Chaque appareil électrique et électronique que nous utilisons dans notre vie quotidienne nécessitera une alimentation électrique. En général, nous utilisons une alimentation CA de 230V 50Hz, mais cette puissance doit être modifiée dans la forme requise avec les valeurs ou la plage de tension requises pour fournir une alimentation électrique à différents types d'appareils. Il existe différents types de convertisseurs électroniques de puissance tels que le convertisseur abaisseur, le convertisseur élévateur, le stabilisateur de tension, le convertisseur CA en CC, le convertisseur CC en CC, le convertisseur CC en CA, etc. Par exemple, considérons les microcontrôleurs qui sont fréquemment utilisés pour développer de nombreux projets basés sur des systèmes embarqués et des kits utilisés dans des applications en temps réel. Ces microcontrôleurs nécessitent une alimentation 5V DC, donc le AC 230V doit être converti en 5V DC en utilisant le convertisseur abaisseur dans leur circuit d'alimentation.
Circuit d'alimentation
Circuit de convertisseur abaisseur
Circuit d'alimentation, le nom lui-même indique que ce circuit est utilisé pour alimenter d'autres circuits ou appareils électriques et électroniques. Ils sont différents types d'alimentation circuits basés sur la puissance qu'ils sont utilisés pour fournir aux appareils. Par exemple, les circuits basés sur un microcontrôleur, généralement les circuits d'alimentation régulés 5 V CC, sont utilisés, qui peuvent être conçus en utilisant différentes techniques pour convertir l'alimentation 230 V CA disponible en une alimentation 5 V CC. En général, les convertisseurs avec une tension de sortie inférieure à la tension d'entrée sont appelés convertisseurs abaisseur.
4 étapes pour convertir 230V AC en 5V DC
1. Abaissez le niveau de tension
Les convertisseurs abaisseur sont utilisés pour convertir la haute tension en basse tension. Le convertisseur avec une tension de sortie inférieure à la tension d'entrée est appelé convertisseur abaisseur, et le convertisseur avec une tension de sortie supérieure à la tension d'entrée est appelé convertisseur élévateur. Il existe des transformateurs élévateurs et abaisseurs qui sont utilisés pour augmenter ou réduire les niveaux de tension. 230V AC est converti en 12V AC à l'aide d'un transformateur abaisseur. La sortie 12 V du transformateur abaisseur est une valeur RMS et sa valeur de crête est donnée par le produit de la racine carrée de deux avec la valeur RMS, qui est d'environ 17 V.
Transformateur abaisseur
Le transformateur abaisseur se compose de deux enroulements, à savoir les enroulements primaire et secondaire où le primaire peut être conçu à l'aide d'un fil de calibre inférieur avec plus de tours car il est utilisé pour transporter une alimentation haute tension à faible courant, et l'enroulement secondaire à l'aide d'un fil de calibre élevé avec moins de tours car il est utilisé pour transporter une alimentation basse tension à courant élevé. Transformers fonctionne sur le principe des lois de Faraday sur l’induction électromagnétique.
2. Convertissez AC en DC
L'alimentation 230 V CA est convertie en 12 V CA (valeur 12 V RMS où la valeur de crête est d'environ 17 V), mais la puissance requise est de 5 V CC à cet effet, l'alimentation 17 V CA doit être principalement convertie en alimentation CC, puis elle peut être réduite au 5V DC. Mais avant tout, il faut savoir comment convertir AC en DC? L'alimentation CA peut être convertie en CC à l'aide de l'un des convertisseurs électroniques de puissance appelé comme redresseur. Il existe différents types de redresseurs, tels que le redresseur demi-onde, le redresseur pleine onde et le redresseur en pont. En raison des avantages du pont redresseur par rapport au redresseur demi-onde et pleine onde, le redresseur en pont est fréquemment utilisé pour convertir le courant alternatif en courant continu.
Redresseur en pont
Pont redresseur se compose de quatre diodes qui sont connectées sous la forme d'un pont. Nous savons que la diode est un redresseur non contrôlé qui ne conduira que la polarisation directe et ne conduira pas pendant la polarisation inverse. Si la tension d'anode de la diode est supérieure à la tension de la cathode, alors la diode est dite en polarisation directe. Pendant un demi-cycle positif, les diodes D2 et D4 conduiront et pendant un demi-cycle négatif les diodes D1 et D3 conduiront. Ainsi, le courant alternatif est converti en courant continu ici et ici obtenu n'est pas un courant continu pur car il se compose d'impulsions. Par conséquent, il est appelé puissance CC pulsée. Mais la chute de tension à travers les diodes est de (2 * 0,7 V) 1,4 V, par conséquent, la tension de crête à la sortie de ce circuit de rétention est de 15 V (17-1,4) environ.
3. Lissage des ondulations à l'aide du filtre
Le 15 V CC peut être régulé en 5 V CC à l'aide d'un convertisseur abaisseur, mais avant cela, il est nécessaire d'obtenir une alimentation CC pure. La sortie du pont de diodes est un DC composé d'ondulations également appelé DC pulsé. Ce courant continu pulsé peut être filtré à l'aide d'un filtre inductif ou d'un filtre condensateur ou d'un filtre couplé résistance-condensateur pour éliminer les ondulations. Considérez un filtre à condensateur qui est fréquemment utilisé dans la plupart des cas pour le lissage.
Filtre
Nous savons qu'un condensateur est un élément de stockage d'énergie. Dans le circuit, le condensateur stocke de l'énergie tandis que l'entrée augmente de zéro à une valeur de crête et, tandis que la tension d'alimentation diminue de la valeur de crête à zéro, le condensateur commence à se décharger. Cette charge et décharge du condensateur transformeront le courant continu pulsé en courant continu pur, comme le montre la figure.
4. Régulation de 12 V CC en 5 V CC à l'aide d'un régulateur de tension
La tension CC 15 V peut être abaissée à une tension CC 5 V à l'aide d'un convertisseur abaisseur CC appelé Régulateur de tension IC7805. Les deux premiers chiffres «78» du régulateur de tension IC7805 représentent les régulateurs de tension en série positive et les deux derniers chiffres «05» représentent la tension de sortie du régulateur de tension.
Schéma de principe interne du régulateur de tension IC7805
Le schéma de principe du régulateur de tension IC7805 est montré dans la figure se compose d'un amplificateur de fonctionnement agissant comme amplificateur d'erreur, diode zener utilisée pour fournir une référence de tension , comme indiqué sur la figure.
Diode Zener comme référence de tension
Transistor comme élément de passage en série utilisé pour dissiper l'énergie supplémentaire en tant que protection thermique SOA (Safe Operating Area) et le dissipateur thermique est utilisé pour la protection thermique en cas de tensions d'alimentation excessives. En général, un régulateur IC7805 peut résister à une tension allant de 7,2 V à 35 V et donne une efficacité maximale de 7,2 V et si la tension dépasse 7,2 V, il y a une perte d'énergie sous forme de chaleur. Pour protéger le régulateur de la surchauffe, une protection thermique est fournie à l'aide d'un dissipateur thermique. Ainsi, un 5V DC est obtenu à partir d'une alimentation 230V AC.
Nous pouvons directement convertir 230V AC en 5V DC sans utiliser de transformateur, mais nous pouvons avoir besoin de diodes de haute puissance et d'autres composants qui donnent moins d'efficacité. Si nous avons une alimentation 230V DC, nous pouvons convertir le 230V DC en 5V DC à l'aide d'un convertisseur abaisseur DC-DC.
Convertisseur abaisseur 230V à 5V DC-DC:
Commençons par le circuit d'alimentation régulé DC conçu à l'aide d'un convertisseur abaisseur DC-DC. Si nous avons une alimentation 230V DC, nous pouvons utiliser un convertisseur abaisseur DC-DC pour convertir le 230V DC en alimentation 5V DC. Le convertisseur abaisseur DC-DC se compose d'un condensateur, MOSFET, Contrôle PWM , Diodes et inducteurs. La topologie de base d'un convertisseur abaisseur DC-DC est illustrée dans la figure ci-dessous.
Convertisseur Buck DC en DC
La chute de tension à travers l'inductance et les changements de courant électrique circulant dans l'appareil sont proportionnels les uns aux autres. Par conséquent, le convertisseur abaisseur fonctionne sur le principe de l'énergie stockée dans un inducteur. Le semi-conducteur de puissance MOSFET ou IGBT utilisé comme élément de commutation peut être utilisé pour alterner le circuit de convertisseur abaisseur entre deux états différents en fermant ou en ouvrant et en arrêt ou en marche en utilisant l'élément de commutation. Si le commutateur est à l'état passant, alors un potentiel est créé aux bornes de l'inductance en raison d'un courant d'appel qui s'opposera à la tension d'alimentation, réduisant ainsi la tension de sortie résultante. La diode étant polarisée en inverse, aucun courant ne circulera dans la diode.
Si le commutateur est ouvert, le courant traversant l'inducteur s'interrompt soudainement et la diode commence la conduction, ainsi un chemin de retour est fourni au courant de l'inducteur. La chute de tension aux bornes de l'inductance sous tension s'inverse, ce qui peut être considéré comme la source principale de puissance de sortie pendant ce cycle de commutation et cela est dû à ce changement rapide du flux de courant. L'énergie stockée de l'inductance est continuellement fournie à la charge et ainsi le courant de l'inducteur commencera à chuter jusqu'à ce que le courant atteigne sa valeur précédente ou l'état de marche suivant. La poursuite de la fourniture d'énergie à la charge entraîne une baisse du courant de l'inducteur jusqu'à ce que le courant revienne à sa valeur précédente. Ce phénomène est appelé ondulation de sortie qui peut être réduite à une valeur acceptable en utilisant un condensateur de lissage en parallèle avec la sortie. Donc, Convertisseur DC-DC agit comme un convertisseur abaisseur.
Convertisseur abaisseur DC en DC utilisant PWM Cotrol
La figure montre le principe de fonctionnement du convertisseur abaisseur CC-CC commandé à l'aide d'un oscillateur PWM pour la commutation haute fréquence et un retour est connecté à un amplificateur d'erreur.
Tout le système embarqué basé projets électroniques nécessitent un régulateur de tension fixe ou réglable qui est utilisé pour fournir l'alimentation requise aux circuits ou kits électriques et électroniques. Il existe de nombreux régulateurs de tension automatiques avancés capables d'ajuster automatiquement la tension de sortie en fonction des critères d'application. Pour une aide plus technique concernant le circuit d'alimentation et le convertisseur abaisseur, veuillez poster vos questions en tant que commentaires dans la section des commentaires ci-dessous.
