Fiecare dispozitiv electric și electronic pe care îl folosim în viața noastră de zi cu zi va necesita o sursă de alimentare. În general, folosim o sursă de curent alternativ de 230V 50Hz, dar această putere trebuie schimbată în forma necesară cu valorile sau intervalul de tensiune necesare pentru furnizarea sursei de alimentare diferitelor tipuri de dispozitive. Există diferite tipuri de convertoare electronice de putere, cum ar fi convertorul step-down, convertorul step-up, stabilizatorul de tensiune, convertorul CA la CC, convertorul DC la DC, convertorul DC la AC și așa mai departe. De exemplu, luați în considerare microcontrolerele care sunt utilizate frecvent pentru dezvoltarea multora proiecte bazate pe sisteme încorporate și kituri utilizate în aplicații în timp real. Aceste microcontrolere necesită o sursă de alimentare de 5V DC, astfel încât AC 230V trebuie să fie transformat în 5V DC utilizând convertorul de descărcare în circuitul lor de alimentare.
Circuit de alimentare
Circuitul convertorului în jos
Circuit de alimentare, denumirea în sine indică faptul că acest circuit este utilizat pentru a furniza energie către alte circuite sau dispozitive electrice și electronice. Sunt diferite tipuri de alimentare circuite bazate pe puterea pe care o folosesc pentru a furniza dispozitivelor. De exemplu, sunt utilizate circuitele bazate pe microcontrolere, de obicei circuitele de alimentare cu energie reglementată de 5V DC, care pot fi proiectate folosind diferite tehnici de conversie a puterii de 230V AC disponibile la 5V DC power. În general, convertoarele cu tensiune de ieșire mai mică decât tensiunea de intrare sunt numite convertoare step-down.
4 pași pentru a converti 230V AC în 5V DC
1. Reduceți nivelul de tensiune
Convertoarele step-down sunt utilizate pentru convertirea tensiunii ridicate în tensiune joasă. Convertorul cu tensiune de ieșire mai mică decât tensiunea de intrare este numit ca un convertor step-down, iar convertorul cu tensiune de ieșire mai mare decât tensiunea de intrare este numit convertor step-up. Există transformatoare step-up și step-down care sunt utilizate pentru a crește sau a reduce nivelurile de tensiune. 230V AC este transformat în 12V AC folosind un transformator cu trepte. Ieșirea de 12V a transformatorului stepdown este o valoare RMS, iar valoarea sa maximă este dată de produsul rădăcinii pătrate a două cu valoare RMS, care este de aproximativ 17V.
Transformator pas cu pas
Transformatorul descendent constă din două înfășurări, și anume înfășurări primare și secundare, unde primarul poate fi proiectat folosind un fir cu un ecartament mai mic, cu mai multe rotații, deoarece este utilizat pentru transportarea puterii de înaltă tensiune de curent scăzut și înfășurarea secundară folosind sârmă de calibru înalt cu un număr mai mic de rotații, deoarece este utilizată pentru transportarea curentului de joasă tensiune. Transformatoarele funcționează pe principiul legilor de inducție electromagnetică ale lui Faraday.
2. Convertiți CA în CC
Puterea de 230 V c.a. este convertită în 12 V c.a. (valoare 12 V RMS în care valoarea de vârf este în jur de 17 V), dar puterea necesară este de 5 V c.c. în acest scop, puterea de 17 V c.a. trebuie transformată în principal în c.c., apoi poate fi redusă la 5V DC. Dar, în primul rând, trebuie să știm cum să convertim AC la DC? Puterea de curent alternativ poate fi convertită în c.c. convertoare electronice de putere numit drept redresor. Există diferite tipuri de redresoare, cum ar fi redresorul cu jumătate de undă, redresorul cu undă completă și redresorul cu punte. Datorită avantajelor redresorului de punte față de redresorul pe jumătate și al redresorului cu undă completă, redresorul de pod este frecvent utilizat pentru conversia CA în CC.
Redresor de pod
Redresor de pod este format din patru diode care sunt conectate sub forma unei punți. Știm că dioda este un redresor necontrolat care va efectua doar polarizarea înainte și nu va conduce în timpul polarizării inversă. Dacă tensiunea anodului diodei este mai mare decât tensiunea catodului, atunci se spune că dioda este în polarizare directă. În timpul semiciclului pozitiv, diodele D2 și D4 vor conduce și în timpul semiciclului negativ vor avea loc diodele D1 și D3. Astfel, AC este transformat în DC aici obținut nu este un DC pur, deoarece constă din impulsuri. Prin urmare, este numit ca putere DC pulsantă. Dar căderea de tensiune pe diode este de (2 * 0,7V) 1,4V, prin urmare, tensiunea de vârf la ieșirea acestui circuit reductor este de 15V (17-1,4) aprox.
3. Netezirea Ripples folosind Filter
15V DC poate fi reglat în 5V DC utilizând un convertor cu trepte, dar înainte de aceasta, este necesar să se obțină o putere curentă continuă. Ieșirea podului cu diode este un DC care constă din ondulații numite și DC continuu pulsatoriu. Acest DC pulsatoriu poate fi filtrat folosind un filtru inductor sau un filtru condensator sau un filtru cuplat rezistor-condensator pentru îndepărtarea undelor. Luați în considerare un filtru de condensator care este frecvent utilizat în majoritatea cazurilor pentru netezire.
Filtru
Știm că un condensator este un element de stocare a energiei. În circuit, condensatorul stochează energie în timp ce intrarea crește de la zero la o valoare de vârf și, în timp ce tensiunea de alimentare scade de la valoarea de vârf la zero, condensatorul începe să se descarce. Această încărcare și descărcare a condensatorului va face DC-ul pulsatoriu în DC pur, așa cum se arată în figură.
4. Reglarea 12V DC în 5V DC utilizând regulatorul de tensiune
Tensiunea de 15V DC poate fi redusă la 5V DC folosind un convertor DC down-down numit ca. regulator de voltaj IC7805. Primele două cifre ‘78’ ale regulatorului de tensiune IC7805 reprezintă regulatoare de tensiune în serie pozitive și ultimele două cifre ‘05’ reprezintă tensiunea de ieșire a regulatorului de tensiune.
IC7805 Diagrama blocului regulatorului de tensiune intern
Diagrama bloc a regulatorului de tensiune IC7805 este prezentată în figură constă dintr-un amplificator de funcționare care acționează ca amplificator de eroare, dioda zener utilizată pentru furnizarea referinței de tensiune , așa cum se arată în figură.
Dioda Zener ca referință de tensiune
Tranzistor ca element de trecere în serie utilizat pentru disiparea energiei suplimentare ca protecție împotriva căldurii SOA (zonă de operare sigură) și radiator sunt utilizate pentru protecție termică în caz de tensiuni de alimentare excesive. În general, un regulator IC7805 poate rezista la tensiuni cuprinse între 7,2V și 35V și oferă o eficiență maximă a tensiunii de 7,2V și dacă tensiunea depășește 7,2V, atunci există pierderi de energie sub formă de căldură. Pentru a proteja regulatorul de căldură, protecția termică este asigurată cu ajutorul unui radiator. Astfel, o tensiune de 5V DC este obținută de la o alimentare de 230V AC.
Putem converti direct 230V AC în 5V DC fără a folosi transformator, dar este posibil să avem nevoie de diode de înaltă calitate și alte componente care să ofere o eficiență mai mică. Dacă avem o sursă de alimentare de 230V DC, atunci putem converti 230V DC în 5V DC folosind un convertor DC-DC.
Convertor Buck de 230V la 5V DC-DC:
Să începem cu circuitul de alimentare cu reglare continuă proiectat utilizând un convertor DC-DC. Dacă avem o sursă de alimentare de 230V DC, atunci putem folosi un convertor DC-DC buck pentru conversia 230V DC în alimentare de 5V DC. Convertorul buck DC-DC este format din condensator, MOSFET, Control PWM , Diode și inductori. Topologia de bază a unui convertor DC-DC Buck este prezentată în figura de mai jos.
Convertor DC-DC Buck
Căderea de tensiune pe inductor și modificările curentului electric care circulă prin dispozitiv sunt proporționale între ele. Prin urmare, convertorul buck funcționează pe principiul energiei stocate într-un inductor. MOSFET semiconductor de putere sau IGBT utilizat ca element de comutare poate fi utilizat pentru a alterna circuitul convertorului buck între două stări diferite prin închiderea sau deschiderea și oprirea sau pornirea utilizând elementul de comutare. Dacă comutatorul este în stare activă, atunci se creează un potențial pe inductor datorită curentului de viteză care se va opune tensiunii de alimentare, reducând astfel tensiunea de ieșire rezultată. Deoarece dioda este polarizată invers, nu va circula curent prin diodă.
Dacă comutatorul este deschis, atunci curentul prin inductor se întrerupe brusc și dioda începe conducerea, astfel se asigură o cale de retur către curentul inductorului. Căderea de tensiune pe inductorul energizat se inversează, ceea ce poate fi considerat ca sursă primară de putere de ieșire în timpul acestui ciclu de comutare și acest lucru se datorează acestei schimbări rapide a debitului curent. Energia stocată a inductorului este livrată continuu la sarcină și astfel curentul inductorului va începe să scadă până când curentul crește la valoarea sa anterioară sau la următoarea stare de pornire. Continuarea furnizării de energie către sarcină duce la scăderea curentului inductor până când curentul crește la valoarea sa anterioară. Acest fenomen este numit ca o ieșire de ieșire care poate fi redusă la o valoare acceptabilă folosind un condensator de netezire în paralel cu ieșirea. Prin urmare, Convertor DC-DC acționează ca un convertor step-down.
Convertor DC-DC Step-down folosind PWM Cotrol
Figura arată principiul de funcționare al convertorului DC-DC step-down controlat utilizând un oscilator PWM pentru comutarea de înaltă frecvență și un feedback este conectat cu un amplificator de eroare.
Tot sistemul încorporat bazat proiecte electronice necesită un regulator de tensiune fix sau reglabil care este utilizat pentru furnizarea alimentării necesare circuitelor sau kiturilor electrice și electronice. Există multe regulatoare automate de tensiune avansate capabile să regleze automat tensiunea de ieșire pe baza criteriilor de aplicare. Pentru mai mult ajutor tehnic în ceea ce privește circuitul de alimentare cu energie și convertorul de descărcare, vă rugăm să postați întrebările dvs. ca comentarii în secțiunea de comentarii de mai jos.
