Cada dispositivo eléctrico y electrónico que utilizamos en nuestro día a día requerirá una fuente de alimentación. En general, usamos una fuente de CA de 230 V 50 Hz, pero esta potencia debe cambiarse a la forma requerida con los valores requeridos o el rango de voltaje para proporcionar suministro de energía a diferentes tipos de dispositivos. Hay varios tipos de convertidores electrónicos de potencia, como convertidor reductor, convertidor elevador, estabilizador de voltaje, convertidor de CA a CC, convertidor de CC a CC, convertidor de CC a CA, etc. Por ejemplo, considere los microcontroladores que se utilizan con frecuencia para desarrollar muchos proyectos basados en sistemas integrados y kits utilizados en aplicaciones en tiempo real. Estos microcontroladores requieren un suministro de 5 V CC, por lo que los 230 V CA deben convertirse en 5 V CC utilizando el convertidor reductor en su circuito de suministro de energía.
Circuito de suministro de energía
Circuito convertidor reductor
Circuito de suministro de energía, el nombre en sí indica que este circuito se utiliza para suministrar energía a otros circuitos o dispositivos eléctricos y electrónicos. Hay diferentes tipos de fuente de alimentación circuitos basados en la potencia que se utilizan para proporcionar a los dispositivos. Por ejemplo, se utilizan los circuitos basados en microcontroladores, normalmente los circuitos de suministro de energía regulados de 5 V CC, que pueden diseñarse utilizando diferentes técnicas para convertir la potencia de 230 V CA disponible en 5 V CC. Generalmente, los convertidores con voltaje de salida menor que el voltaje de entrada se denominan convertidores reductores.
4 pasos para convertir 230 V CA a 5 V CC
1. Reducir el nivel de voltaje
Los convertidores reductores se utilizan para convertir el alto voltaje en bajo voltaje. El convertidor con voltaje de salida menor que el voltaje de entrada se denomina convertidor reductor, y el convertidor con voltaje de salida mayor que el voltaje de entrada se denomina convertidor elevador. Hay transformadores elevadores y reductores que se utilizan para subir o bajar los niveles de voltaje. 230 V CA se convierte en 12 V CA mediante un transformador reductor. La salida de 12V del transformador reductor es un valor RMS y su valor máximo está dado por el producto de la raíz cuadrada de dos con el valor RMS, que es aproximadamente 17V.
Transformador reductor
El transformador reductor consta de dos devanados, a saber, bobinados primario y secundario donde el primario se puede diseñar utilizando un cable de menor calibre con más número de vueltas, ya que se utiliza para transportar energía de alta tensión de baja corriente, y el devanado secundario utilizando un Alambre de alto calibre con menor número de vueltas, ya que se utiliza para transportar energía de alta corriente y baja tensión. Transformers funciona según el principio de las leyes de inducción electromagnética de Faraday.
2. Convertir CA a CC
La energía de 230 VCA se convierte en 12 VCA (valor de 12 V RMS en el que el valor máximo es de alrededor de 17 V), pero la energía requerida es de 5 VCC para este propósito, la energía de 17 VCA debe convertirse principalmente en energía de CC y luego se puede reducir al 5 V CC. Pero antes que nada, ¿debemos saber cómo convertir CA a CC? La alimentación de CA se puede convertir en CC utilizando uno de los convertidores electrónicos de potencia llamado como Rectificador. Existen diferentes tipos de rectificadores, como rectificador de media onda, rectificador de onda completa y rectificador de puente. Debido a las ventajas del puente rectificador sobre el rectificador de media onda y el rectificador de onda completa, el puente rectificador se utiliza con frecuencia para convertir CA en CC.
Puente rectificador
Puente rectificador consta de cuatro diodos que están conectados en forma de puente. Sabemos que el diodo es un rectificador no controlado que solo conducirá polarización directa y no durante la polarización inversa. Si el voltaje del ánodo del diodo es mayor que el voltaje del cátodo, se dice que el diodo está en polarización directa. Durante el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 conducirán y durante el semiciclo negativo los diodos D1 y D3 conducirán. Por lo tanto, la CA se convierte en CC aquí, lo que se obtiene no es una CC pura, ya que consta de pulsos. Por lo tanto, se denomina potencia de CC pulsante. Pero la caída de voltaje a través de los diodos es (2 * 0.7V) 1.4V, por lo tanto, el voltaje máximo en la salida de este circuito retificador es de 15V (17-1.4) aprox.
3. Suavizar las ondulaciones con el filtro
15V DC se pueden regular en 5V DC usando un convertidor reductor, pero antes de esto, es necesario obtener energía DC pura. La salida del puente de diodos es una CC que consta de ondulaciones, también llamada CC pulsante. Esta CC pulsante se puede filtrar utilizando un filtro inductor o un filtro de condensador o un filtro acoplado de resistor-condensador para eliminar las ondulaciones. Considere un filtro de condensador que se usa con frecuencia en la mayoría de los casos para suavizar.
Filtrar
Sabemos que un condensador es un elemento de almacenamiento de energía. En el circuito condensador almacena energía mientras que la entrada aumenta de cero a un valor máximo y, mientras que el voltaje de suministro disminuye desde el valor máximo a cero, el condensador comienza a descargarse. Esta carga y descarga del condensador convertirá la CC pulsante en CC pura, como se muestra en la figura.
4. Regulación de 12 V CC a 5 V CC mediante un regulador de voltaje
El voltaje de 15 V CC se puede reducir a un voltaje de 5 V CC utilizando un convertidor reductor de CC llamado regulador de voltaje IC7805. Los dos primeros dígitos '78' del regulador de voltaje IC7805 representan reguladores de voltaje en serie positiva y los dos últimos dígitos '05' representan el voltaje de salida del regulador de voltaje.
Diagrama de bloques interno del regulador de voltaje IC7805
El diagrama de bloques del regulador de voltaje IC7805 se muestra en la figura y consta de un amplificador operativo que actúa como amplificador de error, diodo Zener utilizado para proporcionar referencia de voltaje , como se muestra en la figura.
Diodo Zener como referencia de voltaje
Transistor como un elemento de paso en serie utilizado para disipar energía extra como protección de calor SOA (Área de operación segura) y El disipador de calor se utiliza para protección térmica. en caso de tensiones de alimentación excesivas. En general, un regulador IC7805 puede soportar un voltaje que varía de 7,2 V a 35 V y ofrece una eficiencia máxima de un voltaje de 7,2 V y si el voltaje supera los 7,2 V, entonces hay una pérdida de energía en forma de calor. Para proteger el regulador del sobrecalentamiento, se proporciona protección térmica mediante un disipador de calor. Por lo tanto, se obtiene una CC de 5 V a partir de una alimentación de CA de 230 V.
Podemos convertir directamente 230 VCA en 5 VCC sin usar un transformador, pero es posible que necesitemos diodos de alta calificación y otros componentes que brinden menos eficiencia. Si tenemos una fuente de alimentación de 230 V CC, entonces podemos convertir los 230 V CC en 5 V CC utilizando un convertidor reductor CC-CC.
Convertidor Buck de 230 V a 5 V CC-CC:
Comencemos con el circuito de suministro de energía regulado de CC diseñado con un convertidor reductor CC-CC. Si tenemos una fuente de alimentación de 230 V CC, entonces podemos usar un convertidor reductor CC-CC para convertir la fuente de alimentación de 230 V CC en 5 V CC. El convertidor reductor DC-DC consta de condensador, MOSFET, Control PWM , Diodos e Inductores. La topología básica de un convertidor reductor CC-CC se muestra en la siguiente figura.
Convertidor DC a DC Buck
La caída de voltaje a través del inductor y los cambios en la corriente eléctrica que fluye a través del dispositivo son proporcionales entre sí. Por lo tanto, el convertidor reductor funciona según el principio de energía almacenada en un inductor. los semiconductor de potencia MOSFET o IGBT usado como elemento de conmutación se puede usar para alternar el circuito convertidor reductor entre dos estados diferentes cerrando o abriendo y apagando o encendiendo usando el elemento de conmutación. Si el interruptor está encendido, entonces se crea un potencial a través del inductor debido a la corriente de entrada que se opondrá al voltaje de suministro, reduciendo así el voltaje de salida resultante. Como el diodo tiene polarización inversa, no fluirá corriente a través del diodo.
Si el interruptor está abierto, la corriente a través del inductor se interrumpe repentinamente y el diodo comienza a conducir, por lo que se proporciona una ruta de retorno a la corriente del inductor. La caída de voltaje a través del inductor energizado se invierte, lo que puede considerarse como una fuente primaria de potencia de salida durante este ciclo de conmutación y esto se debe a este cambio rápido en el flujo de corriente. La energía almacenada del inductor se entrega continuamente a la carga y, por lo tanto, la corriente del inductor comenzará a caer hasta que la corriente suba a su valor anterior o al siguiente estado de encendido. La continuación de la entrega de energía a la carga conduce a una caída en la corriente del inductor hasta que la corriente sube a su valor anterior. Este fenómeno se denomina ondulación de salida que se puede reducir a un valor aceptable utilizando un condensador de suavizado en paralelo con la salida. Por lo tanto, Convertidor DC-DC actúa como convertidor reductor.
Convertidor reductor de CC a CC con PWM Cotrol
La figura muestra el principio de funcionamiento del convertidor reductor de CC a CC controlado mediante un oscilador PWM para conmutación de alta frecuencia y se conecta una retroalimentación con un amplificador de error.
Todo el sistema embebido basado proyectos de electrónica requieren un regulador de voltaje fijo o ajustable que se utiliza para proporcionar el suministro necesario a los circuitos o kits eléctricos y electrónicos. Hay muchos reguladores de voltaje automáticos avanzados capaces de ajustar el voltaje de salida automáticamente según los criterios de aplicación. Para obtener más ayuda técnica sobre el circuito de la fuente de alimentación y el convertidor reductor, publique sus consultas como comentarios en la sección de comentarios a continuación.
