От чего зависит ток цепи переменного тока в постоянный?

Давайте посмотрим, что делает каждая часть вашей схемы:

Трансформатор преобразует 230 В переменного тока в 12 В переменного тока. Ток, доступный при этих 12 В, зависит от трансформатора. Посмотрите паспорт трансформатора. Он будет иметь либо прямой номинальный выходной ток, либо общую номинальную мощность в ВА. Номинал ВА — это максимальное количество ампер, умноженное на вольт, которое может выдержать трансформатор. Например, трансформатор 15 ВА, 12 В предположительно может выдерживать (15 ВА)/(12 В) = 1,25 А.

Обратите внимание, что эти 12 В являются среднеквадратичными. Пики синусоиды на sqrt(2) выше среднеквадратичного значения. Таким образом, среднеквадратичное значение 12 В в данном случае означает пиковое значение 17 В, общее значение ±17 В.

Четыре диода расположены по схеме двухполупериодного выпрямителя . Это в основном принимает абсолютное значение входного напряжения. Абсолютное значение сигнала ±17 В варьируется от 0 до 17 В. По сути, отрицательные пики складываются, чтобы стать положительными пиками. Ваш рисунок является разумным представлением этого.

Однако полноволновой мост не идеален. Есть два неидеальных диода последовательно с каждой частью выходного сигнала. На каждом диоде падает около 700 мВ, поэтому выходное напряжение будет примерно на 1,4 В меньше идеальных 17 В. На рисунке пики составляют около 15,6 В, выходящие из двухполупериодного моста.

Конденсатор подобен резервуару, который держит напряжение. Он заполняется тем, что выходит из полноволнового моста, и опорожняется схемой, когда ей нужен ток. Конденсатор всегда заряжается до пикового напряжения каждого пика. Это означает, что оно будет примерно на постоянном уровне 15,6 В, если цепь не будет потреблять ток. Если цепь потребляет ток, то между пиками напряжение будет падать, а затем снова наполняться до уровня 15,6 В для каждого пика. Поскольку на цикл линии приходится 2 пика, конденсатор заряжается до полного уровня 15,6 В дважды за цикл линии или каждые 10 мс для входной частоты 50 Гц.

Мы можем рассчитать, насколько падает напряжение между пиками. Для простоты предположим, что крышка мгновенно заряжается до 15,6 В каждые 10 мс, а цепь непрерывно потребляет 700 мА. Падение напряжения на конденсаторе в общепринятых единицах равно:

    V = А с / F

Подставив наши числа, мы получим:

    (700 мА)(10 мс)/(1 мФ) = 7 В

Таким образом, напряжение на конденсаторе будет примерно пилообразным с пиками 15,6 В и нижними точками 8,6 В. На самом деле это довольно большая пульсация.

Оставшаяся часть вашей схемы - регулятор 7805. Он дает стабильные 5 В на выходе, пока входное напряжение остается достаточно высоким для работы 7805. Это около 7,5 В для большинства вариантов 7805. Поскольку минимальное входное напряжение на 7805 в данном случае составляет 8,6 В, требуемые условия соблюдены.

Тем не менее, вы должны учитывать рассеивание мощности. Один из способов представить 7805 — это переменный резистор между входом и выходом, а также некоторая схема управления. Схема управления постоянно регулирует сопротивление так, чтобы оно падало на нужную величину, чтобы поддерживать выходное напряжение на уровне 5 В. Таким образом, входной ток 7805 такой же, как и выходной ток. На самом деле схема управления использует небольшой дополнительный входной ток, но он настолько мал, что в большинстве случаев им можно пренебречь.

Проблема в том, что этот концептуально измененный резистор рассеивает значительную мощность. Мощность это напряжение умноженное на ток. У вас есть от 8,6 до 15,6 В при 700 мА на входе и 5 В при 700 мА на выходе. Очевидно, что мощность на входе больше, чем на выходе. Вы также можете увидеть это непосредственно, посмотрев на напряжение на стабилизаторе, которое составляет от 3,6 до 10,6 В. В этом случае ток 700 мА выходит на значительную мощность. Для идеальной пилообразной волны эта средняя мощность будет около 5 Вт. Эта мощность будет преобразована в тепло в регуляторе.

5 Вт — это намного больше тепла, чем что-то в корпусе ТО-220 может рассеять на открытом воздухе, не перегреваясь. Он может справиться с этим с помощью надлежащего радиатора, но вам определенно нужен радиатор. Без него 7805 быстро нагревается. Это заставит его отключиться, чтобы предотвратить самоуничтожение. После того, как он немного остынет, он снова включится, затем снова станет слишком горячим и т. д. Выход будет продолжать работать и выключаться, не позволяя тому, что вы подключили, работать должным образом.

Просто для начала вы можете заставить это работать, поставив приличный радиатор на регулятор 7805.

Лучше заменить 7805 на понижающий переключатель. Они намного эффективнее. Для линейного стабилизатора, такого как 7805, входной ток равен выходному току плюс немного потерь. Для коммутатора входная мощность - это выходная мощность плюс немного на потери. Допустим, вы используете коммутатор с эффективностью 90%. Это хорошо, но достижимо. Выходная мощность составляет (700 мА)(5 В) = 3,5 Вт. Следовательно, входная мощность коммутатора будет (3,5 Вт)/90% = 3,9 Вт. Разница в 400 мВт будет нагревать коммутатор. Во многих случаях это достаточно мало, чтобы не требовать преднамеренного отвода тепла.

12 В постоянного тока до 5 В с линейным регулятором - это рассеивание 4,9 Вт, и это слишком много. Используйте трансформатор на 6 В и LDO или импульсный стабилизатор, если используется трансформатор на 12 В. Посмотрите в паспорте регулятора(ов) соответствующие входные и выходные конденсаторы.

Доступный ток зависит от выбранного вами трансформатора, а затем от выбранного вами регулятора.

Например, регулятор на 1 А даст вам до 1 А при условии, что вы не рассеиваете слишком много энергии и, следовательно, не перегреваете его. Вам нужно провести небольшое исследование о рассеиваемой мощности, о том, как это вызывает повышение температуры и как теплоотвод может помочь ограничить это повышение. Поскольку P = VI, если у вас есть 12 В на входе и 5 В на выходе, вы теряете 7 В на 7805 как есть. С 0,7 А через него это 4,9 Вт. Просто взгляните на техническое описание, чтобы понять, насколько сильно это нагреет устройство!

Для трансформатора важно убедиться, что вы выбрали устройство со вторичной обмоткой, способной обеспечить достаточный ток. Кроме того, помните, что трансформатор на 12 В даст вам 12 * корень 2 (около 1,41) В постоянного тока до падения напряжения на мостовом выпрямителе (примерно 1,4 В); более 12В раз сглажено. (12 * 1,41) - 1,4 = около 15,5 В.

Импульсные стабилизаторы очень помогают при переключении с чего-то вроде 12 В на 5 В, поскольку вы не просто теряете всю эту мощность в самом регуляторе, но это отдельная проблема, требующая изучения.