우리가 일상 생활에서 사용하는 모든 전기 및 전자 장치에는 전원 공급 장치가 필요합니다. 일반적으로 우리는 230V 50Hz의 AC 전원을 사용하지만,이 전원은 다른 유형의 장치에 전원을 공급하기 위해 필요한 값 또는 전압 범위와 함께 필요한 형태로 변경되어야합니다. 스텝 다운 컨버터, 스텝 업 컨버터, 전압 안정기, AC-DC 컨버터, DC-DC 컨버터, DC-AC 컨버터 등과 같은 다양한 유형의 전력 전자 컨버터가 있습니다. 예를 들어 많은 개발을 위해 자주 사용되는 마이크로 컨트롤러를 고려하십시오. 임베디드 시스템 기반 프로젝트 실시간 애플리케이션에 사용되는 키트. 이러한 마이크로 컨트롤러에는 5V DC 전원이 필요하므로 AC 230V는 전원 공급 장치 회로에서 강압 컨버터를 사용하여 5V DC로 변환해야합니다.
전원 회로
스텝 다운 컨버터 회로
전원 공급 회로, 이름 자체는이 회로가 다른 전기 및 전자 회로 또는 장치에 전원을 공급하는 데 사용됨을 나타냅니다. 다르다 전원 공급 장치의 유형 장치에 제공하는 데 사용되는 전력을 기반으로 한 회로. 예를 들어, 사용 가능한 230V AC 전원을 5V DC 전원으로 변환하기 위해 다양한 기술을 사용하여 설계 할 수있는 마이크로 컨트롤러 기반 회로 (일반적으로 5V DC 조정 전원 공급 장치 회로)가 사용됩니다. 일반적으로 출력 전압이 입력 전압보다 낮은 컨버터를 스텝 다운 컨버터라고합니다.
230V AC를 5V DC로 변환하는 4 단계
1. 전압 레벨 낮추기
강압 컨버터는 고전압을 저전압으로 변환하는 데 사용됩니다. 출력 전압이 입력 전압보다 작은 컨버터를 스텝 다운 컨버터라고하고, 출력 전압이 입력 전압보다 큰 컨버터를 스텝 업 컨버터라고합니다. 전압 레벨을 높이거나 낮추는 데 사용되는 승압 및 강압 변압기가 있습니다. 230V AC는 강압 변압기를 사용하여 12V AC로 변환됩니다. 강압 변압기의 12V 출력은 RMS 값이며 피크 값은 약 17V 인 RMS 값과 2의 제곱근의 곱으로 제공됩니다.
강압 변압기
강압 변압기는 2 개의 권선, 즉 1 차 권선과 2 차 권선으로 구성되며, 1 차 권선은 저 전류 고전압 전력을 전달하는 데 사용되므로 권선 수가 더 적은 덜 게이지 와이어를 사용하여 설계 할 수 있으며 2 차 권선은 고전류 저전압 전력을 전달하는 데 사용되므로 권선 수가 적은 고 게이지 전선입니다. 트랜스포머는 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 작동합니다.
2. AC를 DC로 변환
230V AC 전원은 12V AC로 변환되지만 (최대 값은 약 17V 인 12V RMS 값),이를 위해 필요한 전원은 5V DC입니다. 17V AC 전원은 주로 DC 전원으로 변환해야합니다. 5V DC. 하지만 무엇보다 먼저 AC를 DC로 변환하는 방법을 알아야합니다. AC 전원은 다음 중 하나를 사용하여 DC로 변환 할 수 있습니다. 전력 전자 변환기 정류기라고합니다. 반파 정류기, 전파 정류기 및 브리지 정류기와 같은 다양한 유형의 정류기가 있습니다. 하프 및 전파 정류기에 비해 브리지 정류기의 장점으로 인해 브리지 정류기는 AC를 DC로 변환하는 데 자주 사용됩니다.
브리지 정류기
브리지 정류기 브리지 형태로 연결된 4 개의 다이오드로 구성됩니다. 우리는 다이오드가 순방향 바이어스 만 전도하고 역방향 바이어스 동안 전도하지 않는 제어되지 않는 정류기라는 것을 알고 있습니다. 다이오드 양극 전압이 음극 전압보다 크면 다이오드는 순방향 바이어스 상태라고합니다. 양의 반주기 동안 다이오드 D2 및 D4가 전도되고 음의 반주기 동안 다이오드 D1 및 D3이 전도됩니다. 따라서 AC는 여기서 DC로 변환되어 얻은 것은 펄스로 구성되어 있으므로 순수한 DC가 아닙니다. 따라서이를 맥동 DC 전력이라고합니다. 그러나 다이오드 양단의 전압 강하는 (2 * 0.7V) 1.4V이므로이 정류기 회로의 출력에서 피크 전압은 약 15V (17-1.4)입니다.
3. 필터를 사용하여 잔물결 다듬기
강압 컨버터를 사용하여 15V DC를 5V DC로 조정할 수 있지만 그 전에는 순수한 DC 전력을 확보해야합니다. 다이오드 브리지의 출력은 맥동 DC라고도하는 리플로 구성된 DC입니다. 이 맥동 DC는 리플을 제거하기 위해 인덕터 필터 또는 커패시터 필터 또는 저항-커패시터 결합 필터를 사용하여 필터링 할 수 있습니다. 평활화를 위해 대부분의 경우 자주 사용되는 커패시터 필터를 고려하십시오.
필터
우리는 커패시터가 에너지 저장 요소라는 것을 알고 있습니다. 회로에서 축전기는 에너지를 저장합니다 입력이 0에서 피크 값으로 증가하고 공급 전압이 피크 값에서 0으로 감소하는 동안 커패시터가 방전을 시작합니다. 이 커패시터의 충전 및 방전은 그림과 같이 맥동하는 DC를 순수한 DC로 만듭니다.
4. 전압 조정기를 사용하여 12V DC를 5V DC로 조절
15V DC 전압은 다음과 같은 DC 강압 컨버터를 사용하여 5V DC 전압으로 강압 될 수 있습니다. 전압 조정기 IC7805. IC7805 전압 조정기의 처음 두 자리 '78'은 양의 직렬 전압 조정기를 나타내고 마지막 두 자리 '05'는 전압 조정기의 출력 전압을 나타냅니다.
IC7805 전압 조정기 내부 블록 다이어그램
그림에 표시된 IC7805 전압 조정기의 블록 다이어그램은 오류 증폭기 역할을하는 연산 증폭기로 구성되어 있습니다. 전압 레퍼런스 제공에 사용되는 제너 다이오드 , 그림과 같이.
전압 레퍼런스로서의 제너 다이오드
트랜지스터 열 SOA 보호 (안전 작동 영역)와 같은 추가 에너지를 소산하는 데 사용되는 직렬 통과 요소 방열판은 열 보호에 사용됩니다. 과도한 공급 전압의 경우. 일반적으로 IC7805 레귤레이터는 7.2V ~ 35V 범위의 전압을 견딜 수 있으며 7.2V 전압의 최대 효율을 제공하며 전압이 7.2V를 초과하면 열의 형태로 에너지 손실이 발생합니다. 레귤레이터를 과열로부터 보호하기 위해 방열판을 사용하여 열 보호가 제공됩니다. 따라서 230V AC 전원에서 5V DC를 얻습니다.
변압기를 사용하지 않고 230V AC를 5V DC로 직접 변환 할 수 있지만 효율이 낮은 고 등급 다이오드 및 기타 구성 요소가 필요할 수 있습니다. 230V DC 전원 공급 장치가있는 경우 DC-DC 벅 컨버터를 사용하여 230V DC를 5V DC로 변환 할 수 있습니다.
230v ~ 5v DC-DC 벅 컨버터 :
DC-DC 벅 컨버터를 사용하여 설계된 DC 조정 전원 공급 장치 회로부터 시작하겠습니다. 230V DC 전원 공급 장치가있는 경우 230V DC를 5V DC 전원 공급 장치로 변환하기 위해 DC-DC 벅 컨버터를 사용할 수 있습니다. DC-DC 벅 컨버터는 커패시터, MOSFET, PWM 제어 , 다이오드 및 인덕터. DC-DC 벅 컨버터의 기본 토폴로지는 아래 그림에 나와 있습니다.
DC-DC 벅 컨버터
인덕터 양단의 전압 강하와 장치를 통해 흐르는 전류의 변화는 서로 비례합니다. 따라서 벅 컨버터는 인덕터에 저장된 에너지 원리로 작동합니다. 그만큼 전력 반도체 MOSFET 또는 스위칭 소자로 사용되는 IGBT는 스위칭 소자를 사용하여 닫거나 열거 나 끄거나 켜서 두 가지 다른 상태 사이에서 벅 컨버터 회로를 번갈아 가며 사용할 수 있습니다. 스위치가 온 상태이면 공급 전압에 반대되는 돌입 전류로 인해 인덕터 양단에 전위가 생성되어 결과 출력 전압이 감소합니다. 다이오드가 역 바이어스되므로 전류가 다이오드를 통해 흐르지 않습니다.
스위치가 열리면 인덕터를 통과하는 전류가 갑자기 중단되고 다이오드가 전도를 시작하므로 인덕터 전류에 복귀 경로가 제공됩니다. 통전 된 인덕터의 전압 강하는 역전되어이 스위칭 사이클 동안 출력 전력의 주요 소스로 간주 될 수 있으며 이는 전류 흐름의 이러한 빠른 변화 때문입니다. 인덕터의 저장된 에너지는 지속적으로 부하에 전달되므로 인덕터 전류는 전류가 이전 값 또는 다음 온 상태로 상승 할 때까지 떨어지기 시작합니다. 부하에 에너지를 계속 전달하면 전류가 이전 값으로 상승 할 때까지 인덕터 전류가 감소합니다. 이 현상을 출력 리플이라고하며 출력과 병렬로 평활 콘덴서를 사용하여 허용 가능한 값으로 줄일 수 있습니다. 그러므로, DC-DC 컨버터 스텝 다운 컨버터 역할을합니다.
PWM Cotrol을 사용하는 DC-DC 스텝 다운 컨버터
그림은 고주파 스위칭을 위해 PWM 발진기를 사용하여 제어되는 DC-DC 강압 컨버터의 작동 원리를 보여 주며 피드백은 오류 증폭기와 연결되어 있습니다.
모든 임베디드 시스템 기반 전자 프로젝트 전기 및 전자 회로 또는 키트에 필요한 공급을 제공하는 데 사용되는 고정 또는 조정 가능한 전압 조정기가 필요합니다. 적용 기준에 따라 출력 전압을 자동으로 조정할 수있는 고급 자동 전압 조정기가 많이 있습니다. 전원 회로 및 스텝 다운 컨버터에 대한 기술적 인 도움이 더 필요하면 아래 코멘트 섹션에 코멘트로 질문을 게시하십시오.
