Circuito conversor de AC para DC

Na era moderna, quase todos os eletrônicos domésticos funcionam em corrente contínua (CC), mas obtemos corrente alternada (CA) de usinas de geração de energia por meio de linhas de transmissão, porque a CA pode ser transmitida de forma mais eficiente do que a CC em um custo mais baixo. Portanto, todo aparelho que funciona em CC tem um circuito conversor de CA para CC. Anteriormente, construímos um carregador de celular de 5 V que também possui um circuito conversor AC-DC.

Existem basicamente dois tipos de conversores amplamente usados ​​para fins de conversação AC-DC.

Um é o conversor linear baseado em transformador tradicional que usa uma ponte de diodo simples, um capacitor e um regulador de tensão. A Ponte de Diodo Simples pode ser construída com dispositivo semicondutor único como DB107 ou com 4 diodos independentes como 1N4007. O outro tipo de conversor é SMPS ou fonte de alimentação comutada, que usa transformador pequeno de alta frequência e um regulador de comutação para fornecer saída CC.

Neste projeto, discutiremos o projeto tradicional baseado em transformador que usa diodos e capacitores simples para converter a corrente alternada em corrente contínua e um regulador de tensão opcional para regular a tensão CC de saída. O projeto será um conversor AC-DC utilizando Transformer com tensão de entrada de 230V e saída de 12V 1A.

Componentes necessários

1. Transformador com classificação 1A 13V

2,4 pcs 1N4007 Diodos

3. Um capacitor eletrolítico de 1000uF com classificação de 25V.

4. Poucos fios de fio simples

5.Breadboard

6.LDO ou um regulador de tensão linear conforme as especificações (aqui é usado o LM2940).

7. Um multímetro para medir a tensão.

Diagrama de Circuito e Explicação

O esquema para este circuito conversor AC-DC é simples. O transformador é usado para diminuir a CA de 230 V para 13 V CA.

Quatro diodos retificadores de uso geral 1N4007 são usados ​​aqui para retificar a entrada CA. 1N4007 tem uma tensão reversa repetitiva de pico de 1000 V com uma corrente direta retificada média de 1A. Esses quatro diodos são usados ​​para converter a saída de 13 V CA no transformador. Os diodos são usados ​​para fazer um conversor de ponte que é uma parte essencial do circuito de conversão CA para CC. Para saber mais sobre o circuito retificador de ponte, siga o link.

O capacitor de filtro C1 é adicionado após o conversor de ponte para suavizar a tensão de saída.

O LDO, IC1 também é conectado para regular a tensão de saída.

Funcionamento do circuito conversor CA para CC

Um transformador redutor é usado para converter CA de alta tensão em CA de baixa tensão. O transformador é montado em PCB e é um transformador de 1 ampere de 13 volts. No entanto, durante a carga, a tensão do transformador cai aproximadamente 12,5-12,7 volts.

A parte essencial do circuito é uma ponte de diodos que consiste em quatro diodos. O diodo é um dispositivo semicondutor eletrônico que converte a corrente alternada em corrente contínua.

O fluxo de corrente dentro da ponte de diodo pode ser visto na imagem abaixo.

Aqui, dois diodos D2 e ​​D4 bloqueiam o pico negativo da corrente alternada e fazem a corrente fluir em uma direção. Este é um retificador de ponte completa que significa que a ponte de diodo retifica tanto o pico positivo quanto o negativo do sinal AC.

O grande capacitor C1 é carregado durante a conversão e suaviza a tensão de saída. Mas no resultado final, esta não é uma saída de tensão regulada. Aqui a regulação da tensão é feita pelo LDO, LM2940, que é IC1 no esquema.

O LDO, LM2940 é um dispositivo de 3 pinos no pacote TO220. LDO significa baixa tensão de queda. O diagrama de pinos pode ser mostrado na imagem abaixo.

Alguns reguladores de tensão têm limitações na tensão de entrada que é necessária para fornecer regulação de tensão garantida em toda a saída do regulador. Em alguns reguladores lineares, é denotado que requer uma diferença mínima de 2 volts entre a tensão de entrada e a tensão de saída, o que significa que para uma saída de 12 volts regulada, o regulador requer pelo menos uma tensão de entrada de 14 volts para uma tensão de saída regulada de 12 volts garantida. Em geral, os reguladores de baixa tensão de queda (LDOs) requerem diferenças mínimas de tensão entre a entrada e a saída. Para a folha de dados do LM2940, é necessária uma diferença mínima de 0,5 volt entre a entrada e a saída. Usamos um regulador LDO série de tensão fixa da Texas Instruments. O LM2940, que tem classificação de saída de 12 volts.

O resultado pode ser visto perfeitamente na imagem abaixo.

Confira o funcionamento completo no vídeo fornecido ao final.

O conversor CA para CC baseado em transformador é muito comum quando a conversão de CA para CC de alta tensão é necessária. É mais comumente em sistemas de amplificadores, vários adaptadores de energia, estações de solda, equipamentos de teste, etc.

Limitações do circuito conversor AC-DC baseado em transformador

A conversão de CA para CC baseada em transformador é uma escolha comum onde CC é necessária, mas tem certas desvantagens.

1. Qualquer situação em que a tensão CA de entrada tenha a possibilidade de flutuar ou se a tensão CA cair significativamente, a tensão CA de saída no transformador também cai. Portanto, um conversor de 230 Vca para 12 Vcc não pode ser alimentado em uma linha de 110 Vca. Para resolver esse problema, uma configuração adicional é fornecida para diferentes níveis de tensão de entrada.

2. Apesar de não ter uma faixa de tensão de entrada universal, é uma escolha cara, pois o próprio transformador custa mais de 60% do custo total de fabricação do circuito conversor.

3. Outra limitação é a baixa eficiência de conversão. O transformador aquece e desperdiça energia desnecessária.

4. O transformador é um material pesado que aumenta desnecessariamente o peso do produto.

5. Devido ao transformador, é necessário maior espaço dentro do produto para encaixar o circuito conversor ou pelo menos o transformador.

Para superar essas limitações, SMPS ou fonte de alimentação comutada é uma escolha preferível.