منبع تغذیه بدون ترانس برای مداراتی که به جریان بسیار کم در حد چند میلی آمپر نیاز دارند، یک راه حل ایده آل می باشد. هزینه این نوع منابع تغذیه بسیار پائین می باشد و در نتیجه بسیار مقرون به صرفه می باشند . از منابع تغذیه بدون ترانس در بسیاری از لوازم خانگی مانند انواع جارو های برقی ، محافظ های برق شهر، ماساژور های برقی خانگی و … استفاده می شود. در نتیجه منابع تغذیه بدون ترانس بسیار کاربردی می باشند .در این بخش راهنمای چگونگی طراحی منابع تغذیه بدون ترانس را آموزش خواهیم داد.
همچنین بخوانید : رگولاتور خطی
مدار نمونه که در شکل 1 مشاهده می کنید ساختار کلی منابع تغذیه بدون ترانس را نشان میدهد توجه داشته باشید که ممکن است طراحی های مختلفی از این مدار را در کتب یا سایت های مختلف مشاهده کنید اما ایده اصلی و سرچشمه در کلیه نمونه ها یکی است فقط هر شخص با توجه به نیاز ها، محدودیت های هزینه ،ابعاد و… طراحی خود را انجام داده است چه بسا این موضوع در مورد اکثر بورد های الکترونیکی که امروزه وجود دارد صدق می کند.
شکل 1: منبع تغذیه بدون ترانس
مدار شکل 1 از 3 بخش اصلی تشکیل شده است :
• کاهنده ولتاژ خازنی
• یکسو ساز
• کاهش ریپل یا صافی خازنی
توضیح مختصری راجع به هر بخش میتوان ارائه داد این است که :کاهنده ولتاژ خازنی بخش اصلی مدار ما هستش که همونطور که از اسمش مشخصه ولتاژ از 220 به آن مقدار که ما نیاز داریم کاهش میدهد.بخش بعدی یکسوساز است که از پل دیودی تشکیل شده است .وظیفه این بخش تبدیل ولتاژ AC کاهش یافته به ولتاژ یکسو شده تمام موج است. و اما بخش سوم که از خازن و دیوز زنر تشکیل شده است برای تثبیت کردن ولتاژ در ولتاژ مورد نظر است.
برای طراحی هر مدار مبدلی ابتدا نیاز به یک سری داده های اولیه از خروجی و ورودی ها است تا مقادیر المان های داخل مدار را تعیین کند. داده های ابتدایی ما را ولتاژ ورودی ،ولتاژ خروجی و جریان خروجی در این مسئله تشکیل می دهند.برای این مثال ما ولتاژ 12 ولت خروجی و 100 میلی آمپر خروجی و 220 ولت ورودی در نظر گرفته ایم.
برای تعیین مقدار خازن ورودی که در شکل 1 با نام C1 مشاهده می شود ابتدا از باید راکتانس خازن را محاسبه کنیم. به طور خلاصه راکتانس مانند مقاومت الکتریکی است با این تفاوت که وابسته به فرکانس است و با تغییر فرکانس تغییر می کند و آن را با نماد Xc نمایش می دهند.برای تعیین مقدار Xc از معادله 1 استفاده میکنیم که برابر است با:
حالا می توان مقدار خازن ورودی را از معادله 2 محاسبه کرد:
مقاومت R1 برای جلوگیری از انباشتگی بار در خازن C1 و تخلیه آن به طور کامل در زمان خاموش بودن مدار به کار می رود که حتما مقاومت با توان مناسب انتخاب شود. در غیر این صورت مقاومت خواهد سوخت .برای ایمنی بیشتر و جلوگیری از سوختن قطعات می شود یک مقاومت حدوداً 100 اهم وبا توان بالا (مثلاً 5 وات) در ورودی نول قرار داد تا از جریان کشی در لحظه اول جلوگیری شود در قسمت یکسو ساز میتوان از پل دیود یک آمپر 1000 ولت یا 4 عدد دیود 1n4007 استفاده نمود.
برای انتخاب خازن C2 میتوان از خاز نی با مقدار 220 میکرو فاراد یا مقادیر بیشتر استفاده کرد.(هرچه مقدار خازن بیشتر باشد ریپل خروجی کمتر است اما هزینه مدار بیشتر می شود) در انتها برای تثبیت ولتاژ از یکه دیود زن راب ولتاژ مورد نیاز استفاده میکنیم که ما در اینجا از مدل 1n4742a استفاده کردیم که مشخصات آن 12 ولت و 1 وات می باشد.(از رگولاتورر های خطی نیز میتوان استفاده کرد)
در انتها میتوان یک مقاومت و دیود با خازن خروجی سری کرد تا از انباشتگی بار در خازن خروجی در هنگام بی باری جلوگیری کرد. حالا با برنامه مولتی سیم مدار را در 3 حالت بار کامل و بار انتخابی و بی باری شبیه سازی می کنیم و نتایج را مشاهده می کنیم.
شکل 2 بی باری
شکل 3 بار انتخابی
شکل 4 بار کامل
همان طور که در شکل 2 مشاهده می کنید در حالت بی باری بیشتر توان در قسمت دیود زنر تلف می شود و با توجه به 1 وات بودن دیود زنر ماکزیمم جریانی که می تواند تحمل کند برابر است با :
که از مقداری که در شبیه سازی مشاهده می کنید بیشتر است در نتیجه باید از یک دیود زنر 12 ولت 2 وات یا دو عدد دیود زنر 1N4742a یا یک رگولاتور خطی استفاده کنید. در شکل 3 مشاهده میکنید که با یک بار انتخابی تصادفی ولتاژ تقریبی 12 ولت و جریان حدود 60 میلی آمپر است و مدار به خوبی عمل میکند.
و اما در حالت بار کامل مشاهده می کنید که با کشیدن ماکزیمم جریان ولتاژ از 12 ولت به 10.8 ولت افت کرده است که شرایط قابل قبولی را نشان می دهد.برای بهبود ولتاژ می توان مقدار خازن ورودی را کمی بیشتر از مقدار محاسبات در نظر گرفت تا افت ولتاژ و جریان های مسیر را جبران کرد (البته کمی بیشتر). نتیجه گیری که میتوان از این آزمایش کرد مزایا و معایت منبع تغذیه بدون ترانس را نشان می دهد.
مزایا:
• این مدار بسیار ساده و ارزان قیمت بوده و مناسب پروژه هایی که نیازمند توان کم و جریان چند ده میلی آمپری هستند، می باشد .
• به دلیل حذف ترانس، مدار بسیار سبک و کم حجم می شود . • با استفاده از این مدار و تغییر خازن ورودی می توان یک منبع تغذیه کارآمد برای جریان های زیر 100 میلی آمپر ساخت .
معایب:
• این مدار قادر به تولید جریان های بالا نیست و بالطبع قابل استفاده در بسیاری از پروژه هایی که جریان های بالا نیاز دارند نمی باشد.
• مدار از برق شهری AC ایزوله نبوده و میتواند خطر آفرین باشد . • این مدار قابلیت جلوگیری از ورود اسپارک ها و ولتاژ های ناگهانی به داخل مدار را ندارد که میتواند باعث وارد شدن آسیب جدی به قطعات مدار شود. که البته این مشکل با به کار گیری از برخی از تثبیت کننده های ولتاژ بعد از پل دیود قابل رفع می باشد.