場合に、ベースに瞬間的なゼロ電圧を発生させます。
さらに、スイッチのオン期間では、コイルを介してインダクタが回路に流入する突入電流を制限します。さらに、それは高い耐性を提供し、それによって損傷が発生するのを防ぎます.

テイクアウト; 電圧レギュレータ IC7805 を使用して、接続された降圧電圧または 5V を実現することもできます。

ゼロクロストランスレス電源回路

私たちの 3 番目のプロジェクトは、主にゼロクロス検出用の容量性トランスレス電源に適用されます。それは、コンデンサが供給電圧を受けると、数ミリ秒間ショートのように振る舞うからです。その後、充電され、指定された出力レベルに戻ります。

回路の設計と操作

ゼロクロストランスレス電源回路

AC 電源のゼロクロス

AC 主電位には、極性によってゼロから最大値まで、またはその逆方向に上昇および下降する電圧サイクルが含まれます。

そのため、電源電圧がサイクルピークに近づくと、電流と電圧が高くなります。容量性電源のスイッチを入れると、高電圧が DC 負荷と電源を突破します。

逆に、主電源のゼロ交差では、主電源は位相ゼロに近づくにつれて弱い電圧と電流を取得します。したがって、デバイスの電源を入れても安全で、サージ電流が発生することはありません。

簡単に言うと、AC 入力が位相ゼロを通過するときに容量性電源をオンにすると、サージ電流が防止されます。

仕組み

電源をオンにすると、ゲートドライバがないため、オフになったトライアックが最初に維持されます。さらに、ブリッジネットワークに接続されている負荷は、スイッチがオフの状態のままです。
次に、105V/400V コンデンサ出力からの供給電圧は、オクトカプラー IC のピン 1/2 を通過して IR LED に到達します。 IR LED ライト応答は、入力の監視と処理に役立ちます。したがって、回路がゼロ交差点に近づいている AC サイクルを検出すると、内部スイッチが切り替わります。
最後に、トライアックを起動し、再度オン/オフに切り替えるまでユニットのスイッチオン状態を維持します。

IC 555 を使用したトランスレス電源の切り替え

最終的な解決策は、IC 555 を単安定モードで使用して突入サージを調整することです。さらに、IC 555 には、ゼロクロススイッチング回路のコンセプトが組み込まれています。

555 タイマー IC

ゼロクロススイッチングの定義

AC メインの正弦波はゼロ電位マークから始まります。その後、ピーク電圧ポイント (120 または 220) まで徐々に上昇します。その後、最初のゼロらしいマークに戻ります。このサイクルを正のサイクルと呼びます。

したがって、正のサイクルの後、波形は下降し、上記のプロセスを再び実行します。ただし、ゼロ点まではマイナス方向です。主電源の要件に応じて、回路サイクルは 1 秒あたり 50 ～ 60 回発生する可能性があります。

波形が回路に入ると、ゼロのない任意のポイントがスイッチのオンサージを妨害します。直接の理由は、波形の高電流によるものです。問題を回避するために、負荷はゼロ交差中にオンスイッチに直面する必要があります。そのように、緩やかな上昇は危険を嫌うことはありません。

IC555 を使用したトランスレス回路の切り替え

回路操作

上記の回路図から;

4 つの 1N4007 ダイオードは、標準的なブリッジ整流器構成として動作し、カソードジャンクションは 100 Hz のリップルを生成します。
47k/20K 分圧器は 100 Hz の周波数を下げ、後で IC555 の正のレールに到達します。電位が調整され、C1 と D1 がそれをフィルタリングします。
100k 抵抗を介して、ベース Q1 も電位を受け取ります。
AC 主電源が (+) 0.6 を超えると、Q1 はオフ状態に切り替えられたままになります。ただし、AC 波形が (+)0.6 ボルトを下回ると、Q1 がオンになります。さらに、ピン 2 を接地してから、IC のピン 3 に正の出力を生成します。
その後、IC 出力は負荷と SCR をオンにし、MMV 期間が経過するまでその状態を維持します。その後、新しいサイクルが始まります。
安定したオン時間は負荷に余分な電流を生成し、明るい LED に貢献します。 1M プリセットを変更して、単安定のオン時間を設定することもできます。 IC555 回路はゼロに近い AC で制限を受けるため、ON 時の電圧のサージはありません。