Расчет бестрансформаторного блока питания
радиоликбез
Расчет бестрансформаторного блока питания
Некоторые радиолюбители при конструировании сетевых блоков питания вместо понижающих трансформаторов применяют конденсаторы в качестве балластных, гасящих излишек напряжения (рис.1).
Неполярный конденсатор, включенный в цепь переменного тока, ведет себя как сопротивление, но, в отличие от резистора, не рассеивает поглощаемую мощность в виде тепла, что позволяет сконструировать компактный блок питания, легкий и дешевый. Емкостное сопротивление конденсатора при частоте f описывается выражением:
Величина емкости балластного конденсатора Cб определяется с достаточной точностью по формуле:
где Uc — напряжение сети, В;
IН — ток нагрузки, А;
UH — напряжение на нагрузке, В. Если UH
Подставив значения Uc=220 В и UH=15 В, при Iн=0,5 А получим значения Сб=7,28 мкФ (1) и Сб=7,27 мкФ (2). Для обоих выражений получается весьма приличное совпадение, особенно если учесть, что емкость обычно округляют до ближайшего большего значения. Конденсаторы лучше подбирать из серии К73-17 с рабочим напряжением не ниже 300 В.
Используя эту схему, всегда нужно помнить, что она гальванически связана с сетью, и вы рискуете попасть под удар электрическим током с потенциалом сетевого напряжения. Кроме того, к устройству с бес-трансформа-торным питанием следует очень осторожно подключать измерительную аппаратуру или какие-нибудь дополнительные устройства, иначе можно получить совсем не праздничный фейерверк.
Для питания даже маломощных устройств лучше все-таки применять понижающие трансформаторы. Если напряжение его вторичной обмотки не соответствует требуемому (превышает), то вполне безопасно применить гасящий конденсатор в цепи первичной обмотки трансформатора для снижения напряжения или для включения трансформатора с низковольтной первичной обмоткой в сеть (рис.
2) Балластный конденсатор в этом случае подбирается из расчета, чтобы при максимальном токе нагрузки выходное напряжение трансформатора соответствовало заданному.
Литература
1. Бирюков С.А. Устройства на микросхемах. — М., 2000.
И.СЕМЕНОВ,
г.Дубна Московской обл.
Читайте также: Источники питания
Высоковольтный сетевой блок питания с гасящим конденсатором и защитой
Во многих конструкциях радиолюбители применяют бестрансформаторные блоки питания с гасящим конденсатором. Они привлекательны своей простотой, им не опасны замыкания выхода. Эти блоки, по существу, представляют собой источники тока, значение которого зависит от ёмкости гасящего конденсатора. Оно не может быть превышено даже при коротком замыкании в нагрузке. Но по той же причине такие блоки нельзя включать в сеть при недостаточной нагрузке или вовсе без неё. В этих случаях напряжение на выходе блока резко возрастает и способно достичь амплитуды сетевого напряжения, в результате чего может быть пробит сглаживающий конденсатор выпрямителя. По той же причине возможен выход из строя и деталей устройства, которое питается от такого блока. Поэтому блок питания с гасящим конденсатором без соответствующих мер защиты недопустимо включать в сеть без нагрузки.
Но самый опасный недостаток блока питания с гасящим конденсатором — тяжёлые условия работы этого конденсатора, вследствие чего велика вероятность его пробоя с тяжёлыми последствиями. Поэтому необходима защита блока не только от недостаточной нагрузки, но и от последствий пробоя гасящего конденсатора. Подробно об особенностях блоков питания с гасящим конденсатором можно прочитать в статье [1].
Вариант блока питания с защитой от описанных выше ситуаций предложен в этой статье. В типовую схему добавлено всего несколько деталей, которые практически всегда есть под рукой. Проведённые эксперименты показали, что защита эффективна и при пробое гасящего конденсатора, и при отключении нагрузки или уменьшении потребляемого ею тока.
Порог срабатывания защиты может быть легко установлен на любом уровне.
На рисунке изображена схема блока, который обеспечивает выходной ток примерно 120 мА при выходном напряжении до 130 В. Он предназначен для питания светильника из соединённых в последовательные и параллельные группы мощных светодиодов. Мне удалось подобрать симметричные динисторы VS1-VS4 так, что защита срабатывает при превышении выходным напряжением значения около 135 В. Идея использовать цепочку последовательно соединённых ди-нисторов взята из статьи [2].
Рис. Схема блока, который обеспечивает выходной ток примерно 120 мА при выходном напряжении до 130 В
Тринистор VS5, резистор R3, динисторы VS1-VS4 и диод VD5 — элементы собственно защиты. Резистор R2 и плавкая вставка FU1 тоже выполняют защитные функции, но они обычно имеются в любом блоке питания с гасящим конденсатором независимо от того, применяется ли там предлагаемая защита или нет.
Допустим, нагрузка отключилась. Например, перегорели светодиоды, питаемые от блока. Напряжение на выходе выпрямительного моста VD1-VD4 начинает расти. При некотором его значении динисторы VS1-VS4 открываются, и проходящий по ним ток открывает тринистор VS5, который замыкает выход выпрямителя. Это повторяется в каждом полупериоде сетевого напряжения, не давая напряжению на конденсаторе C2 превысить допустимое значение. Диод VD5 защищает управляющий электрод тринистора VS5 от разрядного тока конденсатора C2, который без этого диода может быть довольно значительным и вывести из строя тринистор.
Если ёмкость гасящего конденсатора C1 невелика, ни резистор R2, ни плавкая вставка FU1 после срабатывания защиты не перегорят, и в таком состоянии блок может находиться очень долго. После восстановления нагрузки он возвратится в обычный рабочий режим. Но при большой ёмкости гасящего конденсатора перегорание резистора R2 возможно. В моём случае при ёмкости конденсатора C1 3,6 мкФ этот резистор перегорал.
После пробоя гасящего конденсатора напряжение на выходе выпрямителя также начинает расти, а когда оно достигает порога срабатывания защиты, симметричные динисторы VS1-VS4 и тринистор VS5 открываются.
Это закорачивает выход выпрямителя, предохраняя от перенапряжения нагрузку. Но ток, протекающий через плавкую вставку FU1, резистор R2, диодный мост VD1-VD4 и тринистор VS5, будет ограничен лишь сопротивлением резистора R2, прямым сопротивлением p-n переходов двух выпрямительных диодов и сопротивлением анод-катод открытого тринистора VS5.
Естественно, ток в этой цепи значительно возрастёт, что вызовет перегорание резистора R2 и плавкой вставки FU1 (именно в такой последовательности, причём чаще всего вставка FU1 остаётся целой). Как показали многочисленные эксперименты, выпрямительные диоды и тринистор указанных на схеме типов выдерживают аварийный ток без повреждений. Подключённый же к выходу блока питания контрольный светодиод остался цел после всех экспериментов с имитацией пробоя конденсатора, что свидетельствует о надёжности защиты нагрузки.
Имейте в виду, что далеко не все конденсаторы могут работать в качестве гасящего (C1). Теоретически конденсатор в цепи переменного тока мощности не рассеивает. Но реально в диэлектрике, находящемся в сильном переменном электрическом поле, и в тонких обкладках, по которым протекает значительный ток, выделяется некоторое количество тепла. Можно заранее проверить пригодность конденсатора для использования в качестве гасящего, просто включив его напрямую в электросеть и через полчаса оценив температуру корпуса. При этом следует соблюдать крайнюю осторожность, поскольку некоторые конденсаторы, даже рассчитанные на высокое напряжение постоянного тока, в таком режиме могут взорваться. Лучше всего на время проверки поместить конденсатор в прочный контейнер. Если конденсатор успевает заметно разогреться, он непригоден для использования в качестве гасящего.
Практически не нагреваются специальные конденсаторы для промышленных электроустановок, рассчитанные на большую реактивную мощность. На таких конденсаторах обычно указано допустимое не постоянное, а переменное напряжение. Их используют, например, в люминесцентных светильниках и в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей.
Пригодны также плёночные помехоподавляющие конденсаторы класса защиты X2 на переменное напряжение 250 В и более.
Из «обычных» конденсаторов можно применять металлоплёночные К73-17 с номинальным постоянным напряжением не менее 630 В. Они выдерживают переменную составляющую приложенного к ним напряжения амплитудой примерно до 350 В. Приблизительно такой она становится при повышении эффективного значения напряжения в сети 230 В на 10 %, что согласно действующему стандарту вполне возможно. Применять такие конденсаторы на меньшее постоянное напряжение недопустимо. Например, конденсаторы К73-17 на 400 В надёжно работают лишь при амплитуде переменного напряжения не более 280 В.
О методике расчёта ёмкости гасящего конденсатора можно прочитать в статьях [1] и [3]. В последней приведены и рекомендации по выбору гасящих конденсаторов из ассортимента тогда доступных.
Я применил в описываемом блоке питания полипропиленовый конденсатор К78-22 от люминесцентного светильника, в котором он использовался для улучшения коэффициента мощности и включался для этого непосредственно в сеть. Он выдерживает переменное напряжение до 450 В частотой 50 Гц.
Диоды 1N4007 можно заменить другими выпрямительными диодами или готовыми выпрямительными мостами с допустимым обратным напряжением не менее 800 В, выдерживающими средний выпрямленный ток не менее 1 А и кратковременные импульсы тока амплитудой не менее 30 А.
Симметричные динисторы DB3 и DB4 допустимо комбинировать между собой в любом сочетании, набирая нужное напряжение срабатывания защиты. Напряжение открывания динисторов DB3 находится в пределах 28…36 В, а динисторов DB4 — 35…40 В. Для них допустим импульсный ток до 2 А, что вполне достаточно для надёжного открывания тринистора любого типа. Эти динисторы, а также диоды 1N4007 можно выпаять из электронных балластов КЛЛ. Заменять упомянутые дини-сторы приборами серии КН102 нельзя. Они не выдерживают ток, необходимый для открывания тринистора КУ221Г Тринистор КУ221Г устойчив к значительным кратковременным перегрузкам, допустимый импульсный ток в открытом состоянии у него — 100 А.
Но можно применять и другие тринисторы. Главное, чтобы допустимое напряжение в закрытом состоянии было не менее 300 В, допустимый ток — не менее 10 А (кратковременно не менее 30 А). Подойдут, например, КУ202Л-КЛ202Н.
О резисторе R2 необходимо сказать особо. Понятно, что чем меньше допустимая рассеиваемая им мощность, тем быстрее он перегорит. Но эта мощность должна быть не меньше той, что выделяется на этом резисторе при нормальной работе блока питания, когда он не должен перегреваться и уж тем более перегорать. Если это условие не выполняется, следует применить резистор меньшего сопротивления либо с большей номинальной мощностью. Возможно, при уменьшенном сопротивлении резистора R2 потребуется и более мощный тринистор, ток через который при пробое гасящего конденсатора увеличится.
Интересно, что более чем в десятке проведённых экспериментов с имитацией пробоя конденсатора резистор R2 мощностью 0,25 Вт сгорал первым. Плавкая вставка FU1 на 0,5 А перегорела всего один раз. Причём резисторы МЛТ именно сгорают с шипением, искрами и пламенем. Более современные резисторы перегорают с громким хлопком, внешне никак не изменяясь. Но для обеспечения пожаробезопасности на резистор R2 в любом случае необходимо надеть трубку из негорючего материала, например из стекловолокна. Такие трубки можно найти в утюгах и других электронагревательных приборах.
Для обеспечения безопасности при установке порога срабатывания защиты необходимо питать блок через разделительный трансформатор. Прежде всего, оцените потребное число дини-сторов. Для этого измерьте и запишите напряжение открывания каждого имеющегося динистора. Затем выберите из числа проверенных те, сумма напряжений открывания которых наиболее близка к требуемому порогу срабатывания защиты. Если в наличии много динисторов, выбрать из них нужные будет несложно. Для точной подгонки порога можно один из динисторов заменить одним или несколькими стабилитронами. После этого останется установить подобранные детали на плату блока питания и проверить её в работе.
Для проверки подключите собранный блок без нагрузки к автотрансформатору, выходное напряжение которого предварительно установите равным нулю. К выходу блока подключите вольтметр. Затем медленно повышайте напряжение на выходе автотрансформатора. Поскольку блок питания работает без нагрузки, напряжение на его выходе будет близким к амплитуде входного и расти вместе с ним. Когда оно сравняется с порогом защиты, она сработает, и показания вольтметра перестанут расти. Этот момент будет легко зафиксировать по увеличению громкости гудения автотрансформатора. Нужно убедиться, что резистор R2 не перегорит при этом состоянии блока питания даже при максимально возможном напряжении в сети.
Рекомендую несколько раз включить блок питания в сеть без нагрузки, а затем с закороченным гасящим конденсатором, чтобы удостовериться в надёжном срабатывании защиты в обоих случаях, а также в пожаробезопасном сгорании резистора R2 при пробое конденсатора. Несколькими сгоревшими резисторами ради безопасности стоит пожертвовать.
Литература
1. Дорофеев М. Бестрансформаторный с гасящим конденсатором. — Радио, 1995, № 1, с. 41, 42; № 2, с. 36, 37.
2. Нечаев И. Сигнализатор превышения номинального сетевого напряжения. — Радио, 2017, № 11, с. 37, 38.
3. Бирюков С. Расчёт сетевого источника питания с гасящим конденсатором. — Радио, 1997, № 5, с. 48-50.
Автор: А. Карпачев, г. Железногорск Курской обл.
РЕГУЛИРОВКА Uвых БЕСТРАНСФОРМАТОРНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ
Н.ЦЕСАРУК, г.Тула.Известные читателям [1…5] бестрансформаторные блоки питания с гасящим конденсатором (БПГК) (рис.1) обладают существенным недостатком — невозможностью плавно регулировать выходное напряжение. Его величина всегда фиксирована и однозначно определяется напряжением стабилизации примененного стабилитрона, и изменить его плавно нельзя. Во многих случаях такая регулировка необходима.
Рисунок 1 — Бестрансформаторные блоки питания
Предлагаю БПГК, позволяющий в широких пределах плавно изменять выходное напряжение (рис.
2). Его особенность заключается в использовании регулируемой отрицательной обратной связи с выхода блока на транзисторный каскад VT1, включенный параллельно выходу диодного моста. Этот каскад является параллельным регулирующим элементом и управляется сигналом с выхода однокаскадного усилителя на VT2. Выходной сигнал VT2 зависит от разности напряжений, подаваемых с переменного резистора R7, включенного параллельно выходу блока питания, и источника опорного напряжения на диодах VD3, VD4.
Рисунок 2 — Схема блока питания
По существу, эта схема представляет собой регулируемый параллельный стабилизатор. Роль балластного резистора играет гасящий конденсатор С1, роль параллельного управляемого элемента — транзистор VT1.
Работает этот блок питания следующим образом. При включении в сеть транзисторы VT1 и VT2 заперты, через диод VD2 происходит заряд накопительного конденсатора С2. При достижении на базе транзистора VT2 напряжения, равного опорному на диодах VD3, VD4, транзисторы VT2, VT1 начинают отпираться. Транзистор VT1 шунтирует выход диодного моста, и его выходное напряжение начинает падать, что приводит к уменьшению напряжения на накопительном конденсаторе С2 и к запиранию транзисторов VT2 и VT1. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение шунтирования выхода диодного моста, увеличение напряжения на С2 и отпирание VT2, VT1, и т.д.
За счет действующей таким образом отрицательной обратной связи выходное напряжение остается постоянным (стабилизированным) при включенной нагрузке R9 и без нее, на холостом ходу. Его величина зависит от положения движка потенциометра R7. Верхнему (по схеме) положению движка соответствует большее выходное напряжение. Максимальная выходная мощность приведенного устройства равна 2 Вт. Пределы регулировки выходного напряжения — от 16 В до 26 В, а при закороченном диоде VD4 пределы регулировки — от 15 В до 19,5 В. В этих диапазонах при отключении R9 (сброс нагрузки) увеличение выходного напряжения не превышает одного процента.
Транзистор VT1 работает в переменном режиме: при работе на нагрузку R9 — в линейном режиме, на холостом ходу- в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с частотой пульсации напряжения на конденсаторе С2 — 100 Гц. При этом импульсы напряжения на коллекторе транзистора VT1 имеют пологие фронты.
Линейный режим является облегченным, транзистор VT1 нагревается мало и может работать практически без радиатора. Небольшой нагрев имеет место в нижнем положении движка потенциометра R7 при минимальном выходном напряжении. На холостом ходу, с отключенной нагрузкой R9, тепловой режим транзистора VT1 ухудшается в верхнем положении движка R7. В этом случае транзистор VT1 должен быть установлен на небольшой радиатор, например в виде алюминиевой пластинки квадратной формы со стороной 3 см, толщиной 1…2 мм.
Регулирующий транзистор VT1 — средней мощности, с большим коэффициентом передачи (составной). Его коллекторный ток должен быть в 2…3 раза больше максимального тока нагрузки. Коллекторное напряжение VT1 должно быть не меньше максимального выходного напряжения блока питания.
В качестве VT1 могут быть использованы п-р-п транзисторы КТ972А, КТ829А, КТ827А и т.д. Транзистор VT2 работает в режиме малых токов, поэтому годится любой маломощный р-п-р транзистор — КТ203А…В, КТ361А…Г, КТ313А, Б, КТ209А, Б и т.д.
Емкость гасящего конденсатора С1 может быть ориентировочно определена по методикам [3, 5]. Критерием правильности выбора емкости С1 является получение на нагрузке требуемого максимального напряжения. Если его емкость искусственно уменьшить на 20…30%, то максимальное выходное напряжение на номинальной нагрузке не будет обеспечено.
Другим критерием правильности выбора С1 является неизменность характера осциллограммы напряжения на выходе диодного моста (рис.3). Осциллограмма напряжения имеет вид последовательности выпрямленных синусоидальных полуволн сетевого напряжения с ограниченными (уплощенными) вершинами положительных полусинусоид.
Уровень пульсации на нагрузке для схемы рис.2 — не более 70 мВ. Резисторы R1, R2-защитные. Они предохраняют регулирующий транзистор VT1 от выхода из строя вследствие перегрузки по току при переходных процессах в момент включения блока в сеть (из-за дребезга контактов соединительной пары сетевая вилка-розетка).
По принципу приведенной схемы могут быть построены аналогичные блоки питания на другие требуемые значения мощности.
Литература
1. Дорофеев М. Бестрансформаторный с гасящим конденсатором. — Радио, 1995, N1, С.41; N2, С.36, 37.
2. Хухтитков Н. Зарядное устройство. — Радио,1993, N5, С.37.
3. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. — Радио, 1997, N5, С.48-50.
4. Ховайко О. Источник питания с конденсаторным делителем напряжения. — Радио, 1997, N11, С.56.
5. Банников В. Упрощенный расчет бестрансформаторного блока питания. — Радиолюбитель, 1998, N1, С.14-16; N2.C.16, 17.
(РЛ 5-99)
Бестрансформаторные сетевые источники питания с гасящим конденсатором
Автор: Лупенко Александр
Несколько схем и расчет бестрансформаторных блоков питания с гасящим конденсатором
Сетевой источник питания с гасящим конденсатором (рис. 1), по сути, есть делитель напряжения, у которого верхнее плечо – конденсатор, а нижнее представляет собой сложную нелинейную диодно-резисторно-конденсаторную цепь. Этим и определены недостатки (и достоинства, конечно) таких устройств.
Рисунок 1:
Для того чтобы источник мог работать в широком интервале тока нагрузки с высоким КПД, достаточно входной делитель напряжения выполнить чисто реактивным, например, конденсаторным (рис. 2).
Рисунок 2:
Он позволяет дополнительно стабилизировать выходное напряжение источника последовательно включенным компенсационным или импульсным стабилизатором, чего нельзя делать в обычном источнике с гасящим конденсатором. Как показано в статье С. Бирюкова “Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором” – “Радио”, 1997, N 5, с. 48-50, – последовательный стабилизатор можно использовать только при ограничении напряжения на его входе, что опять-таки заметно снижает КПД.
Источник с конденсаторным делителем напряжения целесообразно использовать для совместной работы с импульсными стабилизаторами. Идеально подходит он для устройства, длительно потребляющего малый ток, но требующего в определенный момент резкого его увеличения. Пример – квартирное сторожевое устройство на микросхемах “МОП с исполнительным узлом на реле и звуковом сигнализаторе.
Ток, потребляемый конденсаторным делителем, будет иметь фазовый сдвиг в 90 град. относительно напряжения сети, поэтому делитель напряжения на реактивных элементах не требует охлаждения. Исходя из вышесказанного, ток через делитель вроде бы можно выбрать сколь угодно большим. Однако неоправданное увеличение тока делителя приведет к активным потерям в проводах и к увеличению массы и объема устройства. Поэтому целесообразно принять ток через делитель напряжения в пределах 0,5…3 от максимального тока нагрузки.
Расчет источника с емкостным делителем несложен. Как следует из ф-лы (2) в упомянутой статье, выходное напряжение Uвых и полный выходной ток (стабилитрона и нагрузки Iвых) источника по схеме 1,а связаны следующим образом:
Iвых = 4fC1(2Uc-Uвых)
Эта формула пригодна и для расчета источника с конденсаторным делителем, в ней просто надо заменить С1 на суммарную емкость параллельно соединенных конденсаторов С1 и С2, показанных на рис.
/2/(C1+C2)-2Un.
Емкость и рабочее напряжение конденсатора С2 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения – соотношение значений емкости С1/С2 обратно пропорционально значениям падающего на С1и С2 напряжения. Например, если С1″ =1 мкф, а С2=4 мкФ, то напряжение Uc1 будет равно 4/5 напряжения сети, a Uc2=Uc/5, что при напряжении сети Uc = 220 В соответствует 186 и 44 В. Необходимо учесть, что амплитудное значение напряжения почти в 1,5 раза превышает действующее, и выбрать конденсаторы на соответствующее номинальное напряжение.
Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи переменного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить заранее пригодность конденсатора для использования в источнике можно, просто подключив его к электросети и оценив температуру корпуса через полчаса. Если конденсатор С1 успевает заметно разогреться, его следует счесть непригодным для использования в источнике.
Практически не нагреваются специальные конденсаторы для промышленных электроустановок – они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы используют в люминесцентных светильниках, в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей и т. п.
Ниже представлены две практические схемы источников питания с конденсаторным делителем: пятивольтный общего назначения (рис. 3) на ток нагрузки до 0,3 А и источник бесперебойного питания для кварцованных электронно-механических часов (рис. 4).
Рисунок 3:
Рисунок 4:
Делитель напряжения пятивольтного источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных С2 и СЗ, образующих нижнее по схеме неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Поляризующими диодами для оксидной пары служат левые по схеме диоды моста. При номиналах элементов, указанных на схеме, ток замыкания (при Rн=0) равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 в отсутствие нагрузки – 27 В.
Электронно-механические часы обычно питают от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В.
Предлагаемый источник вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА. Напряжение, снятое с делителя С1С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2. СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12В.
Блок питания с гасящим конденсатором
Использование конденсаторов для понижения напряжения, подаваемого на нагрузку от осветительной сети, имеет давнюю историю. В 50-е годы радиолюбители широко применяли в бестрансформаторных источниках питания радиоприемников конденсаторы, которые включали последовательно в цепь нитей накала радиоламп. Это позволяло устранить гасящий резистор, являющийся источником тепла и нагрева всей конструкции.
В последнее время заметен возврат интереса к источникам питания с гасящим конденсатором. Присущий всем без исключения подобным устройствам недостаток — повышенная опасность из-за гальванической связи выхода с электрической сетью — ясно осознается, но допускается в расчете на грамотность и аккуратность пользователя. Однако эти сдерживающие факторы недостаточны, чтобы уберечь от беды, отчего бестрансформаторные устройства могут иметь лишь весьма ограниченное применение.
Здесь может представлять интерес компромиссный вариант источника, обеспечивающий электробезопасность, с гасящим конденсатором и простым, доступным начинающему радиолюбителю трансформатором. Таким трансформатор получится, если напряжение на его первичной обмотке ограничить значением около 30 В. Для этого достаточно 600…650 витков сравнительно толстого, удобного при намотке провода; ради упрощения можно для обеих обмоток использовать один и тот же провод.
Излишек напряжения здесь примет на себя конденсатор, включенный последовательно с первичной обмоткой (конденсатор должен быть рассчитан на номинальное напряжение не менее 400 В). По такому принципу целесообразно организовывать питание низковольтных нагрузок с током в первичной цепи (с учетом небольшого коэффициента трансформации) до 0,5 А.
На рис.
6.1 представлена схема подобного устройства, подходящего для питания аудиоплейера. Трансформатор можно собрать на магнитопроводе Ш12х15. Для намотки подойдет провод ПЭВ-1 диаметром 0,16 мм; число витков первичной и вторичной обмоток — 600 и 120…140, соответственно. Изготовить такой трансформатор удастся, как говорится, «на коленке». Электрическую прочность не менее 2 кВ обеспечит изоляционная прокладка между обмотками из лавсановой пленки толщиной 0,1 мм или конденсаторной бумаги. Для того чтобы устройство не вышло из строя при отключении нагрузки, к выходу моста VD1…VD4 следует подключить стабилитрон Д815Г.
В нормальном режиме он не работает, поскольку имеет минимальное напряжение стабилизации выше рабочего на выходе моста. Предохранитель FU1 защищает трансформатор и стабилизатор при пробое конденсатора С1.
Для ограничения тока при подключении блока питания к сети последовательно с конденсатором С1 необходимо включить резистор сопротивлением несколько сотен ом, а для разрядки конденсатора после отключения — параллельно ему резистор сопротивлением несколько сотен килоом.
В цепи последовательно соединенных емкостного (конденсатор С1) и индуктивного (трансформатор Т1) сопротивления может возникать резонанс напряжения. Об этом следует помнить при конструировании и налаживании подобных источников питания.
Бестрансформаторный блок питания: схемы и расчет
В каждой современной квартире имеется большое количество всевозможных гаджетов, требующих постоянного электрического питания. В основном они работают от различных батареек. Многие хозяева пытаются подключать эти устройства через обычные сетевые блоки питания на 12 В, но в большинстве случаев это не очень удобно. Основная причина заключается в больших размерах понижающих трансформаторов, которые требуют себе отдельного места. Выйти из положения поможет бестрансформаторный блок питания, изготовленный на основе гасящего конденсатора.
Общее устройство и принцип действия
Представленная схема отличается простотой, надежностью и эффективностью.
Она может быть изготовлена не только методом навесного монтажа, но и в виде печатной платы. Данная схема на двенадцать вольт является рабочей, требуется лишь заранее рассчитать параметры балластового гасящего конденсатора и подобрать нужное значение тока для конкретного устройства. Практически можно сделать 5,5-вольтовый блок с возможностью увеличения напряжения до 25 В.
Основой устройства служит балластовый конденсатор, гасящий сетевое напряжение. После этого ток попадает в диодный выпрямитель, а второй конденсатор выполняет функцию фильтра. Иногда возникает необходимость быстро разрядить оба конденсатора. С этой целью в схеме предусмотрены резисторы R1 и R2. Еще один резистор R3 используется в качестве ограничителя тока при включении нагрузки.
Расчет балластного конденсатора выполняется до сборки схемы. Для этого используется простая формула С = 3200хI/Uc, в которой I является током нагрузки (А), Uc – сетевым напряжением, С – емкостью конденсатора (мкФ). Чаще всего такие расчеты используются для светодиодов.
В качестве примера можно взять любой прибор с током 150 мА. Это может быть обычная светодиодная лампа. Сетевое напряжение будет 230 В. Таким образом, 3200 х 0,15/230 = 2,08 мкФ. Номинал конденсатора выбирается наиболее близко к расчетному, то есть, его емкость составит 2,2 мкФ, а расчетное напряжение – 400 В.
Такой простейший бестрансформаторный блок не имеет гальванической развязки с питающей сетью. В связи с этим должна быть обеспечена надежная изоляция всех соединений, а само устройство – помещено в корпус из диэлектрического материала.
Основные рабочие схемы
В большинстве случаев используются две схемы источников БП. Как правило, каждый из них представляет собой бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором, который служит основным элементом данных приборов. Теоретически считается, что в цепях переменного тока эти устройства вообще не потребляют мощности. Однако в реальности в конденсаторах возникают определенные потери, что приводит к выделению некоторого количества тепла.
Поэтому все конденсаторы подвергаются предварительной проверке на возможность использования его в блоке питания. Для этого их подключают к электрической сети и отслеживают колебания температуры через некоторый промежуток времени. Если конденсатор заметно разогревается, то его нельзя использовать в качестве конструктивного элемента. Допускается лишь незначительный нагрев, неспособный повлиять на общую работоспособность устройства.
1.
Представленные на рисунках источники питания имеют конденсаторный делитель. На рисунке 1 представлен делитель общего назначения на 5 В, рассчитанный на токовую нагрузку до 0,3 А. На рисунке 2 отображается схема источника бесперебойного питания, который применяется в электронно-механических кварцевых часах.
В первой схеме делитель напряжения включает в себя бумажный конденсатор С1 и два оксидных конденсатора С2 и С3. Оба последних элемента составляют неполярное плечо, расположенное ниже С1. Его общая емкость составляет 100 мкФ. Составные части диодного моста, расположенные слева, выступают в качестве поляризующих диодов, предназначенных для оксидной пары С2 и С3. На схеме указаны номиналы элементов, в соответствии с которыми на выходе ток короткого замыкания будет равен 600 мА, а напряжение на конденсаторе С4 без нагрузки – 27 вольт.
2.
Вторая схема бестрансформаторного блока питания предназначена для замены батареек (1,5В), используемых в качестве источника питания в электронно-механических часах. Напряжение, вырабатываемое блоком питания, составляет 1,4 В при средней токовой нагрузке 1 мА. Напряжение на конденсаторе С3 без нагрузки не превышает 12 В. Оно снимается с делителя, поступает на узел с элементами VD1 и VD2, где и происходит его выпрямление.
В каждом из этих вариантов рекомендуется использовать два дополнительных резистора вспомогательного назначения. Первый элемент с сопротивлением от 300 кОм до 1 мОм подключается параллельно с гасящим конденсатором. С помощью данного резистора ускоряется его разрядка, после того как устройство отключено от сети.
Другой резистор имеет сопротивление от 10 до 50 Ом и считается балластным. Он подключается в разрыв какого-либо сетевого провода последовательно с гасящим конденсатором. Данный резистор ограничивает ток, проходящий через диодный мост при подключении устройства к сети. Оба резистора должны обладать мощностью рассеяния не менее 0,5 Вт, позволяющей предотвратить вероятные поверхностные пробои этих деталей действием высокого напряжения. Балластный резистор снижает нагрузку на стабилитрон, но одновременно наблюдается рост средней мощности, потребляемой самим блоком питания.
Расчеты основных параметров
Для того чтобы устройство было работоспособным и надежно функционировало, необходимо выполнить предварительный расчет бестрансформаторного блока питания. С этой целью потребуется рассчитать основные параметры:
- Емкостное сопротивление. При включении конденсатора в цепь переменного тока, он начинает оказывать влияние на силу тока, протекающего по этой цепи, то есть на определенном этапе он становится сопротивлением. Чем больше емкость конденсатора и частота переменного тока, тем меньше величина емкостного сопротивления и наоборот. Для расчетов используется формула XC = 1 /(2πƒC), где ХС – емкостное сопротивление, f – частота, С – емкость. Ускорить расчеты и получить точные данные поможет онлайн-калькулятор, в который достаточно лишь ввести исходные данные.
- Сопротивление нагрузки (Rн). Его расчет позволяет выяснить, до какого значения Rн может быть уменьшено, чтобы Напряжение нагрузки стало равным напряжению стабилизации. Когда необходимо изготовить блок питания своими руками, рекомендуется воспользоваться справочной таблицей, поскольку формулы слишком сложные и не дают точных результатов.
- Напряжение гасящего конденсатора. Этот показатель обычно составляет не менее 400 В, при сетевом напряжении 220 вольт. В некоторых случаях используется более мощный элемент, с номинальным напряжением 500 или 600 В. Для бестрансформаторных блоков подходят не все типы конденсаторов. Например, устройства МБПО, МБГП, МБМ, МБГЦ-1 и МБГЦ-2 не могут работать в цепях переменного тока, в которых амплитудное значение напряжения более 150 В.
|
Блоки питания с балластным конденсатором и разделительным трансформатором завоевали популярность у радиолюбителей благодаря малым габаритам и тем, что они гальванически не связаны с сетью. Однако при разработке таких устройств необходимо учитывать ряд факторов, чтобы исключить аварийные ситуации, в результате которых могут выйти из строя не только источник питания, но и нагрузка. Автор статьи, обобщив опыт создания подобных устройств, рекомендует, на что следует обратить внимание при их конструировании и налаживании. В радиолюбительской практике широкое применение нашли источники с балластным конденсатором и разделительным трансформатором [1-6]. Подобное решение позволяет конструировать малогабаритные блоки питания. Рассмотрим некоторые вопросы проектирования таких устройств на примере маломощного источника питания, описанного в [1] (см. рисунок). Трансформатор Т1 выполняет функцию разделительного. Он работает при малом
входном и выходном напряжении. Его конструкция весьма проста. Конденсатор С1 —
балластный, а резистор R2 ограничивает импульс тока при включении. В колебательном контуре, состоящем из конденсатора С1, индуктивности первичной обмотки трансформатора L и приведенного к первичной обмотке сопротивления нагрузки Rн, возможен резонанс, который может привести к выходу из строя источника питания. Допустим, что в нагруженном источнике на первичной обмотке напряжение равно 20 В (типичный случай). Это означает, что приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки RН примерно в 10 раз меньше емкостного сопротивления |Xc1| конденсатора С1 и образует с ним делитель напряжения 10:1 (приближенно), т.е. |Хс1|=10Rн. При правильно рассчитанном трансформаторе индуктивное сопротивление первичной обмотки |XL| должно примерно в 10 раз превышать приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки Rн поэтому добротность упомянутого контура крайне низка, никакого резонанса быть не может. Совершенно иная ситуация возникает при отключенной нагрузке (на холостом ходу). Если выполняются указанные выше соотношения |Хс1|=10Rн и |ХL|=10Rн,то |Xc1|=|XL| и возникает резонанс. Если на вход вместо сетевого подать напряжение 1 …2 В, то на первичной обмотке ненагруженного трансформатора оно за счет резонанса увеличится в 10 и более раз — добротность получившегося контура достаточно большая, однако при подаче сетевого напряжения такого подъема не будет. С увеличением напряжения на обмотке сверх номинального (20 В) магнитопровод трансформатора входит в насыщение, его индуктивность уменьшается, и контур перестает быть настроенным в резонанс. Однако, если трансформатор выполнен с хорошим запасом по допустимому входному напряжению, подъем может быть весьма значительным. Это вызовет увеличение
напряжения на конденсаторе С1 по сравнению с работой в номинальном режиме, и если конденсатор выбран без запаса — может произойти пробой. Так задача решается для относительно маломощных блоков питания. Для аналогичных мощных устройств (очень простыми получаются зарядные устройства для автомобильных аккумуляторных батарей [2-4]) такими мерами не обойтись. Здесь можно подключить параллельно первичной или вторичной обмотке аналог симметричного динистора [7, рис. 5,а] или обеспечить релейную защиту от режима холостого хода [3]. Особое внимание необходимо уделить выбору балластного конденсатора по номинальному напряжению. Это наибольшее напряжение между обкладками конденсатора, при котором он способен надежно и длительно работать. Для большинства типов регламентируется номинальное напряжение постоянного тока. Допустимое напряжение переменного тока всегда меньше номинального, за исключением металлобумажных конденсаторов МБГЧ, К42-19, полипропиленовых К78-4 и полиэтилентерефталатных К73-17 на номинальное напряжение до 250 В включительно, у которых эти параметры равны. Поэтому при выборе типа и номинального напряжения необходимо воспользоваться справочником по электрическим конденсаторам и помнить, что расчет проводят для амплитудного значения переменного напряжения. В момент подключения (или отключения) блока питания к сети в его цепях
происходит переходный процесс, который через некоторое время сменяется установившимся режимом. Не вдаваясь в теоретические основы переходных процессов, отметим два закона коммутации:
При подключении блока питания к сети конденсатор еще не заряжен и падение напряжения на нем равно нулю. Ток в индуктивности не может возникнуть мгновенно, поэтому напряжение на резисторе равно нулю и сетевое напряжение полностью приложено к первичной обмотке трансформатора, которая рассчитана на существенно меньшее значение. Именно при включении возникает высокая опасность межвиткового пробоя и исчезает преимущество в простоте исполнения трансформатора с намоткой «внавал», чем он и заслужил широкую популярность у радиолюбителей. Особенно опасно подключение блока питания к сети, в которой в этот момент действует амплитудное или близкое к нему напряжение. Актуальное значение приобретает задача ограничения напряжения на первичной обмотке в момент подключения. Токоограничительный резистор не спасает в такой ситуации. Это заставляет искать иное решение, позволяющее предупредить возможность межвиткового пробоя в трансформаторе и защитить элементы блока питания от повышенного в десятки раз напряжения. Ограничитель напряжения на двух встречно-последовательно включенных параллельно первичной обмотке стабилитронах (см. рисунок) позволяет решить и эту задачу. Для каждого полупериода ограничитель работает как параметрический стабилизатор напряжения на первичной обмотке трансформатора. Балластную функцию выполняет при этом в основном токоограничительный резистор R2. Резистор должен быть рассчитан на кратковременный ток перегрузки, а стабилитроны, как правило, обеспечивают его. Если в номинальном режиме стабилитроны открываются и работают как
стабилизаторы, может возникнуть разность амплитуд импульсов выпрямленного тока положительной и отрицательной полуволн. Такой эффект объясняется тем, что положительные полуволны стабилизирует один стабилитрон, а отрицательные — другой. Для уменьшения дополнительной составляющей пульсации, возникающей из-за различия напряжения стабилизации, можно рекомендовать вместо встречно-последовательного соединения двух стабилитронов включить один стабилитрон в диагональ диодного моста параллельно первичной обмотке. Это позволит сохранить надежность блока питания. Если не предъявляются повышенные требования к стабильности выходного напряжения, можно рекомендовать подборку стабилитронов с минимальным напряжением стабилизации на 1…3 В больше максимального амплитудного напряжения на первичной обмотке в установившемся режиме. Параметрический стабилизатор в этом случае будет выполнять функции только ограничителя напряжения в момент включения и на холостом ходу. А после выхода блока питания на установившийся режим он автоматически отключается, значительно повышая экономичность блока. ЛИТЕРАТУРА Б. САДОВСКОВ |
Напряжение на
первичной обмотке трансформатора ограничивают стабилитроны VD1 и VD2.
Возможны и другие не менее тяжелые последствия. Поэтому, как и для бестрансформаторного источника питания с балластным конденсатором, недопустима работа без номинальной нагрузки. Обычное решение — подключение стабилитрона к выходу источника или двух встречно-последовательно соединенных стабилитронов (или одного симметричного) к первичной обмотке (см.
рисунок).
Известно, что напряжение стабилизации двух экземпляров стабилитронов даже одной партии может значительно различаться. Это порождает дополнительную
составляющую пульсации частоты 50 Гц, которую труднее подавить сглаживающим фильтром, чем 100 Гц.
Калькулятор повышения напряжения дополнительных конденсаторов
Следующие ниже калькуляторы вычисляют приблизительное установившееся повышение напряжения, связанное с применением батарей шунтирующих силовых конденсаторов и батарей фильтров гармоник в энергосистемах среднего напряжения.
При применении реактивных переменных важно рассчитать результирующее повышение напряжения. Если значение слишком велико, следует уменьшить размер квар или приращение банка в квар. Обычно рекомендуется, чтобы повышение напряжения при переключении одного банка составляло не более 3%.
Повышение напряжения в результате применения шунтирующей конденсаторной батареи связано с мощностью системы (т. Е. В KVAsc) и кВАр батареи. Повышение напряжения прямо пропорционально номинальной мощности батареи в квар и обратно пропорционально уровню короткого замыкания в системе.
Для многокаскадных силовых конденсаторных батарей и батарей фильтров гармоник общее значение квар может использоваться для расчета общего ожидаемого повышения напряжения, когда все каскады находятся в рабочем состоянии. Для одноступенчатого повышения напряжения используйте номинальную мощность ступени квар.
Calculator-1
Введите номинальную трехфазную реактивную мощность конденсаторной батареи (ступени) и мощность трехфазного короткого замыкания в кВА, чтобы получить ожидаемое повышение напряжения.
Calculator-2
Введите номинальную трехфазную реактивную мощность конденсаторной батареи (ступени), номинальную мощность трехфазного трансформатора и полное сопротивление короткого замыкания (в%), чтобы получить ожидаемое повышение напряжения.
Calculator-3
Введите номинальную трехфазную реактивную мощность конденсаторной батареи (ступени), номинальное линейное напряжение системы на конденсаторной батарее и мощность трехфазного короткого замыкания в кВА на конденсаторной батарее. получить ожидаемое повышение напряжения.
Калькулятор-1
Известные переменные: квар, кВА sc
Calculator-2
Известные переменные: кВАр, Трансформатор кВА, Z XFMR (%)
Calculator-3
Известные переменные: квар, межфазное напряжение системы, кВА sc
Схема
Браузер не поддерживает JavaScript. Расчеты, созданные с помощью SpreadsheetConverter, работать не будут.Пожалуйста, войдите на веб-страницу в другом браузере.
Усовершенствованные тактильные датчики определяют новое поколение устройств измерения артериального давления
Гипертония (высокое артериальное давление) является фактором риска номер один для преждевременной смерти во всем мире, от которого страдают 70 миллионов взрослых американцев (одно из трех). Ежедневное измерение артериального давления — лучший способ контролировать и снижать риски гипертонии.
С помощью емкостных тактильных датчиков артериальное давление можно измерить с помощью сложных массивов, которые отображают давление над артерией.Несмотря на то, что существует множество методов измерения артериального давления, все, кроме наиболее инвазивных, внутриартериальных методов страдают недостатками, которые могут привести к неточным или противоречивым результатам. Даже стандартная манжета для измерения артериального давления, используемая практикующими врачами, имеет значительные ограничения. Эти ограничения по существу проистекают из нескольких факторов: качества сигнала, ошибок в интерпретации человеком и методов расчета, основанных на косвенной или алгоритмической интерпретации.
Последнее поколение тонких, удобных матриц тактильных датчиков обещает более точное и точное измерение формы сигнала пульсового давления.Улучшения будут реализованы как в клинических условиях для таких приложений, как улучшенное расположение артерий и измерение давления, так и в потребительских условиях для носимых устройств следующего поколения, таких как фитнес-браслеты и умные часы, которые будут измерять не только частоту сердечных сокращений.
Мониторинг артериального давления
Артериальное давление определяется как давление, оказываемое циркулирующей кровью на стенки кровеносных сосудов во время сердечного цикла. Артериальное давление обычно выражается как систолическое (максимальное) давление над диастолическим (минимальным) давлением и измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. Ст.).
Для неинвазивного периодического измерения артериального давления золотым стандартом является манжета для измерения артериального давления или сфигмоманометр. Используя это устройство, обученный врач с помощью стетоскопа прослушивает звуки Короткова (постукивания), когда манжета постепенно сдувается, чтобы определить систолическое и диастолическое давление.
Несмотря на то, что это широко признано и широко используется, исследования показали, что ручное измерение артериального давления может включать ошибки до 10 мм рт. Ст. Для систолического и диастолического давления.В частности, процедура зависит от остроты слуха клинициста и общего усердия во время ее проведения.
Альтернативные автоматические методы измерения артериального давления обычно используют надувную манжету для ограничения потока, а затем измеряют колебания давления в манжете для оценки систолического и диастолического давления с использованием собственных алгоритмов. Такие методы часто упаковываются как устройства для домашнего использования, но могут иметь погрешности порядка 10 мм рт. Ст. И особенно неточны для пациентов с ожирением или пациентов с состояниями, приводящими к нерегулярному пульсу.
Пульсоксиметры, которые традиционно использовались для контроля насыщения крови кислородом и частоты пульса, теперь используются также для контроля артериального давления. Эти устройства пропускают через тело свет с двумя длинами волн для измерения изменяющейся информации о поглощении, которая затем используется для определения артериального давления.
Хотя оба этих варианта имеют свои достоинства, ни один из подходов не соответствует стандартам точности и повторяемости ведущих организаций, таких как Ассоциация развития медицинского оборудования (AMMI) и Британское общество гипертонии.
Вместо этого все большее внимание уделяется более прямому измерению формы пульсовой волны, которое позволяет амбулаторно, неинвазивно измерять артериальное давление без манжет, используя передовую технологию емкостного тактильного измерения.
Емкостные тактильные датчики артериального давления
SmartTouch Safe Artery Finder.С помощью емкостных тактильных датчиков артериальное давление можно измерить с помощью сложных массивов, которые отображают давление над артерией. Он может варьироваться от нескольких дискретных измерений до большого плотного массива из сотен элементов.Эти датчики, расположенные в непосредственной близости от артерии, выдают подробную форму волны пульса, которая затем используется для определения артериального давления и информации о пульсе, включая другие параметры, такие как артериальное уплотнение.
Одна из причин, по которой емкостное тактильное измерение давления так хорошо подходит для этой задачи, заключается в том, что оно может выдерживать чрезвычайно низкие давления, которые необходимо измерить; артериальное давление настолько низкое, что измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), при этом 0,5 мм рт. ст. равняется примерно 0,01 фунт / кв. дюйм.Чтобы соответствовать контурам человеческого тела и другим изогнутым поверхностям, сенсоры тактильного давления предназначены для встраивания в различные мягкие и гибкие материалы.
Основными преимуществами этих датчиков являются чувствительность, малый форм-фактор, удобные материалы, обеспечивающие бесшовную интеграцию в носимые устройства, и конфигурация тактильного массива. Датчики непосредственно измеряют давление, не пытаясь определить его по оптическим или электрическим свойствам.
Сенсорная технология системы профиля давления (PPS) используется в медицинских устройствах, таких как SureTouch Breast Exam, одобренное FDA, безболезненное, безлучевое, скрининговое клиническое обследование груди, которое обеспечивает немедленные результаты и более чувствительно, чем прикосновение врача. .Эта технология также используется в Manoscan, катетерной системе с 36 датчиками, которая собирает информацию о работе пищевода более детально, чем обычная манометрия.
Чтобы создать тактильную матрицу датчиков, компания размещает электроды в виде ортогональных перекрывающихся полос. В каждой точке перекрытия электродов образуется отдельный конденсатор. Путем выборочного сканирования одной строки и столбца измеряется емкость в этом месте и, следовательно, локализованное давление.При таком подходе тактильная матрица может включать до 8192 интегрированных чувствительных элемента при измерении давления до 0,01 фунта на квадратный дюйм.
Локаторы артериальной линии
Еще одно многообещающее применение емкостных тактильных датчиков — это размещение артериальной линии — обычная, но трудная процедура, выполняемая в клинических условиях. Артериальная линия — это тонкий катетер, вводимый в артерию. Чаще всего он используется в медицине интенсивной терапии и анестезии для непрерывного контроля артериального давления и получения образцов для анализа газов крови.Этот тип внутриартериального измерения намного точнее, чем неинвазивные альтернативы.
Артериальные линии обычно вводятся респираторными терапевтами, а иногда и врачами, флеботомистами, помощниками анестезиологов и медсестрами-анестезиологами. Катетер обычно вводится в лучевую артерию запястья, но может быть вставлен и в другие артерии тела.
В целом введение артериальной магистрали считается безопасным, с частотой серьезных осложнений менее 1 процента.Однако установка артериального катетера является инвазивной процедурой и может вызвать осложнения. Обнаружение артерии может оказаться трудным даже для квалифицированных врачей. Средний диаметр лучевой артерии у взрослых составляет всего около 2,3 мм. Слабый пульс может усложнить задачу. Чтобы ввести артериальную линию, врач обычно использует левую руку, чтобы обнаружить пульсирующую артерию, затем вводит иглу и правой рукой берет образец крови.
Чтобы попасть в артерию, врачу может потребоваться ввести иглу несколько раз, что может быть болезненно и неудобно для пациента.Поскольку артерия иннервируется, пациент иногда подпрыгивает или дергается, когда вводится игла, что приводит к травмам клиницистов от укола иглой. К сожалению, это относительно часто и может быть путем передачи инфекций, передающихся через кровь, таких как гепатит и ВИЧ.
Фактически, случайный укол иглой врача в Соединенном Королевстве в конечном итоге стал стимулом для получения гранта от правительства Шотландии на поиск более безопасного и надежного метода введения артериальных катетеров.Благодаря партнерству с Университетом Стратклайда в Глазго, Шотландия, компания приступила к разработке устройства, которое упростит локализацию артерий и сделает их более безопасными.
Для этого конкретного проекта целью было разработать недорогую портативную сенсорную систему, способную точно определять местонахождение артерии с точностью до 0,5 мм. Устройство требовалось для проведения одноразовой процедуры относительно неподготовленным персоналом, что было значительно безопаснее, чем существующие методы.
В устройстве используются матрицы тактильных датчиков из удобного материала, которые надеваются на указательный и средний пальцы врача.Тактильный датчик определяет местоположение импульса и указывает местоположение с помощью светодиодов и направляющей иглы для облегчения введения иглы. Устройство также защищает пальцы врача от травм от укола иглой.
Нормы OSHA требуют, чтобы все специалисты по комплаенсу в больницах проводили ежегодную оценку новых средств индивидуальной защиты. Это устройство не только является более эффективным средством для выполнения проколов артерий, но и недавно разработанное устройство предлагает идеальное решение для устранения травм от укола иглой.
Артериальное давление и расходные материалы: смарт-часы и фитнес-браслеты
Сегодня «Святой Грааль» мониторинга артериального давления должен быть интегрирован в потребительские носимые устройства, такие как смарт-часы и фитнес-браслеты. В настоящее время большинство из них ограничиваются измерением частоты сердечных сокращений, но многие уже разрабатывают устройства следующего поколения с браслетами, способными измерять артериальное давление, пульс и другие ключевые артериальные измерения.
Сеул, корейская компания Kairos Watches, например, разработала несколько продуктов, предназначенных для доставки высокотехнологичных элементов, таких как текстовые сообщения, push-уведомления и приложения, тем, кто в противном случае все еще хочет иметь и носить традиционные швейцарские часы высокого класса. аналоговые часы.Опции включают прозрачный дисплей, который надевается на линзу аналоговых часов, а также браслет с поддержкой Bluetooth со встроенным дисплеем и сенсорными датчиками, называемый T-Band.
Более совершенные модели Т-диапазона включают в себя девятиосевой гироскоп, акселерометр, компас, оптические датчики и гальванический датчик кожи, который определяет температуру кожи и пот. В настоящее время компания работает над интеграцией емкостных сенсоров тактильного давления в тонкий форм-фактор Т-диапазона для ежедневного мониторинга пульса и артериального давления.
Китайская пульсовая медицина
Датчики тактильного давления для измерения пульсового давления не только встроены в устройства мониторинга, похожие на часы, но и позволяют технологически усовершенствовать традиционную китайскую медицину.
Китайская пульсовая диагностика использовалась на протяжении тысяч лет как один из основных диагностических инструментов в китайской медицине. Даже с появлением рентгеновских лучей и ультразвука эта практика продолжает играть первостепенную роль в распознавании паттернов болезней для лечения с помощью китайской медицины.
Пульсовая диагностика используется для выявления неисправного органа или системы, вызывающих симптомы, для определения причины. Это наблюдается в пульсе, потому что, когда функция органа изменяется, это также вызывает изменения в артерии из-за таких причин, как воспаление, объем крови или качество крови.
Традиционно китайские практикующие измеряют пульс человека тремя пальцами, при этом учитываются такие факторы, как скорость и ширина пульса. Для надежной диагностики требуется, чтобы опытный врач различал нюансы давления.Это особенно сложная и часто субъективная процедура, которая может привести к неправильному диагнозу со стороны менее опытных врачей. В настоящее время PPS работает с производителями медицинского оборудования над разработкой клинических систем, которые помогут сделать китайскую пульсовую медицину более количественной. Многие китайские компании также используют датчики для разработки приложений, специально предназначенных для анализа пульсовой волны в Китае — не только для оценки состояния здоровья, но и для отслеживания эффективности лечения травами.
Резюме
Технология емкостного тактильного измерения давления открывает новую волну медицинских изделий, основанных на неинвазивном измерении артериального давления.Эта новая технология позволяет измерять давление иначе, чем традиционные методы. Это произведет революцию в том, как легко люди могут измерять артериальное давление.
Эта статья написана Джэ С. Соном, доктором философии, основателем и генеральным директором компании Pressure Profile Systems, Лос-Анджелес, Калифорния. Для получения дополнительной информации щелкните здесь . Видео, демонстрирующее емкостное измерение для одной точки и распределенных областей, доступно по ссылке .
Medical Design Briefs Magazine
Эта статья впервые появилась в апрельском выпуске журнала Medical Design Briefs за апрель 2017 года.
Читать статьи в этом выпуске здесь.
Другие статьи из архивов читайте здесь.
ПОДПИСАТЬСЯ
Калькулятор MAP (Среднее артериальное давление)
Как измерить артериальное давление?
Есть несколько способов измерить артериальное давление. В этом абзаце мы рассмотрим только неинвазивные методы измерения артериального давления.
Самый быстрый метод оценки артериального давления — это пальпация — определение пульса на артериях пациента.Хотя он не очень точен, он особенно полезен в экстренных случаях: спасение жертв автомобильных аварий, пациентов, перенесших остановку сердца и т. Д. Предполагается, что, когда систолическое артериальное давление пациента превышает 70 мм рт. Ст., Пульс должен пальпироваться на сонной артерии ( на шее), бедренной (в паховой области) и лучевой (около запястья) артерий. Когда систолическое артериальное давление падает до> 50 мм рт. Ст., Мы можем чувствовать пульс только на сонных и бедренных артериях, а пульс между 40-50 мм рт. Ст. — чуть выше сонной артерии.
Наиболее распространенный метод измерения пульса пациента врачом в условиях больницы — использование стетоскопа и сфигмоманометра. Врач надевает манжету сфигмоманометра на руку пациента и помещает стетоскоп над плечевой артерией на уровне локтя. Он надувает манжету, а затем начинает медленно выпускать воздух, внимательно наблюдая за величиной давления внутри манжеты, показанной сфигмоманометром. Когда он начинает слышать характерный свистящий звук, он записывает текущее зарегистрированное давление — это систолическое артериальное давление пациента.Врач продолжает спускать воздух из манжеты до тех пор, пока не перестанет слышать стук. В этот момент тонометр показывает диастолическое артериальное давление пациента. Теперь врач готов рассчитать среднее артериальное давление!
Существует медицинское явление, известное как «синдром белого халата» (или гипертония белого халата). Многие пациенты опасаются того, что их осмотрит врач, и во время измерения у них повышается артериальное давление в ответ на стресс, который они испытывают.Это приводит к ложно завышенным результатам теста артериального давления и может привести к ненужному лечению. Ниже приведен окончательный метод измерения артериального давления, устраняющий эту проблему.
Речь идет об осциллометрии. Вы могли столкнуться с ним, когда навещали свою бабушку. Она надела на руку наручник от устройства странного вида, нажала несколько кнопок и немного подождала неподвижно, пока устройство не зажужжало. Устройство было тонометром. В этом методе артериальное давление оценивается путем обнаружения и анализа колебаний кровотока (пульса) внутри плечевой артерии.Весь процесс выполняется автоматически. Все, что вам нужно сделать, это не забывать время от времени калибровать устройство, чтобы оно функционировало надлежащим образом и могло получать правильные результаты.
Расчет среднего артериального давления (САД)
MAP, или среднее артериальное давление, определяется как среднее давление в артериях пациента в течение одного сердечного цикла. Он считается лучшим индикатором перфузии жизненно важных органов, чем систолическое артериальное давление (САД). Истинное MAP может быть определено только инвазивным мониторингом и сложными расчетами; однако его также можно рассчитать по формуле САД и диастолического артериального давления (ДАД).
Вы также можете послушать следующий подкаст …
Основы физиологии: среднее артериальное давление Чтобы рассчитать среднее артериальное давление, удвойте диастолическое артериальное давление и добавьте полученную сумму к систолическому артериальному давлению. Затем разделите на 3. Например, если артериальное давление пациента составляет 83 мм рт. Ст. / 50 мм рт. Ст., Его САД будет 61 мм рт. Вот шаги для этого расчета:
САД = САД + 2 (ДАД)
3
КАРТА = 83 +2 (50)
3
MAP = 83 +100
3
MAP = 183
3
MAP = 61 мм рт. Ст.
Другой способ рассчитать САД — сначала вычислить пульсовое давление (вычесть ДАД из САД) и разделить полученное значение на 3, а затем прибавить ДАД:
САД = 1/3 (САД — ДАД) + ДАД
MAP = 1/3 (83-50) + 50
КАРТА = 1/3 (33) + 50
КАРТА = 11 + 50
MAP = 61 мм рт. Ст.
Существует несколько клинических ситуаций, в которых особенно важно контролировать среднее артериальное давление.У пациентов с сепсисом вазопрессоры часто титруют на основании САД.