Redukcja napięcia 230V do 24V 10mA – rezystor, transformator czy zasilacz impulsowy?

Pytanie

Jakiego użyć rezystora aby 230v uzyskać 24v o prądzie 0,01amoera

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Teoretycznie należałoby użyć rezystora ok. 22 kΩ o mocy ≥ 5 W.
• Praktycznie to rozwiązanie jest skrajnie niebezpieczne, nieefektywne i niezgodne z dobrą praktyką inżynierską – zamiast rezystora stosuje się mały transformator lub gotowy zasilacz impulsowy 230 V AC → 24 V DC.

Szczegółowa analiza problemu

1. Obliczenia (wartości skuteczne, 50 Hz):
   • Spadek napięcia na rezystorze
   \[ UR = U{IN} - U_{OUT} = 230\mathrm{V} - 24\mathrm{V} = 206\mathrm{V} \]
   • Wymagana rezystancja
   \[ R = \frac{U_R}{I} = \frac{206\mathrm{V}}{0{,}01\mathrm{A}} \approx 20{,}6\mathrm{k}\Omega \]
   • Moc strat
   \[ P = U_R \cdot I = 206\mathrm{V} \times 0{,}01\mathrm{A} = 2{,}06\mathrm{W} \]
   • Z praktycznego szeregu E24 najbliższe: 22 kΩ; dla rezerwy termicznej przyjmuje się ≥ 2 × P, stąd rezystor min. 5 W.

2. Dlaczego to zły pomysł

   • Brak izolacji galwanicznej – cała sekcja „24 V” jest na potencjale sieci; dotknięcie = ryzyko porażenia.
   • Napięcie wyjściowe zależy liniowo od prądu; odłączenie obciążenia spowoduje pojawienie się pełnych 230 V na wyjściu.
   • Sprawność ≈ 10 % (0,24 W użytecznej mocy do 2,3 W pobranej z sieci).
   • Rezystor musi wytrzymać szczytowe 325 V oraz emisję ciepła ~ 2 W w niewielkiej objętości.
   • Wciąż mamy napięcie przemienne – do uzyskania DC potrzebny prostownik i filtr, co dodatkowo komplikuje układ i modyfikuje obliczenia (wartości szczytowe).

3. Poprawne i bezpieczne alternatywy
   a) Zasilacz impulsowy (SMPS) 230 V AC → 24 V DC, np. moduły HLK-PM24, Mean Well IRM-02-24; sprawność 70-85 %, pełna izolacja 3 kV, moc 0,5–3 W.
   b) Mały transformator toroidalny lub EI 230/24 V (≥ 0,5 VA) + mostek Graetza + kondensator + ewentualny LDO/DC-DC.
   c) Zasilacz wtyczkowy („ładowarka”) 24 V DC o prądzie ≥ 10 mA – rozwiązanie gotowe, z certyfikatami bezpieczeństwa.
   d) Kondensatorowy zasilacz beztransformatorowy (tylko gdy zachowana II-klasa i brak dostępu użytkownika) – projekt zaawansowany, również bez izolacji.

Aktualne informacje i trendy

• Rynek zdominowały ultra-kompaktowe moduły SMPS wpinane bezpośrednio w PCB (1-5 W). Koszt detaliczny < 20 zł, sprawność > 75 %, zgodność z EN 62368-1 i IEC 60950-1.
• Powszechne IoT-owe urządzenia niskomocowe (< 100 mW) coraz częściej korzystają z kondensatorowych lub buck-flyback zasilaczy z aktywnym ograniczaniem prądu rozruchowego.
• Rośnie popularność minizasilaczy z topologią QR-flyback z układami GaN – wyższa sprawność, niższy standby.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Różnica RMS (230 V) vs. wartość szczytowa (≈ 325 V) jest kluczowa przy doborze elementów izolacyjnych.
• Przy obciążeniu 10 mA rezystor 5 W osiągnie ok. 120 °C bez radiatora – wpływ na stabilność parametrów (+400 ppm/°C).
• Napięcie 24 V DC po prostowaniu z 24 V AC wymaga kondensatora filtrującego:
\[ V{DC} \approx \sqrt{2} \cdot 24\mathrm{V} - 2V{D} \approx 33\mathrm{V} \]
dlatego do precyzyjnych 24 V stosuje się stabilizator (np. LM2596-24).

Aspekty etyczne i prawne

• Dyrektywa Niskonapięciowa 2014/35/UE i normy PN-EN 61558 (transformatory) oraz PN-EN 62368-1 (sprzęt ICT) wymagają separacji od sieci.
• Montaż nieizolowanego zasilacza w urządzeniu dostępnym dla użytkownika narusza wymagania bezpieczeństwa, a w razie wypadku skutkuje odpowiedzialnością karną i cywilną.
• Rezystorowa „redukcja” napięcia nie spełnia kryteriów sprawności z Rozporządzenia Komisji (UE) 2019/1782 (ekoprojekt zasilaczy).

Praktyczne wskazówki

1. Wybierz gotowy SMPS 24 V DC/0,5 A – będzie wielokrotnie mniejszy, tańszy i chłodniejszy niż rezystor 5 W.
2. Jeżeli wymagana jest miniaturyzacja PCB, rozważ moduły SIP AC/DC 1 W.
3. Przed uruchomieniem: pomiar izolacji (> 5 MΩ) i test Hi-Pot 1,5 kV.
4. Dla transformatora: bezpiecznik topikowy 100 mA po stronie sieci + termistor NTC ograniczający prąd rozruchowy.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Metoda rezystora dopuszczalna jedynie jako obliczeniowe ćwiczenie lub w 100 % szczelnych urządzeniach klasy 0 (np. stare grzałki), ale nie dla elektroniki niskonapięciowej.
• Kondensatorowy zasilacz, choć popularny w lampkach LED, nadal stwarza ryzyko dotykowe i wymaga restrykcyjnego projektowania.

Sugestie dalszych badań

• Analiza topologii flyback z układami jednoukładowymi (TinySwitch-4, VIPer).
• Porównanie sprawności i kosztu BOM pomiędzy klasycznym transformatorem, SMPS i zasilaczem kondensatorowym przy poborze < 1 W.
• Badanie wpływu współczynnika mocy (PF) małych SMPS na sieć niskiego napięcia.

Krótkie podsumowanie

Teoretycznie rezystor 22 kΩ/5 W obniży 230 V AC do 24 V przy 10 mA, ale: brak izolacji, niska sprawność i ogromne ryzyko porażenia czynią to rozwiązanie nieakceptowalnym. W praktyce należy zastosować mały transformator lub gotowy moduł/zasilacz impulsowy 230 V → 24 V, co zapewni bezpieczeństwo, zgodność z normami i wielokrotnie lepszą efektywność.