AC-DC-Wandler:Die perfekte Gleichstromlösung

AC-DC-Wandler versorgen elektronische Geräte mit Strom, die einen Umwandlungsprozess von AC in DC benötigen. Verschiedene Anwendungen dieses Geräts können sich als vorteilhaft erweisen, wenn Sie keinen Zugang zu einer Gleichstromsteckdose in der Nähe haben. Dennoch kann das Verständnis dieser Technologie aufgrund ihrer komplexen Natur verwirrend und überwältigend sein. In diesem ausführlichen Artikel erfahren Sie mehr darüber, was diese Geräte leisten und wie sie funktionieren. Bei WellPCB informieren wir Sie über die idealen Anwendungen für AC-DC-Wandler. Daher werden Sie verstehen, wie diese Konverter funktionieren und wie Sie sie sicher verwenden. Alles, was hier bereitgestellt wird, bringt Sie auf den richtigen Weg, also lesen Sie weiter!

1. Was ist ein AC-DC-Wandler?

Elektronische AC-DC-Netzteile beziehen eine Wechselspannung aus einer Stromquelle und wandeln sie in eine Ausgangsgleichspannung für ein batteriebetriebenes Gerät um. Darüber hinaus wandelt dieses Gerät niedrige Spannungswerte um, ideal für alltägliche Elektronik, die eine AC- oder DC-Ausgangsspannung benötigt. Jeder Konverter enthält ein anderes Design, wird jedoch normalerweise mit einem oder mehreren Transformatoren, Filtern und Gleichrichtern geliefert. Darüber hinaus verfügen einige AC/DC-Wandler über einen aktiven Wirkungsgrad, was bedeutet, dass sie weniger Energie verbrauchen.

(DC-Netzteil)

Es ist wichtig, dies nicht mit einem DC-Netzteil zu verwechseln. Das liegt daran, dass eine Gleichstromversorgung ein Gerät, wie z. B. eine Leiterplatte, mit konstantem Strom versorgt. Es wandelt AC nicht in Volt DC um. Ingenieure verwenden normalerweise einen Gleichstromadapter für Testzwecke. Ein DC-DC-Netzteil unterscheidet sich von diesen auch dadurch, dass es Strom aus einer Batterie zieht und in einen anderen Spannungspegel umwandelt.

Im Allgemeinen werden Sie feststellen, dass es heute zwei Arten von AC/DC-Wandlern auf dem Markt gibt, linear und schaltend. Linear, eine erschwingliche und einfache Lösung, verliert zusätzliche Energie in Form von Wärme und schafft Probleme für Anwendungen, die bei hohen Temperaturen nicht gut funktionieren. Schaltnetzteile, ein komplexeres Gerät, reduzieren den Energieverlust durch die Fähigkeit, zwischen Voll-Ein und Voll-Aus umzuschalten. Diese bieten auch höhere Leistungsdichten für Rechenzentren, Netzwerke und Serveranwendungen.

Obwohl sie leicht, effizient und kleiner sind, erzeugen diese elektrisches Rauschen ohne Unterdrückung. Vereinfachte Konstruktionen könnten auch einen eingeschränkten Leistungsfaktor liefern. Aus diesem Grund helfen Leistungsfaktorkorrektoren, dieses Problem zu lösen.

(Schaltnetzteil, ein komplexes Gerät, das von Voll-Ein zu Voll-Aus schaltet.)

2. Funktionsweise des AC-DC-Wandlers

Integrierte Transformatoren ändern die Wechselspannung und reduzieren/erhöhen die Spannungspegel für eine verbesserte DC-Versorgungsfunktionalität für ein angeschlossenes Gerät. Der als Gleichrichtung bezeichnete Umwandlungsprozess beinhaltet die Verwendung eines Gleichrichters an der Lastendverbindung, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Schließlich heben Filter das Rauschen in Wechselstromwellen auf, was zu einer gleichmäßigeren Energie für eine Gleichstromquellenschaltung führt.

Typischerweise nimmt die Schaltung unterschiedliche Formen an, enthält aber die notwendigen Teile. Zusätzlich bietet es eine oder mehrere Konvertierungsstufen.

Einige Geräte können auch einen Lüfter enthalten, wenn ein Kühlkörper das Gerät nicht effizient kühlen kann. Einige Ventilatoren nehmen jedoch Platz ein, daher sollten Sie eine ideale Größe wählen. Die Verwendung eines sich schnell drehenden Lüfters gewährleistet eine bessere Wirkung auf die Wärmeableitung.

3. AC-DC-Wandleranwendungen

(Ladegeräte enthalten einen AC-DC-Wandler)

Im Wesentlichen wandeln diese Geräte Wechselstrom in Volt Gleichstrom für vorhandene Elektronik in einer Vielzahl von Anwendungen um. Es gibt sie in verschiedenen Formen, einschließlich externer und interner Adapter. Interne Adapter bestehen aus Elektronik wie Blu-ray-Playern, medizinischen Geräten (650 W AC-DC-Netzteile) usw. Externe Adapter hingegen bestehen aus Geräten wie Laptops.

(Fernseher und Mobiltelefone haben einen AC-DC-Wandler)

Weitere Anwendungsbeispiele sind Warmwasserbereiter, Ventilatoren, Staubsauger, Fernseher, Mobiltelefone, Ladegeräte und mehr. Darüber hinaus nutzen Militär- und Telekommunikationsausrüstung, Industriemaschinen (250-W-Wechselstrom-Gleichstrom-Netzteile) und Küchengeräte mit Gleichstrommotoren die Vorteile von Wechselstrom-Gleichstrom-Stromversorgungen.

Außerdem verfügen diese Geräte über einen Überspannungs-, Überstrom- und Kurzschlussschutz, um Sie und das Gerät zu schützen.

Ein DC-Leistungswandler bietet auch amplitudenmodulierte Funksignalerkennungsfähigkeiten.

(AC-DC-Wandler für einen Laptop)

4. Wie entwerfe ich einen AC/DC-Wandler?

(Eine AC-DC-Wandlerplatine mit einem Transformator und elektronischen Komponenten.)

Bevor Sie beginnen, müssen Sie berücksichtigen, dass der Wechselspannungsausgang sehr gefährlich ist. Sie müssen Ihren AC-DC-Wandler also mit äußerster Vorsicht bauen und sich Zeit nehmen. Sie sollten die Position jedes freigelegten Kabels bestätigen und sicherstellen, dass der isolierte Arbeitsbereich sicher bleibt. Überprüfen Sie dann Ihre Verbindungen, bevor Sie Ihren DC-Wandler anschließen. Andernfalls schadet es Ihnen und dem Gerät.

Um diesen Gleichstromadapter zu entwerfen, benötigen Sie diese Teile:

• Transformator
• Dioden 5x
• Kondensatoren 4x
• 78XX Spannungsregler 1x
• Drähte
• Kühlkörper

(Kühlkörperstrahlung)

Erforderliche Werkzeuge:

• Lötfreies Steckbrett
• Lötkolben und Lötzinn
• Leiterplatte
• Drahtschneider

(Leiterplatte)

Zu Beginn müssen Sie das Wechselstromkabel an die Seite der Primärwicklung anschließen. Klicken Sie dann die Sekundärwicklungsseite auf den Brückengleichrichter. Ein Multimeter hilft, die Ausgangsspannung der sekundären Pins beim Anschließen des Netzkabels zu überprüfen.

(Aufwärts- und Abwärtstransformator)

Sie sollten sicherstellen, dass es eine Nennspannung von 12-24 VAC hat. Ein 220-VAC-Netz erfordert jedoch einen 10:1-Abwärtstransformator. Beachten Sie den Stromverbrauch der Schaltung. Ein angebrachter Kühlkörper hilft den Spannungsreglern, 1A Strom zu liefern.

(Eine Abbildung, die den Umwandlungsprozess zeigt, auch Berichtigung genannt.)

4.1 AC-DC-Wandlerkomponenten

• Eingangsfilterblock – Ein Eingangsfilterblock hält das elektrische Rauschen in den Schaltkomponenten zurück und verhindert, dass es die Netzstromversorgung beeinträchtigt. Dieser Teil verhindert auch, dass Rauschen in die Schaltkreise eindringt.

(Diodenbrückengleichrichter)

• Gleichrichtung – AC/DC-Wandler werden einer Gleichrichtung unterzogen, bei der ein Gleichrichter verwendet wird, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln.

(Leistungsfaktorkorrektur)

• Leistungsfaktorkorrektur (PFC) – Eine Leistungsfaktorkorrektur macht den AC-DC-Wandler effizienter. Es reduziert die Blindleistungskomponente des Strom- und Wechselstromkreises. Einige Leistungsfaktorkorrektoren unterstützen den kontinuierlichen Leitungsmodus und den diskontinuierlichen Leitungsmodus.
  
• Leistungsstufe – Eine Leistungsstufe regelt die Energie von der Haupt- zur Sekundärseite über den Transformator. Es wird mit Schaltern und einem Ausgangsfilter geliefert, der mit hoher Frequenz übergeht.
  
• Transformator – Transformatoren enthalten Drähte, die um ein Fundament gewickelt sind, wobei elektromagnetische Induktion eine Verbindung bildet. Daher wird eine Hochspannungsverbindung von dieser Funktion profitieren.
  
• Ausgangsschaltkreise – Die Ausgangsschaltkreise dienen als Energiespeicherplattform für jede Komponente. Um einen ausgeglichenen Ausgangsspannungspegel bereitzustellen, durchläuft die jedem Teil zugeführte Energie eine Rückkopplungsregelschleife.
  
• Regulierung – Die Regulierung stellt jedem Schalter über einen Rückkopplungsregelkreis eine konstante Ausgangsspannung zur Verfügung, wodurch eine wiederaufgeladene Stromquelle sichergestellt wird. Wenn Sie also eine Taste auf hart EIN oder hart AUS setzen, wird sie effizienter.
  

• Spannungsregelungsmodus – Ein Regelkreis erkennt die Ausgangsspannung und vergleicht sie mit einer bestimmten Spannung. Es führt zu einer Anpassung des Spannungspegels, wenn ein Fehler auftritt.
  
  
• Stromregelungsmodus – Der Stromregelungsmodus, eine geänderte Version des Spannungsregelungsmodus, erkennt den Induktorstrom der Schaltung. Die Erkennung erfolgt über den High-Side-Widerstand des MOSFET. Außerdem bietet er im Vergleich zum Spannungssteuerungsmodus eine schnellere Änderungserkennungslösung.
  

Wandlertypen – Flyback und Buck-Flyback, die beliebtesten Wandlertypen, enthalten eine kleine Anzahl von Komponenten. Außerdem kombinieren diese kostengünstigen Topologien Transformatoren.

5. Sicherheitsrichtlinien für AC-DC-Wandler

Vor der Verwendung des Konverters sollten Sie besondere Sorgfalt walten lassen, um die Sicherheit zu gewährleisten. Wir haben einige Schritte besprochen, die Sie ergreifen können und die sich als vorteilhaft erweisen werden:

• Der Kontakt mit dem Kühlkörper oder Gehäuse erhöht die Verbrennungsgefahr, daher sollten Sie es vermeiden, diese Teile zu berühren.
• Berühren Sie nicht die Eingangsanschlüsse und internen Komponenten. Andernfalls kann es zu Stromschlägen oder Verbrennungen kommen.
• 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 schützt ihn auch während des Betriebs.

Schlussfolgerung:

AC-DC-Wandler sind sehr praktisch für die alltägliche Elektronik. Sie versichern Ihnen, dass die Geräte den richtigen Stromtyp erhalten. Darüber hinaus macht die Maschine den Konvertierungsprozess sicher und effizient, selbst wenn die Anzahl der Komponenten komplex erscheint. Jetzt, da Sie sich ein beträchtliches Wissen zu diesem Thema angeeignet haben, sollten Sie bereit sein, loszulegen!

Bei Fragen zu AC-DC-Wandlern können Sie sich gerne an uns wenden!