Каждое электрическое и электронное устройство, которое мы используем в повседневной жизни, требует источника питания. Как правило, мы используем источник переменного тока 230 В, 50 Гц, но эту мощность необходимо преобразовать в требуемую форму с требуемыми значениями или диапазоном напряжения для обеспечения питания различных типов устройств. Существуют различные типы силовых электронных преобразователей, такие как понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, стабилизатор напряжения, преобразователь переменного тока в постоянный, преобразователь постоянного тока в постоянный, преобразователь постоянного тока в переменный и так далее. Например, рассмотрим микроконтроллеры, которые часто используются для разработки многих проекты на базе встроенных систем и комплекты, используемые в приложениях реального времени. Эти микроконтроллеры требуют питания 5 В постоянного тока, поэтому 230 В переменного тока необходимо преобразовать в 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя в их цепи питания.
Цепь источника питания
Схема понижающего преобразователя
Схема источника питания, само название указывает на то, что эта схема используется для подачи питания на другие электрические и электронные схемы или устройства. Они разные типы источников питания схемы, основанные на мощности, которую они используются для обеспечения устройств. Например, используются схемы на основе микроконтроллера, обычно это схемы регулируемого источника питания 5 В постоянного тока, которые могут быть спроектированы с использованием различных методов для преобразования имеющейся мощности 230 В переменного тока в мощность 5 В постоянного тока. Обычно преобразователи с выходным напряжением меньше входного напряжения называются понижающими преобразователями.
4 шага по преобразованию 230 В переменного тока в 5 В постоянного тока
1. Понизьте уровень напряжения.
Понижающие преобразователи используются для преобразования высокого напряжения в низкое. Преобразователь с выходным напряжением меньше входного напряжения называется понижающим преобразователем, а преобразователь с выходным напряжением больше входного напряжения называется повышающим преобразователем. Существуют повышающие и понижающие трансформаторы, которые используются для повышения или понижения уровней напряжения. 230 В переменного тока преобразуется в 12 В переменного тока с помощью понижающего трансформатора. Выход 12 В понижающего трансформатора представляет собой среднеквадратичное значение, а его пиковое значение определяется как произведение квадратного корня из двух на среднеквадратичное значение, которое составляет приблизительно 17 В.
Понижающий трансформатор
Понижающий трансформатор состоит из двух обмоток, а именно первичной и вторичной обмоток, где первичная обмотка может быть спроектирована с использованием провода меньшего сечения с большим количеством витков, поскольку он используется для передачи слаботочной высоковольтной энергии, а вторичная обмотка использует провод большого сечения с меньшим числом витков, так как он используется для передачи сильноточной низковольтной энергии. Трансформаторы работают по принципу законов электромагнитной индукции Фарадея.
2. Преобразование переменного тока в постоянный.
Мощность 230 В переменного тока преобразуется в 12 В переменного тока (среднеквадратичное значение 12 В, пиковое значение которого составляет около 17 В), но для этой цели требуется мощность 5 В постоянного тока, мощность 17 В переменного тока должна быть в первую очередь преобразована в мощность постоянного тока, затем ее можно понизить до 5 В постоянного тока. Но прежде всего мы должны уметь преобразовывать переменный ток в постоянный? Мощность переменного тока можно преобразовать в постоянный ток с помощью одного из силовые электронные преобразователи называется Rectifier. Существуют различные типы выпрямителей, такие как однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель и мостовой выпрямитель. Благодаря преимуществам мостового выпрямителя над полуволновым и двухполупериодным выпрямителями, мостовой выпрямитель часто используется для преобразования переменного тока в постоянный.
Мостовой выпрямитель
Мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, соединенных в виде моста. Мы знаем, что диод - это неуправляемый выпрямитель, который будет проводить только прямое смещение и не будет проводить во время обратного смещения. Если анодное напряжение диода больше катодного напряжения, то говорят, что диод находится в прямом смещении. Во время положительного полупериода диоды D2 и D4 будут проводить, а во время отрицательного полупериода диоды D1 и D3 будут проводить. Таким образом, переменный ток преобразуется в постоянный ток, здесь полученный не является чистым постоянным током, поскольку он состоит из импульсов. Следовательно, это называется пульсирующей мощностью постоянного тока. Но падение напряжения на диодах составляет (2 * 0,7 В) 1,4 В, поэтому пиковое напряжение на выходе этой схемы выпрямителя составляет примерно 15 В (17-1,4).
3. Сглаживание ряби с помощью фильтра.
15 В постоянного тока можно преобразовать в 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя, но перед этим необходимо получить чистую мощность постоянного тока. Выход диодного моста - это постоянный ток, состоящий из пульсаций, также называемый пульсирующим постоянным током. Этот пульсирующий постоянный ток можно отфильтровать с помощью индуктивного фильтра, конденсаторного фильтра или фильтра с резистивно-конденсаторной связью для удаления пульсаций. Рассмотрим конденсаторный фильтр, который в большинстве случаев часто используется для сглаживания.
Фильтр
Мы знаем, что конденсатор - это элемент накопления энергии. В цепи, конденсатор накапливает энергию в то время как входное значение увеличивается от нуля до пикового значения, и пока напряжение питания уменьшается с пикового значения до нуля, конденсатор начинает разряжаться. Эта зарядка и разрядка конденсатора превратят пульсирующий постоянный ток в чистый постоянный ток, как показано на рисунке.
4. Преобразование 12 В постоянного тока в 5 В постоянного тока с помощью регулятора напряжения.
Напряжение 15 В постоянного тока может быть понижено до напряжения 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя постоянного тока, называемого регулятор напряжения IC7805. Первые две цифры «78» регулятора напряжения IC7805 представляют регуляторы напряжения положительной серии, а последние две цифры «05» представляют выходное напряжение регулятора напряжения.
Внутренняя блок-схема регулятора напряжения IC7805
Блок-схема регулятора напряжения IC7805, показанная на рисунке, состоит из операционного усилителя, действующего как усилитель ошибки, стабилитрон используется для обеспечения опорного напряжения , как показано на рисунке.
Стабилитрон в качестве опорного напряжения
Транзистор в качестве последовательного элемента, используемого для рассеивания дополнительной энергии в качестве тепловой защиты SOA (безопасная рабочая зона) и радиатор используются для тепловой защиты в случае чрезмерного напряжения питания. В целом, регулятор IC7805 может выдерживать напряжение в диапазоне от 7,2 В до 35 В и обеспечивает максимальную эффективность 7,2 В, а если напряжение превышает 7,2 В, то происходит потеря энергии в виде тепла. Для защиты регулятора от перегрева предусмотрена тепловая защита с помощью радиатора. Таким образом, напряжение 5 В постоянного тока получается от источника переменного тока 230 В.
Мы можем напрямую преобразовать 230 В переменного тока в 5 В постоянного тока без использования трансформатора, но нам могут потребоваться высокопроизводительные диоды и другие компоненты, которые обеспечивают меньшую эффективность. Если у нас есть источник питания 230 В постоянного тока, то мы можем преобразовать 230 В постоянного тока в 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный.
Понижающий преобразователь постоянного тока 230 В в 5 В:
Давайте начнем со схемы источника питания постоянного тока, разработанной с использованием понижающего преобразователя постоянного тока. Если у нас есть источник питания 230 В постоянного тока, то мы можем использовать понижающий преобразователь постоянного тока для преобразования 230 В постоянного тока в источник питания 5 В постоянного тока. Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный состоит из конденсатора, полевого МОП-транзистора, ШИМ управление , Диоды и индукторы. Базовая топология понижающего преобразователя постоянного тока показана на рисунке ниже.
Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный
Падение напряжения на катушке индуктивности и изменения электрического тока, протекающего через устройство, пропорциональны друг другу. Следовательно, понижающий преобразователь работает по принципу энергии, запасенной в катушке индуктивности. В силовой полупроводниковый МОП-транзистор или IGBT, используемый в качестве переключающего элемента, может использоваться для переключения схемы понижающего преобразователя между двумя различными состояниями путем замыкания или размыкания и выключения или включения с использованием переключающего элемента. Если переключатель находится во включенном состоянии, то на индукторе создается потенциал из-за пускового тока, который будет противодействовать напряжению питания, тем самым уменьшая результирующее выходное напряжение. Поскольку диод смещен в обратном направлении, ток через диод не течет.
Если переключатель разомкнут, то ток через индуктор внезапно прерывается, и диод начинает проводить ток, таким образом обеспечивается обратный путь для тока индуктора. Падение напряжения на катушке индуктивности, находящейся под напряжением, меняется на противоположное, что можно рассматривать как основной источник выходной мощности в течение этого цикла переключения, и это связано с быстрым изменением тока. Накопленная энергия индуктора непрерывно передается в нагрузку, и, таким образом, ток индуктора начнет падать до тех пор, пока ток не достигнет своего предыдущего значения или следующего включенного состояния. Продолжение подачи энергии к нагрузке приводит к падению тока индуктора до тех пор, пока ток не достигнет своего предыдущего значения. Это явление называется пульсацией на выходе, которую можно уменьшить до приемлемого значения, используя сглаживающий конденсатор параллельно выходу. Таким образом, Преобразователь постоянного тока в постоянный действует как понижающий преобразователь.
Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный с использованием PWM Cotrol
На рисунке показан принцип работы понижающего преобразователя постоянного тока, управляемого с помощью генератора ШИМ для высокочастотного переключения, а обратная связь связана с усилителем ошибки.
Все встроенные системы на основе проекты электроники требуется фиксированный или регулируемый регулятор напряжения, который используется для обеспечения необходимого питания электрических и электронных схем или комплектов. Существует множество современных автоматических регуляторов напряжения, способных автоматически регулировать выходное напряжение в соответствии с критериями применения. Для получения дополнительной технической помощи относительно схемы источника питания и понижающего преобразователя, отправляйте свои запросы в виде комментариев в разделе комментариев ниже.
