Κύκλωμα μετατροπέα AC σε dc

Στη σύγχρονη εποχή, σχεδόν κάθε οικιακή ηλεκτρονική λειτουργεί με συνεχές ρεύμα (DC), αλλά παίρνουμε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) από σταθμούς παραγωγής ενέργειας μέσω γραμμών μεταφοράς, επειδή το AC μπορεί να μεταδοθεί πιο αποτελεσματικά από το DC με χαμηλότερο κόστος. Έτσι, κάθε συσκευή που λειτουργεί σε DC έχει και κύκλωμα μετατροπέα AC σε DC. Προηγουμένως κατασκευάσαμε έναν φορτιστή κινητού τηλεφώνου 5v, ο οποίος διαθέτει επίσης κύκλωμα μετατροπέα AC-DC.

Υπάρχουν κυρίως δύο τύποι μετατροπέων που χρησιμοποιούνται ευρέως για σκοπούς συνομιλίας AC-DC.

Το ένα είναι ο παραδοσιακός γραμμικός μετατροπέας που βασίζεται σε μετασχηματιστή ο οποίος χρησιμοποιεί μια απλή γέφυρα διόδων, πυκνωτή, ρυθμιστή τάσης. Το Simple Diode Bridge μπορεί να κατασκευαστεί είτε με μία συσκευή ημιαγωγού όπως το DB107 είτε με 4 ανεξάρτητες διόδους όπως το 1N4007. Ο άλλος τύπος μετατροπέα είναι η τροφοδοσία SMPS ή Switch mode που χρησιμοποιεί μικρό μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας και έναν ρυθμιστή εναλλαγής για την παροχή εξόδου DC.

Σε αυτό το έργο, θα συζητήσουμε τον παραδοσιακό σχεδιασμό που βασίζεται σε μετασχηματιστές που χρησιμοποιούν απλές διόδους και πυκνωτές για τη μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα και έναν προαιρετικό ρυθμιστή τάσης για τη ρύθμιση της τάσης DC εξόδου. Το έργο θα είναι ένας μετατροπέας AC-DC που χρησιμοποιεί Transformer με τάση εισόδου 230V και έξοδο 12V 1A.

Απαιτούμενα στοιχεία

1. Μετασχηματιστής με βαθμολογία 1A 13V

2,4 τεμ 1N4007 δίοδοι

3. Ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 1000uF με βαθμολογία 25V.

4. Λίγα μονόκλωνα σύρματα

5. Πίνακας ψωμιού

6. LDO ή γραμμικός ρυθμιστής τάσης σύμφωνα με τις προδιαγραφές (εδώ χρησιμοποιείται το LM2940).

7. Ένα πολύμετρο για τη μέτρηση της τάσης.

Διάγραμμα κυκλώματος και επεξήγηση

Το σχήμα για αυτό το κύκλωμα μετατροπέα AC-DC είναι απλό. Ο μετασχηματιστής χρησιμοποιείται για να κατεβεί 230V AC σε 13V AC.

Τέσσερα δίοδος ανορθωτή γενικής χρήσης 1N4007 χρησιμοποιούνται εδώ για να συγκρατήσουν την είσοδο AC. Το 1N4007 έχει μέγιστη επαναλαμβανόμενη αντίστροφη τάση 1000V με μέσο διορθωμένο προς τα εμπρός ρεύμα 1Α. Αυτές οι τέσσερις δίοδοι χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της εξόδου 13V AC στον μετασχηματιστή. Οι δίοδοι χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ενός μετατροπέα γέφυρας που αποτελεί ουσιαστικό μέρος του κυκλώματος μετατροπής AC σε DC. Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με το κύκλωμα ανορθωτή Bridge, ακολουθήστε τον σύνδεσμο.

Ο πυκνωτής φίλτρου, C1 προστίθεται μετά το μετατροπέα γέφυρας για εξομάλυνση της τάσης εξόδου.

Το LDO, IC1 συνδέεται επίσης για ρύθμιση της τάσης εξόδου.

Λειτουργία του κυκλώματος μετατροπέα AC σε DC

Ένας μετασχηματιστής step-down χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του AC υψηλής τάσης σε AC χαμηλής τάσης. Ο μετασχηματιστής είναι τοποθετημένος σε PCB και είναι ένας μετασχηματιστής 1-ampere 13-volt. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια του φορτίου, η τάση του μετασχηματιστή πέφτει περίπου 12,5-12,7 volt.

Το βασικό μέρος του κυκλώματος είναι μια γέφυρα διόδων που αποτελείται από τέσσερις διόδους. Η δίοδος είναι μια ηλεκτρονική συσκευή ημιαγωγών που μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα.

Η ροή ρεύματος μέσα στη γέφυρα διόδων φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Εδώ δύο δίοδοι D2 και D4 μπλοκάρουν την αρνητική κορυφή του εναλλασσόμενου ρεύματος και κάνουν το ρεύμα να ρέει προς τη μία κατεύθυνση. Αυτός είναι ένας ανορθωτής πλήρους γέφυρας που σημαίνει ότι η γέφυρα διόδων διορθώνει τόσο τη θετική όσο και την αρνητική κορυφή του σήματος AC.

Ο μεγάλος πυκνωτής C1 φορτίζεται κατά τη μετατροπή και εξομαλύνει την τάση εξόδου. Αλλά στο τελικό αποτέλεσμα, αυτό δεν είναι ρυθμιζόμενη έξοδος τάσης. Εδώ η ρύθμιση τάσης γίνεται από το LDO, LM2940, το οποίο είναι IC1 στο σχηματικό.

Το LDO, LM2940 είναι μια συσκευή 3 ακίδων στο πακέτο TO220. Το LDO σημαίνει χαμηλή τάση εγκατάλειψης. Το διάγραμμα καρφιτσών φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Ορισμένοι ρυθμιστές τάσης έχουν περιορισμούς στην τάση εισόδου που απαιτείται για την παροχή εγγυημένης ρύθμισης τάσης σε όλη την έξοδο του ρυθμιστή. Σε λίγους γραμμικούς ρυθμιστές, δηλώνεται ότι απαιτεί ελάχιστη διαφορά 2 βολτ μεταξύ τάσης εισόδου και τάσης εξόδου, που σημαίνει για ρυθμιζόμενη έξοδο 12 βολτ, ο ρυθμιστής απαιτεί τουλάχιστον 14 βολτ τάση εισόδου για εγγυημένη τάση εξόδου 12 βολτ. Γενικά, οι ρυθμιστές χαμηλής τάσης (LDO) απαιτούν πολύ ελάχιστες διαφορές τάσης μεταξύ εισόδου και εξόδου. Για το φύλλο δεδομένων LM2940, απαιτείται ελάχιστη διαφορά 0,5 volt μεταξύ της εισόδου και της εξόδου. Χρησιμοποιήσαμε έναν ρυθμιστή σταθερής τάσης LDO σειράς από την Texas Instruments. Το LM2940, το οποίο έχει βαθμολογία εξόδου 12 βολτ.

Η έξοδος μπορεί να φανεί τέλεια στην παρακάτω εικόνα.

Ελέγξτε την πλήρη εργασία στο βίντεο που δίνεται στο τέλος.

Ο μετατροπέας AC σε DC με βάση μετασχηματιστή είναι πολύ συνηθισμένος όταν απαιτείται μετατροπή υψηλής τάσης AC σε DC. Συνήθως βρίσκεται σε συστήματα ενισχυτή, σε διάφορους προσαρμογείς ισχύος, σταθμούς συγκόλλησης, εξοπλισμό δοκιμών κ.λπ.

Περιορισμοί κυκλώματος μετατροπέα AC-DC με βάση μετασχηματιστή

Η μετατροπή AC σε DC με βάση μετασχηματιστή είναι μια κοινή επιλογή όπου απαιτείται DC αλλά έχει ορισμένα μειονεκτήματα.

1. Οποιεσδήποτε καταστάσεις όπου η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος εισόδου έχει πιθανότητες διακύμανσης ή εάν η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος πέσει σημαντικά, η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος εξόδου σε ολόκληρο τον μετασχηματιστή μειώνεται επίσης. Έτσι, ένας μετατροπέας 230V AC σε 12V DC δεν μπορεί να τροφοδοτηθεί σε γραμμή 110V AC. Για την αντιμετώπιση αυτού του isse, παρέχεται μια πρόσθετη ρύθμιση για διαφορετικά επίπεδα τάσης εισόδου.

2. Παρά το γεγονός ότι δεν έχει καθολικό εύρος τάσης εισόδου, είναι μια δαπανηρή επιλογή, καθώς ο ίδιος ο μετασχηματιστής κοστίζει περισσότερο από το 60% του συνολικού κόστους κατασκευής του κυκλώματος μετατροπέα.

3. Ένας άλλος περιορισμός είναι η χαμηλή απόδοση μετατροπής. Ο μετασχηματιστής θερμαίνεται και η σπατάλη περιττής ενέργειας.

4. Ο μετασχηματιστής είναι βαρύ υλικό που αυξάνει άσκοπα το βάρος του προϊόντος.

5. Λόγω του μετασχηματιστή, απαιτείται μεγαλύτερος χώρος στο προϊόν για να ταιριάζει στο κύκλωμα μετατροπέα ή τουλάχιστον στον μετασχηματιστή.

Για να ξεπεράσετε αυτούς τους περιορισμούς, η τροφοδοσία SMPS ή η εναλλαγή τροφοδοσίας είναι μια προτιμώμενη επιλογή.