무변압기 전원 공급 장치에 대한 충격적인 진실

무변압기 전원 공급 장치는 여기 Hackaday에서 많이 나타났습니다. 특히 변압기 비용이 BOM에 크게 추가되는 저렴한 제품의 경우 더욱 그렇습니다. 그러나 무변압기 전원 공급 장치는 양날의 검입니다. 그 제목? 클릭베이트가 아닙니다. 무변압기 전원 장치를 만지작거리면 오실로스코프를 연기 더미로 만들거나 이해하지 못하고 적절한 안전 예방 조치를 취하지 않으면 감전사할 수 있습니다.

그러나 이것은 무서운 부분이 아닙니다. 무변압기 설계는 적절한 위치에서 훌륭하며, LED 전구부터 IoT WiFi 스위치까지 모든 분야에 적용되므로 언젠가는 이러한 설계를 접하게 될 것입니다. 언제 해킹하고 싶을지 모르기 때문에 작동 방식과 안전하게 설계하고 작업하는 방법을 살펴보겠습니다.

요점은 다음과 같습니다. 무변압기 전원 공급 장치는 전체 장치를 밀폐할 수 있고 누구도 실수로 장치의 어떤 부분에도 접촉할 수 없는 상황에서만 안전하게 사용할 수 있습니다. 이는 물리적인 전기 연결이 들어오거나 나가지 않음을 의미합니다. RF와 IR은 공정한 게임입니다. 그리고 작업할 때 회로의 모든 부분이 주 전압에 있을 수 있다는 것을 알아야 합니다. 이제 그 이유를 알아보세요!

무변압기 전원 공급 장치(TPS)는 기본적으로 벽에서 115 또는 220VAC를 가져와 원하는 전압으로 나누는 전압 분배기입니다. 해당 전압이 DC여야 하는 경우 몇 개의 다이오드를 통해 정류되고 최대 전압으로 조정될 수 있지만 이에 대해서는 잠시 후에 설명하겠습니다.

일반적으로 DC 전압 분배기는 한 쌍의 저항으로 만들어집니다. 이를 결합하여 경로를 통해 흐르는 전류를 정의하고 입력 전압과 원하는 출력 간의 차이를 낮추기 위해 상단 저항을 선택할 수 있습니다. 우리의 경우 그 차이가 약 100V 또는 200V라면 수십 밀리암페어만 통과해야 하더라도 해당 저항기는 빠르게 뜨거워질 것입니다.

분배기 상단에 사용하기 더 좋은 구성 요소는 커패시터이며, 리액턴스는 거주 지역의 주 주파수에 관계없이 원하는 "저항"을 제공하도록 선택됩니다. 예를 들어, 5V에서 25밀리암페어를 출력하고 싶고 미국에 있고 110V를 떨어뜨려야 한다고 가정해 보겠습니다. R = V / I = 4,400Ω. 커패시터의 리액턴스를 사용하면 C = 1 / (2 * pi * 60Hz * 4400) = 0.6μF입니다. 더 많은 전류가 필요하면 더 큰 커패시터를 사용하고 그 반대도 마찬가지입니다. 정말 쉽습니다!

완전히 정교한 TPS 설계에는 몇 가지 부품이 더 필요합니다. 안전을 위해 돌입 전류를 제한하려면 입력에 퓨즈와 1와트 전류 제한 저항기를 사용하는 것이 좋습니다. 반응성 커패시터와 병렬로 연결된 큰 값의 방전 저항은 회로가 분리될 때 높은 전압을 유지하고 충격을 주는 것을 방지합니다.

그리고 그 커패시터에 관해 말하자면, 이는 회로의 안전에 중요한 부분입니다. 지속적으로 높은 교류 전압이 가해지며, 단락이 발생하면 "5V" 출력이 주 전압에 있고 부품에 화재가 발생할 수 있습니다. 이것은 X 등급 커패시터에 대한 작업입니다. 대부분 X1 또는 X2로 표시되어 있으며 X1은 더 높은 전압 스파이크를 견딜 수 있습니다. 어느 쪽이든 가능합니다. X 등급이고 주 전압 수준에 맞게 지정되었는지 확인하세요.

커패시터 이후에 통과하는 AC는 DC로 정류되어야 합니다. 여기에서는 소수의 다이오드와 큰 값의 평활 커패시터와 같은 일반적인 반파 또는 전파 정류기가 작동합니다. 부하가 일정하지 않은 경우 제너 다이오드를 사용하여 커패시터에 나타나는 최대 전압을 제한하여 부하가 우리가 설계한 25밀리암페어 미만으로 소모될 때 초과 전류가 접지로 분류되도록 할 수 있습니다. 이 부품에는 저전압만 표시되므로 여기에는 특별한 요구 사항이 없습니다.

마지막으로 이 회로에는 다양한 구성이 가능하다는 점에 유의하세요. 라이브와 장치 사이의 대부분의 전압을 낮추는 대신 전압 분배기의 아래쪽 다리에 있는 커패시터를 사용하여 장치를 활선에 직접 연결할 수도 있습니다. 즉, 동일한 회로를 거꾸로 뒤집는 것입니다. 물론 퓨즈와 안전 저항기는 회로의 어느 곳에나 위치할 수 있습니다. 그러나 기본은 동일합니다. 커패시터는 전압 분배기에서 한쪽 다리 역할을 하고, 이어서 일부 정류 및 조정이 수행되고, 부하가 다른 쪽 다리 역할을 합니다.