Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung

In der heutigen Zeit arbeitet fast jede Haushaltselektronik mit Gleichstrom (DC), aber wir erhalten Wechselstrom (AC) aus Kraftwerken über Übertragungsleitungen, da Wechselstrom effizienter und kostengünstiger als Gleichstrom übertragen werden kann. So hat jedes Gerät, das mit Gleichstrom arbeitet, einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlerkreis. Wir haben zuvor ein 5-V-Handy-Ladegerät gebaut, das auch eine AC-DC-Wandlerschaltung enthält.

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Konvertern, die häufig für AC-DC-Konversationszwecke verwendet werden.

Einer ist der traditionelle transformatorbasierte Linearwandler, der eine einfache Diodenbrücke, einen Kondensator und einen Spannungsregler verwendet. Die einfache Diodenbrücke kann entweder mit einem einzelnen Halbleiterbauelement wie DB107 oder mit 4 unabhängigen Dioden wie 1N4007 konstruiert werden. Der andere Wandlertyp ist ein SMPS- oder Schaltnetzteil, das einen kleinen Hochfrequenztransformator und einen Schaltregler zur Bereitstellung des Gleichstromausgangs verwendet.

In diesem Projekt werden wir das traditionelle transformatorbasierte Design diskutieren, bei dem einfache Dioden und Kondensatoren verwendet werden, um den Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, und ein optionaler Spannungsregler, um die Ausgangsgleichspannung zu regeln. Das Projekt wird ein AC / DC-Wandler sein, der einen Transformator mit einer Eingangsspannung von 230 V und einem Ausgang von 12 V 1A verwendet.

Erforderliche Komponenten

1.Transformator mit 1A 13V Nennspannung

2,4 Stück 1N4007 Dioden

3. Ein 1000uF Elektrolytkondensator mit einer Nennspannung von 25V.

4. Wenige einadrige Drähte

5.Breadboard

6.LDO oder ein linearer Spannungsregler gemäß Spezifikation (hier LM2940 verwendet).

7. Ein Multimeter zum Messen der Spannung.

Schaltplan und Erklärung

Das Schema für diese AC / DC-Wandlerschaltung ist einfach. Der Transformator wird verwendet, um die 230 V AC auf 13 V AC zu senken.

Hier werden vier Allzweckgleichrichterdioden 1N4007 verwendet, um den Wechselstromeingang zu retifizieren. 1N4007 hat eine sich wiederholende Spitzen-Sperrspannung von 1000 V mit einem durchschnittlichen gleichgerichteten Durchlassstrom von 1A. Diese vier Dioden werden verwendet, um den 13-V-Wechselstromausgang über den Transformator umzuwandeln. Die Dioden werden verwendet, um einen Brückenwandler herzustellen, der ein wesentlicher Bestandteil der Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung ist. Um mehr über die Brückengleichrichterschaltung zu erfahren, folgen Sie dem Link.

Der Filterkondensator C1 wird nach dem Brückenwandler hinzugefügt, um die Ausgangsspannung zu glätten.

Das LDO IC1 ist ebenfalls angeschlossen, um die Ausgangsspannung zu regeln.

Funktionsweise des AC / DC-Wandlerkreises

Ein Abwärtstransformator wird verwendet, um den Hochspannungswechselstrom in den Niederspannungswechselstrom umzuwandeln. Der Transformator ist auf einer Leiterplatte montiert und ein 1-Ampere-13-Volt-Transformator. Während des Ladens fällt die Transformatorspannung jedoch um ungefähr 12,5-12,7 Volt ab.

Der wesentliche Teil der Schaltung ist eine Diodenbrücke, die aus vier Dioden besteht. Die Diode ist ein elektronisches Halbleiterbauelement, das den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.

Der Stromfluss innerhalb der Diodenbrücke ist im folgenden Bild zu sehen.

Hier blockieren zwei Dioden D2 und D4 die negative Spitze des Wechselstroms und lassen den Strom in die eine Richtung fließen. Dies ist ein Vollbrückengleichrichter, dh die Diodenbrücke korrigiert sowohl die positive als auch die negative Spitze des Wechselstromsignals.

Der große Kondensator C1 wird während der Umwandlung aufgeladen und glättet die Ausgangsspannung. Am Ende ist dies jedoch kein geregelter Spannungsausgang. Hier erfolgt die Spannungsregelung durch das LDO LM2940, das im Schaltplan IC1 ist.

Das LDO LM2940 ist ein 3- poliges Gerät im TO220-Gehäuse. LDO steht für Low Dropout Voltage. Das Pin-Diagramm ist im folgenden Bild dargestellt.

Einige Spannungsregler haben Einschränkungen hinsichtlich der Eingangsspannung, die erforderlich sind, um eine garantierte Spannungsregelung über den Reglerausgang zu gewährleisten. In wenigen Linearreglern wird angegeben, dass eine Differenz von mindestens 2 Volt zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung erforderlich ist. Dies bedeutet, dass der Regler für einen geregelten Ausgang von 12 Volt eine Eingangsspannung von mindestens 14 Volt für eine garantierte geregelte Ausgangsspannung von 12 Volt benötigt. Im Allgemeinen erfordern Low Dropout Voltage Regler (LDOs) sehr minimale Spannungsunterschiede zwischen Eingang und Ausgang. Für das LM2940-Datenblatt ist eine Mindestdifferenz von 0,5 Volt zwischen dem Eingang und dem Ausgang erforderlich. Wir haben einen LDO-Regler der Serie mit fester Spannung von Texas Instruments verwendet. Der LM2940 hat eine Ausgangsleistung von 12 Volt.

Die Ausgabe ist im folgenden Bild perfekt zu sehen.

Überprüfen Sie die vollständige Funktionsweise in dem am Ende angegebenen Video.

Ein transformatorbasierter AC / DC-Wandler ist sehr häufig, wenn eine Hochspannungs-AC / DC-Umwandlung erforderlich ist. Es ist am häufigsten in Verstärkersystemen, verschiedenen Netzteilen, Lötstationen, Prüfgeräten usw.

Einschränkungen der transformatorbasierten AC-DC-Wandlerschaltung

Die transformatorbasierte Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom ist eine häufige Wahl, wenn Gleichstrom erforderlich ist, jedoch bestimmte Nachteile aufweist.

1. In allen Situationen, in denen die Eingangswechselspannung schwanken kann oder die Wechselspannung erheblich abfällt, fällt auch die Ausgangswechselspannung am Transformator ab. Ein 230V AC / 12V DC Wandler kann daher nicht in eine 110V AC Leitung eingespeist werden. Um dies zu beheben, wird eine zusätzliche Einstellung für verschiedene Eingangsspannungspegel bereitgestellt.

2. Obwohl es keinen universellen Eingangsspannungsbereich gibt, ist dies eine kostspielige Wahl, da der Transformator selbst mehr als 60% der gesamten Herstellungskosten der Wandlerschaltung kostet.

3. Eine weitere Einschränkung ist die geringe Umwandlungseffizienz. Der Transformator erwärmt sich und verschwendet unnötige Energie.

4.Der Transformator ist schweres Material, das das Gewicht des Produkts unnötig erhöht.

5. Aufgrund des Transformators wird im Produkt mehr Platz benötigt, um in die Wandlerschaltung oder zumindest in den Transformator zu passen.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, ist ein SMPS- oder Schaltnetzteil die bevorzugte Wahl.