Katrai elektriskajai un elektroniskajai ierīcei, ko mēs izmantojam ikdienas dzīvē, būs nepieciešama barošana. Parasti mēs izmantojam maiņstrāvas barošanu 230 V 50Hz, taču šī jauda ir jāmaina vajadzīgajā formā ar nepieciešamajām vērtībām vai sprieguma diapazonu, lai nodrošinātu barošanu dažāda veida ierīcēm. Ir dažādi jaudas elektronisko pārveidotāju veidi, piemēram, pazeminošais pārveidotājs, pakāpeniskais pārveidotājs, sprieguma stabilizators, maiņstrāvas līdz līdzstrāvas pārveidotājs, līdzstrāvas līdz līdzstrāvas pārveidotājs, līdzstrāvas līdz maiņstrāvas pārveidotājs utt. Piemēram, ņemiet vērā mikrokontrollerus, kurus bieži izmanto daudzu izstrādei iegulto sistēmu projektiem un komplektus, ko izmanto reāllaika lietojumos. Šiem mikrokontrolleriem ir nepieciešama 5 V līdzstrāvas padeve, tāpēc maiņstrāvas 230 V jāpārvērš 5 V līdzstrāvā, izmantojot viņu barošanas ķēdē esošo pārveidotāju.
Barošanas avota ķēde
Pārejiet uz leju pārveidotāja ķēdi
Strāvas padeves ķēde, pats nosaukums norāda, ka šī shēma tiek izmantota, lai piegādātu strāvu citām elektriskām un elektroniskām shēmām vai ierīcēm. Ir dažādi strāvas padeves veidi ķēdes, pamatojoties uz jaudu, ko tās izmanto ierīču nodrošināšanai. Piemēram, tiek izmantotas mikrokontrolleru bāzes shēmas, parasti 5 V līdzstrāvas regulētas barošanas ķēdes, kuras var izstrādāt, izmantojot dažādas metodes, lai pieejamo 230 V maiņstrāvu pārveidotu par 5 V līdzstrāvu. Pārveidotājus, kuru izejas spriegums ir mazāks par ieejas spriegumu, sauc par pakāpeniskiem pārveidotājiem.
4 soļi, lai pārveidotu 230 V maiņstrāvu līdz 5 V līdzstrāvu
1. Samaziniet sprieguma līmeni
Pārejas pārveidotāji tiek izmantoti, lai pārveidotu augstspriegumu zemā spriegumā. Pārveidotāju, kura izejas spriegums ir mazāks par ieejas spriegumu, sauc par pakāpenisku pārveidotāju, un pārveidotāju, kura izejas spriegums ir lielāks par ieejas spriegumu, sauc par pakāpenisku pārveidotāju. Ir paaugstināšanas un samazināšanas transformatori, kurus izmanto, lai palielinātu vai pazeminātu sprieguma līmeni. 230 V maiņstrāva tiek pārveidota par 12 V maiņstrāvu, izmantojot pazeminošo transformatoru. Pakāpiena transformatora 12 V izeja ir RMS vērtība, un tās maksimālo vērtību dod kvadrātsaknes divu reizinājums ar RMS vērtību, kas ir aptuveni 17 V.
Pakāpiena transformators
Nolaižamais transformators sastāv no diviem tinumiem, proti, primārajiem un sekundārajiem tinumiem, kur primāro var projektēt, izmantojot mazāka izmēra vadu ar lielāku pagriezienu skaitu, jo to izmanto mazstrāvas augstsprieguma jaudas pārvadīšanai, un sekundāro tinumu, izmantojot liela gabarīta vads ar mazāku pagriezienu skaitu, jo to izmanto lielas strāvas zema sprieguma jaudas pārvadīšanai. Transformatori darbojas pēc Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likumu principa.
2. Pārvērst maiņstrāvu par līdzstrāvu
230 V maiņstrāva tiek pārveidota par 12 V maiņstrāvu (12 V RMS vērtība, kur maksimālā vērtība ir aptuveni 17 V), bet šim nolūkam nepieciešamā jauda ir 5 V līdzstrāva, 17 V maiņstrāva galvenokārt jāpārvērš līdzstrāvas strāvā, pēc tam to var samazināt līdz 5 V līdzstrāva. Bet pirmām kārtām mums jāzina, kā pārveidot maiņstrāvu par līdzstrāvu? Maiņstrāvu var pārveidot līdzstrāvā, izmantojot vienu no jaudas elektroniskie pārveidotāji sauc par Taisngriezi. Taisngrieži ir dažādi, piemēram, pusviļņu taisngrieži, pilna viļņu taisngrieži un tilta taisngrieži. Sakarā ar tilta taisngrieža priekšrocībām salīdzinājumā ar pus un pilna viļņa taisngriezi, tilta taisngriezi bieži izmanto maiņstrāvas pārveidošanai par līdzstrāvu.
Tilta taisngriezis
Tilta taisngriezis sastāv no četrām diodēm, kas savienotas tilta formā. Mēs zinām, ka diode ir nekontrolēts taisngriezis, kas novirzīs tikai uz priekšu un neveiks reversās novirzes laikā. Ja diodes anoda spriegums ir lielāks par katoda spriegumu, tad tiek teikts, ka diode ir novirzīta uz priekšu. Pozitīvā puscikla laikā vadīs diodes D2 un D4 un negatīvās puscikla laikā - D1 un D3. Tādējādi maiņstrāva tiek pārveidota par līdzstrāvu šeit iegūtais nav tīrs līdzstrāvas līdzstrāvs, jo tas sastāv no impulsiem. Tādējādi to sauc par pulsējošu līdzstrāvas jaudu. Bet sprieguma kritums diodēs ir (2 * 0,7 V) 1,4 V, tāpēc maksimālais spriegums šīs retifikatora ķēdes izejā ir aptuveni 15 V (17–1,4).
3. Viļņu izlīdzināšana, izmantojot filtru
15 V līdzstrāvu var regulēt 5 V līdzstrāvā, izmantojot pazeminošo pārveidotāju, taču pirms tam ir nepieciešams iegūt tīru līdzstrāvas jaudu. Diodes tilta izeja ir līdzstrāva, kas sastāv no viļņiem, ko sauc arī par pulsējošu līdzstrāvu. Šo pulsējošo līdzstrāvu var filtrēt, izmantojot induktora filtru vai kondensatora filtru, vai ar rezistoru un kondensatoru savienotu filtru pulsāciju noņemšanai. Apsveriet kondensatora filtru, kas lielākajā daļā gadījumu tiek izmantots vienmērīgai izlīdzināšanai.
Filtrēt
Mēs zinām, ka kondensators ir enerģijas uzkrāšanas elements. Ķēdē kondensators uzkrāj enerģiju kamēr ieeja palielinās no nulles līdz maksimālajai vērtībai un, kamēr barošanas spriegums samazinās no maksimālās vērtības līdz nullei, kondensators sāk izlādēties. Šī kondensatora uzlāde un izlāde padarīs pulsējošu līdzstrāvu par tīru līdzstrāvu, kā parādīts attēlā.
4. 12 V līdzstrāvas regulēšana 5 V līdzstrāvā, izmantojot sprieguma regulatoru
15 V līdzstrāvas spriegumu var pazemināt līdz 5 V līdzstrāvas spriegumam, izmantojot līdzstrāvas pārveidotāju, ko sauc par sprieguma regulators IC7805. IC7805 sprieguma regulatora pirmie divi cipari ‘78’ apzīmē pozitīvas virknes sprieguma regulatorus, bet pēdējie divi cipari ‘05’ apzīmē sprieguma regulatora izejas spriegumu.
IC7805 sprieguma regulatora iekšējā bloka diagramma
IC7805 sprieguma regulatora blokshēma ir parādīta attēlā, kas sastāv no darbības pastiprinātāja, kas darbojas kā kļūdas pastiprinātājs, zenera diode, ko izmanto sprieguma atskaites nodrošināšanai , kā parādīts attēlā.
Zenera diode kā sprieguma atskaite
Tranzistors kā sērijas caurlaides elements, ko izmanto papildu enerģijas izkliedēšanai kā siltuma SOA aizsardzību (drošas darbības zona) un siltuma aizsardzībai izmanto siltuma izlietni pārmērīga barošanas sprieguma gadījumā. Parasti IC7805 regulators var izturēt spriegumu, kas svārstās no 7,2 V līdz 35 V, un dod maksimālu efektivitāti 7,2 V spriegumam un, ja spriegums pārsniedz 7,2 V, rodas enerģijas zudumi siltuma veidā. Lai pasargātu regulatoru no pārkaršanas, tiek nodrošināta siltuma aizsardzība, izmantojot siltuma izlietni. Tādējādi 5 V līdzstrāvu iegūst no 230 V maiņstrāvas.
Mēs varam tieši pārveidot 230 V maiņstrāvu 5 V līdzstrāvā, neizmantojot transformatoru, taču mums var būt nepieciešamas augsta līmeņa diodes un citas sastāvdaļas, kas nodrošina mazāku efektivitāti. Ja mums ir 230 V līdzstrāvas avots, tad mēs varam pārveidot 230 V līdz 5 V līdzstrāvu, izmantojot līdzstrāvas līdzstrāvas sprieguma pārveidotāju.
230 V līdz 5 V līdzstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja pārveidotājs:
Sāksim ar līdzstrāvas regulētu barošanas ķēdi, kas izveidota, izmantojot līdzstrāvas līdzstrāvas sprieguma pārveidotāju. Ja mums ir 230 V līdzstrāvas avots, tad 230 V līdzstrāvas pārveidošanai par 5 V līdzstrāvas padevi varam izmantot līdzstrāvas līdzstrāvas sprieguma pārveidotāju. DC-DC buck pārveidotājs sastāv no kondensatora, MOSFET, PWM vadība , Diodes un induktori. DC-DC buck pārveidotāja pamata topoloģija ir parādīta zemāk redzamajā attēlā.
DC līdz DC Buck Converter
Sprieguma kritums induktorā un elektriskās strāvas izmaiņas, kas plūst caur ierīci, ir proporcionālas viena otrai. Tādējādi sprādzes pārveidotājs darbojas pēc enerģijas, kas uzkrāta induktorā, principa. The jaudas pusvadītājs MOSFET vai IGBT, ko izmanto kā komutācijas elementu, var izmantot, lai mainītu sprieguma pārveidotāja ķēdi starp diviem dažādiem stāvokļiem, aizverot vai atverot un izslēdzot vai ieslēdzot, izmantojot komutācijas elementu. Ja slēdzis ir ieslēgts, ieslēgšanas strāvas dēļ visā induktorā tiek radīts potenciāls, kas pretosies barošanas spriegumam, tādējādi samazinot iegūto izejas spriegumu. Tā kā diodei ir pretēja tendence, caur diode neplūst strāva.
Ja slēdzis ir atvērts, strāva caur induktoru pēkšņi pārtraucas un diode sāk vadīt, tādējādi tiek nodrošināts atgriešanās ceļš uz induktora strāvu. Sprieguma kritums pāri ieslēgtajam induktoram tiek apgriezts, un to var uzskatīt par primāro izejas jaudas avotu šajā komutācijas ciklā, un tas ir saistīts ar šīm straujajām strāvas plūsmas izmaiņām. Uzkrātā induktora enerģija tiek nepārtraukti piegādāta slodzei, un tādējādi induktora strāva sāks samazināties, līdz strāva pieaugs līdz iepriekšējai vērtībai vai nākamajai stāvoklī. Enerģijas piegādes turpināšana slodzei noved pie induktora strāvas krituma, līdz strāva pieaug līdz iepriekšējai vērtībai. Šo parādību sauc par izejas pulsāciju, kuru var samazināt līdz pieņemamai vērtībai, izmantojot izlīdzināšanas kondensatoru paralēli izejai. Tādējādi DC-DC pārveidotājs darbojas kā pakāpenisks pārveidotājs.
DC līdz DC pakāpenisks pārveidotājs, izmantojot PWM Cotrol
Attēlā parādīts līdzstrāvas līdz līdzstrāvas pārveidotāja darbības princips, ko kontrolē, izmantojot PWM oscilatoru augstfrekvences pārslēgšanai, un atgriezeniskā saite ir savienota ar kļūdas pastiprinātāju.
Visa iegultā sistēma balstīta elektronikas projekti nepieciešams fiksēts vai regulējams sprieguma regulators, ko izmanto, lai nodrošinātu nepieciešamo elektrisko un elektronisko ķēžu vai komplektu padevi. Ir daudz uzlabotu automātisko sprieguma regulatoru, kas spēj automātiski pielāgot izejas spriegumu, pamatojoties uz piemērošanas kritērijiem. Lai iegūtu vairāk tehniskas palīdzības par barošanas ķēdi un pārveidotāju, lūdzu, ievietojiet savus jautājumus kā komentārus zemāk esošajā komentāru sadaļā.
