ขั้นตอนในการแปลง 230V AC เป็น 5V DC โดยใช้ Step Down Converter

อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทุกชิ้นที่เราใช้ในชีวิตประจำวันจะต้องมีแหล่งจ่ายไฟ โดยทั่วไปเราใช้แหล่งจ่ายไฟ AC ที่ 230V 50Hz แต่พลังงานนี้จะต้องเปลี่ยนเป็นรูปแบบที่ต้องการโดยมีค่าหรือช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการสำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ประเภทต่างๆ ตัวแปลงอิเล็กทรอนิกส์กำลังมีหลายประเภทเช่นตัวแปลงแบบ step-down ตัวแปลงแบบ step-up ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าตัวแปลง AC เป็น DC ตัวแปลง DC เป็น DC ตัวแปลง DC เป็น AC และอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นพิจารณาไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้บ่อยสำหรับการพัฒนาหลาย ๆ โครงการที่ใช้ระบบฝังตัว และชุดอุปกรณ์ที่ใช้ในการใช้งานแบบเรียลไทม์ ไมโครคอนโทรลเลอร์เหล่านี้ต้องการแหล่งจ่ายไฟ 5V DC ดังนั้นจึงต้องแปลง AC 230V เป็น 5V DC โดยใช้ตัวแปลง step-down ในวงจรจ่ายไฟ

วงจรพาวเวอร์ซัพพลาย

วงจร Step Down Converter

วงจรจ่ายไฟชื่อตัวเองบ่งบอกว่าวงจรนี้ใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์อื่น ๆ มีที่แตกต่างกัน ประเภทของแหล่งจ่ายไฟ วงจรตามกำลังที่ใช้เพื่อจัดหาให้กับอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่นวงจรที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์โดยปกติจะใช้วงจรแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม 5V DC ซึ่งสามารถออกแบบได้โดยใช้เทคนิคต่างๆในการแปลงไฟ AC 230V ที่มีให้เป็นไฟ DC 5V โดยทั่วไปตัวแปลงที่มีแรงดันขาออกน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าเข้าจะเรียกว่าตัวแปลงแบบ step-down

4 ขั้นตอนในการแปลง 230V AC เป็น 5V DC

1. ลดระดับแรงดันไฟฟ้าลง

ตัวแปลงแบบ step-down ใช้สำหรับแปลงไฟฟ้าแรงสูงเป็นแรงดันไฟฟ้าต่ำ ตัวแปลงที่มีแรงดันขาออกน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเรียกว่าตัวแปลงแบบ step-down และตัวแปลงที่มีแรงดันไฟฟ้าขาออกมากกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเรียกว่าตัวแปลงแบบ step-up มีหม้อแปลงแบบ step-up และ step-down ซึ่งใช้เพื่อเพิ่มระดับหรือลดระดับแรงดันไฟฟ้า 230V AC ถูกแปลงเป็น 12V AC โดยใช้หม้อแปลงแบบ step-down เอาต์พุต 12V ของหม้อแปลง stepdown คือค่า RMS และค่าสูงสุดจะได้รับจากผลคูณของรากที่สองของสองที่มีค่า RMS ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 17V

Step-down Transformer

หม้อแปลงแบบ step-down ประกอบด้วยขดลวดสองเส้นคือขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิซึ่งสามารถออกแบบหลักได้โดยใช้ลวดวัดน้อยที่มีจำนวนรอบมากขึ้นเนื่องจากใช้สำหรับรับพลังงานไฟฟ้าแรงสูงกระแสต่ำและขดลวดทุติยภูมิโดยใช้ สายวัดสูงที่มีจำนวนรอบน้อยกว่าเนื่องจากใช้สำหรับการรับพลังงานไฟฟ้าแรงดันต่ำในปัจจุบันสูง Transformers ทำงานบนหลักการของกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์

2. แปลง AC เป็น DC

ไฟ AC 230V จะถูกแปลงเป็น 12V AC (ค่า 12V RMS โดยที่ค่าสูงสุดอยู่ที่ประมาณ 17V) แต่กำลังไฟที่ต้องการคือ 5V DC เพื่อจุดประสงค์นี้ไฟ AC 17V จะต้องถูกแปลงเป็นไฟ DC เป็นหลักจากนั้นจึงสามารถก้าวลงไปที่ 5V DC. แต่ก่อนอื่นเราต้องรู้วิธีการแปลง AC เป็น DC? ไฟ AC สามารถแปลงเป็น DC โดยใช้หนึ่งในไฟล์ ตัวแปลงไฟฟ้ากำลัง เรียกว่า Rectifier วงจรเรียงกระแสมีหลายประเภทเช่นวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นและวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ เนื่องจากข้อได้เปรียบของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์มากกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งและแบบเต็มคลื่นจึงมักใช้บริดจ์เรกติไฟเออร์สำหรับการแปลง AC เป็น DC

วงจรเรียงกระแสสะพาน

วงจรเรียงกระแสสะพาน ประกอบด้วยไดโอดสี่ตัวซึ่งเชื่อมต่อกันในรูปแบบสะพาน เราทราบดีว่าไดโอดเป็นวงจรเรียงกระแสที่ไม่มีการควบคุมซึ่งจะดำเนินการเฉพาะอคติไปข้างหน้าและจะไม่ดำเนินการในช่วงอคติย้อนกลับ หากแรงดันไฟฟ้าขั้วบวกของไดโอดมากกว่าแรงดันไฟฟ้าของแคโทดแสดงว่าไดโอดอยู่ในอคติไปข้างหน้า ในช่วงครึ่งรอบบวกไดโอด D2 และ D4 จะดำเนินการและในระหว่างครึ่งรอบที่เป็นลบไดโอด D1 และ D3 จะดำเนินการ ดังนั้น AC จะถูกแปลงเป็น DC ที่นี่สิ่งที่ได้รับไม่ใช่ DC บริสุทธิ์เนื่องจากประกอบด้วยพัลส์ ดังนั้นจึงเรียกว่าเป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่เร้าใจ แต่แรงดันตกคร่อมไดโอดคือ (2 * 0.7V) 1.4V ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เอาต์พุตของวงจรเรติไฟเออร์นี้คือ 15V (17-1.4) โดยประมาณ

3. ปรับคลื่นให้เรียบโดยใช้ตัวกรอง

15V DC สามารถควบคุมให้เป็น 5V DC ได้โดยใช้ตัวแปลง step-down แต่ก่อนหน้านี้จำเป็นต้องได้รับพลังงาน DC ที่บริสุทธิ์ เอาต์พุตของไดโอดบริดจ์คือ DC ที่ประกอบด้วยระลอกคลื่นหรือที่เรียกว่า DC แบบพัลซิ่ง DC แบบพัลซิ่งนี้สามารถกรองได้โดยใช้ตัวกรองตัวเหนี่ยวนำหรือตัวกรองตัวเก็บประจุหรือตัวกรองคู่ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเพื่อขจัดระลอกคลื่น พิจารณาตัวกรองตัวเก็บประจุซึ่งมักใช้ในกรณีส่วนใหญ่เพื่อปรับให้เรียบ

กรอง

เรารู้ว่าตัวเก็บประจุเป็นองค์ประกอบเก็บพลังงาน ในวงจร ตัวเก็บประจุเก็บพลังงาน ในขณะที่อินพุตเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็นค่าสูงสุดและในขณะที่แรงดันไฟฟ้าลดลงจากค่าสูงสุดเป็นศูนย์ตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุ การชาร์จและการคายประจุของตัวเก็บประจุนี้จะทำให้ DC แบบพัลซิ่งเป็น DC บริสุทธิ์ดังแสดงในรูป

4. ควบคุม 12V DC เป็น 5V DC โดยใช้ Voltage Regulator

แรงดันไฟฟ้า 15V DC สามารถลดลงเป็นแรงดันไฟฟ้า 5V DC โดยใช้ตัวแปลง DC step-down ที่เรียกว่า ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า IC7805 ตัวเลขสองหลักแรก ‘78’ ของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า IC7805 แสดงถึงตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอนุกรมบวกและตัวเลขสองตัวสุดท้าย ‘05’ หมายถึงแรงดันไฟฟ้าขาออกของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

IC7805 แผนภาพบล็อกภายในตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

แผนภาพบล็อกของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า IC7805 แสดงในรูปประกอบด้วยเครื่องขยายเสียงปฏิบัติการที่ทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายสัญญาณข้อผิดพลาด ซีเนอร์ไดโอดใช้สำหรับอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า ดังแสดงในรูป

ซีเนอร์ไดโอดเป็นข้อมูลอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า

ทรานซิสเตอร์ เป็นองค์ประกอบแบบอนุกรมที่ใช้สำหรับกระจายพลังงานส่วนเกินเพื่อป้องกัน SOA ความร้อน (พื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย) และ แผ่นระบายความร้อนใช้สำหรับป้องกันความร้อน ในกรณีที่มีแรงดันไฟฟ้ามากเกินไป โดยทั่วไปตัวควบคุม IC7805 สามารถทนแรงดันไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 7.2V ถึง 35V และให้แรงดันไฟฟ้า 7.2V และหากแรงดันไฟฟ้าเกิน 7.2V จะมีการสูญเสียพลังงานในรูปของความร้อน เพื่อป้องกันตัวควบคุมจากความร้อนสูงเกินไปจะมีการป้องกันความร้อนโดยใช้แผ่นระบายความร้อน ดังนั้น 5V DC จึงได้รับจากไฟ AC 230V

เราสามารถแปลง 230V AC เป็น 5V DC ได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้หม้อแปลง แต่เราอาจต้องใช้ไดโอดพิกัดสูงและส่วนประกอบอื่น ๆ ที่ให้ประสิทธิภาพน้อยกว่า หากเรามีแหล่งจ่ายไฟ 230V DC เราสามารถแปลง 230V DC เป็น 5V DC โดยใช้ตัวแปลงบัค DC-DC

230v ถึง 5v DC-DC Buck Converter:

ให้เราเริ่มต้นด้วยวงจรแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม DC ซึ่งออกแบบโดยใช้ตัวแปลงบัค DC-DC หากเรามีแหล่งจ่ายไฟ 230V DC เราสามารถใช้ตัวแปลงบัค DC-DC สำหรับการแปลง 230V DC เป็นแหล่งจ่ายไฟ DC 5V ตัวแปลงบัค DC-DC ประกอบด้วย Capacitor, MOSFET, การควบคุม PWM , ไดโอดและตัวเหนี่ยวนำ โทโพโลยีพื้นฐานของตัวแปลงบัค DC-DC แสดงไว้ในรูปด้านล่าง

DC เป็น DC Buck Converter

แรงดันตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำและการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์เป็นสัดส่วนซึ่งกันและกัน ดังนั้นตัวแปลงบั๊กจึงทำงานบนหลักการของพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำ MOSFET เซมิคอนดักเตอร์กำลัง หรือ IGBT ที่ใช้เป็นองค์ประกอบสวิตชิ่งสามารถใช้เพื่อสลับวงจรตัวแปลงบั๊กระหว่างสองสถานะที่แตกต่างกันได้โดยการปิดหรือเปิดและปิดหรือเปิดโดยใช้องค์ประกอบการสลับ หากสวิตช์อยู่ในสถานะเปิดศักย์จะถูกสร้างขึ้นในตัวเหนี่ยวนำเนื่องจากกระแสไฟฟ้าพุ่งซึ่งจะต่อต้านแรงดันไฟฟ้าซึ่งจะช่วยลดแรงดันเอาต์พุตที่เป็นผลลัพธ์ เนื่องจากไดโอดมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับจะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอด

หากสวิตช์เปิดอยู่กระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำจะขัดจังหวะอย่างกะทันหันและไดโอดจะเริ่มการนำกระแสดังนั้นจึงมีเส้นทางย้อนกลับไปยังกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ แรงดันตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำที่ได้รับพลังงานจะถูกย้อนกลับซึ่งถือได้ว่าเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าหลักในระหว่างรอบการเปลี่ยนนี้และเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในกระแสปัจจุบัน พลังงานที่เก็บไว้ของตัวเหนี่ยวนำจะถูกส่งไปยังโหลดอย่างต่อเนื่องดังนั้นกระแสตัวเหนี่ยวนำจะเริ่มลดลงจนกว่ากระแสจะเพิ่มขึ้นถึงค่าก่อนหน้าหรือในสถานะถัดไป ความต่อเนื่องของการส่งพลังงานไปยังโหลดนำไปสู่การลดลงของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจนกว่ากระแสจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าก่อนหน้า ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเป็นระลอกเอาท์พุทซึ่งสามารถลดลงเป็นค่าที่ยอมรับได้โดยใช้ตัวเก็บประจุแบบเรียบควบคู่ไปกับเอาต์พุต ด้วยประการฉะนี้ ตัวแปลง DC-DC ทำหน้าที่เป็นตัวแปลงแบบ step-down

DC เป็น DC Step-down Converter โดยใช้ PWM Cotrol

รูปแสดงหลักการทำงานของตัวแปลงแบบ step-down DC เป็น DC ที่ควบคุมโดยใช้ PWM oscillator สำหรับการสลับความถี่สูงและข้อเสนอแนะเชื่อมต่อกับเครื่องขยายสัญญาณข้อผิดพลาด

ใช้ระบบฝังตัวทั้งหมด โครงการอิเล็กทรอนิกส์ ต้องการตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบคงที่หรือแบบปรับได้ซึ่งใช้สำหรับจัดหาแหล่งจ่ายที่จำเป็นให้กับวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์หรือชุดอุปกรณ์ มีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติขั้นสูงจำนวนมากที่สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกโดยอัตโนมัติตามเกณฑ์การใช้งาน สำหรับความช่วยเหลือด้านเทคนิคเพิ่มเติมเกี่ยวกับวงจรจ่ายไฟและตัวแปลงแบบลดขั้นตอนโปรดโพสต์คำถามของคุณเป็นความคิดเห็นในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง