AC-DC-Wandler versorgen elektronische Geräte, die eine Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom benötigen, mit Strom. Verschiedene Anwendungen dieses Geräts können sich als nützlich erweisen, wenn Sie keinen Zugang zu einer Gleichstromsteckdose in der Nähe haben. Dennoch kann das Verständnis dieser Technologie verwirrend und überwältigend sein, da sie sehr komplex ist. In diesem ausführlichen Artikel erfahren Sie mehr darüber, was diese Geräte leisten und wie sie funktionieren. Bei WellPCB bieten wir Ihnen Informationen über die idealen Anwendungen für AC-DC-Wandler. So verstehen Sie, wie diese Wandler funktionieren und wie Sie sie sicher einsetzen können. Alles, was Sie hier finden, bringt Sie auf den richtigen Weg, also lesen Sie weiter!
1. Was ist ein AC-DC-Wandler?
Elektronische AC-DC-Netzteile nehmen eine Wechselspannung aus einer Stromquelle auf und wandeln sie in eine Gleichspannung für ein batteriebetriebenes Gerät um. Darüber hinaus wandelt dieses Gerät niedrige Spannungswerte um, ideal für alltägliche Elektronik, die eine Wechsel- oder Gleichstrom-Ausgangsspannung benötigt. Jeder Konverter ist anders aufgebaut, verfügt aber in der Regel über einen oder mehrere Transformatoren, Filter und Gleichrichter. Darüber hinaus verfügen einige AC-DC-Wandler über einen aktiven Wirkungsgrad, d. h. sie verbrauchen weniger Energie.
(DC-Netzteil)
Nicht zu verwechseln mit einem Gleichstrom-Netzteil. Denn ein Gleichstromnetzteil versorgt ein Gerät, z. B. eine Leiterplatte, mit einem konstanten Strom. Es wandelt keinen Wechselstrom in Gleichstrom um. Ingenieure verwenden ein Gleichstromnetzteil in der Regel für Testzwecke. Ein DC-DC-Netzteil unterscheidet sich von diesen auch dadurch, dass es Strom aus einer Batterie bezieht und ihn in eine andere Spannungsebene umwandelt.
Im Allgemeinen gibt es heute zwei Arten von AC-DC-Wandlern auf dem Markt: lineare und schaltende. Lineare Wandler, eine preisgünstige und einfache Lösung, verlieren zusätzliche Energie in Form von Wärme, was bei Anwendungen, die bei hohen Temperaturen nicht gut funktionieren, zu Problemen führt. Schaltnetzteile, ein komplexeres Gerät, verringern den Energieverlust durch die Fähigkeit, zwischen Voll-Ein und Voll-Aus zu wechseln. Sie bieten außerdem eine höhere Leistungsdichte für Rechenzentren, Netzwerke und Serveranwendungen.
Obwohl sie leicht, effizient und kleiner sind, erzeugen sie elektrisches Rauschen ohne Unterdrückung. Vereinfachte Konstruktionen können auch einen eingeschränkten Leistungsfaktor zur Folge haben. Aus diesem Grund helfen Leistungsfaktorkorrektoren, dieses Problem zu lösen.
(Schaltnetzteil, ein komplexes Gerät, das von voll ein- auf voll ausgeschaltet umschaltet).
2. Wie funktioniert ein AC-DC-Wandler?
Integrierte Transformatoren wandeln die Wechselspannung um und verringern/erhöhen die Spannungspegel, um die Gleichstromversorgung eines angeschlossenen Geräts zu verbessern. Der Umwandlungsprozess, die so genannte Gleichrichtung, beinhaltet die Verwendung eines Gleichrichters auf der Lastseite, der die Wechselspannung in Gleichstrom umwandelt. Schließlich unterdrücken Filter das Rauschen in den Wechselstromwellen, was zu einer gleichmäßigeren Energie für einen Gleichstromquellenkreis führt.
Die Schaltung hat in der Regel verschiedene Formen, enthält aber die erforderlichen Teile. Außerdem enthält er eine oder mehrere Umwandlungsstufen.
Einige Geräte können auch einen Lüfter enthalten, wenn ein Kühlkörper die Einheit nicht effizient kühlen kann. Einige Lüfter benötigen jedoch viel Platz, weshalb Sie die ideale Größe wählen sollten. Ein Lüfter, der sich schnell dreht, sorgt für eine bessere Wärmeabfuhr.
3. AC-DC-Wandler Anwendungen
(Ladegeräte enthalten einen AC-DC-Wandler)
Im Wesentlichen wandeln diese Geräte Wechselstrom in Gleichstrom um, um die vorhandene Elektronik in einer Vielzahl von Anwendungen zu nutzen. Es gibt sie in verschiedenen Formen, darunter externe und interne Adapter. Zu den internen Adaptern gehören elektronische Geräte wie Blu-ray-Player, medizinische Geräte (650W AC-DC-Netzteile) usw. Externe Adapter hingegen sind für Geräte wie Laptops vorgesehen.
(Fernsehgeräte und Mobiltelefone haben einen AC-DC-Wandler)
Weitere Anwendungsbeispiele sind Warmwasserbereiter, Ventilatoren, Staubsauger, Fernseher, Mobiltelefone, Ladegeräte und vieles mehr. Darüber hinaus nutzen Militär- und Telekommunikationsgeräte, Industriemaschinen (250-W-AC-DC-Netzteile) und Küchengeräte mit Gleichstrommotoren die Vorteile von AC-DC-Stromversorgungen.
Außerdem sind diese Geräte mit einem Überspannungs-, Überstrom- und Kurzschlussschutz ausgestattet, um Sie und das Gerät zu schützen.
Ein Gleichstromwandler bietet auch die Möglichkeit, amplitudenmodulierte Funksignale zu erkennen.
(AC-DC-Wandler für einen Laptop)
4. Wie entwirft man einen AC-DC-Wandler?
(Eine AC-DC-Wandlerplatine mit einem Transformator und elektronischen Bauteilen).
Bevor Sie beginnen, müssen Sie bedenken, dass der Wechselspannungsausgang eine große Gefahr darstellt. Daher müssen Sie Ihren AC-DC-Wandler mit äußerster Vorsicht bauen und sich Zeit lassen. Sie sollten sich vergewissern, wo sich die einzelnen freiliegenden Kabel befinden, und sicherstellen, dass der isolierte Arbeitsbereich sicher bleibt. Überprüfen Sie die Verbindungen, bevor Sie den Gleichstromwandler einstecken. Andernfalls werden Sie und das Gerät Schaden nehmen.
Um diesen Gleichstromadapter zu konstruieren, benötigen Sie diese Teile:
Transformator
Dioden 5x
Kondensatoren 4x
78XX Spannungsregler 1x
Drähte
Kühlkörper
(Kühlkörperabstrahlung)
Erforderliche Werkzeuge:
Lötfreies Breadboard
Lötkolben und Lötzinn
Gedruckte Leiterplatte
Drahtschneider
(gedruckte Leiterplatte)
Schließen Sie zunächst das Netzkabel an die Primärseite der Wicklung an. Dann schließen Sie die Sekundärseite der Wicklung an den Brückengleichrichter an. Mit einem Multimeter können Sie die Ausgangsspannung der Sekundärpins beim Anschließen des Stromkabels überprüfen.
(Aufwärts- und Abwärtstransformator)
Achten Sie darauf, dass er für 12-24VAC ausgelegt ist. Für ein 220-VAC-Netz ist jedoch ein 10:1-Abspanntransformator erforderlich. Achten Sie auf den Stromverbrauch der Schaltung. Ein angebrachter Kühlkörper hilft den Spannungsreglern, 1A Strom zu liefern.
(Eine Abbildung zeigt den Umwandlungsprozess, auch Gleichrichtung genannt).
4.1 Komponenten des AC/DC-Wandlers
Eingangsfilterblock – Ein Eingangsfilterblock dämmt das elektrische Rauschen in den Schaltkomponenten ein und verhindert, dass es die Netzstromversorgung beeinträchtigt. Dieser Teil verhindert auch, dass Rauschen in die Schaltkreise eindringt.
(Diodenbrückengleichrichter)
Gleichrichtung – AC-DC-Wandler werden gleichgerichtet, wobei ein Gleichrichter zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom eingesetzt wird.
(Leistungsfaktorkorrektur)
Leistungsfaktorkorrektur (PFC) – Eine Leistungsfaktorkorrektur macht den AC-DC-Wandler effizienter. Sie reduziert den Strom und die Blindleistungskomponente des Wechselstromkreises. Einige Leistungsfaktorkorrektoren unterstützen den kontinuierlichen und den diskontinuierlichen Leitungsmodus.
Leistungsstufe – Eine Leistungsstufe regelt die Energie von der Haupt- zur Sekundärseite über den Transformator. Sie ist mit Schaltern und einem Ausgangsfilter ausgestattet, der mit einer hohen Frequenz umschaltet.
Transformator – Transformatoren enthalten Drähte, die um ein Fundament gewickelt sind und durch elektromagnetische Induktion eine Verbindung herstellen. Daher profitiert eine Hochspannungsverbindung von dieser Funktion.
Ausgangsschaltungen – Die Ausgangsschaltungen dienen als Energiespeicher für jede Komponente. Um ein ausgeglichenes Ausgangsspannungsniveau zu gewährleisten, durchläuft die an jedes Bauteil gelieferte Energie eine Rückkopplungsregelschleife.
Regulierung – Die Regulierung sorgt für eine konstante Ausgangsspannung für jeden Schalter über einen Rückkopplungsregelkreis und gewährleistet so eine aufgeladene Stromquelle. Daher ist es effizienter, eine Taste auf hart EIN oder hart AUS zu stellen.
Spannungsregelungsmodus – Ein Regelkreis erkennt die Ausgangsspannung und vergleicht sie mit einer bestimmten Spannung. Tritt ein Fehler auf, wird die Spannung angepasst.
Stromregelungsmodus – Der Stromregelungsmodus, eine abgewandelte Version des Spannungsregelungsmodus, erfasst den Induktionsstrom des Schaltkreises. Die Erkennung erfolgt über den High-Side-Widerstand des MOSFETs. Im Vergleich zum Spannungssteuermodus bietet er eine schnellere Lösung zur Erkennung von Änderungen.
Wandlertypen – Flyback und Buck-Flyback, die gängigsten Wandlertypen, enthalten eine geringe Anzahl von Komponenten. Außerdem werden bei diesen kostengünstigen Topologien Transformatoren kombiniert.
5. AC/DC-Wandler Sicherheitsrichtlinien
Bevor Sie den Wandler verwenden, sollten Sie besondere Sorgfalt walten lassen, um die Sicherheit zu gewährleisten. Wir haben einige Maßnahmen erörtert, die Sie ergreifen können und die sich als nützlich erweisen werden:
Der Kontakt mit dem Kühlkörper oder dem Gehäuse erhöht das Risiko von Verbrennungen, daher sollten Sie diese Teile nicht berühren.
Berühren Sie nicht die Eingangsklemmen und internen Komponenten. Dies kann zu einem elektrischen Schlag oder Verbrennungen führen.
Achten Sie beim Betrieb des AC/DC-Wandlers darauf, dass Sie Ihre Hände und Ihr Gesicht in einem sicheren Abstand halten. Andernfalls könnten Sie sich bei einer Fehlfunktion des Geräts verletzen.
Die Installation einer trägen Sicherung am Eingang des Konverters sorgt ebenfalls für Sicherheit während des Betriebs.
Schlussfolgerung:
AC-DC-Wandler sind sehr praktisch für die alltägliche Elektronik. Sie stellen sicher, dass die Geräte mit der richtigen Stromart versorgt werden. Außerdem macht das Gerät den Umwandlungsprozess sicher und effizient, auch wenn die Anzahl der Komponenten komplex erscheint. Nun, da Sie sich ein umfangreiches Wissen zu diesem Thema angeeignet haben, sollten Sie bereit sein, loszulegen!Wenn Sie Fragen zum Thema AC-DC-Wandler haben, können Sie sich gerne an uns wenden!
