วงจรแปลง AC เป็น DC

ในยุคปัจจุบันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในครัวเรือนเกือบทุกชิ้นทำงานด้วยกระแสตรง (DC) แต่เราได้กระแสสลับ (AC) จากโรงผลิตไฟฟ้าผ่านสายส่งเนื่องจาก AC สามารถส่งผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า DC ในต้นทุนที่ต่ำกว่า ดังนั้นทุกเครื่องที่ทำงานบน DC จึงมีและวงจรแปลง AC เป็น DC ก่อนหน้านี้เราได้สร้างเครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือ 5v ซึ่งมีวงจรแปลง AC-DC อยู่ด้วย

ส่วนใหญ่มีตัวแปลงสองประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับวัตถุประสงค์การสนทนา AC-DC

หนึ่งคือตัวแปลงเชิงเส้นที่ใช้Transformer แบบดั้งเดิมซึ่งใช้ไดโอดบริดจ์ตัวเก็บประจุตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า Simple Diode Bridge สามารถสร้างด้วยอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เดี่ยวเช่น DB107 หรือ 4 ไดโอดอิสระเช่น 1N4007 ตัวแปลงประเภทอื่นคือ SMPS หรือแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ซึ่งใช้หม้อแปลงขนาดเล็กความถี่สูงและตัวควบคุมการสลับเพื่อให้เอาต์พุต DC

ในโครงการนี้เราจะพูดถึงการออกแบบที่ใช้ Transformer แบบดั้งเดิมซึ่งใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุอย่างง่ายเพื่อแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงและตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเสริมเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงขาออก โครงการนี้จะเป็นแปลง AC-DC โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตของ 230V และการส่งออกของ 12V 1A

ส่วนประกอบที่จำเป็น

1. หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีพิกัด 1A 13V

2.4 ชิ้น 1N4007 ไดโอด

3. ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ 1000uF ที่มีพิกัด 25V

4. สายเกลียวเดี่ยวไม่กี่เส้น

5. เบรดบอร์ด

6. LDO หรือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นตามข้อกำหนด (ที่นี่ใช้ LM2940)

7. มัลติมิเตอร์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้า

แผนภาพวงจรและคำอธิบาย

แผนผังสำหรับวงจรแปลง AC-DCนี้ง่ายมาก หม้อแปลงจะใช้ในการก้าวลง 230V AC เพื่อ 13V AC

ไดโอดเรียงกระแสไฟฟ้าอเนกประสงค์ 1N4007 สี่ตัวใช้ที่นี่เพื่อปรับอินพุต AC อีกครั้ง 1N4007 มีแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับสูงสุดที่ 1000V โดยมีกระแสไฟฟ้าไปข้างหน้าแก้ไขโดยเฉลี่ยที่ 1A ไดโอดทั้งสี่นี้ใช้เพื่อแปลงเอาต์พุต AC 13V ผ่านหม้อแปลง ไดโอดใช้ในการสร้างตัวแปลงบริดจ์ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของวงจรการแปลง AC เป็น DC หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวงจรเรียงกระแสบริดจ์ตามลิงค์

ตัวเก็บประจุตัวกรอง C1ถูกเพิ่มหลังจากตัวแปลงบริดจ์เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าขาออกเรียบ

LDO, IC1 ยังเชื่อมต่อเพื่อควบคุมแรงดันเอาท์พุท

การทำงานของวงจรแปลงไฟ AC เป็น DC

หม้อแปลงขั้นตอนลงจะใช้ในการแปลงแรงดันไฟฟ้า AC สูงเพื่อให้คณะกรรมการตรวจสอบแรงดันต่ำ หม้อแปลงไฟฟ้าติดตั้งอยู่บน PCB และเป็นหม้อแปลงขนาด 13 โวลต์ 1 แอมแปร์ อย่างไรก็ตามในระหว่างการโหลดแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงจะลดลงประมาณ 12.5-12.7 โวลต์

ส่วนที่สำคัญของวงจรคือสะพานไดโอดซึ่งประกอบด้วยไดโอดสี่ตัว ไดโอดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรง

การไหลของกระแสภายในสะพานไดโอดสามารถดูได้จากภาพด้านล่าง

ที่นี่สองไดโอด D2 และ D4 ปิดกั้นจุดสูงสุดเชิงลบของกระแสสลับและทำให้กระแสไหลไปในทิศทางเดียว นี่คือวงจรเรียงกระแสแบบเต็มสะพานซึ่งหมายความว่าสะพานไดโอดจะแก้ไขทั้งจุดสูงสุดบวกและลบของสัญญาณ AC

ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ C1 จะถูกชาร์จระหว่างการแปลงและทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกราบรื่น แต่ในผลลัพธ์สุดท้ายนี่ไม่ใช่เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าที่มีการควบคุม ที่นี่การควบคุมแรงดันไฟฟ้าทำได้โดย LDO, LM2940ซึ่งเป็น IC1 ในแผนผัง

LDO, LM2940เป็นอุปกรณ์ 3 พินในแพ็คเกจ TO220 LDO ย่อมาจากแรงดันตกกลางต่ำ แผนภาพพินสามารถแสดงได้ในภาพด้านล่าง

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าบางตัวมีข้อ จำกัด เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าซึ่งจำเป็นสำหรับการรับประกันการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในเอาต์พุตของตัวควบคุม ในตัวควบคุมเชิงเส้นบางตัวระบุว่าต้องมีความแตกต่างขั้นต่ำ 2 โวลต์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและแรงดันขาออกนั่นหมายถึงสำหรับเอาต์พุต 12 โวลต์ที่มีการควบคุมตัวควบคุมต้องใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตอย่างน้อย 14 โวลต์สำหรับแรงดันเอาต์พุตที่มีการควบคุม 12 โวลต์ โดยทั่วไปตัวควบคุมแรงดันตกกลางต่ำ (LDO) ต้องการความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำระหว่างอินพุตและเอาต์พุต สำหรับแผ่นข้อมูล LM2940 จะต้องมีความแตกต่างขั้นต่ำ 0.5 โวลต์ระหว่างอินพุตและเอาต์พุต เราใช้ตัวควบคุม LDO แบบอนุกรมแรงดันคงที่จาก Texas Instruments LM2940 ซึ่งมีพิกัดเอาต์พุต 12 โวลต์

ผลลัพธ์สามารถมองเห็นได้อย่างสมบูรณ์ในภาพด้านล่าง

ตรวจสอบการทำงานทั้งหมดในวิดีโอที่ให้ไว้ในตอนท้าย

ตัวแปลง AC เป็น DC ที่ใช้หม้อแปลงเป็นเรื่องธรรมดามากที่ต้องใช้การแปลง AC เป็น DC แรงดันสูง โดยทั่วไปในระบบเครื่องขยายเสียงอะแดปเตอร์ไฟต่างๆสถานีบัดกรีอุปกรณ์ทดสอบเป็นต้น

ข้อ จำกัด ของวงจรแปลง AC-DC ที่ใช้หม้อแปลง

การแปลง AC เป็น DC ที่ใช้หม้อแปลงเป็นตัวเลือกทั่วไปที่ต้องใช้ DC แต่มีข้อบกพร่องบางประการ

1. สถานการณ์ใด ๆ ที่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขาเข้ามีความเป็นไปได้ที่จะผันผวนหรือหากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับลดลงอย่างมากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ส่งออกทั่วหม้อแปลงก็จะลดลงเช่นกัน ดังนั้นตัวแปลง 230V AC เป็น 12V DC จึงไม่สามารถจ่ายไฟในสาย 110V AC ได้ เพื่อจัดการกับปัญหานี้มีการตั้งค่าเพิ่มเติมสำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่แตกต่างกัน

2. แม้จะไม่มีช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตสากล แต่ก็เป็นทางเลือกที่มีราคาแพงเนื่องจากตัวหม้อแปลงเองมีราคามากกว่า 60% ของต้นทุนการผลิตทั้งหมดของวงจรคอนเวอร์เตอร์

3. ข้อ จำกัด อีกประการหนึ่งคือประสิทธิภาพในการแปลงต่ำ หม้อแปลงจะร้อนขึ้นและสิ้นเปลืองพลังงานโดยไม่จำเป็น

4. หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นของหนักที่เพิ่มน้ำหนักของผลิตภัณฑ์โดยไม่จำเป็น

5. เนื่องจากหม้อแปลงจึงต้องมีพื้นที่ภายในผลิตภัณฑ์มากขึ้นเพื่อให้พอดีกับวงจรคอนเวอร์เตอร์หรืออย่างน้อยก็หม้อแปลง

เพื่อเอาชนะข้อ จำกัด เหล่านี้แหล่งจ่ายไฟ SMPS หรือโหมดสวิตช์เป็นทางเลือกที่ดีกว่า