Obwód konwertera prądu przemiennego na prąd stały

W dzisiejszych czasach prawie każda elektronika domowa działa na prąd stały (DC), ale prąd przemienny (AC) otrzymujemy z elektrowni za pośrednictwem linii przesyłowych, ponieważ prąd przemienny można przesyłać wydajniej niż prąd stały przy niższych kosztach. Tak więc każde urządzenie, które działa na prąd stały, ma obwód konwertera AC na DC. Wcześniej zbudowaliśmy ładowarkę do telefonu komórkowego 5 V, która ma również obwód konwertera AC-DC.

Istnieją głównie dwa typy konwerterów szeroko stosowane do celów konwersacyjnych AC-DC.

Jednym z nich jest tradycyjny konwerter liniowy oparty na transformatorze, który wykorzystuje prosty mostek diodowy, kondensator i regulator napięcia. Prosty mostek diodowy może być zbudowany albo z pojedynczym elementem półprzewodnikowym, takim jak DB107, albo z 4 niezależnymi diodami, takimi jak 1N4007. Inny typ konwertera jest tryb impulsowy lub przełącznik zasilania, który wykorzystuje wysokiej częstotliwości mały transformator i regulator przełączania, aby zapewnić wyjście DC.

W tym projekcie omówimy tradycyjną konstrukcję opartą na transformatorze, która wykorzystuje proste diody i kondensator do przekształcania prądu przemiennego w prąd stały oraz opcjonalny regulator napięcia do regulacji wyjściowego napięcia stałego. Projekt będzie polegał na zastosowaniu przetwornicy AC-DC z transformatorem o napięciu wejściowym 230V i wyjściu 12V 1A.

Wymagane składniki

1. transformator o wartości znamionowej 1 A 13 V.

2.4 szt.1N4007 diod

3. kondensator elektrolityczny 1000 uF o wartości znamionowej 25 V.

4. kilka pojedynczych drutów

5. płyta chlebowa

6.LDO lub liniowy regulator napięcia zgodnie ze specyfikacją (tutaj zastosowano LM2940).

7. multimetr do pomiaru napięcia.

Schemat obwodu i wyjaśnienie

Schemat tego obwodu przetwornika AC-DC jest prosty. Transformator służy do ustąpienia z 230V AC na 13V AC.

W tym przypadku zastosowano cztery diody prostownicze 1N4007 ogólnego przeznaczenia do ponownego wzmocnienia sygnału wejściowego AC. 1N4007 ma szczytowe powtarzalne napięcie wsteczne 1000 V ze średnim wyprostowanym prądem przewodzenia 1A. Te cztery diody są używane do konwersji sygnału wyjściowego 13 V AC przez transformator. Diody służą do wykonania konwertera mostkowego, który jest istotną częścią obwodu konwersji AC na DC. Aby dowiedzieć się więcej o obwodzie prostownika mostkowego, kliknij łącze.

Kondensator filtrujący, C1 jest dodawany za konwerterem mostkowym, aby wygładzić napięcie wyjściowe.

LDO, IC1 jest również podłączony do regulacji napięcia wyjściowego.

Działanie obwodu konwertera AC na DC

Transformator step-down służy do konwersji wysokiego napięcia przemiennego AC do niskiego napięcia. Transformator jest zamontowany na PCB i jest to 1-amperowy transformator 13-woltowy. Jednak podczas obciążenia napięcie transformatora spada o około 12,5-12,7 wolta.

Zasadniczą częścią obwodu jest mostek diodowy, który składa się z czterech diod. Dioda to elektroniczne urządzenie półprzewodnikowe, które przekształca prąd przemienny w prąd stały.

Przepływ prądu wewnątrz mostka diodowego można zobaczyć na poniższym obrazku.

Tutaj dwie diody D2 i D4 blokują ujemny szczyt prądu przemiennego i sprawiają, że prąd płynie w jednym kierunku. Jest to prostownik z pełnym mostkiem, co oznacza, że ​​mostek diodowy prostuje zarówno dodatnią, jak i ujemną wartość szczytową sygnału AC.

Duży kondensator C1 jest ładowany podczas konwersji i wygładza napięcie wyjściowe. Ale ostatecznie nie jest to regulowane napięcie wyjściowe. Tutaj regulacja napięcia jest wykonywana przez LDO, LM2940, który na schemacie jest IC1.

LDO, LM2940 to 3-pinowe urządzenie w obudowie TO220. LDO oznacza niskie napięcie zaniku. Schemat pinów można pokazać na poniższym obrazku.

Niektóre regulatory napięcia mają ograniczenia dotyczące napięcia wejściowego, które jest wymagane do zapewnienia gwarantowanej regulacji napięcia na wyjściu regulatora. W kilku regulatorach liniowych zaznaczono, że wymaga on minimum 2 woltów różnicy między napięciem wejściowym a wyjściowym, co oznacza, że ​​dla regulowanego wyjścia 12 V regulator wymaga co najmniej 14 V napięcia wejściowego dla gwarantowanego regulowanego napięcia wyjściowego 12 V. Ogólnie rzecz biorąc, regulatory napięcia o niskim spadku (LDO) wymagają bardzo minimalnych różnic napięcia między wejściem a wyjściem. Dla arkusza danych LM2940 wymagana jest minimalna różnica 0,5 V między wejściem a wyjściem. Użyliśmy regulatora LDO o stałym napięciu firmy Texas Instruments. LM2940, który ma napięcie wyjściowe 12 V.

Wynik można doskonale zobaczyć na poniższym obrazku.

Sprawdź całą pracę w filmie podanym na końcu.

Przetwornikowy przetwornik prądu przemiennego na prąd stały jest bardzo powszechny, gdy wymagana jest konwersja prądu przemiennego na prąd stały o wysokim napięciu. Najczęściej występuje w układach wzmacniaczy, różnych zasilaczach, stacjach lutowniczych, sprzęcie testującym itp.

Ograniczenia obwodu konwertera AC-DC opartego na transformatorze

Transformatorowa konwersja prądu przemiennego na prąd stały jest powszechnym wyborem tam, gdzie wymagany jest prąd stały, ale ma pewne wady.

1. We wszystkich sytuacjach, w których napięcie wejściowe AC może ulegać wahaniom lub jeśli napięcie AC znacznie spada, spada również wyjściowe napięcie AC na transformatorze. Dlatego przetwornica 230 V AC na 12 V DC nie może być zasilana z linii 110 V AC. Aby rozwiązać ten problem, przewidziano dodatkowe ustawienie dla różnych poziomów napięcia wejściowego.

2. Pomimo braku uniwersalnego zakresu napięcia wejściowego, jest to kosztowny wybór, ponieważ sam transformator kosztuje ponad 60% całkowitego kosztu wytworzenia obwodu przekształtnika.

3. Kolejnym ograniczeniem jest niska wydajność konwersji. Transformator nagrzewa się i marnuje niepotrzebną energię.

4. Transformator jest ciężkim materiałem, który niepotrzebnie zwiększa wagę produktu.

5. Ze względu na transformator, większa przestrzeń jest wymagana wewnątrz produktu, aby zmieścić obwód przekształtnika lub przynajmniej transformator.

Aby przezwyciężyć te ograniczenia, preferowanym wyborem jest zasilacz SMPS lub zasilacz impulsowy.