Схема перетворювача змінного та постійного струму

У сучасну епоху майже кожна побутова електроніка працює на постійному струмі (постійному струмі), але ми отримуємо змінний струм (змінного струму) від електростанцій через лінії електропередачі, оскільки змінне струм може передаватися ефективніше, ніж постійний струм, за менших витрат. Отже, кожен прилад, який працює на постійному струмі, має схему перетворювача змінного та постійного струму. Раніше ми побудували зарядний пристрій для стільникового телефону на 5 В, у якому також є схема перетворювача змінного та постійного струму.

В основному існує два типи перетворювачів, які широко використовуються для розмов змінного та постійного струму.

Одним з них є традиційний лінійний перетворювач на основі трансформатора, який використовує простий діодний міст, конденсатор, регулятор напруги. Простий діодний міст може бути побудований або з одним напівпровідниковим пристроєм, як DB107, або з 4 незалежними діодами, як 1N4007. Інший тип перетворювача SMPS або режим перемикача харчування, який використовує високочастотну невеликий трансформатор і імпульсний стабілізатор, щоб забезпечити вихідний сигнал постійного струму.

У цьому проекті ми обговоримо традиційну конструкцію на основі трансформатора, яка використовує прості діоди та конденсатор для перетворення змінного струму в постійний струм та додатковий регулятор напруги для регулювання вихідної постійної напруги. Проектом буде перетворювач змінного та постійного струму з використанням трансформатора з вхідною напругою 230 В та виходом 12 В 1А.

Потрібні компоненти

1. трансформатор з 1A 13V рейтингом

2,4 шт. 1N4007 Діоди

3. Електролітичний конденсатор 1000 мкФ з номіналом 25 В.

4.Небагато одножильних проводів

5. Макет

6. LDO або лінійний регулятор напруги відповідно до специфікації (тут використовується LM2940).

7.Мультиметр для вимірювання напруги.

Принципова схема та пояснення

Принципова схема цієї схеми перетворювача змінного та постійного струму проста. Трансформатор використовується для покрокового вниз 230 В змінного струму до мережі змінного струму 13V.

Для виправлення входу змінного струму тут використовуються чотири випрямляльних діода загального призначення 1N4007. 1N4007 має пікову повторювану зворотну напругу 1000В із середнім випрямленим прямим струмом 1А. Ці чотири діоди використовуються для перетворення вихідного струму змінного струму 13 В на трансформаторі. Діоди використовуються для виготовлення мостового перетворювача, який є важливою частиною схеми перетворення змінного та постійного струму. Щоб дізнатись більше про схему випрямляча мосту, перейдіть за посиланням.

Конденсатор фільтра, C1, додається після мостового перетворювача, щоб згладити вихідну напругу.

LDO, IC1 також підключений до регулювати вихідну напругу.

Робота схеми перетворювача змінного та постійного струму

Понижуючий трансформатор використовується для перетворення змінного струму високої напруги до мережі змінного струму низької напруги. Трансформатор встановлений на друкованій платі і являє собою 1-амперний 13-вольтовий трансформатор. Однак під час навантаження напруга трансформатора падає приблизно на 12,5-12,7 вольт.

Суттєвою частиною схеми є діодний міст, який складається з чотирьох діодів. Діод - це електронний напівпровідниковий пристрій, який перетворює змінний струм у постійний.

Потік струму всередині діодного моста можна побачити на зображенні нижче.

Тут два діоди D2 і D4 блокують негативний пік змінного струму і змушують струм текти в один бік. Це повномостовий випрямляч, що означає, що діодний міст випрямляє як позитивний, так і негативний пік сигналу змінного струму.

Великий конденсатор С1 заряджається під час перетворення і згладжує вихідну напругу. Але в кінцевому результаті це не регульована вихідна напруга. Тут регулювання напруги здійснюється LDO, LM2940, що є IC1 на схемі.

LDO, LM2940 - це 3-контактний пристрій у пакеті TO220. LDO означає низьку напругу відключення. Схему штифтів можна показати на зображенні нижче.

Деякі регулятори напруги мають обмеження на вхідну напругу, яке потрібно для забезпечення гарантованого регулювання напруги на виході регулятора. У кількох лінійних регуляторах позначається, що для цього потрібна мінімум 2 вольта різниці між вхідною напругою та вихідною напругою, тобто для регульованої вихідної напруги 12 вольт регулятор вимагає щонайменше 14 вольт вхідної напруги для гарантованих 12 вольт регульованої вихідної напруги. Як правило, регулятори напруги з низьким викидом напруги (LDO) вимагають мінімальних різниць напруги між входом і виходом. Для таблиці даних LM2940 мінімальна різниця між входом і виходом становить 0,5 В. Ми використовували регулятор LDO серії фіксованої напруги від Texas Instruments. LM2940, який має вихідну потужність 12 вольт.

Вихідні дані чудово видно на зображенні нижче.

Перевірте повну роботу у відео, поданому в кінці.

Перетворювач змінного струму в постійний струм на основі трансформатора є дуже поширеним явищем, коли потрібно перетворення змінного струму в постійний струм високої напруги. Це найчастіше в підсилювальних системах, різних адаптерах живлення, паяльних станціях, випробувальному обладнанні тощо.

Обмеження схеми перетворювача змінного струму на основі трансформатора

Перетворення змінного струму в постійний струм на основі трансформатора є загальним вибором, коли необхідний постійний струм, але він має певні недоліки.

1.У будь-яких ситуаціях, коли вхідна змінна напруга може коливатися, або якщо змінна напруга значно падає, вихідна змінна напруга на трансформаторі також падає. Отже, перетворювач змінного струму на 12 В постійного струму не може живитись по лінії змінного струму напругою 110 В. Для вирішення цієї проблеми передбачено додаткове налаштування для різних рівнів вхідної напруги.

2. Незважаючи на відсутність універсального діапазону вхідної напруги, це дорогий вибір, оскільки сам трансформатор коштує більше 60% від загальної вартості виробництва схеми перетворювача.

3. Ще одним обмеженням є низька ефективність перетворення. Трансформатор нагрівається і витрачає непотрібну енергію.

4.Transformer - це важкі речі, які без потреби збільшують вагу виробу.

5. Завдяки трансформатору, всередині виробу потрібно більше простору для розміщення схеми перетворювача або принаймні трансформатора.

Щоб подолати ці обмеження, кращим вибором є SMPS або імпульсний режим живлення.