Jokainen jokapäiväisessä elämässämme käytettävä sähkö- ja elektroniikkalaite vaatii virtalähteen. Yleensä käytämme 230 V 50 Hz: n vaihtovirtalähdettä, mutta tämä teho on vaihdettava vaadittuun muotoon vaadituilla arvoilla tai jännitealueella virtalähteen toimittamiseksi erityyppisille laitteille. On olemassa erityyppisiä tehoelektroniikan muuntimia, kuten alaspäin suuntautuva muunnin, tehostinmuunnin, jännitteen vakaaja, vaihtovirta-DC-muunnin, DC-DC-muunnin, DC-AC-muunnin ja niin edelleen. Harkitse esimerkiksi mikrokontrollereita, joita käytetään usein monien kehittämiseen sulautettujen järjestelmien pohjaisia hankkeita ja reaaliaikaisissa sovelluksissa käytettävät sarjat. Nämä mikrokontrollerit vaativat 5 V: n tasavirtalähteen, joten 230 V: n vaihtovirta on muunnettava 5 V: n tasavirraksi käyttämällä virransyöttöpiirinsä alaskytkettyä muunninta.
Virtalähde
Astu alas muunninpiiriin
Virtalähde, nimi itsessään osoittaa, että tätä virtapiiriä käytetään virran syöttämiseen muihin sähköisiin ja elektronisiin piireihin tai laitteisiin. On olemassa erilaisia virtalähteen tyypit piirit niiden tehon perusteella, joita niitä käytetään laitteiden tuottamiseen. Esimerkiksi käytetään mikro-ohjainpohjaisia piirejä, yleensä 5 V DC: n ohjaamia virtalähteitä, jotka voidaan suunnitella eri tekniikoilla muuntamaan käytettävissä oleva 230 V AC-teho 5 V DC -tehoksi. Yleensä muuntimia, joiden lähtöjännite on pienempi kuin tulojännite, kutsutaan alamuuntajiksi.
4 vaihetta muuntaa 230 V AC 5 V DC: ksi
1. Astu alas jännitetasolle
Alasmuuntimia käytetään korkeajännitteen muuntamiseen matalajännitteisiksi. Muunninta, jonka lähtöjännite on pienempi kuin tulojännite, kutsutaan alamuuntajaksi, ja muunninta, jonka lähtöjännite on suurempi kuin tulojännite, kutsutaan askelmuuntimeksi. On olemassa askelmuuntajia, joita käytetään jännitetasojen nostamiseen tai laskemiseen. 230 V: n vaihtovirta muunnetaan 12 V: n vaihtovirraksi muuntajan avulla. Vaihemuuntajan 12 V: n lähtö on RMS-arvo ja sen huippuarvon antaa kahden neliöjuuren tulo, RMS-arvo, joka on noin 17 V.
Vaihda muuntaja
Vaihemuuntaja koostuu kahdesta käämästä, nimittäin ensiö- ja toisiokäämeistä, joissa ensiö voidaan suunnitella käyttämällä pienemmällä johtimella enemmän kierrosta, koska sitä käytetään matalavirtaisen suurjännitelähteen kuljettamiseen, ja toisiokäämi korkean mittarin lanka, jolla on vähemmän kierroksia kuin sitä käytetään suurivirran matalajännitteisen tehon kuljettamiseen. Muuntajat toimivat Faradayn sähkömagneettisen induktion lakien periaatteella.
2. Muunna vaihtovirta tasavirraksi
230 V: n vaihtovirta muunnetaan 12 V: n vaihtovirraksi (12 V RMS-arvo, jossa huippuarvo on noin 17 V), mutta vaadittu teho on 5 V DC tätä tarkoitusta varten, 17 V: n vaihtovirta on ensisijaisesti muunnettava tasavirraksi, jolloin se voidaan laskea 5 V DC. Mutta ennen kaikkea meidän on tiedettävä, kuinka muuntaa AC DC: ksi? Vaihtovirta voidaan muuntaa tasavirraksi käyttämällä yhtä tehoelektroniikkamuuntimet kutsutaan tasasuuntaajaksi. Tasasuuntaajia on erityyppisiä, kuten puoliaallon tasasuuntaaja, koko aallon tasasuuntaaja ja sillan tasasuuntaaja. Sillan tasasuuntaajan etujen vuoksi puoli- ja täysaaltosuuntaajiin nähden sillan tasasuuntaajaa käytetään usein vaihtamaan vaihtovirta tasavirtaan.
Silta tasasuuntaaja
Silta tasasuuntaaja koostuu neljästä diodista, jotka on kytketty sillan muodossa. Tiedämme, että diodi on hallitsematon tasasuuntaaja, joka johtaa vain eteenpäin suuntautuvaa esijännitystä eikä johda päinvastaisen esijännityksen aikana. Jos diodianodijännite on suurempi kuin katodijännite, diodin sanotaan olevan eteenpäin suuntautunut. Positiivisen puolijakson aikana diodit D2 ja D4 johtavat ja negatiivisten puolijaksojen aikana D1 ja D3. Täten vaihtovirta muunnetaan tasavirraksi tässä saatu tulos ei ole puhdasta tasavirtaa, koska se koostuu pulsseista. Siksi sitä kutsutaan sykkiväksi tasavirraksi. Mutta jännitteen pudotus diodien yli on (2 * 0,7 V) 1,4 V, joten huippujännite tämän virityspiirin lähdössä on noin 15 V (17-1,4).
3. Tasojen tasoittaminen suodattimella
15 V DC voidaan säätää 5 V DC: ksi alaskäynnistysmuuntimella, mutta ennen sitä tarvitaan puhtaan tasavirtatehon saaminen. Diodisillan lähtö on tasavirta, joka koostuu väreistä, joita kutsutaan myös sykkiviksi tasavirroiksi. Tämä sykkivä tasavirta voidaan suodattaa käyttämällä induktorisuodatinta tai kondensaattorisuodatinta tai vastus-kondensaattoriin kytkettyä suodatinta väreiden poistamiseksi. Harkitse kondensaattorisuodatinta, jota käytetään useimmissa tapauksissa tasoitukseen.
Suodattaa
Tiedämme, että kondensaattori on energiaa varastoiva elementti. Piirissä kondensaattori varaa energiaa kun tulo kasvaa nollasta huippuarvoon ja kun syöttöjännite laskee huippuarvosta nollaan, kondensaattori alkaa purkautua. Tämä kondensaattorin lataaminen ja purkaminen tekee sykkivästä tasavirrasta puhdasta tasavirtaa, kuten kuvassa on esitetty.
4. Säädä 12 V DC 5 V DC: ksi jännitesäätimellä
15 V: n tasajännite voidaan laskea 5 V: n tasajännitteeksi käyttämällä tasavirta-alasmuunninta, jota kutsutaan nimellä jännitteensäädin IC7805. IC7805-jännitesäätimen kaksi ensimmäistä numeroa '78' edustavat positiivisen sarjan jännitesäätimiä ja kaksi viimeistä numeroa '05' edustavat jännitesäätimen lähtöjännitettä.
IC7805 Jännitteen säätimen sisäinen lohkokaavio
Kuvassa esitetty IC7805-jännitesäätimen lohkokaavio koostuu toimintovahvistimesta, joka toimii virhevahvistimena, zener-diodi, jota käytetään jänniteohjeen tuottamiseen , kuten kuvassa on esitetty.
Zener-diodi jänniteviitteenä
Transistori - sarjapäästöelementtinä, jota käytetään ylimääräisen energian hajauttamiseen lämmön SOA - suojauksena (turvallinen käyttöalue) ja jäähdytyslevyä käytetään lämpösuojaukseen liiallisissa syöttöjännitteissä. Yleensä IC7805-säädin kestää 7,2 - 35 V: n vaihtelevan jännitteen ja antaa enimmäistehokkuuden 7,2 V: n jännitteelle, ja jos jännite ylittää 7,2 V, tapahtuu energian menetystä lämmön muodossa. Säätimen suojaamiseksi ylikuumenemiselta on lämpösuojaus jäähdytyselementillä. Siten 5 V DC saadaan 230 V: n vaihtovirrasta.
Voimme muuntaa 230 V AC: n suoraan 5 V DC: ksi ilman muuntajaa, mutta saatamme tarvita korkealaatuisia diodeja ja muita komponentteja, jotka antavat vähemmän hyötysuhdetta. Jos meillä on 230 V DC -virtalähde, voimme muuntaa 230 V DC: n 5 V DC: ksi DC-DC-buck-muuntimen avulla.
230 V - 5 V DC-DC Buck Converter:
Aloitetaan DC-ohjatusta virtalähteestä, joka on suunniteltu käyttämällä DC-DC-buck-muunninta. Jos meillä on 230 V DC-virtalähde, voimme käyttää DC-DC-buck-muunninta 230 V DC: n muuntamiseksi 5 V DC-virtalähteeksi. DC-DC-buck-muunnin koostuu kondensaattorista, MOSFETistä, PWM-ohjaus , Diodit ja induktorit. DC-DC-buck-muuntimen perustopologia on esitetty alla olevassa kuvassa.
DC - DC Buck Converter
Induktorin jännitteen pudotus ja laitteen läpi virtaavan sähkövirran muutokset ovat verrannollisia toisiinsa. Siksi buck-muunnin toimii induktoriin varastoidun energian periaatteella. tehopuolijohde MOSFET tai kytkentäelementtinä käytettyä IGBT: tä voidaan käyttää vaihtamaan buck-muunninpiiriä kahden eri tilan välillä sulkemalla tai avaamalla ja sammuttamalla tai käynnistämällä kytkinelementti. Jos kytkin on päällä, induktorin yli syntyy potentiaali käynnistysvirran takia, joka vastustaa syöttöjännitettä, mikä vähentää tuloksena olevaa lähtöjännitettä. Kun diodi on käänteinen esijännitetty, diodin läpi ei virtaa virtaa.
Jos kytkin on auki, induktorin läpi kulkeva virta keskeytyy yhtäkkiä ja diodi alkaa johtaa, jolloin induktorivirralle annetaan paluureitti. Jännitteen pudotus jännitteisen induktorin yli muuttuu päinvastaiseksi, jota voidaan pitää ensisijaisena lähtötehona tämän kytkentäjakson aikana, ja tämä johtuu tästä nopeasta virtauksen muutoksesta. Induktorin varastoitu energia toimitetaan jatkuvasti kuormitukselle ja siten induktorivirta alkaa pudota, kunnes virta nousee edelliseen tai seuraavaan tilaansa. Energian toimittamisen jatkuminen kuormitukseen johtaa induktorivirran laskemiseen, kunnes virta nousee edelliseen arvoonsa. Tätä ilmiötä kutsutaan ulostulon aaltoiluksi, joka voidaan vähentää hyväksyttäväksi arvoksi käyttämällä tasoituskondensaattoria rinnakkain lähdön kanssa. Täten, DC-DC-muunnin toimii askelmuuntimena.
DC-DC-alas -muunnin PWM Cotrolilla
Kuvassa on esitetty DC-DC-alas-muuntimen toimintaperiaate, jota ohjataan PWM-oskillaattorilla suurtaajuuskytkentää varten ja palaute on kytketty virhevahvistimeen.
Kaikki sulautettu järjestelmä perustuu elektroniikkaprojektit vaativat kiinteän tai säädettävän jännitteen säätimen, jota käytetään tarvittavan syötön tarjoamiseen sähköisiin ja elektronisiin piireihin tai sarjoihin. On monia kehittyneitä automaattisia jännitesäätimiä, jotka pystyvät säätämään lähtöjännitettä automaattisesti käyttökriteerien perusteella. Jos haluat lisää teknistä apua virtalähdepiiristä ja muunnosmuuntimesta, lähetä kyselysi kommentteina alla olevaan kommenttiosaan.
