Každé elektrické a elektronické zařízení, které používáme v každodenním životě, bude vyžadovat napájení. Obecně používáme střídavé napájení 230 V 50 Hz, ale tento výkon je třeba změnit do požadované podoby s požadovanými hodnotami nebo rozsahem napětí pro zajištění napájení různých typů zařízení. Existují různé typy výkonových elektronických převaděčů, jako je převaděč sestupný, zesilovač převodníku, stabilizátor napětí, převodník AC na DC, převodník DC na DC, převodník DC na AC atd. Zvažte například mikrokontroléry, které se často používají pro vývoj mnoha projekty založené na vestavěných systémech a soupravy používané v aplikacích v reálném čase. Tyto mikrokontroléry vyžadují napájení 5 V DC, takže AC 230 V je třeba převést na 5 V DC pomocí redukčního převodníku v jejich napájecím obvodu.
Napájecí obvod
Sestupujte obvod převodníku
Napájecí obvod, samotný název naznačuje, že tento obvod se používá k napájení jiných elektrických a elektronických obvodů nebo zařízení. Existují různé typy napájení obvody založené na výkonu, který se používají k zajištění zařízení. Například se používají obvody založené na mikrokontroléru, obvykle 5V DC regulované napájecí obvody, které mohou být navrženy pomocí různých technik pro převod dostupného 230V střídavého proudu na 5V DC. Převaděče s výstupním napětím menším než vstupní napětí se obecně nazývají převodníky s postupným snižováním.
4 kroky k převodu 230V AC na 5V DC
1. Snižte úroveň napětí
Krokové převodníky se používají pro převod vysokého napětí na nízké napětí. Převodník s výstupním napětím menším než je vstupní napětí se nazývá sestupný převodník a převodník s výstupním napětím větším než vstupní napětí se nazývá zesilovač. K dispozici jsou zesilovací a sestupné transformátory, které se používají ke zvýšení nebo snížení úrovní napětí. 230V AC se převádí na 12V AC pomocí transformátoru sestupného proudu. 12V výstup krokového transformátoru je hodnota RMS a jeho špičková hodnota je dána součinem druhé odmocniny dvou s hodnotou RMS, což je přibližně 17V.
Sestupný transformátor
Sestupný transformátor se skládá ze dvou vinutí, jmenovitě primárního a sekundárního vinutí, kde primární může být navrženo pomocí vodiče s menším průřezem a větším počtem závitů, protože se používá k přenosu nízkonapěťového vysokonapěťového napájení, a sekundárního vinutí pomocí vodič vysokého rozměru s menším počtem závitů, protože se používá k přenosu silnoproudého nízkonapěťového napájení. Transformátory pracují na principu Faradayových zákonů elektromagnetické indukce.
2. Převeďte AC na DC
Napájení 230V AC se převádí na 12V AC (hodnota 12V RMS, kde špičková hodnota je kolem 17V), ale požadovaný výkon je pro tento účel 5V DC, 17V AC výkon musí být primárně přeměněn na stejnosměrný proud, pak může být snížen na 5 V ss. Ale v první řadě musíme vědět, jak převést AC na DC? Střídavé napětí lze převést na stejnosměrné pomocí jednoho z výkonové elektronické převodníky nazývá se usměrňovač. Existují různé typy usměrňovačů, jako je napůlvlnný usměrňovač, plnovlnný usměrňovač a můstkový usměrňovač. Vzhledem k výhodám můstkového usměrňovače oproti polovičnímu a plnému vlnovému usměrňovači se můstkový usměrňovač často používá pro převod střídavého proudu na stejnosměrný.
Přemosťovací usměrňovač
Můstkový usměrňovač sestává ze čtyř diod, které jsou spojeny ve formě můstku. Víme, že dioda je nekontrolovaný usměrňovač, který bude provádět pouze dopředné předpětí a nebude provádět během zpětného předpětí. Pokud je napětí diody na anodě větší než napětí na katodě, pak se o diodě říká, že je v předpětí. Během kladného polovičního cyklu budou fungovat diody D2 a D4 a během záporného polovičního cyklu diody D1 a D3. AC se tedy převádí na DC, přičemž získaný není čistý DC, protože se skládá z pulzů. Proto se nazývá pulzující stejnosměrný výkon. Pokles napětí na diodách je (2 * 0,7 V) 1,4 V, proto je špičkové napětí na výstupu tohoto obvodu zesilovače přibližně 15 V (17–1,4).
3. Vyhlazení vlnky pomocí filtru
15V DC lze regulovat na 5V DC pomocí sestupného převodníku, ale předtím je nutné získat čistý stejnosměrný výkon. Výstupem diodového můstku je stejnosměrný proud skládající se z vln nazývaných také pulzující stejnosměrný proud. Tento pulzující stejnosměrný proud lze filtrovat pomocí indukčního filtru nebo kondenzátorového filtru nebo filtru spojeného s odporem a kondenzátorem pro odstranění zvlnění. Zvažte kondenzátorový filtr, který se ve většině případů často používá k vyhlazení.
Filtr
Víme, že kondenzátor je prvek akumulující energii. V okruhu kondenzátor ukládá energii zatímco se vstup zvyšuje z nuly na špičkovou hodnotu a zatímco napájecí napětí klesá ze špičkové hodnoty na nulu, kondenzátor se začne vybíjet. Toto nabíjení a vybíjení kondenzátoru způsobí, že pulzující DC bude čistý DC, jak je znázorněno na obrázku.
4. Regulace 12V DC na 5V DC pomocí regulátoru napětí
Napětí 15 V DC lze snížit na napětí 5 V DC pomocí stejnosměrného převodníku s názvem as regulátor napětí IC7805. První dvě číslice „78“ regulátoru napětí IC7805 představují kladné regulátory napětí a poslední dvě číslice „05“ představují výstupní napětí regulátoru napětí.
Interní blokové schéma regulátoru napětí IC7805
Blokové schéma regulátoru napětí IC7805 je znázorněno na obrázku, který se skládá z operačního zesilovače fungujícího jako chybový zesilovač, zenerova dioda používaná k poskytování reference napětí , jak je znázorněno na obrázku.
Zenerova dioda jako referenční napětí
Tranzistor jako prvek sériového průchodu používaný k odvádění extra energie jako tepelná ochrana SOA (bezpečná provozní oblast) a chladič se používá k tepelné ochraně v případě nadměrného napájecího napětí. Regulátor IC7805 obecně vydrží napětí v rozmezí od 7,2 V do 35 V a poskytuje maximální účinnost napětí 7,2 V, a pokud napětí překročí 7,2 V, dojde ke ztrátě energie ve formě tepla. K ochraně regulátoru před přehřátím je poskytována tepelná ochrana pomocí chladiče. Z napájení 230 V střídavého proudu se tedy získá 5 V DC.
Můžeme přímo převést 230V AC na 5V DC bez použití transformátoru, ale můžeme vyžadovat vysoce výkonné diody a další součásti, které poskytují nižší účinnost. Pokud máme napájecí zdroj 230 V DC, můžeme převést 230 V DC na 5 V DC pomocí převodníku DC-DC.
Převodník 230V na 5V DC-DC Buck:
Začněme s DC regulovaným napájecím obvodem navrženým pomocí DC-DC buck převodníku. Pokud máme napájecí zdroj 230V DC, můžeme použít DC-DC buck převodník pro převod 230V DC na 5V DC napájecí zdroj. Převodník DC-DC se skládá z kondenzátorů, MOSFET, Ovládání PWM , Diody a induktory. Základní topologie převaděče DC-DC je uvedena na následujícím obrázku.
Převodník DC na DC Buck
Pokles napětí na induktoru a změny elektrického proudu protékajícího zařízením jsou navzájem úměrné. Buck převodník tedy pracuje na principu energie uložené v induktoru. The výkonový polovodičový MOSFET nebo IGBT použité jako spínací prvek lze použít ke střídání obvodu převodníku buck mezi dvěma různými stavy zavřením nebo otevřením a vypnutím nebo zapnutím pomocí spínacího prvku. Pokud je spínač v zapnutém stavu, vytvoří se potenciál přes induktor v důsledku náběhového proudu, který bude bránit napájecímu napětí, čímž sníží výsledné výstupní napětí. Jelikož je dioda předpjatá, nebude diodou protékat žádný proud.
Pokud je spínač otevřený, pak proud induktorem se náhle přeruší a dioda začne vedení, čímž je zajištěna zpětná cesta k proudu induktoru. Pokles napětí na indukovaném cívce se zvrátí, což lze během tohoto spínacího cyklu považovat za primární zdroj výstupního výkonu, což je způsobeno touto rychlou změnou proudu. Uložená energie induktoru je nepřetržitě dodávána do zátěže, a proto proud induktoru začne klesat, dokud proud nevystoupí na předchozí hodnotu nebo na další zapnutý stav. Pokračování dodávání energie do zátěže vede k poklesu proudu induktoru, dokud proud nevystoupí na předchozí hodnotu. Tento jev se nazývá zvlnění výstupu, které lze snížit na přijatelnou hodnotu pomocí vyhlazovacího kondenzátoru paralelně s výstupem. Tím pádem, DC-DC převodník funguje jako převaděč.
Převodník DC na DC s redukcí pomocí PWM Cotrol
Obrázek ukazuje pracovní princip DC-DC sestupného převodníku řízeného pomocí PWM oscilátoru pro vysokofrekvenční spínání a zpětná vazba je spojena s chybovým zesilovačem.
Všechny vestavěné systémy založené projekty elektroniky vyžadují pevný nebo nastavitelný regulátor napětí, který se používá k zajištění požadovaného napájení elektrických a elektronických obvodů nebo souprav. Existuje mnoho pokročilých automatických regulátorů napětí schopných automaticky upravovat výstupní napětí na základě kritérií aplikace. Chcete-li získat další technickou pomoc týkající se napájecího obvodu a sestupného převodníku, pošlete své dotazy jako komentáře v níže uvedené sekci komentářů.
