Obvod prevodníka AC na DC

V modernej dobe takmer každá elektronika pre domácnosť pracuje na jednosmerný prúd (DC), striedavý prúd (AC) však získavame z elektrární pomocou prenosových vedení, pretože striedavý prúd je možné pri nižších nákladoch prenášať efektívnejšie ako jednosmerný prúd. Takže každý prístroj, ktorý pracuje na DC, má obvod prevodníka AC na DC. Predtým sme postavili nabíjačku na mobilný telefón 5 V, ktorá má v sebe aj obvod prevodníka AC-DC.

Existujú hlavne dva typy prevodníkov široko používaných na účely konverzácie AC-DC.

Jedným z nich je tradičný lineárny prevodník založený na transformátore, ktorý využíva jednoduchý diódový mostík, kondenzátor, regulátor napätia. Jednoduchý diódový mostík je možné skonštruovať buď s jedným polovodičovým zariadením, ako je DB107, alebo so 4 nezávislými diódami, ako je 1N4007. Iný typ prevodníka je SMPS alebo spínaných zdrojov, ktoré využíva vysokofrekvenčné malý transformátor a spínacie regulátor poskytovať DC výstup.

V tomto projekte sa budeme zaoberať tradičným návrhom založeným na transformátoroch, ktorý pomocou jednoduchých diód a kondenzátora prevádza striedavý prúd na jednosmerný prúd a voliteľného regulátora napätia na reguláciu výstupného jednosmerného napätia. Projektom bude prevodník AC-DC využívajúci transformátor so vstupným napätím 230V a výstupom 12V 1A.

Súčasti sú povinné

1. Transformátor s hodnotou 1A 13V

2,4 ks diód 1N4007

3. Elektrolytický kondenzátor 1 000uF s hodnotou 25V.

4. Niekoľko vlákien s jedným vláknom

5. Nepájivá doska

6. LDO alebo lineárny regulátor napätia podľa špecifikácie (tu sa používa LM2940).

7. Multimetr na meranie napätia.

Schéma zapojenia a vysvetlenie

Schéma tohto obvodu prevodníka AC-DC je jednoduchá. Transformátor sa používa na krok dole 230V AC na 13V AC.

Na overenie striedavého vstupu sa tu používajú štyri usmerňovacie diódy 1N4007 na všeobecné použitie. 1N4007 má špičkové opakujúce sa spätné napätie 1 000 V s priemerným usmerneným dopredným prúdom 1 A. Tieto štyri diódy sa používajú na prevod výstupu 13 V striedavého prúdu cez transformátor. Z diód sa vyrába mostový prevodník, ktorý je nevyhnutnou súčasťou konverzného obvodu striedavého prúdu na jednosmerný prúd. Ak sa chcete dozvedieť viac informácií o obvode mostového usmerňovača, kliknite na odkaz.

Za vyhladzovanie výstupného napätia sa za mostíkový prevodník pridá filtračný kondenzátor C1.

LDO, IC1 je tiež pripojený k regulácii výstupného napätia.

Pracovanie obvodu prevodníka AC na DC

Na premenu vysokonapäťového striedavého prúdu na nízkonapäťový striedavý prúd sa používa zostupný transformátor. Transformátor je namontovaný na doske plošných spojov a je to 1-ampérový 13-voltový transformátor. Počas záťaže však napätie transformátora klesá približne o 12,5-12,7 voltu.

Podstatnou súčasťou obvodu je diódový mostík, ktorý sa skladá zo štyroch diód. Dióda je elektronické polovodičové zariadenie, ktoré prevádza striedavý prúd na jednosmerný.

Tok prúdu vo vnútri diódového mostíka je možné vidieť na nasledujúcom obrázku.

Tu dve diódy D2 a D4 blokujú negatívny vrchol striedavého prúdu a vedú prúd do jedného smeru. Jedná sa o usmerňovač s úplným mostíkom, čo znamená, že diódový mostík usmerňuje kladný aj záporný vrchol striedavého signálu.

Veľký kondenzátor C1 sa počas konverzie nabije a vyhladí výstupné napätie. Nakoniec to však nie je regulovaný výstup napätia. Tu regulácia napätia sa vykonáva pomocou LDO, LM2940, ktorý je IC1 v schéme.

LDO, LM2940 je zariadenie s 3 vývodmi v balení TO220. LDO znamená nízke vypadávacie napätie. Schéma pripínania je znázornená na obrázku nižšie.

Niektoré regulátory napätia majú obmedzenia vstupného napätia, ktoré sú potrebné na zabezpečenie zaručenej regulácie napätia na výstupe regulátora. V niekoľkých lineárnych regulátoroch sa uvádza, že vyžaduje rozdiel minimálne 2 voltov medzi vstupným napätím a výstupným napätím, čo znamená, že pre regulovaný výstup 12 voltov vyžaduje regulátor najmenej 14 voltov vstupného napätia pre zaručené regulované výstupné napätie 12 voltov. Regulátory nízkeho výpadku napätia (LDO) všeobecne vyžadujú veľmi minimálne rozdiely napätia medzi vstupom a výstupom. Pre údajový list LM2940 je minimálny rozdiel 0,5 V medzi vstupom a výstupom. Použili sme regulátor LDO s pevným napätím od spoločnosti Texas Instruments. LM2940, ktorý má výstupný výkon 12 voltov.

Výstup je perfektne viditeľný na obrázku nižšie.

Skontrolujte celú prácu na videu uvedenom na konci.

Transformátorový prevodník striedavého prúdu na jednosmerný prúd je veľmi častý tam, kde je potrebný vysokonapäťový striedavý prúd na striedavý prúd. Najčastejšie je to v zosilňovacích systémoch, rôznych napájacích adaptéroch, spájkovacích staniciach, testovacích zariadeniach atď.

Obmedzenia obvodu prevodníka AC-DC

Transformácia na striedavý prúd na jednosmerný prúd je bežnou voľbou tam, kde je potrebný jednosmerný prúd, ale má určité nevýhody.

1. V každej situácii, keď má vstupné striedavé napätie možnosť kolísať, alebo ak dôjde k výraznému poklesu striedavého napätia, dôjde tiež k poklesu výstupného striedavého napätia na transformátore. Prevodník 230V AC na 12V DC teda nemôže byť napájaný do vedenia 110V AC. Na riešenie tohto problému je k dispozícii ďalšie nastavenie pre rôzne úrovne vstupného napätia.

2. Napriek tomu, že nemá univerzálny rozsah vstupného napätia, je to nákladná voľba, pretože samotný transformátor stojí viac ako 60% celkových výrobných nákladov obvodu prevodníka.

3. Ďalším obmedzením je nízka účinnosť premeny. Transformátor sa zahreje a stratí zbytočnú energiu.

4. Transformátor je ťažká látka, ktorá zbytočne zvyšuje váhu produktu.

5. Kvôli transformátoru je vo vnútri produktu potrebný väčší priestor, aby sa do neho zmestil obvod prevodníka alebo aspoň transformátor.

Na prekonanie týchto obmedzení je vhodnejšou voľbou napájanie SMPS alebo spínaný zdroj.