Vsaka električna in elektronska naprava, ki jo uporabljamo v vsakdanjem življenju, bo zahtevala napajanje. Na splošno uporabljamo izmenično napajanje 230V 50Hz, vendar je treba to moč spremeniti v zahtevano obliko z zahtevanimi vrednostmi ali napetostnim razponom za oskrbo z različnimi vrstami naprav. Obstajajo različne vrste pretvornikov moči, kot so pretvornik navzdol, pretvornik, stabilizator napetosti, pretvornik izmeničnega toka v enosmerni tok, pretvornik enosmernega v enosmerni tok, pretvornik v enosmerni tok itd. Na primer, razmislite o mikrokrmilnikih, ki se pogosto uporabljajo za razvoj številnih vgrajenih sistemov in kompleti, ki se uporabljajo v aplikacijah v realnem času. Ti mikrokrmilniki potrebujejo napajanje 5V DC, zato je treba AC 230V pretvoriti v 5V DC s pomočjo navzdol pretvornika v njihovem napajalnem vezju.
Napajalni tokokrog
Step Down Converter Circuit
Napajalno vezje, že samo ime označuje, da se to vezje uporablja za napajanje drugih električnih in elektronskih vezij ali naprav. Obstajajo različni vrste napajanja vezja, ki temeljijo na moči, ki jo uporabljajo za zagotavljanje naprav. Na primer, uporabljajo se vezja na osnovi mikrokrmilnika, običajno 5V enosmerno regulirana napajalna vezja, ki jih je mogoče zasnovati z različnimi tehnikami za pretvorbo razpoložljive 230V AC moči v 5V DC moči. Na splošno pretvorniki z izhodno napetostjo, manjšo od vhodne napetosti, se imenujejo pretvorniki s padajočo napetostjo.
4 koraki za pretvorbo 230V AC v 5V DC
1. Korak navzdol
Prehodni pretvorniki se uporabljajo za pretvorbo visoke napetosti v nizko napetost. Pretvornik z izhodno napetostjo, manjšo od vhodne napetosti, se imenuje pretvornik za znižanje, pretvornik z izhodno napetostjo, večjo od vhodne napetosti, pa kot stopnjevalni pretvornik. Obstajajo transformatorji za povišanje in znižanje, ki se uporabljajo za stopnjevanje ali znižanje ravni napetosti. 230V AC se pretvori v 12V AC z uporabo padajočega transformatorja. Izhod 12V odstopnega transformatorja je efektivna vrednost in njegova najvišja vrednost je dobljena z zmnožkom kvadratnega korena iz dveh z efektivno vrednostjo, ki je približno 17V.
Odstopajoči transformator
Odstopajoči transformator je sestavljen iz dveh navitij, in sicer primarnega in sekundarnega navitja, pri čemer je primarno mogoče oblikovati z uporabo manjše žice z večjim številom zavojev, saj se uporablja za prenos nizkonapetostne visokonapetostne moči, in sekundarnega navitja z uporabo visokotlačna žica z manjšim številom zavojev, saj se uporablja za prenos visokonapetostne nizkonapetostne moči. Transformatorji delujejo po principu Faradayevih zakonov elektromagnetne indukcije.
2. Pretvori AC v DC
230 V izmenični tok se pretvori v 12 V izmenični tok (12 V efektivna vrednost, pri čemer je najvišja vrednost okoli 17 V), vendar je potrebna moč 5 V enosmernega toka, zato je treba 17 V izmenični tok v glavnem pretvoriti v enosmerni tok, nato pa ga lahko 5V DC. Najprej pa moramo vedeti, kako pretvoriti AC v DC? Napajalni tok lahko pretvorite v enosmerni tok z enim od pretvorniki moči imenovan usmernik. Obstajajo različne vrste usmernikov, kot so polvalni usmernik, polnovalni usmernik in mostni usmernik. Zaradi prednosti mostnega usmernika pred polovičnim in polnovalnim usmernikom se mostni usmernik pogosto uporablja za pretvorbo izmeničnega v enosmerni tok.
Mostni usmernik
Mostni usmernik je sestavljen iz štirih diod, ki so v obliki mostu povezane. Vemo, da je dioda nenadzorovani usmernik, ki bo vodil samo prednaklon in med vzvratnim prednapenjanjem ne bo. Če je anodna napetost diode večja od napetosti katode, naj bi bila dioda v prednaklonu. Med pozitivnim polovičnim ciklom bodo diode D2 in D4 izvajale, med negativnim polovičnim ciklom pa diode D1 in D3. Tako se AC tukaj pretvori v enosmerni tok, tako dobljeni ni čisti enosmerni tok, saj je sestavljen iz impulzov. Zato se imenuje pulzirajoča enosmerna moč. Toda padec napetosti na diodah je (2 * 0,7 V) 1,4 V, zato je največja napetost na izhodu tega usmerniškega vezja približno 15 V (17-1,4).
3. Izravnavanje valovanja s filtrom
15V DC je mogoče regulirati v 5V DC s pomočjo padajočega pretvornika, vendar je pred tem potrebno pridobiti čisto enosmerno moč. Izhod diodnega mostu je enosmerni tok, sestavljen iz valovanj, imenovanih tudi pulzirajoči enosmerni tok. Ta pulzirajoči enosmerni tok lahko filtriramo z uporabo induktorskega filtra ali kondenzatorskega filtra ali filtra, povezanega z uporom in kondenzatorjem, za odstranjevanje valov. Razmislite o kondenzatorskem filtru, ki se v večini primerov pogosto uporablja za glajenje.
Filter
Vemo, da je kondenzator element za shranjevanje energije. V vezju, kondenzator shranjuje energijo medtem ko se vhod poveča od nič na najvišjo vrednost in medtem ko se napajalna napetost z najvišje vrednosti zmanjša na nič, se kondenzator začne prazniti. S tem polnjenjem in praznjenjem kondenzatorja bo pulzirajoči enosmerni tok postal čist enosmerni tok, kot je prikazano na sliki.
4. Regulacija 12V DC v 5V DC z regulatorjem napetosti
15V enosmerno napetost lahko znižate na enosmerno napetost 5V z enosmernim pretvornikom, imenovanim kot regulator napetosti IC7805. Prvi dve števki '78' napetostnega regulatorja IC7805 predstavljata pozitivne serijske regulatorje napetosti, zadnji dve števki '05' pa izhodno napetost regulatorja napetosti.
Shema notranjega bloka napetosti regulatorja napetosti IC7805
Blokovni diagram napetostnega regulatorja IC7805 je prikazan na sliki in je sestavljen iz delujočega ojačevalnika, ki deluje kot ojačevalec napak, zener dioda, ki se uporablja za zagotavljanje referenčne napetosti , kot je prikazano na sliki.
Zenerjeva dioda kot referenca napetosti
Tranzistor kot serijski prehodni element, ki se uporablja za odvajanje dodatne energije kot toplotno zaščito SOA (varno delovno območje) in hladilnik se uporablja za toplotno zaščito v primeru prekomernih napajalnih napetosti. Na splošno lahko regulator IC7805 prenese napetost od 7,2 V do 35 V in daje največjo učinkovitost 7,2 V napetosti. Če napetost presega 7,2 V, pride do izgube energije v obliki toplote. Za zaščito regulatorja pred pregrevanjem je zagotovljena toplotna zaščita z uporabo hladilnega telesa. Tako dobimo 5V DC iz 230V AC moči.
230V AC lahko neposredno pretvorimo v 5V DC brez uporabe transformatorja, vendar bomo morda potrebovali visokokakovostne diode in druge komponente, ki bodo imele manjši izkoristek. Če imamo 230 V enosmernega napajanja, lahko 230 V enosmerni tok pretvorimo v 5 V enosmernega pretvornika.
230V v 5V DC-DC pretvornik:
Začnimo z DC-reguliranim napajalnim vezjem, zasnovanim z DC-DC pretvornikom. Če imamo 230V DC napajalnika, lahko za pretvorbo 230V DC v 5V DC napajanje uporabimo DC-DC pretvornik. DC-DC pretvornik je sestavljen iz kondenzatorja, MOSFET-a, Nadzor PWM , Diode in induktorji. Osnovna topologija DC-DC pretvornika je prikazana na spodnji sliki.
Pretvornik DC v DC Buck
Padec napetosti na induktorju in spremembe električnega toka, ki teče skozi napravo, so sorazmerne med seboj. Tako pretvornik dolarjev deluje na principu energije, shranjene v induktorju. The močni polprevodnik MOSFET ali IGBT, ki se uporablja kot preklopni element, se lahko uporablja za izmenično vezje pretvornika med dvema različnima stanjem, tako da zaprete ali odprete in izklopite ali vklopite s pomočjo preklopnega elementa. Če je stikalo v vklopljenem stanju, se na induktorju ustvari potencial zaradi vlivnega toka, ki bo nasprotoval napajalni napetosti in s tem zmanjšal nastalo izhodno napetost. Ker je dioda obratno pristranska, skozi diodo ne bo tekel tok.
Če je stikalo odprto, se tok skozi induktor nenadoma prekine in dioda začne s prevodnostjo, zato je zagotovljena povratna pot do toka induktorja. Padec napetosti na induktivnem induktorju se obrne, kar lahko med tem preklopnim ciklom štejemo za primarni vir izhodne moči, kar je posledica hitre spremembe sedanjega toka. Shranjena energija induktorja se neprekinjeno dovaja v obremenitev, zato bo tok induktorja začel upadati, dokler tok ne naraste na svojo prejšnjo vrednost ali naslednjo stanje vklopljenosti. Nadaljevanje dovajanja energije v obremenitev vodi do padca toka induktorja, dokler tok ne naraste na prejšnjo vrednost. Ta pojav se imenuje izhodno valovanje, ki ga lahko vzporedno z izhodom zmanjšamo na sprejemljivo vrednost z gladilnim kondenzatorjem. Tako DC-DC pretvornik deluje kot padajoči pretvornik.
DC v enosmerni pretvornik z uporabo PWM Cotrol
Na sliki je prikazano načelo delovanja pretvornika navzdol v enosmerni tok v krmiljeno s pomočjo PWM oscilatorja za visokofrekvenčno preklapljanje in povratna informacija je povezana z ojačevalnikom napak.
Vsi vgrajeni sistem temelji elektronski projekti zahtevajo fiksni ali nastavljiv regulator napetosti, ki se uporablja za oskrbo z električnimi in elektronskimi vezji ali kompleti. Obstaja veliko naprednih samodejnih regulatorjev napetosti, ki lahko samodejno prilagodijo izhodno napetost na podlagi meril uporabe. Za več tehnične pomoči glede napajalnega vezja in pretvornika navzdol pošljite svoja vprašanja kot komentarje v spodnjem oddelku za komentarje.
