ステップダウンコンバータを使用して230VACを5VDCに変換する手順

ステップダウンコンバータを使用して230VACを5VDCに変換する手順

私たちが日常生活で使用するすべての電気および電子機器には、電源が必要です。通常、230V 50HzのAC電源を使用しますが、この電源は、さまざまなタイプのデバイスに電源を供給するために必要な値または電圧範囲で必要な形式に変更する必要があります。パワーエレクトロニクスコンバータには、降圧コンバータ、昇圧コンバータ、電圧安定器、AC-DCコンバータ、DC-DCコンバータ、DC-ACコンバータなどさまざまな種類があります。たとえば、多くの開発に頻繁に使用されるマイクロコントローラについて考えてみます。 組み込みシステムベースのプロジェクト リアルタイムアプリケーションで使用されるキット。これらのマイクロコントローラーは5VDC電源を必要とするため、AC230Vは電源回路の降圧コンバーターを使用して5VDCに変換する必要があります。



電源回路

降圧コンバータ回路

降圧コンバータ回路

電源回路。名前自体は、この回路が他の電気および電子回路またはデバイスに電力を供給するために使用されることを示しています。違いがある 電源の種類 デバイスに提供するために使用される電力に基づく回路。たとえば、マイクロコントローラーベースの回路(通常は5V DC安定化電源回路)が使用されます。これは、利用可能な230VAC電力を5VDC電力に変換するためのさまざまな手法を使用して設計できます。一般に、出力電圧が入力電圧よりも低いコンバータは、降圧コンバータと呼ばれます。






230VACを5VDCに変換する4つのステップ

1.電圧レベルを下げる

降圧コンバータは、高電圧を低電圧に変換するために使用されます。出力電圧が入力電圧よりも低いコンバータを降圧コンバータと呼び、出力電圧が入力電圧よりも高いコンバータを降圧コンバータと呼びます。電圧レベルをステップアップまたはステップダウンするために使用されるステップアップおよびステップダウントランスがあります。 230V ACは、降圧トランスを使用して12VACに変換されます。降圧トランスの12V出力はRMS値であり、そのピーク値は2の平方根とRMS値(約17V)の積で与えられます。

ステップダウントランス

ステップダウントランス



降圧トランスは、1次巻線と2次巻線の2つの巻線で構成されます。1次巻線は、低圧高圧電力の伝送に使用されるため、より多くの巻数のより少ないゲージのワイヤを使用して設計できます。大電流低圧電力の伝送に使用されるため、巻数の少ない高ゲージワイヤ。変圧器は、ファラデーの電磁誘導の法則の原理に基づいて動作します。

2.ACをDCに変換します

230VAC電力は12VACに変換されます(ピーク値が約17Vである12V RMS値)が、この目的のために必要な電力は5V DCです。17VAC電力は主にDC電力に変換する必要があり、その後ステップダウンして5VDC。しかし、何よりもまず、ACをDCに変換する方法を知っている必要がありますか? AC電源は、次のいずれかを使用してDCに変換できます。 パワーエレクトロニクスコンバーター 整流器と呼ばれます。整流器には、半波整流器、全波整流器、ブリッジ整流器など、さまざまなタイプがあります。半波整流器および全波整流器に対するブリッジ整流器の利点により、ブリッジ整流器はACをDCに変換するために頻繁に使用されます。

ブリッジ整流器

ブリッジ整流器

ブリッジ整流器 ブリッジの形で接続された4つのダイオードで構成されています。ダイオードは制御されていない整流器であり、順方向バイアスのみを伝導し、逆方向バイアス中は伝導しません。ダイオードのアノード電圧がカソード電圧よりも大きい場合、ダイオードは順方向バイアスになっていると言われます。正の半サイクルの間、ダイオードD2とD4が導通し、負の半サイクルの間、ダイオードD1とD3が導通します。したがって、ACはここでDCに変換され、得られたDCはパルスで構成されているため純粋なDCではありません。したがって、それは脈動直流電力と呼ばれます。ただし、ダイオード間の電圧降下は(2 * 0.7V)1.4Vであるため、この整流回路の出力でのピーク電圧は約15V(17-1.4)です。


3.フィルターを使用して波紋を滑らかにする

15VDCは降圧コンバーターを使用して5VDCに安定化できますが、その前に、純粋なDC電力を取得する必要があります。ダイオードブリッジの出力は、脈動DCとも呼ばれるリップルで構成されるDCです。この脈流DCは、リップルを除去するために、インダクターフィルターまたはコンデンサーフィルターまたは抵抗器-コンデンサー結合フィルターを使用してフィルター処理できます。平滑化のためにほとんどの場合に頻繁に使用されるコンデンサーフィルターを検討してください。

フィルタ

フィルタ

コンデンサはエネルギー貯蔵要素であることを私たちは知っています。サーキットでは、 コンデンサはエネルギーを蓄えます 入力がゼロからピーク値に増加し、供給電圧がピーク値からゼロに減少する間、コンデンサは放電を開始します。このコンデンサの充電と放電により、図に示すように、脈動するDCが純粋なDCになります。

4.電圧レギュレータを使用して12VDCを5VDCに調整する

15V DC電圧は、次のように呼ばれるDC降圧コンバータを使用して5VDC電圧に降圧できます。 電圧レギュレーター IC7805。 IC7805電圧レギュレータの最初の2桁の「78」は正の直列電圧レギュレータを表し、最後の2桁の「05」は電圧レギュレータの出力電圧を表します。

IC7805電圧レギュレータの内部ブロック図

IC7805電圧レギュレータの内部ブロック図

IC7805電圧レギュレータのブロック図を図に示します。エラーアンプとして機能する動作アンプで構成されています。 電圧リファレンスを提供するために使用されるツェナーダイオード 、図に示すように。

電圧リファレンスとしてのツェナーダイオード

電圧リファレンスとしてのツェナーダイオード

トランジスタ 熱SOA保護(安全動作領域)として余分なエネルギーを放散するために使用される直列パス要素として、および ヒートシンクは熱保護に使用されます 供給電圧が高すぎる場合。一般に、IC7805レギュレータは、7.2V〜35Vの範囲の電圧に耐えることができ、7.2Vの電圧の最大効率を提供し、電圧が7.2Vを超えると、熱の形でエネルギーが失われます。レギュレータを過熱から保護するために、ヒートシンクを使用して熱保護が提供されます。したがって、5VDCは230VAC電源から得られます。

トランスを使用せずに230VACを5VDCに直接変換できますが、効率の低い高定格のダイオードやその他のコンポーネントが必要になる場合があります。 230V DC電源がある場合、DC-DCバックコンバーターを使用して230VDCを5VDCに変換できます。

230vから5vのDC-DCバックコンバーター:

DC-DCバックコンバータを使用して設計されたDC安定化電源回路から始めましょう。 230V DC電源がある場合は、DC-DCバックコンバーターを使用して230VDCを5VDC電源に変換できます。 DC-DCバックコンバータは、コンデンサ、MOSFET、 PWM制御 、ダイオードおよびインダクタ。 DC-DCバックコンバータの基本的なトポロジーを次の図に示します。

DC-DCバックコンバータ

DC-DCバックコンバータ

インダクタ両端の電圧降下とデバイスを流れる電流の変化は互いに比例します。したがって、降圧コンバータはインダクタに蓄積されたエネルギーの原理に基づいて動作します。ザ・ パワー半導体MOSFET または、スイッチング素子として使用されるIGBTを使用して、スイッチング素子を使用して開閉およびオフまたはオンにすることにより、2つの異なる状態間で降圧コンバータ回路を切り替えることができます。スイッチがオン状態の場合、突入電流によってインダクタの両端に電位が発生し、電源電圧に対抗して、結果として生じる出力電圧が低下します。ダイオードは逆バイアスされているため、電流はダイオードを流れません。

スイッチが開いていると、インダクタを流れる電流が突然遮断され、ダイオードが導通を開始するため、インダクタ電流へのリターンパスが提供されます。通電されたインダクタの両端の電圧降下が逆転します。これは、このスイッチングサイクル中の出力電力の主要な供給源と見なすことができます。これは、電流の流れが急速に変化するためです。インダクタの蓄積されたエネルギーは継続的に負荷に供給されるため、インダクタ電流は、電流が前の値または次のオン状態に上昇するまで低下し始めます。負荷にエネルギーを供給し続けると、電流が以前の値に上昇するまでインダクタ電流が低下します。この現象は出力リップルと呼ばれ、出力と並列に平滑コンデンサを使用して許容値まで低減できます。したがって、 DC-DCコンバーター 降圧コンバータとして機能します。

PWM制御を使用したDC-DC降圧コンバータ

PWM制御を使用したDC-DC降圧コンバータ

この図は、高周波スイッチング用のPWM発振器を使用して制御され、フィードバックがエラーアンプに接続されているDC-DC降圧コンバータの動作原理を示しています。

すべての組み込みシステムベース エレクトロニクスプロジェクト 電気および電子回路またはキットに必要な電源を供給するために使用される固定または調整可能な電圧レギュレータが必要です。アプリケーションの基準に基づいて出力電圧を自動的に調整できる高度な自動電圧レギュレータが多数あります。電源回路と降圧コンバータに関する技術的なヘルプについては、以下のコメントセクションにコメントとして質問を投稿してください。