Kroky na premenu 230V AC na 5V DC pomocou prevodníka kroku dole

Každé elektrické a elektronické zariadenie, ktoré používame v každodennom živote, bude vyžadovať napájanie. Všeobecne používame napájanie striedavým prúdom 230 V 50 Hz, ale tento výkon je potrebné zmeniť na požadovanú formu s požadovanými hodnotami alebo rozsahom napätia na zabezpečenie napájania rôznych typov zariadení. Existujú rôzne typy výkonových elektronických prevodníkov, ako napríklad stupňovitý prevodník, stupňový prevodník, stabilizátor napätia, prevodník AC na DC, prevodník DC na DC, prevodník DC na AC atď. Zvážte napríklad mikrokontroléry, ktoré sa často používajú na vývoj mnohých zabudovaných systémov a súpravy používané v aplikáciách v reálnom čase. Tieto mikrokontroléry vyžadujú napájanie 5 V ss., Takže 230 V str. Je potrebné previesť na 5 V ss. Pomocou redukcie v ich napájacom obvode.

Napájací obvod

Obvod redukčného prevodníka

Napájací obvod, samotný názov naznačuje, že tento obvod sa používa na napájanie ďalších elektrických a elektronických obvodov alebo zariadení. Existujú rôzne typy napájania obvody založené na výkone, ktorý sa používajú na zabezpečenie zariadení. Napríklad sa používajú obvody založené na mikrokontroléri, zvyčajne to sú regulované napájacie obvody s napätím 5V DC, ktoré je možné navrhnúť pomocou rôznych techník na prevod dostupného napätia 230V na 5V. Prevodníky s výstupným napätím menším ako vstupné napätie sa všeobecne nazývajú postupné prevodníky.

4 kroky na premenu 230V AC na 5V DC

1. Znížte úroveň napätia

Krokové prevodníky sa používajú na prevod vysokého napätia na nízke napätie. Prevodník s výstupným napätím menším ako vstupné napätie sa nazýva stupňovitý prevodník a prevodník s výstupným napätím vyšším ako vstupné napätie sa nazýva stupňový prevodník. Existujú zosilňovače a zosilňovače, ktoré sa používajú na zvýšenie alebo zníženie úrovní napätia. 230V AC sa prevádza na transformátor 12V pomocou stupňovitého transformátora. 12V výstup stupňovitého transformátora je RMS hodnota a jeho špičková hodnota je daná súčinom druhej odmocniny dvoch s RMS hodnotou, čo je približne 17V.

Transformátor s postupným znižovaním

Transformátor zostupu pozostáva z dvoch vinutí, menovite primárneho a sekundárneho vinutia, kde primárne môže byť navrhnuté pomocou drôtu menšieho rozchodu s väčším počtom závitov, ktorý sa používa na prenos slaboprúdového vysokého napätia, a sekundárneho vinutia pomocou drôt vysokého rozchodu s menším počtom závitov, ktorý sa používa na prenos silnoprúdového slaboprúdového napájania. Transformátory pracujú na princípe Faradayových zákonov elektromagnetickej indukcie.

2. Preveďte AC na DC

Napájanie 230 V AC sa prevádza na 12V AC (hodnota 12V RMS, kde špičková hodnota je okolo 17 V), ale požadovaný výkon je pre tento účel 5 V DC, 17 V AC musí byť primárne prevedené na jednosmerný prúd, potom je možné ho znížiť na 5 V ss. Ale v prvom rade musíme vedieť, ako prevádzať AC na DC? Sieťové napájanie je možné previesť na jednosmerný prúd pomocou jedného z nich výkonové elektronické meniče nazývaný ako usmerňovač. Existujú rôzne typy usmerňovačov, napríklad polovodičový usmerňovač, usmerňovač s plnou vlnou a mostíkový usmerňovač. Kvôli výhodám mostíkového usmerňovača oproti polovičnému a plnému vlnovému usmerňovaču sa mostíkový usmerňovač často používa na prevod striedavého prúdu na jednosmerný prúd.

Mostový usmerňovač

Mostový usmerňovač pozostáva zo štyroch diód, ktoré sú spojené vo forme mostíka. Vieme, že dióda je nekontrolovaný usmerňovač, ktorý bude vykonávať iba predpätie vpred a nebude vykonávať počas spätného predpätia. Pokiaľ je napätie anódy diódy väčšie ako napätie katódy, potom sa o dióde hovorí, že je v predpätí. Počas kladného pol cyklu budú prebiehať diódy D2 a D4 a počas záporného pol cyklu budú diódy D1 a D3. Takže AC sa tu prevádza na DC a získaný nie je čistý DC, pretože sa skladá z impulzov. Preto sa nazýva pulzujúci jednosmerný prúd. Ale pokles napätia na diódach je (2 * 0,7V) 1,4V, preto je špičkové napätie na výstupe tohto obvodu zosilňovača približne 15V (17-1,4).

3. Vyhladenie vlnky pomocou filtra

15 V ss. Je možné regulovať na 5 V ss pomocou redukčného prevodníka, ale predtým je potrebné získať čistý jednosmerný prúd. Výstupom diódového mostíka je jednosmerný prúd pozostávajúci z vlniek nazývaných tiež ako pulzujúci jednosmerný prúd. Tento pulzujúci jednosmerný prúd možno na odstránenie zvlnenia filtrovať pomocou indukčného filtra alebo kondenzátorového filtra alebo filtra spojeného s odporom a kondenzátorom. Zvážte kondenzátorový filter, ktorý sa vo väčšine prípadov často používa na vyhladenie.

Filtrovať

Vieme, že kondenzátor je prvok akumulujúci energiu. V okruhu kondenzátor ukladá energiu zatiaľ čo vstup stúpa z nuly na špičkovú hodnotu, a zatiaľ čo napájacie napätie klesá z maximálnej hodnoty na nulu, kondenzátor sa začne vybíjať. Toto nabitie a vybitie kondenzátora spôsobí, že z pulzujúceho jednosmerného prúdu bude čistý jednosmerný prúd, ako je to znázornené na obrázku.

4. Regulácia 12V DC na 5V DC pomocou regulátora napätia

Napätie 15 V ss. Je možné znižovať na 5 V ss. Pomocou jednosmerného redukčného prevodníka s názvom ako regulátor napätia IC7805. Prvé dve číslice „78“ regulátora napätia IC7805 predstavujú kladné sériové regulátory napätia a posledné dve číslice „05“ predstavujú výstupné napätie regulátora napätia.

Interný blokový diagram regulátora napätia IC7805

Bloková schéma regulátora napätia IC7805 je znázornená na obrázku, ktorý pozostáva z operačného zosilňovača fungujúceho ako chybový zosilňovač, zenerova dióda používaná na zabezpečenie referencie napätia , ako je to znázornené na obrázku.

Zenerova dióda ako referencia napätia

Tranzistor ako sériový priechodný prvok používaný na rozptýlenie extra energie ako tepelná ochrana SOA (bezpečná prevádzková oblasť) a na tepelnú ochranu sa používajú chladič v prípade nadmerného napájacieho napätia. Regulátor IC7805 vo všeobecnosti vydrží napätie v rozmedzí od 7,2 V do 35 V a poskytuje maximálnu účinnosť 7,2 V napätia. Ak napätie prekročí 7,2 V, potom dôjde k strate energie vo forme tepla. Na ochranu regulátora pred nadmerným teplom je poskytnutá tepelná ochrana pomocou chladiča. Takto sa 5V DC získava z napájania 230V AC.

Môžeme priamo prevádzať 230V AC na 5V DC bez použitia transformátora, ale môžeme vyžadovať vysoko hodnotné diódy a ďalšie komponenty, ktoré poskytujú menšiu účinnosť. Ak máme napájanie 230V DC, môžeme pomocou DC-DC buck prevodníka previesť 230V DC na 5V DC.

Prevodník 230V na 5V DC-DC Buck:

Začnime s jednosmerne regulovaným napájacím obvodom navrhnutým pomocou buck prevodníka DC-DC. Ak máme napájanie 230V DC, môžeme na konverziu napájania 230V DC na 5V DC použiť buck prevodník DC-DC. Prevodník DC-DC sa skladá z kondenzátorov, MOSFET, PWM riadenie , Diódy a tlmivky. Základná topológia prevodníka DC-DC je zobrazená na nasledujúcom obrázku.

Prevodník DC na DC Buck

Pokles napätia na induktore a zmeny elektrického prúdu prechádzajúceho zariadením sú navzájom úmerné. Preto prevodník buck pracuje na princípe energie uloženej v tlmivke. The výkonový polovodič MOSFET alebo IGBT použité ako spínací prvok možno použiť na striedanie obvodu prevodníka buck medzi dvoma rôznymi stavmi zatvorením alebo otvorením a vypnutím alebo zapnutím pomocou spínacieho prvku. Ak je spínač v zapnutom stave, vytvára sa cez induktor potenciál v dôsledku nábehového prúdu, ktorý bude pôsobiť proti napájaciemu napätiu, čím sa zníži výsledné výstupné napätie. Pretože dióda je spätne predpätá, nebude cez ňu prúdiť žiadny prúd.

Ak je spínač otvorený, potom prúd induktorom sa náhle preruší a dióda začne viesť, čím sa zabezpečí spätná cesta k prúdu induktora. Pokles napätia na indukovanom induktore sa zvráti, čo sa dá považovať za primárny zdroj výstupného výkonu počas tohto spínacieho cyklu, a je to spôsobené touto rýchlou zmenou toku prúdu. Uložená energia induktora sa nepretržite dodáva do záťaže, a preto prúd induktora začne klesať, kým prúd nevystúpi na svoju predchádzajúcu hodnotu alebo do nasledujúceho stavu zapnutia. Pokračovanie dodávania energie do záťaže vedie k poklesu prúdu induktora, kým prúd nevystúpi na svoju predchádzajúcu hodnotu. Tento jav sa nazýva zvlnenie výstupu, ktoré je možné znížiť na prijateľnú hodnotu pomocou vyhladzovacieho kondenzátora paralelne s výstupom. Preto Prevodník DC-DC funguje ako redukčný prevodník.

Prevodník DC na DC s redukciou pomocou PWM Cotrol

Na obrázku je znázornený princíp fungovania DC-DC krokového prevodníka riadeného pomocou PWM oscilátora na vysokofrekvenčné spínanie a spätná väzba je spojená s chybovým zosilňovačom.

Všetky založené na zabudovanom systéme projekty elektroniky vyžadujú pevný alebo nastaviteľný regulátor napätia, ktorý sa používa na zabezpečenie požadovaného napájania elektrických a elektronických obvodov alebo súprav. Existuje mnoho pokročilých automatických regulátorov napätia, ktoré sú schopné automaticky upravovať výstupné napätie na základe kritérií aplikácie. Ak potrebujete ďalšiu technickú pomoc ohľadne napájacieho obvodu a redukčného prevodníka, pošlite svoje dotazy ako komentáre v nasledujúcej sekcii komentárov.