Minden elektromos és elektronikus eszközhöz, amelyet a mindennapi életünk során használunk, tápellátásra van szükség. Általában 230 V 50 Hz-es váltakozó áramú tápfeszültséget használunk, de ezt a teljesítményt a szükséges formára kell cserélni a szükséges értékekkel vagy feszültségtartományokkal a különböző típusú készülékek áramellátásának biztosításához. Különböző típusú elektromos áramátalakítók léteznek, például fokozatmentes átalakító, fokozatos átalakító, feszültségstabilizátor, váltakozó áramú átalakító, egyenáram-átalakító, egyenáram-váltó átalakító stb. Vegyük például figyelembe azokat a mikrovezérlőket, amelyeket gyakran használnak sokak fejlesztéséhez beágyazott rendszerek alapú projektjei és valós idejű alkalmazásokban használt készletek. Ezeknek a mikrovezérlőknek 5 V DC tápellátásra van szükségük, ezért az AC 230 V-ot 5 V DC-vé kell átalakítani az áramellátási áramkörükben levő átalakító segítségével.
Tápfeszültség áramkör
Lépjen le az átalakító áramkörről
Tápfeszültség áramkör, maga a név is jelzi, hogy ezt az áramkört más elektromos és elektronikus áramkörök vagy eszközök áramellátására használják. Vannak különböző áramellátás típusai áramkörök az eszközök biztosításához használt teljesítmény alapján. Például a mikrovezérlő alapú áramköröket, általában az 5 V DC szabályozott táp áramköröket használják, amelyek különböző technikák alkalmazásával megtervezhetők a rendelkezésre álló 230 V váltakozó áram 5 V egyenárammá történő átalakítására. Általában a bemeneti feszültségnél kisebb kimeneti feszültségű átalakítókat lépcsőzetes átalakítóknak hívják.
4 lépés a 230 V AC átalakítására 5 V DC-re
1. Lépjen lejjebb a feszültségszintről
A fokozatmentes konvertereket arra használják, hogy a nagyfeszültséget alacsony feszültséggé alakítsák. A konvertert, amelynek kimeneti feszültsége kisebb, mint a bemeneti feszültség, lépcsőzetes átalakítónak hívják, és a konvertert, amelynek kimeneti feszültsége nagyobb, mint a bemeneti feszültség, fokozatmentes átalakítónak hívják. Vannak fokozatos és lefelé transzformátorok, amelyek a feszültségszintek fokozására vagy csökkentésére szolgálnak. A 230 V-os váltakozó áramot 12 V-os váltóárammá alakítják egy csökkentett transzformátor segítségével. A lépcsőzetes transzformátor 12 V-os kimenete RMS-érték, és a csúcsértékét a négyzetgyök szorzata adja, RMS-értékkel, amely megközelítőleg 17 V.
Léptető transzformátor
A leengedett transzformátor két tekercsből áll, nevezetesen elsődleges és szekunder tekercsekből, amelyeknél az elsődleges kialakítás egy kisebb nyomtávú huzallal lehetséges, amelynek több fordulata van, mivel alacsony áramú nagyfeszültségű áram szállítására szolgál, és a szekunder tekercs egy nagy nyomtávú huzal kevesebb fordulattal, mivel nagy áramú kisfeszültségű áram szállítására szolgál. A transzformátorok Faraday elektromágneses indukciós törvényeinek elvén működnek.
2. Átalakítsa az AC-t DC-vé
A 230 V váltóáramot 12 V váltóárammá alakítják (12 V RMS érték, ahol a csúcsérték 17 V körül van), de a szükséges teljesítmény 5 V DC erre a célra, a 17 V váltakozó áramú áramot elsősorban egyenárammá kell alakítani, majd lecsökkenthető a 5V DC. De mindenekelőtt tudnunk kell, hogyan kell átalakítani az AC-t DC-vé? A váltóáramú áram egyenárammá alakítható a következők egyikével elektromos elektronikus átalakítók egyenirányítónak hívják. Különböző típusú egyenirányítók léteznek, például félhullámú egyenirányító, teljes hullámú egyenirányító és hídirányító. A híd egyenirányítónak a fél és a teljes hullámú egyenirányítóval szembeni előnyei miatt a híd egyenirányítót gyakran használják az AC váltakozására DC-vé.
Híd egyenirányító
Hídirányító négy diódából áll, amelyek híd formájában vannak összekötve. Tudjuk, hogy a dióda egy nem ellenőrzött egyenirányító, amely csak előre irányított előfeszítést fog végrehajtani, és a fordított előfeszítés során nem fog vezetni. Ha a dióda-anód feszültsége nagyobb, mint a katód-feszültség, akkor a dióda előre irányú. A pozitív fél ciklus alatt a D2 és D4 diódák, a negatív fél ciklusban pedig a D1 és D3 diódák vezetnek. Így az AC átalakul DC-vé itt a kapott nem tiszta DC, mivel impulzusokból áll. Ezért lüktető egyenáramként hívják. De a diódákon a feszültségesés (2 * 0,7 V) 1,4 V, ezért a csúcsfeszültség ezen retifier áramkör kimenetén kb. 15V (17-1,4).
3. A hullámosságok simítása a Filter segítségével
A 15 V DC-t 5 V DC-re lehet szabályozni egy lépcsős átalakítóval, de ezt megelőzően meg kell kapni a tiszta egyenáramot. A diódahíd kimenete egy egyenfeszültség, amely hullámokból áll, más néven pulzáló DC-ként. Ezt a pulzáló egyenáramot lehet szűrni induktív szűrő, kondenzátorszűrő vagy ellenállás-kondenzátorral összekapcsolt szűrő segítségével a hullámok eltávolításához. Vegyünk egy kondenzátorszűrőt, amelyet a legtöbb esetben gyakran használnak simításhoz.
Szűrő
Tudjuk, hogy a kondenzátor energiatároló elem. Az áramkörben kondenzátor tárolja az energiát míg a bemenet nulláról csúcsértékre növekszik, és miközben a tápfeszültség csúcsértékről nullára csökken, a kondenzátor kisütni kezd. A kondenzátor ezen feltöltése és kisütése a pulzáló DC-t tiszta DC-vé teszi, amint az az ábrán látható.
4. A 12 V DC-t 5 V DC-re kell szabályozni a feszültségszabályozóval
A 15V DC feszültséget 5V DC feszültségre lehet csökkenteni egy DC nevű DC lépcsős átalakítóval feszültségszabályozó IC7805. Az IC7805 feszültségszabályozó első két „78” számjegye pozitív soros feszültségszabályozókat, az utolsó két számjegy pedig: „05” a feszültségszabályozó kimeneti feszültségét jelenti.
IC7805 feszültségszabályozó belső blokkdiagramja
Az ábra mutatja az IC7805 feszültségszabályozó blokkdiagramját egy hibaerősítőként működő működési erősítőből, zener dióda, amelyet feszültségreferencia biztosítására használnak , az ábrán látható módon.
Zener dióda, mint feszültség referencia
Tranzisztor - mint soros átmeneti elem, amelyet extra energia elvezetésére használnak, mint hő SOA védelem (biztonságos működési terület) és hűtőbordát használnak hővédelemre túlzott tápfeszültség esetén. Általában az IC7805 szabályozó képes ellenállni a 7,2 V és 35 V közötti feszültségnek, és maximális hatékonyságot ad 7,2 V feszültségnek, és ha a feszültség meghaladja a 7,2 V feszültséget, akkor hőveszteség keletkezik. A szabályozó túlmelegedés elleni védelme érdekében a hővédelmet hűtőborda segítségével biztosítják. Így 5 V DC-t kapunk 230 V-os váltakozó áramú áramból.
Transzformátor használata nélkül közvetlenül átalakíthatjuk a 230 V AC-ot 5 V-os DC-vé, de szükségünk lehet magas besorolású diódákra és más, kevesebb hatékonyságot biztosító alkatrészekre. Ha 230 V DC tápellátásunk van, akkor a 230 V DC-t 5 V DC-vé alakíthatjuk át egy DC-DC buck átalakítóval.
230 V-5 V DC-DC Buck Converter:
Kezdjük az egyenáramú szabályozott tápfeszültség áramkörrel, amelyet egy DC-DC bak átalakító segítségével terveztünk. Ha 230 V DC tápegységgel rendelkezünk, akkor egy DC-DC buck konvertert használhatunk a 230 V DC átalakítására 5 V DC tápfeszültségre. A DC-DC buck konverter kondenzátorból, MOSFET-ből, PWM vezérlés , Diódák és induktivitások. A DC-DC buck konverter alapvető topológiáját az alábbi ábra mutatja.
DC - DC Buck Converter
A feszültségesés az induktoron és az eszközön átáramló elektromos áram változásai arányosak egymással. Ezért a buck konverter az induktorban tárolt energia elvén működik. A teljesítmény félvezető MOSFET vagy a kapcsolóelemként használt IGBT használható a váltóáram-átalakító áramkör két különböző állapot közötti váltakozására a kapcsolóelem használatával a bezárással vagy kinyitással, illetve kikapcsolással vagy bekapcsolással. Ha a kapcsoló bekapcsolt állapotban van, akkor az induktoron potenciál keletkezik a beindulási áram miatt, amely szembeszáll a tápfeszültséggel, ezáltal csökkentve az eredő kimeneti feszültséget. Mivel a dióda fordított torzítású, a diódán nem áramlik áram.
Ha a kapcsoló nyitva van, akkor az induktoron átáramló áram hirtelen megszakad, és a dióda vezetést indít, így az induktor áramához visszatérési út vezet. A feszültségesés az feszültség alatt lévő induktoron megfordul, ami ebben a kapcsolási ciklusban elsődleges kimeneti áramforrásnak tekinthető, és ez az áramáramlás gyors változásának tudható be. Az induktor tárolt energiája folyamatosan jut a terheléshez, és így az induktor áramának csökkenése addig kezd, amíg az áram az előző vagy a következő bekapcsolt állapotra nem emelkedik. Az energia továbbadása a terheléshez az induktor áramának csökkenéséhez vezet, amíg az áram a korábbi értékére nem emelkedik. Ezt a jelenséget kimeneti hullámzásnak nevezzük, amelyet a kimenettel párhuzamosan egy simító kondenzátor alkalmazásával elfogadható értékre lehet csökkenteni. És így, DC-DC átalakító lépcsőzetes átalakítóként működik.
Egyenáramú DC-re váltó átalakító a PWM Cotrol segítségével
Az ábra a PWM oszcillátorral vezérelt DC-DC átalakító működési elvét mutatja be a nagyfrekvenciás kapcsoláshoz, és a visszacsatolás egy hibaerősítőhöz csatlakozik.
Az összes beágyazott rendszer alapú elektronikai projektek rögzített vagy állítható feszültségszabályozóra van szükség, amelyet az elektromos és elektronikus áramkörök vagy készletek szükséges ellátásához biztosítanak. Számos fejlett automatikus feszültségszabályozó létezik, amelyek képesek a kimeneti feszültség automatikus beállítására az alkalmazás kritériumai alapján. Ha további technikai segítséget szeretne kapni az áramellátási áramkörrel és az átalakítóval kapcsolatban, kérjük, tegye meg kérdéseit megjegyzésként az alábbi megjegyzés részben.
