Часто пользуясь различными электронными г, мы не задумываемся об их конструкции. Например, мало людей задумываются о том, как работает телефонная зарядка. Между тем к большому сожалению, из-за незнания принципа работы, а следовательно, и правил безопасного использования, очень много несчастных случаев происходят с именно такими зарядными устройствами.
Предлагаю исправить восполнить этот пробел в знаниях, и рассмотреть устройство и принцип работы. Также разберём основные причины поражения человека электрическим током.
Кратко об устройстве
Внимательно рассмотрев телефонную зарядку, можно увидеть табличку с некоторыми техническими характеристиками. В частности, мы увидим, что устройство преобразует напряжение 220 В переменного тока в напряжение 5 В постоянного тока.
Читатели постарше наверняка вспомнят, что раньше подобные устройства занимали куда больше места и главное, имели значительно больший вес.
Как же инженерам удалось так уменьшить габариты?
Заглянем внутрь обычной зарядки. Итак, мы имеем диоды, транзисторы, конденсаторы, резисторы. Кроме этого, в конструкции зарядки имеется трансформатор и оптопара.
Схема
Для того чтобы лучше понять принцип работы, нам потребуется схема устройства.
Начинаем читать схему слева. Питание на устройство поступает по фазному (красный) и нулевому (синий) проводам. Далее, расположен резистор на 2,6 Ом, который выполняет также роль плавкого предохранителя и перегорит, если ток превысит заданное значение.
Диодный мост
За резистором располагается диодный мост, состоящий из четырёх диодов N 4007. Также подключён конденсатор на 450 В и ёмкостью 2,2 мкФ. При помощи такой системы переменный ток преобразуется в постоянный ток.
Генератор
После диодов идёт схема генератора, который преобразует постоянный ток в высокочастотный переменный ток, частотой от 15 до 50 кГц. В схему входит транзистор ТS8050, транзистор Т13001, диод 1N4148, а также конденсатор на 50 В и 22 мкФ.
Кроме этого, в схему входит фототранзистор оптрона РС817С.
Трансформатор
В средней верхней части схемы расположен трансформатор с тремя – первичной, вторичной и вспомогательной обмотками. Вторичная обмотка используется для понижения напряжения. Вспомогательная обмотка используется для запуска цепи генератора.
Диод Шоттки
На выходе со вторичной обмотки расположен диод Шоттки 1N5819 совместно с конденсатором на 10 В и 470 мкФ. Здесь переменный ток преобразуется в постоянный ток. Также в качестве индикации работы электрической цепи в схеме расположен светодиод.
Оптрон
Наконец, имеется обратная связь в виде оптопары РС817С и стабилитронана 4,2 В.
Рассмотрим подробнее устройство оптрона.
Он состоит из двух компонентов – фототранзистора и инфракрасного светодиода. Принцип работы такого устройства простой. При работе светодиода его луч попадает на фототранзистор. Таким образом, происходит его включение. Также в схеме имеется конденсатор на 102 нФ, необходимый для предотвращения появления помех.
Описание работы
Теперь вернёмся в начало схемы и рассмотрим работу её компонентов. Для информативности отметим положительное напряжение зелёным цветом, а отрицательное напряжение синим цветом.
График напряжения на входе будет представлять синусоиду в 220 В и частотой 50 Гц. После диодного моста мы получаем срезанную синусоидальную волну.
Затем благодаря конденсатору мы имеем на выходе хотя и не идеальное, но уже постоянное напряжение.
Далее, этот постоянный ток попадает на базу транзистора Т13001, что приводит к его включению. Однако из-за сопротивления транзистор открывается лишь частично. В связи с этим через первичную обмотку трансформатора проходит низкий ток, также на вспомогательной обмотке генерируется низкое напряжение.
Вспомогательная катушка заряжает конденсатор, который, в свою очередь, после полной зарядки открывает транзистор Т13001 полностью. Это приводит к открытию транзистора TS8050, который шунтирует транзистор Т13001. Таким образом, этот транзистор отключается.
После прекращения подачи тока транзистору Т13001 процесс повторяется.
Такие переключения происходят с частотой от 15 до 50 кГц. Это в тысячу раз быстрее, чем было на выходе с диодного моста.
Теперь рассмотрим работу участка цепи от вспомогательной катушки. Ток, проходя через диод, начинает заряжать конденсатор и одновременно с этим напряжение попадает на оптопару. В нашем случае, благодаря диоду и конденсатору, переменное напряжение преобразуется в постоянное.
Аналогично напряжение генерируется на вторичной обмотке трансформатора.
При помощи диода Шоттки и конденсатора переменное напряжение преобразуется в постоянное. Однако, как же быть, если напряжение будет превышать 5В?
В нашем случае, а именно когда напряжение достигает 4,2 В, включается стабилитрон, тем самым позволяя току проходить к оптопаре. При этом благодаря стабилитрону напряжение падает на 4,2 В.
Светодиод на оптопаре не включится, так как для его включения требуется напряжение 0,8 В. Однако как только напряжение достигнет значения 5 В включится диод оптопары, а затем включится и фототранзистор оптопары.
Такое действие приводит к включению транзистора TS8050, который зашунтирует транзистор Т13001. Таким образом, этот транзистор отключается и ток в первичной обмотке не будет протекать.
Заключение
Остаётся вопрос – а зачем такая сложная конструкция, если мы можем просто преобразовать переменный ток в постоянный ток? Это связано с тем, что трансформаторы и конденсаторы, работающие на частоте 50 Гц, имеют весьма внушительные габариты. Вспомните фотографию зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, размещённую выше.
Настолько уменьшить размер зарядки для телефона удалось, благодаря повышению частоты с 50 Гц до 50 кГц. Это решение и позволило так снизить размеры трансформатора и конденсаторов.
