Warum ist dieses Netzteil transformatorlos?

Ich habe ein Ladegerät gesehen, das 220 V Wechselstrom in 6 V Gleichstrom ohne Transformator umwandelt.

Jetzt frage ich mich, warum viele (wenn nicht alle) Netzteile einen Transformator verwenden. Geht es um Effizienz oder darum, im Laufe der Zeit zu driften?

Update: Diese Schaltung befindet sich in dieser Taschenlampe

Das Netzteil, das Sie in diesem Gerät gefunden haben, ist als kapazitive Pipette bekannt . (Weitere Informationen im Wikipedia-Artikel " Kapazitive Stromversorgung ".)

Der Hauptgrund, warum Sie diese Art der Stromversorgung häufig nicht sehen, ist einfach: Sie ist unsicher . Dies liegt daran, dass ein Zweig der Wechselstromversorgung notwendigerweise direkt an den Stromkreis angeschlossen werden muss. Idealerweise sollte dies der neutrale Zweig sein, aber es ist schwierig, dies zu gewährleisten - falsch verdrahtete Steckdosen oder nicht polarisierte Stecker können dazu führen, dass ein Teil des Stromkreises durch den heißen Zweig der Wechselstromversorgung mit Strom versorgt wird.

Das ist eine kapazitive Tropfenzufuhr, wie andere gesagt haben, aber ich werde die Dinge Sicherheit ein wenig anders sehen .....

Es ist direkt in die Taschenlampe eingebaut, sodass kein Teil der Taschenlampe oder des Ladekreises ohne die Verwendung eines Werkzeugs (z. B. Batterie, LEDs, Schalter usw.) zugänglich ist. Alle Teile sind in einer Plastikbox mit einem geeigneten Netzanschluss versiegelt Zum Laden ist es dann in Ordnung und vollkommen sicher. Das Problem tritt nur auf, wenn Sie versuchen, ein Mittel bereitzustellen, um so etwas mit der Außenwelt zu verbinden, beispielsweise 10 mA oder so, um eine Batterie in einer Notfalllampe zu erhaltungsladen. Dies ist sehr, sehr normal.

Das Grüne ist ein Widerstand, der hauptsächlich dazu dient, den Stromverbrauch schneller Spitzen zu begrenzen, wenn die Kappe nicht gut genug ist. Der größte Teil der Spannung fließt über den Kondensator, so dass nur wenig Strom verbraucht wird. Der Leistungsfaktor ist jedoch schrecklich.

Es gibt ein paar Stellen, an denen die Creapage-Distanz ein bisschen verdächtig aussieht, aber davon abgesehen habe ich viel schlimmeres gesehen.

Die meisten Länder verlangen, dass Geräte keine nennenswerte Strommenge zwischen einer der Netzzuleitungen und einer freiliegenden Metalloberfläche leiten, selbst wenn zwischen den Zuleitungen und dieser Oberfläche eine nennenswerte Potentialdifferenz (z. B. 1000 Volt) angelegt wird.

Es gibt drei Möglichkeiten, wie Geräte diese Anforderung erfüllen können:

1. Keine Verbindung zwischen Elektrizität verbrauchenden Gegenständen und freiliegenden Metalloberflächen.

2. Bei Geräten, die nur sehr wenig Strom benötigen, schließen Sie das Netz nur über Geräte an, die unter keinen Umständen viel Strom durchlassen. Ein derartiger Ansatz könnte für eine LCD-Uhr praktikabel sein, die nur 10 uA benötigt, aber für vieles darüber hinaus nicht praktikabel ist.

3. Wandeln Sie Elektrizität in eine andere Energieform um und wandeln Sie diese dann wieder in Elektrizität um. In Fällen, in denen eine extreme Isolation erforderlich ist, kann ein netzbetriebener Motor (der Elektrizität in ein sich bewegendes Magnetfeld umwandelt und dann eine Welle dreht) verwendet werden, der über eine nicht leitende Welle mit einem Generator (der die sich drehende Welle zur Erzeugung eines sich bewegenden Magneten verwendet) verbunden ist Feld, aus dem dann Strom erzeugt wird). Ein Transformator ist eine billigere Alternative, bei der die beiden mittleren Umwandlungsschritte entfallen und die damit verbundenen Umwandlungsverluste vermieden werden.

Ansatz Nr. 1 ist der billigste, wenn er praktikabel ist. Ansatz 2 ist sehr selten praktikabel. Viele Geräte können Nr. 1 oder Nr. 2 nicht verwenden und daher Nr. 3 implementieren. Transformatoren sind nicht der einzige Weg, um # 3 zu erreichen, aber sie sind oft billiger und praktischer als jede Alternative.

Es geht um Effizienz und Kosten. Der Trend in der Elektronikindustrie für Power-Management-Geräte besteht darin, Transformatoren so weit wie möglich zu beseitigen (und damit auch Kupfer und sein Gewicht). Die Art und Weise, wie sie dies legitimerweise tun, ist mit einer Klasse von Schaltkreisen, die allgemein als Schaltnetzteile (SMPS) und Konverter bezeichnet werden.

In Schaltkreisen steuert ein Oszillator (normalerweise Rechteckfrequenz mit Frequenzen zwischen -20 kHz und niedriger MHz) einen Schalter, normalerweise einen MOSFET, ein / aus, der ein Energiespeicherelement steuert, d. H Induktor oder Kondensator, abhängig von der Schaltungstopologie, und es gibt einige, wie Sie in Ihrem ECE-Kurs erfahren werden, wenn Sie sich mit Leistungselektronik beschäftigen.

Das Ladegerät, das Sie gesehen haben, ist höchstwahrscheinlich ein Beispiel für einen ACDC-Abwärtswandler, hoffe ich. (Wenn nicht, Deep Six It.) Es gibt auch ACAC- und DCDC-Wandler. Wenn sie die Primärspannung erhöhen , sind sie Hochsetzsteller . Wenn sie die Primärwicklung abbauen , sind sie Abwärtswandler . Nicht zu übertreffen sind auch Buck-Boost-Wandler, mit denen beispielsweise die Lebensdauer von Batterien in batteriebetriebenen Stromkreisen verlängert wird, wenn die Batteriespannung die erforderliche Versorgungsspannung unterschreitet. (Ich habe nicht viel über Boost-Buck-Wandler gehört, aber ich wäre nicht überrascht, wenn sie einige Anwendungen haben).

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Da in Schaltnetzteilen viel Energie vorhanden ist und sie nahe an den Toleranzgrenzen der Komponenten arbeiten, tendieren sie dazu, mit der Zeit zu driften (für die Chips, Elektromigration und "Physik von" nachzuschlagen) Fehler"). Die hohe Energie macht es gefährlich, mit diesen Schaltkreisen zu arbeiten. Konstrukteure verwenden aufgrund dieser Anforderungen Komponenten der Leistungsklasse. Diese sind teurer, aber robuster als herkömmliche passive Komponenten.

Nicht wenige Halbleiterhersteller stellen Energie- und Batteriemanagement-Chips her, und jetzt auch Energy Harvesting-Chips. Sie verfügen in der Regel über sehr gute Fachliteratur zu diesem Thema.

Willkommen in der Welt der Leistungselektronik.

BEARBEITEN

Die Platine, die Sie gezeigt haben, ist der Weg, es nicht zu tun. Wenn ich die Karte richtig gelesen habe, handelt es sich bei der großen grünen Komponente höchstwahrscheinlich um einen leistungsstarken, hochwertigen Drahtwiderstand, der die Spannung senkt und den Strom von der Netzspannung abhält. Dann wird diese noch vorhandene Wechselspannung gleichgerichtet und geglättet mit einem satten großen Kondensator (orangeroter Anteil). Es wird funktionieren, bis der Widerstand ausfällt. Wenn es als Leerlauf ausfällt, funktioniert das Ladegerät nicht, aber wenn es als Kurzschluss ausfällt, werden die Gleichrichterdioden und der Kondensator durchgebrannt. Dies ist kein sicherer Stromkreis. Nehmen Sie es zurück und erhalten Sie eine Rückerstattung, wenn Sie können, oder werfen Sie es weg, bevor jemand verletzt wird. (Oder verwenden Sie es für Teile in nicht kritischen Projekten :-) - die Komponenten sind wahrscheinlich billig und von geringer Qualität.)

Sowohl aus Sicherheitsgründen als auch weil es praktischer ist, 5 V @ 2,1 A mit einer kleinen Flyback-Versorgung zu erhalten. Eine kapazitive Tropferspeisung müsste eine große VA verbrauchen, um eine relativ geringe Menge an Strom zu verbrauchen.

Ein Niedrigstrom-Batterieladegerät kann so hergestellt werden, dass die Batterieanschlüsse vom Benutzer isoliert sind, wohingegen ein Netzadapter ein Kabel und das Gerät freiliegende Metallteile, Anschlüsse usw. aufweist. Wenn der Benutzer einem direkten Anschluss an das Stromnetz ausgesetzt ist, sind diese könnte durch Stromschlag getötet werden.

Dieses Netzteil ist transformatorlos, da der Hersteller versucht, jeden Cent aus dem Produkt herauszuholen, indem er die Kosten niedrig hält. Derartige Stromversorgungen wurden bereits erörtert , wobei der Benutzer berichtete, Stromschläge vom Gerät zu bekommen. Jetzt scheint Ihr Gerät besser isoliert zu sein, da nur die kleine rote LED und der Schalter beim Herausragen aus dem Gehäuse auf Netzpotential stehen.

Ich wäre nicht zu besorgt, würde aber meine Hände so weit wie möglich von der LED und dem Schalter fernhalten, während die Taschenlampe aufgeladen wird.

Diese kapazitiven Tropfer werden häufig auf dem YouTube-Kanal von Big Clive gezeigt, wo er ihre Funktionsweise und die damit verbundenen Probleme bespricht. Wie duskwuff sagt, besteht ein direkter Netzanschluss. Einige Stromkreise werden noch aufregender, wenn Sie einen einpoligen Schalter am Eingang anbringen und einen nicht polarisierten Netzanschluss verwenden. So haben Sie die Chance, dass das Gerät 50/50 spannungsführend oder neutral geschaltet wird, sodass es im ausgeschalteten Zustand auf Netzpotential liegt!

https://www.youtube.com/watch?v=QwqFkelUs_g zeigt eine Taschenlampe mit kapazitiver Pipette und einem USB-Anschluss am Netzpotential. Sehr aufregend!