Cómo cargar eficientemente un capacitor desde la fuente de CA

Tuviste la idea correcta con un divisor de voltaje, pero como dices, las resistencias siempre disiparán la energía. La respuesta es por lo tanto un divisor de voltaje capacitivo. Funciona igual que un divisor de voltaje resistivo, excepto que la impedancia disminuye con la frecuencia. Su frecuencia es bien conocida y controlada, por lo que un divisor de voltaje capacitivo es bastante apropiado. Ajuste los condensadores de modo que la tensión de salida máxima sea de 200 V a la que desea cargar el límite de salida y coloque un diodo en este límite de salida como lo haría con cualquier otra fuente de 200 VCA.

Una cosa a tener en cuenta, sin embargo. La línea eléctrica tendrá ocasionalmente grandes picos de voltaje. Esto lo hará a través del divisor capacitivo proporcionalmente al igual que el voltaje deseado. Esto podría sobrecargar el límite de salida en raras ocasiones. Podría ser una buena idea colocar algún tipo de circuito de sujeción a través de la tapa que se enciende cuando el voltaje está un poco por encima del valor normal. Esto podría salvar algunos errores de campo misteriosos al azar años después de la instalación.

Añadido:

Esto es de lo que estaba hablando en el comentario:

Tiene una entrada senoidal de 220V CA, por lo que la tensión pico es 220V * sqrt (2) = 311, y la tensión pico a pico es el doble o 622V. C1 y C2 deben dimensionarse para reducir ese p-p a 200 V, por lo que C2 debe tener 2.11 veces la capacidad de C1.

Piensa en el circuito con solo C1 y C2. El nodo entre estos dos ahora está a 200V p-p. El diodo D1 empuja la polarización de CC en los condensadores para que el pico negativo sea de 0 V o más, y D2 lo empuja para que el pico positivo sea de 200 V o menos. Cuando C3 está a menos de 200 V, entonces el circuito actúa como una bomba de carga y cada ciclo agregará un poco de carga a C3. Cuánto depende del valor absoluto de los condensadores y la frecuencia del ciclo. Una vez que C3 alcanza los 200 V, los picos de CA simplemente alcanzan los límites donde conducen los diodos, pero en realidad no transfieren ninguna corriente. En otras palabras, una vez que C3 está completamente cargado, no hay más consumo de energía de la línea de CA.

Tenga en cuenta que si bien no hay drenaje de energía cuando C3 está completamente cargado, hay corriente. Sin embargo, esta corriente está desfasada 90 grados con el voltaje, que es como no se transfiere la potencia. Técnicamente esto presenta un factor de potencia pobre. Sin embargo, en general, la red de alimentación de CA es más inductiva que capacitiva y las compañías eléctricas en realidad mantienen bancos para que los capacitores intenten compensar esto. En la mayoría de los casos, realmente está ayudando a la compañía eléctrica compensando alguna carga inductiva local. También por lo que dices esto es aparentemente bastante bajo poder. Una corriente reactiva de pocos mA de cualquier manera no es un problema.

Primero, asumiré que sabe cómo trabajar de manera segura con voltajes de línea o de red. Si no lo haces, por tu propia seguridad, no te metas con esto. Recuerde que su capacitor cargado es potencialmente peligroso incluso después de eliminar el voltaje de la línea de su circuito.

Si la tensión de su línea está lo suficientemente regulada para que su solución Zener funcione, también podría usar un transformador para reducir su CA de 311 V (pico) a 200 V (pico). Luego, use un medio rectificador y un diodo como lo describió para cargar su capacitor.

Otra solución podría funcionar si solo está descargando el condensador con poca frecuencia (¿cada pocos minutos?). Esto le dará un voltaje de carga más cuidadosamente regulado (digamos 5% en lugar del 10 o 20% de que el voltaje de su línea podría variar) que el enfoque del transformador. Use un medio rectificador, seguido de una resistencia, seguido de un relé, seguido de un diodo para cargar el capacitor. Tamaño de la resistencia para dar una constante de tiempo bastante larga (10 de ciclos de la línea de entrada) en combinación con el condensador. Use un divisor de voltaje para detectar el voltaje del capacitor y solo cierre el relé cuando el voltaje del capacitor caiga por debajo de su valor objetivo. El circuito divisor puede tener una resistencia en serie en el rango de 10 MOhms para minimizar las fugas cuando la tapa está cargada.

NB muertes de red no aisladas.
 Todo el circuito a continuación es potencialmente a tensión de red.

Si las descargas son solo ocasionales, una fuente de alimentación de 200 V basada en un transformador tiene sentido.

NO hay forma de cargar un capacitor de manera eficiente usando caídas resistivas o cables que disipan energía (= resistencias de ohmios bajos) de un voltaje de suministro fijo (vea el "truco" a continuación).

Para ganar eficiencia con una fuente de alimentación fija, DEBE "aumentar" el voltaje o "compensar" el voltaje usando cualquiera de los condensadores que se apoyan en las técnicas de los hombros del otro (generalmente no es práctico) o la transferencia de energía inductiva. La carga del condensador a una tensión apenas superior a su voltaje actual puede lograr esto. Esto puede ser desde la salida de un convertidor boost o buck PERO ...

Un truco: su forma de onda de CA de entrada asume todos los niveles de voltaje entre 0 y amp; 200 V  A medida que se dirige hacia su pico de 311 V. Si el condensador arrancaba a 0 V y luego se conectaba a la red a 0 V (a través de un diodo o interruptor), a medida que la red aumentaba, el condensador lo seguiría. Como la impedancia principal será más baja que la impedancia del capacitor, esto sería bastante efectivo TANTO QUE EL capacitor pueda tolerar la corriente requerida para cargar en menos de 1/4 de ciclo de la red. es decir, unos 5 mS. ¿De qué tamaño es tu condensador?

Podrías hacer esto en múltiples ciclos una ráfaga a la vez. La eficiencia se reducirá

El capacitor se puede mantener cargado de eficiencia "conectándolo a la red principal ocasionalmente cuando la tensión de la red transita el voltaje del capacitor. Esto puede ser emocionante si se equivoca, y requiere algunos rasguños en la cabeza, pero probablemente se puede hacer con algunos adecuados transistores de voltaje nominal y debido pensamiento.

Este circuito funciona según un principio similar y puede obtener IC que hacen esto.
 Aquí, el FET se enciende mediante pulsos de compuerta de la red eléctrica PERO cuando Vmains se eleva demasiado alto, el 2n2222 sujeta la compuerta y mantiene el FET apagado. Este circuito teóricamente resolverá su tarea completa a componentes calificados adecuadamente. La compuerta tendría que estar sujeta con zener cuando se usa un voltaje tan alto. Necesita más de lo que suele pensarse con cuidado.

Lo que hace eso es bueno:

• Cuando la tapa está completamente descargada, la compuerta FET se coloca alta a través de los 47k que encienden el FET

• Cout (¿por qué hay 2?) :-) - cargos a través de FET. El voltaje de la tapa rastrea el volotaje de la red de modo que la eficiencia es alta Cargas máximas en menos de 10 ms.

• Cuando V = ingresa a 200V, entonces Vcap ~ = 200V, la base del transistor está a 200 x 1/331 ~ = 0.6V
  El transistor enciende la puerta FET de sujeción, apagando el FET para que la tapa permanezca a 200V.

• Si Vcap cae por debajo de 200 V, se "completará".

• Como se ve aquí, la pérdida en 47k a 200 V = ~ 0.85 Watt = demasiado alta. Es posible un circuito de compuerta mucho más efectivo con una mínima pérdida de potencia.

Hackeado acerca de esto se ve algo como esto:

Habiendocomenzadoapartirdeesto:

Aquí hay un conversor de dinero realmente divertido que utiliza un LNK304 IC alrededor de $ 1/1 en Digikey

Hoja de datos arriba o comentario de la aplicación aquí