Всяко електрическо и електронно устройство, което използваме в ежедневния си живот, ще изисква захранване. Като цяло използваме променливотоково захранване от 230V 50Hz, но тази мощност трябва да бъде променена в необходимата форма с необходимите стойности или обхват на напрежението за осигуряване на захранване на различни видове устройства. Съществуват различни видове силови електронни преобразуватели като понижаващ преобразувател, усилващ преобразувател, стабилизатор на напрежението, преобразувател AC в DC, преобразувател DC в DC, преобразувател DC в AC и т.н. Например, помислете за микроконтролерите, които се използват често за разработване на много проекти, базирани на вградени системи и комплекти, използвани в приложения в реално време. Тези микроконтролери се нуждаят от 5V DC захранване, така че AC 230V трябва да се преобразува в 5V DC, като се използва понижаващ преобразувател в тяхната верига на захранване.

Електрическа верига

Стъпка надолу преобразувател верига

Електрическа верига, самото име показва, че тази верига се използва за захранване на други електрически и електронни схеми или устройства. Има различни видове захранване вериги въз основа на мощността, която се използват за осигуряване на устройства. Например, се използват схеми, базирани на микроконтролер, обикновено 5V DC регулирани захранващи вериги, които могат да бъдат проектирани, използвайки различни техники за преобразуване на наличната 230V AC мощност в 5V DC мощност. Обикновено преобразувателите с изходно напрежение по-малко от входното напрежение се наричат понижаващи преобразуватели.

4 стъпки за преобразуване на 230V AC в 5V DC

1. Намалете нивото на напрежението

Понижаващите преобразуватели се използват за преобразуване на високо напрежение в ниско напрежение. Преобразувателят с изходно напрежение, по-малко от входното напрежение, се нарича понижаващ преобразувател, а преобразувателят с изходно напрежение, по-голямо от входното напрежение, се нарича повишаващ преобразувател. Има повишаващи и понижаващи трансформатори, които се използват за повишаване или понижаване на нивата на напрежение. 230V AC се преобразува в 12V AC с помощта на понижаващ трансформатор. 12V изход на понижаващ трансформатор е RMS стойност и неговата пикова стойност се дава от произведението на квадратен корен от две със RMS стойност, което е приблизително 17V.

Понижаващ трансформатор

Понижаващият трансформатор се състои от две намотки, а именно първични и вторични намотки, където първичните могат да бъдат проектирани с помощта на проводник с по-малък габарит с по-голям брой завъртания, тъй като той се използва за пренасяне на ниско-токова мощност с високо напрежение, и вторичната намотка с помощта на тел с голям габарит с по-малък брой завъртания, тъй като се използва за пренасяне на високотоково захранване с ниско напрежение. Трансформаторите работят на принципа на законите на Фарадей за електромагнитната индукция.

2. Преобразувайте AC в DC

230V AC мощност се преобразува в 12V AC (12V RMS стойност, при която пиковата стойност е около 17V), но необходимата мощност е 5V DC за тази цел, 17V AC мощност трябва да се преобразува предимно в DC мощност, след което тя може да се понижи до 5V DC. Но на първо място и най-важното, трябва да знаем как да конвертираме AC в DC? Променливотоковото захранване може да се преобразува в постоянен, като се използва един от силови електронни преобразуватели наречен Изправител. Съществуват различни видове токоизправители, като полуволнов токоизправител, пълновълнов токоизправител и мостов токоизправител. Поради предимствата на мостовия токоизправител пред изправителя с половин и пълна вълна, мостовият токоизправител често се използва за преобразуване на променлив ток в постоянен.

Мостов токоизправител

Мостов токоизправител се състои от четири диода, които са свързани под формата на мост. Знаем, че диодът е неконтролиран токоизправител, който ще провежда само пристрастие напред и няма да води по време на обратното отклонение. Ако анодното напрежение на диода е по-голямо от напрежението на катода, тогава се казва, че диодът е в пристрастие напред. По време на положителен полуцикъл диодите D2 и D4 ще провеждат, а по време на отрицателния полуцикъл диодите D1 и D3 ще провеждат. По този начин AC се преобразува в DC тук полученото не е чисто DC, тъй като се състои от импулси. Следователно тя се нарича пулсираща DC мощност. Но спадът на напрежението на диодите е (2 * 0.7V) 1.4V, следователно, пиковото напрежение на изхода на тази верига на изправителя е приблизително 15V (17-1.4).

3. Изглаждане на вълните с помощта на филтър

15V DC може да се регулира на 5V DC с помощта на понижаващ преобразувател, но преди това е необходимо да се получи чиста постоянна мощност. Изходът на диодния мост е постоянен ток, състоящ се от пулсации, наричани също пулсиращи DC. Този пулсиращ постоянен ток може да бъде филтриран с помощта на индуктивен филтър или кондензаторен филтър или свързан с резистор-кондензатор филтър за отстраняване на вълните. Помислете за кондензаторен филтър, който често се използва в повечето случаи за изглаждане.

Филтър

Знаем, че кондензаторът е елемент за съхранение на енергия. Във веригата, кондензатор съхранява енергия докато входа се увеличава от нула до пикова стойност и докато захранващото напрежение намалява от пикова стойност до нула, кондензаторът започва да се разрежда. Това зареждане и разреждане на кондензатора ще направи пулсиращия DC в чист DC, както е показано на фигурата.

4. Регулиране на 12V DC в 5V DC с помощта на регулатор на напрежението

15V DC напрежение може да бъде понижено до 5V DC напрежение с помощта на DC понижаващ преобразувател, наречен като волтажен регулатор IC7805. Първите две цифри ‘78’ на регулатора на напрежение IC7805 представляват положителни серийни регулатори на напрежение, а последните две цифри ‘05’ представляват изходното напрежение на регулатора на напрежението.

IC7805 Регулатор на напрежение Вътрешна блок-схема

Блоковата схема на регулатора на напрежение IC7805 е показана на фигурата и се състои от работещ усилвател, действащ като усилвател на грешки, ценеров диод, използван за осигуряване на еталонно напрежение , както е показано на фигурата.

Ценеров диод като еталон за напрежение

Транзистор като сериен проходен елемент, използван за разсейване на допълнителна енергия като топлинна SOA защита (безопасна работна зона) и радиаторът се използва за термична защита в случай на прекомерно напрежение на захранването. Като цяло, регулаторът IC7805 може да издържи напрежение от 7,2 V до 35 V и дава максимална ефективност от 7,2 V напрежение и ако напрежението надвишава 7,2 V, тогава има загуба на енергия под формата на топлина. За да се предпази регулаторът от прегряване, се осигурява термична защита с помощта на радиатор. По този начин се получава 5V DC от 230V AC мощност.

Можем директно да преобразуваме 230V AC в 5V DC, без да използваме трансформатор, но може да се наложи диоди с висок рейтинг и други компоненти, които дават по-малка ефективност. Ако имаме 230V DC захранване, тогава можем да преобразуваме 230V DC в 5V DC, като използваме DC-DC конвертор.

230v към 5v DC-DC Buck Converter:

Нека започнем с веригата за захранване с регулиран DC, проектирана с помощта на DC-DC конвертор. Ако имаме 230V DC захранване, тогава можем да използваме DC-DC конвертор за преобразуване на 230V DC в 5V DC захранване. DC-DC конверторът се състои от кондензатор, MOSFET, ШИМ контрол , Диоди и индуктори. Основната топология на DC-DC конвертор е показана на фигурата по-долу.

DC към DC Buck Converter

Спадът на напрежението в индуктора и промените в електрическия ток, протичащ през устройството, са пропорционални един на друг. Следователно преобразувателят на долари работи на принципа на енергията, съхранявана в индуктор. The мощност полупроводник MOSFET или IGBT, използван като превключващ елемент, може да се използва за редуване на веригата на преобразувател на долар между две различни състояния чрез затваряне или отваряне и изключване или включване с помощта на превключващия елемент. Ако превключвателят е включен, тогава се създава потенциал в индуктора поради ускоряващ ток, който ще се противопостави на захранващото напрежение, като по този начин ще се намали полученото изходно напрежение. Тъй като диодът е обратен пристрастен, през диода няма да тече ток.

Ако превключвателят е отворен, токът през индуктора прекъсва внезапно и диодът започва проводимост, като по този начин се осигурява обратен път към тока на индуктора. Спадът на напрежението в захранвания индуктор се обръща, което може да се счита за основен източник на изходна мощност по време на този цикъл на превключване и това се дължи на тази бърза промяна в текущия поток. Съхранената енергия на индуктора непрекъснато се доставя към товара и по този начин токът на индуктора ще започне да спада, докато токът се повиши до предишната си стойност или следващото включено състояние. Продължаването на подаването на енергия към товара води до спадане на тока на индуктора, докато токът се повиши до предишната си стойност. Това явление се нарича пулсация на изхода, която може да бъде намалена до приемлива стойност с помощта на изглаждащ кондензатор успоредно с изхода. Поради това, DC-DC преобразувател действа като понижаващ преобразувател.

“система с отворен цикъл срещу затворен цикъл ”

DC към DC понижаващ преобразувател с PWM Cotrol

Фигурата показва принципа на работа на понижаващия преобразувател DC към DC, управляван с PWM осцилатор за високочестотно превключване и обратна връзка е свързана с усилвател за грешка.

Цялата вградена система базирана проекти за електроника изискват фиксиран или регулируем регулатор на напрежението, който се използва за осигуряване на необходимото захранване на електрическите и електронните схеми или комплекти. Има много усъвършенствани автоматични регулатори на напрежение, способни да регулират автоматично изходното напрежение въз основа на критериите за приложение. За повече техническа помощ относно веригата за захранване и конвертора за понижаване, моля, публикувайте вашите запитвания като коментари в раздела за коментари по-долу.