현대 시대에는 거의 모든 가전 제품이 직류 (DC)로 작동하지만, AC는 낮은 비용으로 DC보다 더 효율적으로 전송 될 수 있기 때문에 송전선을 통해 발전 플랜트에서 교류 (AC)를 얻습니다. 따라서 DC에서 작동하는 모든 기기에는 AC-DC 변환기 회로가 있습니다. 우리는 이전에 AC-DC 컨버터 회로가있는 5v 휴대폰 충전기를 만들었습니다.
주로 AC-DC 대화 목적으로 널리 사용되는 두 가지 유형의 변환기가 있습니다.
하나는 간단한 다이오드 브리지, 커패시터, 전압 조정기를 사용하는 기존의 변압기 기반 선형 변환기 입니다. 간단한 다이오드 브리지는 DB107과 같은 단일 반도체 장치 또는 1N4007과 같은 4 개의 독립 다이오드로 구성 할 수 있습니다. 변환기의 다른 유형은 SMPS 또는 스위치 모드 전원 공급 장치 인 고주파 변압기 및 소형 DC 출력을 제공하는 스위칭 조정기를 사용한다.
이 프로젝트에서는 간단한 다이오드와 커패시터를 사용하여 교류를 직류로 변환하고 옵션 전압 조정기를 사용하여 출력 DC 전압을 조절하는 전통적인 변압기 기반 설계에 대해 설명합니다. 이 프로젝트는 입력 전압이 230V이고 출력이 12V 1A 인 Transformer를 사용 하는 AC-DC 컨버터 가 될 것 입니다.
필요한 구성 요소
1. 1A 13V 정격 변압기
2.4 pcs 1N4007 다이오드
3. 25V 정격의 1000uF 전해 커패시터.
4. 몇 개의 단일 가닥 와이어
5. 브레드 보드
6. 사양에 따른 LDO 또는 선형 전압 조정기 (여기서는 LM2940 사용).
7. 전압을 측정하는 멀티 미터.
회로도 및 설명
이 AC-DC 컨버터 회로의 회로도 는 간단합니다. 변압기 13V AC에 230V AC 스텝 다운하는 데 사용됩니다.
여기에서 4 개의 범용 정류기 다이오드 1N4007이 AC 입력을 재조정하는 데 사용됩니다. 1N4007은 1A의 평균 정류 순방향 전류와 함께 1000V의 피크 반복 역 전압을가집니다. 이 4 개의 다이오드는 변압기에서 13V AC 출력을 변환하는 데 사용됩니다. 다이오드는 AC-DC 변환 회로의 필수 부분 인 브리지 컨버터를 만드는 데 사용됩니다. 브리지 정류기 회로에 대해 자세히 알아 보려면 링크를 따르십시오.
필터 커패시터, C1 은 출력 전압을 평활화하기 위해 브리지 컨버터 뒤에 추가됩니다.
LDO는 IC1은 또한 출력 전압을 조절하기 위해 연결된다.
AC-DC 컨버터 회로의 작동
스텝 다운 변압기는 낮은 전압 AC에 고전압 AC로 변환하는 데 사용됩니다. 변압기는 PCB에 장착되어 있으며 1 암페어 13 볼트 변압기입니다. 그러나 부하 중에 변압기 전압은 약 12.5-12.7V 떨어집니다.
회로의 필수 부분 은 4 개의 다이오드로 구성된 다이오드 브리지 입니다. 다이오드는 교류를 직류로 변환하는 전자 반도체 장치입니다.
다이오드 브리지 내부의 전류 흐름은 아래 이미지에서 볼 수 있습니다.
여기서 두 개의 다이오드 D2 및 D4는 교류의 음의 피크를 차단하고 전류를 한 방향으로 흐르게합니다. 이것은 다이오드 브리지가 AC 신호의 포지티브 피크와 네거티브 피크를 모두 정류한다는 것을 의미하는 풀 브리지 정류기입니다.
대형 커패시터 C1은 변환 중에 충전되어 출력 전압을 평활화합니다. 그러나 최종 결과는 조정 된 전압 출력이 아닙니다. 여기서 전압 조정은 회로도에서 IC1 인 LDO, LM2940에 의해 수행됩니다.
LDO, LM2940 은 TO220 패키지에 3 핀 장치입니다. LDO는 낮은 드롭 아웃 전압을 나타냅니다. 핀 다이어그램은 아래 이미지와 같습니다.
일부 전압 레귤레이터는 레귤레이터 출력에 보장 된 전압 레귤레이션을 제공하는 데 필요한 입력 전압에 제한이 있습니다. 일부 선형 레귤레이터에서는 입력 전압과 출력 전압 사이에 최소 2V 차이가 필요하다고 표시됩니다. 즉, 조정 된 12V 출력의 경우 레귤레이터는 보장 된 12V 조정 출력 전압을 위해 최소 14V 입력 전압이 필요합니다. 일반적으로 저 드롭 아웃 전압 레귤레이터 (LDO)는 입력과 출력 간의 전압 차이를 최소화해야합니다. LM2940 데이터 시트의 경우 입력과 출력간에 최소 0.5V 차이가 필요합니다. Texas Instruments의 고정 전압 시리즈 LDO 조정기를 사용했습니다. 출력 정격이 12V 인 LM2940.
출력은 아래 이미지에서 완벽하게 볼 수 있습니다.
마지막에 주어진 비디오에서 완전한 작업을 확인하십시오.
변압기 기반 AC-DC 컨버터는 고전압 AC-DC 변환이 필요한 곳에서 매우 일반적입니다. 증폭기 시스템, 다양한 전원 어댑터, 납땜 스테이션, 테스트 장비 등에 가장 일반적으로 사용됩니다.
변압기 기반 AC-DC 컨버터 회로의 한계
변압기 기반 AC-DC 변환은 DC가 필요하지만 특정 단점이있는 경우 일반적인 선택입니다.
1. 입력 AC 전압이 변동 할 가능성이 있거나 AC 전압이 크게 떨어지면 변압기의 출력 AC 전압도 떨어집니다. 따라서 230V AC ~ 12V DC 컨버터는 110V AC 라인에서 전원을 공급받을 수 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 입력 전압 레벨에 대한 추가 설정이 제공됩니다.
2. 범용 입력 전압 범위가 없더라도 변압기 자체가 컨버터 회로의 총 제조 비용의 60 % 이상을 차지하므로 비용이 많이 듭니다.
3. 또 다른 제한은 낮은 변환 효율입니다. 변압기가 가열되고 불필요한 에너지가 낭비됩니다.
4. Transformer는 제품의 무게를 불필요하게 증가시키는 무거운 물건입니다.
5. 트랜스포머로 인해 컨버터 회로 또는 적어도 트랜스포머에 맞도록 제품 내부에 더 큰 공간이 필요합니다.
이러한 한계를 극복하기 위해 SMPS 또는 스위치 모드 전원 공급 장치가 선호되는 선택입니다.