Alle elektriske og elektroniske enheter som vi bruker i vårt daglige liv, vil kreve strømforsyning. Generelt bruker vi en vekselstrømforsyning på 230V 50Hz, men denne effekten må endres til ønsket form med nødvendige verdier eller spenningsområde for å levere strømforsyning til forskjellige typer enheter. Det finnes forskjellige typer kraftelektroniske omformere som nedstigningsomformer, oppstartsomformer, spenningsstabilisator, AC til DC-omformer, DC til DC-omformer, DC til AC-omformer og så videre. Tenk for eksempel på mikrokontrollere som ofte brukes til å utvikle mange innebygde systemers baserte prosjekter og sett som brukes i sanntidsapplikasjoner. Disse mikrokontrollerne krever en 5V DC-forsyning, så AC 230V må konverteres til 5V DC ved hjelp av nedtrekksomformeren i strømforsyningskretsen.
Strømforsyningskrets
Trinn ned omformerkrets
Strømforsyningskrets, selve navnet indikerer at denne kretsen brukes til å levere strøm til andre elektriske og elektroniske kretser eller enheter. Det er forskjellige typer strømforsyning kretser basert på strømmen de brukes til å levere til enheter. For eksempel brukes de mikrokontrollerbaserte kretsene, vanligvis 5V DC-regulerte strømforsyningskretser, som kan utformes ved hjelp av forskjellige teknikker for å konvertere den tilgjengelige 230V AC-strømmen til 5V DC-strømmen. Vanligvis kalles omformere med utgangsspenning mindre enn inngangsspenningen som nedstigningsomformere.
4 trinn for å konvertere 230V AC til 5V DC
1. Gå ned spenningsnivået
Nedstigningsomformerne brukes til å konvertere høyspenningen til lavspenning. Omformeren med utgangsspenning mindre enn inngangsspenningen kalles som en nedtrekksomformer, og omformeren med utgangsspenning større enn inngangsspenningen kalles som oppstartsomformer. Det er trappetrinn og nedtransformatorer som brukes til å trappe opp eller trappe ned spenningsnivåene. 230V AC konverteres til 12V AC ved hjelp av en nedtransformator. 12V-utgang fra nedgangstransformator er en RMS-verdi, og dens toppverdi er gitt av produktet av kvadratrot av to med RMS-verdi, som er omtrent 17V.
Trinn-ned transformator
Trappetransformator består av to viklinger, nemlig primære og sekundære viklinger der primære kan utformes ved hjelp av en mindre gauge-ledning med mer antall omdreininger, da den brukes til å bære høyspenningsstrøm med lav strøm, og sekundærviklingen ved hjelp av en høyspentledning med færre antall omdreininger da den brukes til å bære høyspent lavspenningseffekt. Transformers fungerer på prinsippet i Faradays lover om elektromagnetisk induksjon.
2. Konverter AC til DC
230V vekselstrøm konverteres til 12 v vekselstrøm (12 v RMS-verdi hvor toppverdien er rundt 17 v), men den nødvendige effekten er 5 v likestrøm for dette formålet, 17 v vekselstrøm må først konverteres til likestrøm, så kan den trappes ned til 5V DC. Men først og fremst må vi vite hvordan vi konverterer AC til DC? Vekselstrøm kan konverteres til DC ved hjelp av en av kraftelektroniske omformere kalt som likeretter. Det finnes forskjellige typer likerettere, for eksempel halvbølgeretter, fullbølgeretter og broretter. På grunn av fordelene med bro likeretteren over halv- og fullbølgeretter, brukes bro likeretter ofte for å konvertere AC til DC.
Bridge likeretter
Bro likeretter består av fire dioder som er koblet sammen i form av en bro. Vi vet at dioden er en ukontrollert likeretter som bare vil føre foroverskjevhet og ikke vil lede under omvendt skjevhet. Hvis diode anodespenningen er større enn katodespenningen, sies det at dioden er i forspenning. Under positiv halvsyklus vil dioder D2 og D4 lede og under negative halvsyklusdioder D1 og D3 vil lede. Dermed blir AC omdannet til DC her er den oppnådde ikke en ren DC, siden den består av pulser. Derfor kalles det som pulserende likestrøm. Men spenningsfallet over diodene er (2 * 0,7V) 1,4V, derfor er toppspenningen ved utgangen til denne retifikasjonskretsen 15V (17-1.4) ca.
3. Utjevning av krusninger ved hjelp av filter
15V DC kan reguleres til 5V DC ved hjelp av en nedstigningsomformer, men før dette er det nødvendig å oppnå ren likestrøm. Utgangen fra diodebroen er en DC som består av krusninger også kalt som pulserende DC. Denne pulserende DC kan filtreres ved hjelp av et induktorfilter eller et kondensatorfilter eller et motstandskondensator-koblet filter for å fjerne krusninger. Tenk på et kondensatorfilter som ofte brukes i utjevning.
Filter
Vi vet at en kondensator er et energilagringselement. I kretsen, kondensator lagrer energi mens inngangen øker fra null til en toppverdi, og mens forsyningsspenningen synker fra toppverdi til null, begynner kondensatoren å tømmes. Denne ladingen og utladningen av kondensatoren vil gjøre den pulserende DC til ren DC, som vist i figuren.
4. Regulering av 12V DC til 5V DC ved bruk av Voltage Regulator
15V DC spenning kan trappes ned til 5V DC spenning ved hjelp av en DC nedtrekksomformer kalt as spenningsregulator IC7805. De to første sifrene '78' i IC7805 spenningsregulator representerer positive seriens spenningsregulatorer og de to siste sifrene '05' representerer utgangsspenningen til spenningsregulatoren.
IC7805 Spenningsregulator Internt blokkskjema
Blokkdiagrammet til IC7805 spenningsregulator er vist i figuren består av en driftsforsterker som fungerer som feilforsterker, zenerdiode brukt til å gi spenningsreferanse , som vist på figuren.
Zener-diode som spenningsreferanse
Transistor som et seriepasselement som brukes til å avlede ekstra energi som varme SOA-beskyttelse (Safe Operating Area) og kjøleribbe brukes til termisk beskyttelse i tilfelle for høye forsyningsspenninger. Generelt tåler en IC7805-regulator spenning fra 7,2V til 35V og gir maksimal effektivitet på 7,2V spenning, og hvis spenningen overstiger 7,2V, er det tap av energi i form av varme. For å beskytte regulatoren mot overoppheting, tilbys termisk beskyttelse ved hjelp av en kjøleribbe. Dermed oppnås en 5V DC fra 230V vekselstrøm.
Vi kan konvertere 230V AC direkte til 5V DC uten å bruke transformator, men vi kan kreve høyverdige dioder og andre komponenter som gir mindre effektivitet. Hvis vi har 230V DC strømforsyning, kan vi konvertere 230V DC til 5V DC ved hjelp av en DC-DC bukkomformer.
230v til 5v DC-DC Buck Converter:
La oss starte med den DC-regulerte strømforsyningskretsen designet med en DC-DC buck-omformer. Hvis vi har 230V DC strømforsyning, kan vi bruke en DC-DC buck converter for å konvertere 230V DC til 5V DC strømforsyning. DC-DC buck-omformeren består av kondensator, MOSFET, PWM-kontroll , Dioder og induktorer. Den grunnleggende topologien til en DC-DC buck converter er vist i figuren nedenfor.
DC til DC Buck Converter
Spenningsfall over induktoren og endringene i elektrisk strøm som strømmer gjennom enheten er proporsjonale med hverandre. Derfor fungerer buck-omformeren på prinsippet om energi lagret i en induktor. De kraft halvleder MOSFET eller IGBT brukt som koblingselement, kan brukes til å veksle kretsløpskonverteringskretsen mellom to forskjellige tilstander ved å lukke eller åpne og av eller på ved å bruke koblingselementet. Hvis bryteren er i på-tilstand, opprettes et potensial over induktoren på grunn av innstrømningsstrøm som vil motsette forsyningsspenningen, og derved redusere den resulterende utgangsspenningen. Ettersom dioden er forspent, vil ingen strøm strømme gjennom dioden.
Hvis bryteren er åpen, avbryter strømmen gjennom induktoren plutselig og dioden begynner å lede, slik at en returvei tilføres induktorstrømmen. Spenningsfallet over den spenningsførende induktoren blir reversert, noe som kan betraktes som den primære kilden til utgangseffekt i løpet av denne byttesyklusen, og dette skyldes denne raske endringen i strømmen. Den lagrede energien til induktoren leveres kontinuerlig til belastningen, og dermed vil induktorstrømmen begynne å synke til strømmen stiger til sin forrige verdi eller den neste på-tilstanden. Fortsettelsen med å levere energi til lasten fører til at induktorstrømmen faller til strømmen stiger til sin tidligere verdi. Dette fenomenet kalles som utgangsrippel som kan reduseres til en akseptabel verdi ved hjelp av en utjevnende kondensator parallelt med utgangen. Dermed, DC-DC-omformer fungerer som nedstigningsomformer.
DC til DC Step-down Converter ved bruk av PWM Cotrol
Figuren viser arbeidsprinsippet til DC til DC nedtrekksomformer styrt ved hjelp av en PWM-oscillator for høyfrekvenskobling og tilbakemelding er koblet til en feilforsterker.
Alt det innebygde systembaserte elektronikkprosjekter krever en fast eller en justerbar spenningsregulator som brukes til å levere den nødvendige forsyningen til de elektriske og elektroniske kretsene eller settene. Det er mange avanserte automatiske spenningsregulatorer som kan justere utgangsspenningen automatisk basert på anvendelseskriteriene. For mer teknisk hjelp angående strømforsyningskretsen og nedstigningsomformeren, vennligst legg inn spørsmålene dine som kommentarer i kommentarfeltet nedenfor.
