Pasos para convertir los 230V de CA en 5V de CC utilizando el convertidor reductor

Todos los aparatos eléctricos y electrónicos que utilizamos en nuestro día a día necesitan una fuente de alimentación. En general, utilizamos una fuente de alimentación de CA de 230V 50Hz, pero esta energía tiene que cambiarse a la forma requerida con los valores o el rango de voltaje necesarios para proporcionar alimentación a diferentes tipos de dispositivos. Hay varios tipos de convertidores electrónicos de potencia, como el convertidor reductor, el convertidor elevador, el estabilizador de tensión, el convertidor de CA a CC, el convertidor de CC a CC, el convertidor de CC a CA, etc. Por ejemplo, considera los microcontroladores que se utilizan con frecuencia para desarrollar muchos proyectos basados en sistemas embebidos y kits utilizados en aplicaciones en tiempo real. Estos microcontroladores necesitan una alimentación de 5 V de CC, por lo que hay que convertir los 230 V de CA en 5 V de CC utilizando el convertidor reductor en su circuito de alimentación.


Índice de Contenido
  1. Circuito de alimentación
    1. 4 pasos para convertir 230V de CA a 5V de CC
    2. convertidor DC-DC Buck de 230v a 5v:

Circuito de alimentación

Circuito del convertidor reductor

Circuito de alimentación, el propio nombre indica que este circuito se utiliza para suministrar la energía a otros circuitos o dispositivos eléctricos y electrónicos. Hay diferentes tipos de circuitos de alimentación basados en la energía que se utiliza para suministrar a los dispositivos. Por ejemplo, los circuitos basados en microcontroladores, suelen ser circuitos de alimentación regulados de 5V DC, que pueden diseñarse utilizando diferentes técnicas para convertir la energía disponible de 230V AC en energía de 5V DC. Generalmente, los convertidores con una tensión de salida inferior a la de entrada se denominan convertidores reductores.

4 pasos para convertir 230V de CA a 5V de CC

1. Reduce el nivel de tensión

Los convertidores reductores se utilizan para convertir la alta tensión en baja tensión. El convertidor con una tensión de salida inferior a la de entrada se denomina convertidor reductor, y el convertidor con una tensión de salida superior a la de entrada se denomina convertidor elevador. Existen transformadores elevadores y reductores que se utilizan para elevar o reducir los niveles de tensión. los 230 V de CA se convierten en 12 V de CA mediante un transformador reductor. la salida de 12V del transformador reductor es un valor RMS y su valor de pico viene dado por el producto de la raíz cuadrada de dos con el valor RMS, que es aproximadamente 17V.

Transformador reductor
Transformador reductor

El transformador reductor consta de dos devanados, el primario y el secundario, en los que el primario puede diseñarse con un cable de menor calibre y mayor número de vueltas, ya que se utiliza para transportar energía de alta tensión y baja corriente, y el secundario con un cable de mayor calibre y menor número de vueltas, ya que se utiliza para transportar energía de baja tensión y alta corriente. Los transformadores funcionan según el principio de las leyes de inducción electromagnética de Faraday.

2. Convertir CA en CC

la potencia de 230 V de CA se convierte en 12 V de CA (valor RMS de 12 V en el que el valor de pico es de unos 17 V), pero la potencia necesaria es de 5 V de CC; para ello, la potencia de 17 V de CA debe convertirse en primer lugar en potencia de CC y luego puede reducirse a los 5 V de CC. Pero lo primero y más importante es saber cómo convertir la CA en CC La corriente alterna se puede convertir en corriente continua utilizando uno de los convertidores electrónicos de potencia llamado rectificador. Hay diferentes tipos de rectificadores, como el rectificador de media onda, el rectificador de onda completa y el rectificador de puente. Debido a las ventajas del rectificador de puente sobre el rectificador de media onda y el de onda completa, el rectificador de puente se utiliza con frecuencia para convertir la CA en CC.

Puente rectificador
Puente rectificador

El puente rectificador está formado por cuatro diodos conectados en forma de puente. Sabemos que el diodo es un rectificador incontrolado que sólo conduce hacia adelante y no conduce durante la polarización inversa. Si la tensión anódica del diodo es mayor que la tensión catódica, se dice que el diodo está en polarización directa. Durante el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 conducirán y durante el semiciclo negativo lo harán los diodos D1 y D3. Así, la CA se convierte en CC; aquí la obtenida no es una CC pura, ya que está formada por pulsos. Por ello, se denomina potencia de CC pulsante. Pero la caída de tensión a través de los diodos es (2*0,7V) 1,4V; por lo tanto, el pico de tensión en la salida de este circuito retificador es de 15V (17-1,4) aproximadamente.

3. Suavizar las ondas con un filtro

se pueden regular 15V de CC a 5V de CC mediante un convertidor reductor, pero antes es necesario obtener una potencia de CC pura. La salida del puente de diodos es una CC formada por ondulaciones, también llamada CC pulsante. Esta CC pulsante puede filtrarse mediante un filtro de inductores, un filtro de condensadores o un filtro acoplado de resistencias y condensadores para eliminar las ondulaciones. Considera un filtro de condensador que se utiliza con frecuencia en la mayoría de los casos para suavizar.

Filtro
Filtro

Sabemos que un condensador es un elemento que almacena energía. En el circuito, el condensador almacena energía mientras la entrada aumenta de cero a un valor de pico y, mientras la tensión de alimentación disminuye del valor de pico a cero, el condensador empieza a descargarse. Esta carga y descarga del condensador convertirá la corriente continua pulsante en corriente continua pura, como se muestra en la figura.

4. Regulación de 12V CC a 5V CC mediante un regulador de tensión

la tensión de 15V CC puede reducirse a 5V CC mediante un convertidor reductor de CC llamado regulador de tensión IC7805. Los dos primeros dígitos "78" del regulador de tensión IC7805 representan reguladores de tensión en serie positivos y los dos últimos dígitos "05" representan la tensión de salida del regulador de tensión.

Diagrama de bloque interno del regulador de tensión IC7805
Diagrama de bloque interno del regulador de tensión IC7805

El diagrama de bloques del regulador de tensión IC7805 que se muestra en la figura consta de un amplificador de funcionamiento que actúa como amplificador de error, un diodo zener que se utiliza para proporcionar la referencia de tensión, como se muestra en la figura.

Diodo Zener como referencia de tensión
Diodo Zener como referencia de tensión

El transistor como elemento de paso en serie se utiliza para disipar la energía extra en forma de calor; la protección SOA (área de funcionamiento seguro) y el disipador de calor se utilizan para la protección térmica en caso de tensiones de alimentación excesivas. En general, un regulador IC7805 puede soportar tensiones que van de 7,2V a 35V y da una eficiencia máxima de la tensión de 7,2V y si la tensión supera los 7,2V, entonces hay pérdida de energía en forma de calor. Para proteger el regulador del sobrecalentamiento, se proporciona una protección térmica mediante un disipador de calor. Así, se obtiene una corriente continua de 5V a partir de una corriente alterna de 230V.

Podemos convertir directamente 230V de CA en 5V de CC sin utilizar un transformador, pero es posible que necesitemos diodos de alta potencia y otros componentes que dan menos eficiencia. Si tenemos una fuente de alimentación de 230V CC, podemos convertir los 230V CC en 5V CC utilizando un convertidor DC-DC buck.

convertidor DC-DC Buck de 230v a 5v:

Empecemos con el circuito de alimentación regulada de CC diseñado con un convertidor Buck CC-CC. Si tenemos una fuente de alimentación de 230 V, podemos utilizar un convertidor DC-DC para convertir los 230 V de corriente continua en una fuente de alimentación de 5 V. El convertidor DC-DC buck está formado por un condensador, un MOSFET, un control PWM, diodos e inductores. La topología básica de un convertidor DC-DC buck se muestra en la siguiente figura.

Convertidor DC-DC Buck
Convertidor DC a DC Buck

La caída de tensión a través del inductor y los cambios en la corriente eléctrica que circula por el dispositivo son proporcionales entre sí. Por tanto, el convertidor Buck funciona según el principio de la energía almacenada en un inductor. El semiconductor de potencia MOSFET o IGBT utilizado como elemento de conmutación puede utilizarse para alternar el circuito del convertidor buck entre dos estados diferentes, cerrando o abriendo y apagando o encendiendo el elemento de conmutación. Si el conmutador está en estado encendido, se crea un potencial a través del inductor debido a la corriente de entrada que se opondrá a la tensión de alimentación, reduciendo así la tensión de salida resultante. Como el diodo está en polarización inversa, no fluye ninguna 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 vía de retorno a la corriente del inductor. La caída de tensión a través del inductor energizado se invierte, lo que puede considerarse como la principal fuente de potencia de salida durante este ciclo de conmutación y esto se debe a este rápido cambio en el flujo de corriente. La energía almacenada del inductor se entrega continuamente a la carga y, por tanto, la corriente del inductor empezará 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 provoca una caída de la corriente del inductor hasta que la corriente sube a su valor anterior. Este fenómeno se denomina rizado de salida, que puede reducirse a un valor aceptable utilizando un condensador de suavización en paralelo con la salida. Así, el convertidor CC-CC actúa como convertidor reductor.

Convertidor reductor de CC a CC con cotrol PWM
Convertidor reductor de CC a CC mediante PWM Cotrol

La figura muestra el principio de funcionamiento del convertidor reductor de CC a CC controlado mediante un oscilador PWM para la conmutación de alta frecuencia y una retroalimentación conectada con un amplificador de error.

Todos los proyectos de electrónica basados en sistemas embebidos requieren un regulador de tensión fijo o ajustable que se utiliza para proporcionar la alimentación necesaria a los circuitos o kits eléctricos y electrónicos. Hay muchos reguladores de tensión automáticos avanzados capaces de ajustar la tensión de salida automáticamente en función de los criterios de aplicación. Para obtener más ayuda técnica en relación con el circuito de alimentación y el convertidor reductor, envía tus preguntas en forma de comentarios en la sección de comentarios de abajo.

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