Схема преобразователя переменного тока в постоянный

В современную эпоху почти каждая бытовая электроника работает на постоянном токе (DC), но мы получаем переменный ток (AC) от электростанций по линиям передачи, потому что переменный ток может передаваться более эффективно, чем постоянный ток, при меньших затратах. Таким образом, каждое устройство, которое работает от постоянного тока, имеет схему преобразователя переменного тока в постоянный. Ранее мы создали зарядное устройство для сотового телефона на 5 В, которое также имеет схему преобразователя переменного тока в постоянный.

В основном, существует два типа преобразователей, широко используемых для разговора AC-DC.

Один из них - это традиционный линейный преобразователь на основе трансформатора, в котором используется простой диодный мост, конденсатор и регулятор напряжения. Простой диодный мост может быть построен либо с одним полупроводниковым устройством, например DB107, либо с 4 независимыми диодами, например 1N4007. Другой тип преобразователя SMPS или режим переключателя питания, который использует высокочастотную небольшой трансформатор и импульсный стабилизатор, чтобы обеспечить выходной сигнал постоянного тока.

В этом проекте мы обсудим традиционную конструкцию на основе трансформатора, в которой используются простые диоды и конденсатор для преобразования переменного тока в постоянный ток и дополнительный регулятор напряжения для регулирования выходного постоянного напряжения. Проект будет конвертер AC-DC с использованием трансформатора с входным напряжением 230 В и мощностью 12В 1А.

Необходимые компоненты

1. трансформатор с номиналом 1 А 13 В

2,4 шт 1N4007 диоды

3. Электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ и номиналом 25 В.

4. несколько одножильных проводов

5. макетная плата

6.LDO или линейный регулятор напряжения согласно спецификации (здесь используется LM2940).

7. Мультиметр для измерения напряжения.

Принципиальная схема и объяснение

Схема для этой схемы преобразователя AC-DC проста. Трансформатор используется для пошагового вниз 230 В переменного тока к сети переменного тока 13V.

Здесь используются четыре выпрямительных диода общего назначения 1N4007 для защиты входа переменного тока. 1N4007 имеет пиковое повторяющееся обратное напряжение 1000 В со средним выпрямленным прямым током 1 А. Эти четыре диода используются для преобразования выходного напряжения 13 В переменного тока через трансформатор. Диоды используются для изготовления мостового преобразователя, который является важной частью схемы преобразования переменного тока в постоянный. Чтобы узнать больше о схеме мостового выпрямителя, перейдите по ссылке.

Конденсатор фильтра C1 добавлен после мостового преобразователя для сглаживания выходного напряжения.

LDO, IC1 также подключен к регулировать выходное напряжение.

Работа схемы преобразователя переменного тока в постоянный

Понижающий трансформатор используется для преобразования переменного тока высокого напряжения к сети переменного тока низкого напряжения. Трансформатор установлен на печатной плате и представляет собой трансформатор на 1 ампер и 13 вольт. Однако во время нагрузки напряжение трансформатора падает примерно на 12,5-12,7 вольт.

Существенной частью схемы является диодный мост, состоящий из четырех диодов. Диод - это электронное полупроводниковое устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный.

Течение тока внутри диодного моста можно увидеть на изображении ниже.

Здесь два диода D2 и D4 блокируют отрицательный пик переменного тока и заставляют ток течь в одном направлении. Это полный мостовой выпрямитель, который означает, что диодный мост выпрямляет как положительный, так и отрицательный пик сигнала переменного тока.

Большой конденсатор C1 заряжается во время преобразования и сглаживает выходное напряжение. Но в конечном итоге это не регулируемое выходное напряжение. Здесь регулировка напряжения выполняется LDO, LM2940, который на схеме обозначен IC1.

LDO, LM2940 - это 3- выводное устройство в корпусе TO220. LDO означает низкое падение напряжения. Схема контактов может быть показана на изображении ниже.

Некоторые регуляторы напряжения имеют ограничения по входному напряжению, которое требуется для обеспечения гарантированного регулирования напряжения на выходе регулятора. В некоторых линейных регуляторах это означает, что требуется минимум 2 вольта разницы между входным и выходным напряжением, это означает, что для регулируемого выходного напряжения 12 вольт регулятору требуется входное напряжение не менее 14 вольт для гарантированного стабилизированного выходного напряжения 12 вольт. Как правило, стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO) требуют минимальной разницы напряжений между входом и выходом. Для таблицы данных LM2940 требуется минимальная разница в 0,5 вольта между входом и выходом. Мы использовали стабилизатор LDO серии фиксированного напряжения от Texas Instruments. LM2940 с номинальным выходным напряжением 12 В.

Результат можно прекрасно увидеть на изображении ниже.

Проверьте полную работу в видео, приведенном в конце.

Трансформаторный преобразователь переменного тока в постоянный очень распространен там, где требуется преобразование переменного тока в постоянное высокое напряжение. Чаще всего он используется в усилителях, различных адаптерах питания, паяльных станциях, испытательном оборудовании и т. Д.

Ограничения схемы преобразователя переменного тока в постоянный на основе трансформатора

Трансформаторное преобразование переменного тока в постоянный - это распространенный выбор, когда требуется постоянный ток, но он имеет определенные недостатки.

1. Любые ситуации, когда входное переменное напряжение может колебаться или если переменное напряжение значительно падает, выходное переменное напряжение на трансформаторе также падает. Таким образом, преобразователь 230 В переменного тока в 12 В постоянного тока не может питаться от сети 110 В. Для решения этой проблемы предусмотрена дополнительная настройка для различных уровней входного напряжения.

2. Несмотря на отсутствие универсального диапазона входного напряжения, это дорогостоящий выбор, поскольку стоимость самого трансформатора превышает 60% от общей стоимости изготовления схемы преобразователя.

3. Еще одно ограничение - низкая эффективность преобразования. Трансформатор нагревается и расходует ненужную энергию.

4. Трансформатор - тяжелый предмет, который излишне увеличивает вес изделия.

5. Из-за трансформатора внутри изделия требуется больше места для размещения схемы преобразователя или, по крайней мере, трансформатора.

Чтобы преодолеть эти ограничения, предпочтительным выбором является импульсный источник питания или импульсный источник питания.