בעידן המודרני, כמעט כל מוצרי אלקטרוניקה ביתיים עובדים על זרם ישר (DC), אך אנו מקבלים זרם חילופין (AC) מתחנות ייצור החשמל דרך קווי הולכה מכיוון שניתן לשדר AC בצורה יעילה יותר מ- DC בעלות נמוכה יותר. אז לכל מכשיר שעובד על DC יש מעגל ממיר AC ו- DC. בנינו בעבר מטען לטלפון סלולרי 5V ובו גם מעגל ממיר AC-DC.
ישנם בעיקר שני סוגים של ממירים שנמצאים בשימוש נרחב למטרות שיחה AC-DC.
האחד הוא הממיר הליניארי המסורתי מבוסס שנאי המשתמש בגשר דיודות פשוט, קבלים, וסת מתח. ניתן לבנות גשר דיודות פשוט או באמצעות התקן מוליך למחצה יחיד כמו DB107 או עם 4 דיודות עצמאיות כמו 1N4007. סוג אחר של ממיר הוא SMPS או אספקת החשמל במצב מתג אשר משתמשת שנאי קטן בתדירות גבוהה וסת מיתוג לספק פלט DC.
בפרויקט זה נדון בתכנון מבוסס שנאי מסורתי המשתמש בדיודות וקבלים פשוטים להמרת זרם חילופין לזרם ישר וווסת מתח אופציונלי לוויסות מתח DC היציאה. הפרויקט יהיה ממיר AC-DC המשתמש בשנאי עם מתח כניסה של 230 וולט ופלט של 12 וולט 1A.
רכיבים נדרשים
1. שנאי עם דירוג 1A 13V
2.4 יחידות דיודות 1N4007
3. קבל אלקטרוליטי 1000uF עם דירוג 25V.
4. מעט חוטים בודדים
5. לוח לחם
6.LDO או רגולטור מתח לינארי לפי מפרט (כאן נעשה שימוש ב- LM2940).
7. מודד למדידת המתח.
תרשים מעגל והסבר
התרשים למעגל ממיר AC-DC זה פשוט. השנאי משמש לשלב את AC 230V ל 13V AC.
ארבע דיודות מיישר למטרות כלליות 1N4007 משמשות כאן לשיפור קלט ה- AC. ל- 1N4007 מתח הפוך חוזר שיא של 1000 וולט עם זרם קדימה מתוקן ממוצע של 1A. ארבע הדיודות הללו משמשות להמרת תפוקת החשמל 13V על פני השנאי. הדיודות משמשות לייצור ממיר גשר המהווה חלק חיוני במעגל ההמרה AC ל DC. למידע נוסף על מעגל מיישר Bridge, עקוב אחר הקישור.
קבל מסנן, C1 נוסף לאחר ממיר הגשר כדי להחליק את מתח המוצא.
ה- LDO, IC1 מחובר גם לוויסות מתח המוצא.
עבודה במעגל הממיר AC ל DC
נעשה שימוש בשנאי מדורג למטה כדי להמיר את המתח הגבוה לזרם המתח הנמוך. השנאי מותקן על גבי PCB והוא שנאי 13 וולט 1 אמפר. עם זאת, במהלך העומס, מתח השנאי יורד כ 12.5-12.7 וולט.
החלק המהותי במעגל הוא גשר דיודות המורכב מארבע דיודות. הדיודה היא מכשיר מוליך למחצה אלקטרוני הממיר את זרם הסירוגין לזרם ישר.
את זרם הזרם בתוך גשר הדיודה ניתן לראות בתמונה למטה.
כאן שתי דיודות D2 ו- D4 חוסמות את הפסגה השלילית של זרם הסירוגין וגורמות לזרם לזרום לכיוון האחד. זהו מיישר גשר מלא שמשמעותו גשר הדיודה מתקן הן את השיא החיובי והשלילי של אות ה- AC.
הקבל הגדול C1 נטען במהלך ההמרה ומחליק את מתח המוצא. אבל בתוצאה הסופית, זה לא פלט מתח מוסדר. כאן ויסות המתח נעשה על ידי ה- LDO, LM2940, שהוא IC1 בסכמה.
ה- LDO, LM2940 הוא מכשיר בעל 3 פינים לחבילה TO220. LDO מייצג מתח נשירה נמוך. ניתן להציג את דיאגרמת הסיכה בתמונה למטה.
לווסתי מתח מסוימים יש מגבלות על מתח הכניסה הנדרש לספק ויסות מתח מובטח על פני פלט הרגולטור. במספר וסתים ליניאריים מעטים מצוין כי הוא דורש הפרש מינימלי של 2 וולט בין מתח כניסה למתח יציאה, כלומר עבור יציאה מוסדרת של 12 וולט, הרגולטור דורש מתח כניסה של לפחות 14 וולט עבור מתח יציאה מוסדר של 12 וולט. באופן כללי, וסת מתח נמוך נשירה (LDO) דורש הפרשי מתח מינימליים מאוד בין קלט לפלט. עבור גיליון הנתונים של LM2940, יש צורך בהפרש של 0.5 וולט מינימלי בין הקלט והפלט. השתמשנו בווסת LDO מסדרת מתח קבוע מטקסס אינסטרומנטס. LM2940, בעל דירוג הספק של 12 וולט.
את הפלט ניתן לראות בצורה מושלמת בתמונה למטה.
בדוק את העבודה המלאה בסרטון שניתן בסוף.
ממיר מבוסס AC לשנאי הוא נפוץ מאוד במקום בו נדרשת המרה של מתח AC ל DC. זה לרוב במערכות מגברים, מתאמי חשמל שונים, תחנות הלחמה, ציוד בדיקה וכו '.
מגבלות של מעגל ממיר ממיר AC-DC מבוסס שנאי
המרה מבוססת שנאי AC ל DC היא בחירה נפוצה בה נדרש DC אך יש לה חסרונות מסוימים.
1. בכל מצבים שבהם למתח AC קלט יש אפשרויות תנודה או אם מתח ה- AC יורד משמעותית, מתח ה- AC המוצא על פני השנאי יורד גם הוא. כך שלא ניתן להפעיל ממיר 230 וולט ל 12 וולט DC בקו 110 וולט. כדי לטפל בבעיה זו, ניתן הגדרה נוספת לרמות מתח כניסה שונות.
2. למרות שאין לו מתח מתח כניסה אוניברסלי, זו בחירה יקרה, שכן השנאי עצמו עולה יותר מ- 60% מעלות הייצור הכוללת של מעגל הממיר.
3. מגבלה נוספת היא יעילות המרה נמוכה. השנאי מתחמם ומבזבז אנרגיה מיותרת.
4. השנאי הוא חומר כבד שמגדיל את משקל המוצר ללא צורך.
5. בשל השנאי, נדרש שטח גדול יותר בתוך המוצר כדי להתאים למעגל הממיר או לפחות לשנאי.
כדי להתגבר על מגבלות אלה, אספקת חשמל מסוג SMPS או מצב מתג היא בחירה עדיפה.