Setiap alat elektrik dan elektronik yang kita gunakan dalam kehidupan seharian kita memerlukan bekalan elektrik. Secara umum, kami menggunakan bekalan AC 230V 50Hz, tetapi daya ini harus diubah menjadi bentuk yang diperlukan dengan nilai yang diperlukan atau julat voltan untuk menyediakan bekalan kuasa ke berbagai jenis perangkat. Terdapat pelbagai jenis penukar elektronik kuasa seperti step-down converter, step-up converter, voltage stabilizer, AC to DC converter, DC to DC converter, DC to AC converter, dan sebagainya. Sebagai contoh, pertimbangkan mikrokontroler yang sering digunakan untuk mengembangkan banyak projek berasaskan sistem terbenam dan kit yang digunakan dalam aplikasi masa nyata. Mikrokontroler ini memerlukan bekalan 5V DC, jadi AC 230V perlu ditukar menjadi 5V DC menggunakan step-down converter dalam litar bekalan kuasa mereka.
Litar Bekalan Kuasa
Litar Penukar Langkah Ke Bawah
Litar bekalan kuasa, namanya sendiri menunjukkan bahawa litar ini digunakan untuk membekalkan kuasa ke litar elektrik atau elektronik lain atau peranti. Terdapat berbeza jenis bekalan kuasa litar berdasarkan kuasa yang digunakan untuk menyediakan peranti. Sebagai contoh, litar berasaskan pengawal mikro, biasanya litar bekalan kuasa terkawal 5V DC, digunakan, yang boleh dirancang menggunakan teknik yang berbeza untuk menukar kuasa 230V AC yang tersedia menjadi kuasa 5V DC. Umumnya penukar dengan voltan keluaran kurang daripada voltan masukan disebut sebagai penukar step-down.
4 Langkah Menukar 230V AC ke 5V DC
1. Turunkan Tahap Voltan
Penukar step-down digunakan untuk menukar voltan tinggi menjadi voltan rendah. Penukar dengan voltan keluaran kurang daripada voltan masukan disebut sebagai penukar turun ke bawah, dan penukar dengan voltan keluaran lebih besar daripada voltan masukan disebut sebagai penukar step-up. Terdapat transformer step-up dan step-down yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tahap voltan. 230V AC ditukar menjadi 12V AC menggunakan step-down transformer. Output 12V transformer stepdown adalah nilai RMS dan nilai puncaknya diberikan oleh produk kuasa dua dua dengan nilai RMS, iaitu sekitar 17V.
Transformer Step-down
Transformer step-down terdiri daripada dua belitan, iaitu belitan primer dan sekunder di mana primer dapat dirancang menggunakan wayar kurang tolok dengan bilangan putaran lebih banyak kerana ia digunakan untuk membawa daya voltan tinggi arus rendah, dan belitan sekunder menggunakan wayar tolok tinggi dengan bilangan putaran yang lebih sedikit kerana ia digunakan untuk membawa kuasa voltan rendah arus tinggi. Transformer berfungsi berdasarkan prinsip undang-undang aruhan elektromagnetik Faraday.
2. Tukarkan AC ke DC
Daya 230V AC diubah menjadi 12V AC (nilai RMS 12V di mana nilai puncaknya sekitar 17V), tetapi daya yang diperlukan adalah 5V DC untuk tujuan ini, kuasa 17V AC mesti ditukar terutamanya menjadi daya DC maka ia dapat diturunkan ke 5V DC. Tetapi yang pertama dan paling utama, kita mesti tahu bagaimana menukar AC ke DC? Kuasa AC boleh ditukar menjadi DC menggunakan salah satu penukar elektronik kuasa dipanggil sebagai Rectifier. Terdapat pelbagai jenis penerus, seperti penyearah gelombang separuh, penyearah gelombang penuh dan penyearah jambatan. Oleh kerana kelebihan penerus jambatan berbanding penyearah gelombang separuh dan gelombang penuh, penerus jambatan sering digunakan untuk menukar AC ke DC.
Penyearah Jambatan
Penyearah jambatan terdiri daripada empat diod yang dihubungkan dalam bentuk jambatan. Kita tahu bahawa diod adalah penerus yang tidak terkawal yang hanya akan melakukan bias ke hadapan dan tidak akan berlaku semasa bias terbalik. Sekiranya voltan anod diod lebih besar daripada voltan katod maka dioda dikatakan berada dalam bias ke hadapan. Semasa separuh kitaran positif, diod D2 dan D4 akan melakukan dan semasa separuh kitaran negatif dioda D1 dan D3 akan melakukan. Oleh itu, AC ditukar menjadi DC di sini yang diperoleh bukan DC tulen kerana terdiri daripada denyutan. Oleh itu, ia dipanggil sebagai daya DC berdenyut. Tetapi penurunan voltan merentasi dioda adalah (2 * 0.7V) 1.4V oleh itu, voltan puncak pada output litar penahan ini ialah 15V (17-1.4) lebih kurang.
3. Melicinkan Riak menggunakan Penapis
15V DC dapat diatur menjadi 5V DC menggunakan step-down converter, tetapi sebelum ini, diperlukan untuk mendapatkan daya DC murni. Keluaran jambatan dioda adalah DC yang terdiri daripada riak yang juga disebut sebagai DC berdenyut. DC berdenyut ini dapat disaring menggunakan penapis induktor atau penapis kapasitor atau penapis yang digabungkan dengan perintang-kapasitor untuk menghilangkan riak. Pertimbangkan penapis kapasitor yang sering digunakan dalam kebanyakan kes untuk melicinkan.
Tapis
Kita tahu bahawa kapasitor adalah elemen menyimpan tenaga. Di litar, kapasitor menyimpan tenaga sementara input meningkat dari sifar ke nilai puncak dan, sementara voltan bekalan menurun dari nilai puncak ke sifar, kapasitor mula habis. Pengisian dan pemakaian kapasitor ini akan menjadikan DC berdenyut menjadi DC tulen, seperti yang ditunjukkan dalam gambar.
4. Mengatur DC 12V ke DC 5V menggunakan Voltage Regulator
Voltan DC 15V boleh diturunkan ke voltan DC 5V menggunakan penukar step-down DC yang dipanggil sebagai pengatur voltan IC7805. Dua digit pertama ‘78’ pengatur voltan IC7805 mewakili pengatur voltan siri positif dan dua digit terakhir ‘05’ mewakili voltan keluaran pengatur voltan.
Diagram Blok Dalaman Pengatur Voltan IC7805
Gambarajah blok pengatur voltan IC7805 ditunjukkan dalam gambar yang terdiri daripada penguat operasi yang bertindak sebagai penguat ralat, diod zener yang digunakan untuk memberikan rujukan voltan , seperti yang ditunjukkan dalam gambar.
Zener Diode sebagai Rujukan Voltan
Transistor sebagai elemen lulus siri yang digunakan untuk menghilangkan tenaga tambahan sebagai perlindungan SOA panas (Kawasan Operasi Selamat) dan heat sink digunakan untuk perlindungan haba sekiranya berlaku voltan bekalan yang berlebihan. Secara umum, pengatur IC7805 dapat menahan voltan antara 7.2V hingga 35V dan memberikan kecekapan maksimum voltan 7.2V dan jika voltan melebihi 7.2V, maka terdapat kehilangan tenaga dalam bentuk panas. Untuk melindungi pengatur dari panas terik, perlindungan termal disediakan dengan menggunakan heat sink. Oleh itu, DC 5V diperoleh daripada kuasa AC 230V.
Kita secara langsung boleh menukar 230V AC menjadi 5V DC tanpa menggunakan transformer, tetapi kita mungkin memerlukan diod penarafan tinggi dan komponen lain yang kurang memberi kecekapan. Sekiranya kita mempunyai bekalan kuasa 230V DC, maka kita boleh menukar 230V DC menjadi 5V DC menggunakan penukar buck DC-DC.
230v hingga 5v DC-DC Buck Converter:
Mari kita mulakan dengan rangkaian bekalan kuasa terkawal DC yang dirancang menggunakan penukar buck DC-DC. Sekiranya kita mempunyai bekalan kuasa 230V DC, maka kita dapat menggunakan penukar buck DC-DC untuk menukar DC 230V menjadi bekalan kuasa DC 5V. Penukar buck DC-DC terdiri daripada Capacitor, MOSFET, Kawalan PWM , Diod dan Induktor. Topologi asas penukar buck DC-DC ditunjukkan dalam gambar di bawah.
Penukar DC ke DC Buck
Kejatuhan voltan di induktor dan perubahan arus elektrik yang mengalir melalui peranti berkadaran antara satu sama lain. Oleh itu, penukar buck berfungsi berdasarkan prinsip tenaga yang tersimpan dalam induktor. The MOSFET semikonduktor kuasa atau IGBT yang digunakan sebagai elemen pensuisan dapat digunakan untuk menukar litar penukar buck antara dua keadaan yang berbeza dengan menutup atau membuka dan mematikan atau menggunakan elemen pensuisan. Sekiranya suis dalam keadaan aktif, maka potensi diciptakan di seluruh induktor kerana arus masuk yang akan menentang voltan bekalan, sehingga mengurangkan voltan keluaran yang dihasilkan. Oleh kerana diod terbalik terbalik, arus tidak akan mengalir melalui diod.
Sekiranya suis terbuka, arus melalui induktor tergendala secara tiba-tiba dan dioda mula melakukan pengaliran, oleh itu jalan kembali disediakan untuk arus induktor. Penurunan voltan melintasi induktor bertenaga terbalik, yang boleh dianggap sebagai sumber kuasa output utama semasa kitaran pensuisan ini dan ini disebabkan oleh perubahan arus yang cepat ini. Tenaga induktor yang disimpan terus dihantar ke beban dan dengan itu arus induktor akan mula turun sehingga arus naik ke nilai sebelumnya atau seterusnya pada keadaan. Kesinambungan menyampaikan tenaga ke beban menyebabkan penurunan arus induktor sehingga arus naik ke nilai sebelumnya. Fenomena ini disebut sebagai output ripple yang dapat dikurangkan menjadi nilai yang dapat diterima dengan menggunakan kapasitor smoothing selari dengan output. Oleh itu, Penukar DC-DC bertindak sebagai penukar langkah ke bawah.
DC to DC Step-down Converter menggunakan PWM Cotrol
Rajah menunjukkan prinsip kerja penukar step-down DC ke DC yang dikendalikan menggunakan pengayun PWM untuk pertukaran frekuensi tinggi dan maklum balas dihubungkan dengan penguat ralat.
Semua berasaskan sistem tertanam projek elektronik memerlukan pengatur voltan tetap atau boleh laras yang digunakan untuk menyediakan bekalan yang diperlukan ke litar elektrik atau elektronik atau kit. Terdapat banyak pengatur voltan automatik maju yang mampu menyesuaikan voltan keluaran secara automatik berdasarkan kriteria aplikasi. Untuk lebih banyak bantuan teknikal mengenai litar bekalan kuasa dan penukar turun ke bawah, sila hantarkan pertanyaan anda sebagai komen di bahagian komen di bawah.
