Jedes elektrische und elektronische Gerät, das wir in unserem täglichen Leben verwenden, benötigt eine Stromversorgung. Im Allgemeinen verwenden wir eine Wechselstromversorgung von 230 V bis 50 Hz. Diese Leistung muss jedoch in die erforderliche Form mit den erforderlichen Werten oder dem erforderlichen Spannungsbereich geändert werden, um verschiedene Gerätetypen mit Strom zu versorgen. Es gibt verschiedene Arten von leistungselektronischen Wandlern, wie z. B. Abwärtswandler, Aufwärtswandler, Spannungsstabilisator, AC / DC-Wandler, DC / DC-Wandler, DC / AC-Wandler usw. Betrachten Sie zum Beispiel die Mikrocontroller, die häufig für die Entwicklung vieler verwendet werden Projekte auf der Basis eingebetteter Systeme und Kits, die in Echtzeitanwendungen verwendet werden. Diese Mikrocontroller benötigen eine 5-V-Gleichstromversorgung, daher muss der 230-V-Wechselstrom mit dem Abwärtswandler in ihrem Stromversorgungskreis in 5-V-Gleichstrom umgewandelt werden.
Stromversorgungskreis
Abwärtswandlerschaltung
Stromversorgungsschaltung, der Name selbst gibt an, dass diese Schaltung verwendet wird, um andere elektrische und elektronische Schaltungen oder Geräte mit Strom zu versorgen. Es gibt verschiedene Arten der Stromversorgung Schaltungen basierend auf der Leistung, mit der sie Geräte versorgen. Beispielsweise werden Schaltkreise auf Mikrocontrollerbasis verwendet, üblicherweise die geregelten 5-V-Gleichstromversorgungsschaltungen, die unter Verwendung verschiedener Techniken zum Umwandeln der verfügbaren 230-V-Wechselstromleistung in 5-V-Gleichstrom ausgelegt werden können. Im Allgemeinen werden die Wandler mit einer Ausgangsspannung, die kleiner als die Eingangsspannung ist, als Abwärtswandler bezeichnet.
4 Schritte zum Umwandeln von 230 V AC in 5 V DC
1. Verringern Sie den Spannungspegel
Die Abwärtswandler dienen zur Umwandlung der Hochspannung in eine Niederspannung. Der Wandler mit einer Ausgangsspannung, die kleiner als die Eingangsspannung ist, wird als Abwärtswandler bezeichnet, und der Wandler mit einer Ausgangsspannung, die größer als die Eingangsspannung ist, wird als Aufwärtswandler bezeichnet. Es gibt Aufwärts- und Abwärtstransformatoren, mit denen die Spannungspegel erhöht oder verringert werden. 230 V AC werden mit einem Abwärtstransformator in 12 V AC umgewandelt. Der 12-V-Ausgang des Abwärtstransformators ist ein Effektivwert, und sein Spitzenwert ergibt sich aus dem Produkt der Quadratwurzel von zwei mit einem Effektivwert, der ungefähr 17 V beträgt.
Abwärtstransformator
Der Abwärtstransformator besteht aus zwei Wicklungen, nämlich der Primär- und der Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung unter Verwendung eines Drahtes mit geringerer Stärke und mehr Windungen ausgelegt werden kann, da er zum Führen von Hochspannungsstrom mit niedrigem Strom verwendet wird, und der Sekundärwicklung unter Verwendung von a Hochleistungsdraht mit weniger Windungen, da er zum Führen von Hochstrom-Niederspannungsstrom verwendet wird. Transformers arbeitet nach dem Prinzip der Faradayschen Gesetze der elektromagnetischen Induktion.
2. Wandeln Sie AC in DC um
230 V Wechselstrom werden in 12 V Wechselstrom umgewandelt (12 V RMS-Wert, wobei der Spitzenwert bei etwa 17 V liegt), aber die erforderliche Leistung beträgt zu diesem Zweck 5 V Gleichstrom. 17 V Wechselstrom müssen hauptsächlich in Gleichstrom umgewandelt werden, dann kann sie auf den Wert herabgesetzt werden 5V DC. Aber in erster Linie müssen wir wissen, wie man Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt? Wechselstrom kann mit einem der beiden in Gleichstrom umgewandelt werden Leistungselektronische Wandler als Gleichrichter bezeichnet. Es gibt verschiedene Arten von Gleichrichtern, wie Halbwellengleichrichter, Vollweggleichrichter und Brückengleichrichter. Aufgrund der Vorteile des Brückengleichrichters gegenüber dem Halb- und Vollweggleichrichter wird der Brückengleichrichter häufig zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom verwendet.
Brückengleichrichter
Brückengleichrichter besteht aus vier Dioden, die in Form einer Brücke verbunden sind. Wir wissen, dass die Diode ein unkontrollierter Gleichrichter ist, der nur eine Vorwärtsvorspannung leitet und während der Rückwärtsvorspannung nicht leitet. Wenn die Diodenanodenspannung größer als die Kathodenspannung ist, wird die Diode als Vorwärtsvorspannung bezeichnet. Während der positiven Halbwelle leiten die Dioden D2 und D4 und während der negativen Halbwelle leiten die Dioden D1 und D3. Somit wird hier Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt. Der erhaltene ist kein reiner Gleichstrom, da er aus Impulsen besteht. Daher wird es als pulsierende Gleichstromleistung bezeichnet. Der Spannungsabfall an den Dioden beträgt jedoch (2 * 0,7 V) 1,4 V, daher beträgt die Spitzenspannung am Ausgang dieser Retifiziererschaltung ca. 15 V (17-1,4).
3. Glätten der Wellen mit Filter
15 V DC können mit einem Abwärtswandler in 5 V DC geregelt werden. Zuvor ist jedoch eine reine Gleichstromversorgung erforderlich. Der Ausgang der Diodenbrücke ist ein Gleichstrom, der aus Welligkeiten besteht, die auch als pulsierender Gleichstrom bezeichnet werden. Dieser pulsierende Gleichstrom kann unter Verwendung eines Induktivitätsfilters oder eines Kondensatorfilters oder eines Widerstands-Kondensator-gekoppelten Filters zum Entfernen der Welligkeiten gefiltert werden. Stellen Sie sich ein Kondensatorfilter vor, das in den meisten Fällen häufig zum Glätten verwendet wird.
Filter
Wir wissen, dass ein Kondensator ein Energiespeicherelement ist. In der Schaltung, Kondensator speichert Energie Während der Eingang von Null auf einen Spitzenwert ansteigt und während die Versorgungsspannung von Spitzenwert auf Null abnimmt, beginnt sich der Kondensator zu entladen. Durch Laden und Entladen des Kondensators wird der pulsierende Gleichstrom zu reinem Gleichstrom, wie in der Abbildung gezeigt.
4. Regeln von 12 V DC in 5 V DC mithilfe des Spannungsreglers
15 V Gleichspannung können mit einem Gleichstrom-Abwärtswandler, der als bezeichnet wird, auf 5 V Gleichspannung herabgesetzt werden Spannungsregler IC7805. Die ersten beiden Ziffern „78“ des Spannungsreglers IC7805 stehen für positive Serienspannungsregler und die letzten beiden Ziffern „05“ für die Ausgangsspannung des Spannungsreglers.
Internes Blockdiagramm des Spannungsreglers IC7805
Das Blockschaltbild des Spannungsreglers IC7805 ist in der Abbildung dargestellt und besteht aus einem Operationsverstärker, der als Fehlerverstärker fungiert. Zenerdiode zur Bereitstellung der Spannungsreferenz , wie in der Abbildung gezeigt.
Zenerdiode als Spannungsreferenz
Transistor als Serienpasselement zur Ableitung zusätzlicher Energie als Wärme-SOA-Schutz (Safe Operating Area) und Kühlkörper dienen dem Wärmeschutz bei zu hohen Versorgungsspannungen. Im Allgemeinen kann ein IC7805-Regler einer Spannung im Bereich von 7,2 V bis 35 V standhalten und bietet einen maximalen Wirkungsgrad von 7,2 V. Wenn die Spannung 7,2 V überschreitet, tritt ein Energieverlust in Form von Wärme auf. Um den Regler vor Überhitzung zu schützen, wird ein Wärmeschutz mit einem Kühlkörper bereitgestellt. Somit wird aus 230 V Wechselstrom eine 5 V Gleichspannung erhalten.
Wir können 230 V AC direkt in 5 V DC umwandeln, ohne einen Transformator zu verwenden, aber wir benötigen möglicherweise Dioden mit hoher Nennleistung und andere Komponenten, die einen geringeren Wirkungsgrad bieten. Wenn wir eine 230-V-DC-Stromversorgung haben, können wir die 230-V-DC mit einem DC-DC-Abwärtswandler in 5-V-DC umwandeln.
230V bis 5V DC-DC-Abwärtswandler:
Beginnen wir mit dem DC-geregelten Stromversorgungskreis, der mit einem DC-DC-Abwärtswandler ausgelegt ist. Wenn wir eine 230-V-Gleichstromversorgung haben, können wir einen DC-DC-Abwärtswandler verwenden, um die 230-V-Gleichstromversorgung in eine 5-V-Gleichstromversorgung umzuwandeln. Der DC-DC-Abwärtswandler besteht aus Kondensator, MOSFET, PWM-Steuerung , Dioden und Induktivitäten. Die grundlegende Topologie eines DC-DC-Abwärtswandlers ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
DC / DC-Abwärtswandler
Der Spannungsabfall an der Induktivität und die Änderungen des durch das Gerät fließenden elektrischen Stroms sind proportional zueinander. Daher arbeitet der Tiefsetzsteller nach dem Prinzip der in einem Induktor gespeicherten Energie. Das Leistungshalbleiter-MOSFET oder IGBT, das als Schaltelement verwendet wird, kann verwendet werden, um die Tiefsetzstellerschaltung zwischen zwei verschiedenen Zuständen durch Schließen oder Öffnen und Aus oder Ein unter Verwendung des Schaltelements zu wechseln. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, wird aufgrund des Einschaltstroms, der der Versorgungsspannung entgegenwirkt, ein Potential über der Induktivität erzeugt, wodurch die resultierende Ausgangsspannung verringert wird. Da die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist, fließt kein Strom durch die Diode.
Wenn der Schalter offen ist, unterbricht der Strom durch die Induktivität plötzlich und die Diode beginnt mit der Leitung, wodurch ein Rückweg zum Induktorstrom bereitgestellt wird. Der Spannungsabfall an der erregten Induktivität wird umgekehrt, was während dieses Schaltzyklus als primäre Ausgangsleistungsquelle angesehen werden kann, und dies ist auf diese schnelle Änderung des Stromflusses zurückzuführen. Die gespeicherte Energie des Induktors wird kontinuierlich an die Last abgegeben, und somit beginnt der Induktorstrom abzufallen, bis der Strom auf seinen vorherigen Wert oder den nächsten Einschaltzustand ansteigt. Die Fortsetzung der Energieversorgung der Last führt zu einem Abfall des Induktorstroms, bis der Strom auf seinen vorherigen Wert ansteigt. Dieses Phänomen wird als Ausgangswelligkeit bezeichnet, die mit einem Glättungskondensator parallel zum Ausgang auf einen akzeptablen Wert reduziert werden kann. So, DC / DC-Wandler wirkt als Abwärtswandler.
DC / DC-Abwärtswandler mit PWM Cotrol
Die Abbildung zeigt das Funktionsprinzip des DC / DC-Abwärtswandlers, der mit einem PWM-Oszillator zum Hochfrequenzschalten gesteuert wird, und eine Rückkopplung ist mit einem Fehlerverstärker verbunden.
Alle eingebetteten Systeme basieren Elektronikprojekte erfordern einen festen oder einstellbaren Spannungsregler, der zur Bereitstellung der erforderlichen Versorgung der elektrischen und elektronischen Schaltkreise oder Kits verwendet wird. Es gibt viele fortschrittliche automatische Spannungsregler, die die Ausgangsspannung automatisch an die Anwendungskriterien anpassen können. Für weitere technische Hilfe bezüglich des Stromversorgungskreises und des Abwärtswandlers senden Sie Ihre Fragen bitte als Kommentare im folgenden Kommentarbereich.
