Kintamosios srovės ir nuolatinės srovės keitiklio grandinė

Šiuolaikinėje eroje beveik kiekviena buitinė elektronika dirba su nuolatine srove (DC), tačiau kintamąją srovę (AC) gauname iš elektros energijos gamyklų per perdavimo linijas, nes kintamosios srovės energiją galima perduoti efektyviau nei nuolatinę srovę mažesnėmis sąnaudomis. Taigi kiekvienas prietaisas, veikiantis nuolatine srove, turi ir kintamosios srovės keitiklio grandinę. Anksčiau mes sukūrėme 5v mobiliojo telefono įkroviklį, kuriame taip pat yra kintamosios ir nuolatinės srovės keitiklio grandinė.

Daugiausia yra dviejų tipų keitikliai, plačiai naudojami kintamosios ir nuolatinės srovės pokalbiams.

Vienas iš jų yra tradicinis transformatorinis linijinis keitiklis, kuriame naudojamas paprastas diodinis tiltelis, kondensatorius, įtampos reguliatorius. Paprastas diodų tiltas gali būti sukonstruotas naudojant vieną puslaidininkinį įtaisą, pvz., DB107, arba su 4 nepriklausomais diodais, pvz., 1N4007. Kito tipo konverteris yra SMPS ar impulsiniai maitinimo šaltinis, kuris naudoja aukšto dažnio mažas transformatorius ir perjungimo reguliatorius teikti nuolatinę srovę.

Šiame projekte aptarsime tradicinį transformatorių pagrįstą dizainą, kuris naudoja paprastus diodus ir kondensatorių, kad kintamoji srovė būtų konvertuojama į nuolatinę srovę, ir pasirinktinį įtampos reguliatorių, kuris reguliuoja išėjimo nuolatinę įtampą. Projektas bus AC-DC keitiklių naudojant transformatorius su 230V ir 12V 1A įvesties įtampą.

Būtini komponentai

1. Transformatorius su 1A 13V reitingu

2,4 vnt. 1N4007 diodai

3. 1000vF elektrolitinis kondensatorius su 25V reitingu.

4. Nedaug viengyslių laidų

5. Breadboard

6.LDO arba linijinis įtampos reguliatorius pagal specifikaciją (čia naudojamas LM2940).

7. Multimetras įtampai matuoti.

Grandinės schema ir paaiškinimas

Šios kintamosios ir nuolatinės srovės keitiklio schemos schema yra paprasta. Transformatorius naudojamas atsistatydinti 230V ac 13V AC.

Keturi bendrosios paskirties lygintuvo diodas 1N4007 čia naudojami norint atkurti kintamosios srovės įvestį. 1N4007 didžiausia pasikartojanti atvirkštinė įtampa yra 1000 V, kai vidutinė ištaisyta priekinė srovė yra 1 A. Šie keturi diodai naudojami transformuojant 13 V kintamosios srovės išėjimą. Diodai naudojami tiltiniam keitikliui gaminti, kuris yra būtina kintamosios ir nuolatinės srovės keitimo grandinės dalis. Norėdami sužinoti daugiau apie tilto lygintuvo grandinę, spustelėkite nuorodą.

Filtro kondensatorius, C1 pridedamas po tilto keitiklio, kad išlygintumėte išėjimo įtampą.

LDO, IC1 taip pat yra sujungtas reguliuoti išėjimo įtampa.

Kintamosios ir nuolatinės srovės keitiklio grandinės darbas

Žingsnis žemyn transformatorius yra naudojama konvertuoti į aukštos įtampos AC į žemos įtampos AC. Transformatorius yra sumontuotas PCB ir tai yra 1 ampero 13 voltų transformatorius. Tačiau apkrovos metu transformatoriaus įtampa krinta maždaug 12,5–12,7 voltų.

Esminė grandinės dalis yra diodinis tiltas, kurį sudaro keturi diodai. Diodas yra elektroninis puslaidininkinis įtaisas, kuris kintamąją srovę paverčia nuolatine.

Srovės srautas diodinio tilto viduje matomas žemiau esančiame paveikslėlyje.

Čia du diodai D2 ir D4 blokuoja neigiamą kintamosios srovės smailę ir priverčia srovę tekėti viena kryptimi. Tai yra viso tilto lygintuvas, kuris reiškia, kad diodinis tiltas ištaiso tiek teigiamą, tiek neigiamą kintamosios srovės signalo smailę.

Didelis kondensatorius C1 konversijos metu įkraunamas ir išlygina išėjimo įtampą. Tačiau galutiniame rezultate tai nėra reguliuojama įtampos išvestis. Čia įtampos reguliavimą atlieka LDO, LM2940, kuris schemoje yra IC1.

LDO, LM2940 yra 3 kontaktų įtaisas į TO220 paketą. LDO reiškia žemą iškritimo įtampą. Smeigtuko schema gali būti parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Kai kurie įtampos reguliatoriai turi įėjimo įtampos apribojimus, kurie reikalingi garantuotam įtampos reguliavimui reguliatoriaus išėjime. Keliose tiesiniuose reguliatoriuose pažymima, kad tam reikalingas mažiausiai 2 voltų skirtumas tarp įėjimo įtampos ir išėjimo įtampos, tai reiškia, kad reguliuojama 12 voltų išvestis, reguliatoriui reikalinga mažiausiai 14 voltų įėjimo įtampa, norint užtikrinti 12 voltų reguliuojamą išėjimo įtampą. Apskritai, žemos kritimo įtampos reguliatoriams (LDO) reikalingi labai maži įtampos skirtumai tarp įėjimo ir išėjimo. LM2940 duomenų lape reikalingas mažiausias 0,5 voltų skirtumas tarp įvesties ir išvesties. Mes naudojome fiksuotos įtampos serijos LDO reguliatorių iš „Texas Instruments“. „LM2940“, kurio galia yra 12 voltų.

Išvestis puikiai matoma žemiau esančiame paveikslėlyje.

Pabaigoje pateiktame vaizdo įraše patikrinkite visą darbą.

Transformatoriaus pagrindu veikiantis kintamosios srovės keitiklis yra labai dažnas, kai reikalinga aukštos įtampos kintamosios ir nuolatinės srovės konversija. Tai dažniausiai naudojama stiprintuvų sistemose, įvairiuose maitinimo adapteriuose, litavimo stotyse, bandymų įrangoje ir kt.

Transformatorinės kintamosios ir nuolatinės srovės keitiklio grandinės apribojimai

Transformatoriaus pagrindu kintamosios ir nuolatinės srovės konversija yra įprastas pasirinkimas, kai reikalinga nuolatinė įtampa, tačiau ji turi tam tikrų trūkumų.

1. Bet kokiomis situacijomis, kai įėjimo kintama įtampa gali svyruoti, arba jei kintamosios įtampos stipriai sumažėja, išėjimo kintamosios įtampos transformatoriuje taip pat sumažėja. Taigi nuo 230 V iki 12 V nuolatinės srovės keitiklio negalima maitinti 110 V kintamosios srovės linija. Norėdami išspręsti šią problemą, pateikiamas papildomas nustatymas skirtingiems įėjimo įtampos lygiams.

2. Nepaisant universalaus įėjimo įtampos diapazono, tai yra brangus pasirinkimas, nes pats transformatorius kainuoja daugiau nei 60% visų keitiklio grandinės gamybos sąnaudų.

3. Kitas apribojimas yra mažas konversijos efektyvumas. Transformatorius įkaista ir eikvoja nereikalingą energiją.

4. Transformatorius yra sunkus dalykas, kuris be reikalo padidina produkto svorį.

5. Dėl transformatoriaus gaminio viduje reikia didesnės vietos, kad tilptų keitiklio grandinė ar bent jau transformatorius.

Norint įveikti šiuos apribojimus, pirmenybė teikiama SMPS arba jungiklio režimo maitinimo šaltiniui.