現代では、ほとんどすべての家電製品が直流（DC）で動作しますが、ACはDCよりも効率的に低コストで送電できるため、発電所から送電線を介して交流（AC）を取得します。したがって、DCで動作するすべてのアプライアンスには、ACからDCへのコンバータ回路があります。以前、AC-DCコンバータ回路を搭載した5V携帯電話充電器を製造しました。
AC-DC会話の目的で広く使用されているコンバータには主に2つのタイプがあります。
1つは、単純なダイオードブリッジ、コンデンサ、電圧レギュレータを使用する従来のトランスベースのリニアコンバータです。シンプルダイオードブリッジは、DB107のような単一の半導体デバイスまたは1N4007のような4つの独立したダイオードのいずれかで構築できます。もう1つのタイプのコンバータは、高周波小型トランスとスイッチングレギュレータを使用してDC出力を提供するSMPSまたはスイッチモード電源です。
このプロジェクトでは、単純なダイオードとコンデンサを使用して交流を直流に変換し、オプションの電圧レギュレータを使用して出力DC電圧を調整する従来の変圧器ベースの設計について説明します。プロジェクトは、入力電圧230V、出力12V1Aの変圧器を使用したAC-DCコンバーターです。
必要なコンポーネント
1. 1A13V定格の変圧器
2.4個の1N4007ダイオード
3.定格25Vの1000uF電解コンデンサ。
4.一本鎖線が少ない
5.ブレッドボード
6.仕様に準拠したLDOまたはリニア電圧レギュレータ（ここではLM2940を使用）。
7.電圧を測定するためのマルチメータ。
回路図と説明
このAC-DCコンバータ回路の回路図は単純です。変圧器は、 13V ACに230V ACをステップダウンするために使用されます。
ここでは、4つの汎用整流ダイオード1N4007を使用してAC入力を整流します。1N4007のピーク反復逆電圧は1000Vで、平均整流順電流は1Aです。これらの4つのダイオードは、トランスの両端の13VAC出力を変換するために使用されます。ダイオードは、ACからDCへの変換回路の重要な部分であるブリッジコンバータを作るために使用されます。ブリッジ整流回路の詳細については、リンクをたどってください。
ブリッジコンバータの後にフィルタコンデンサC1を追加して、出力電圧を平滑化します。
LDO、IC1は 、出力電圧を調整するように接続されています。
AC-DCコンバータ回路の動作
降圧変圧器は、低電圧ACに高電圧ACに変換するために使用されます。変圧器はPCBに取り付けられており、1アンペアの13ボルトの変圧器です。ただし、負荷がかかると、変圧器の電圧は約12.5〜12.7ボルト低下します。
回路の重要な部分は、4つのダイオードで構成されるダイオードブリッジです。ダイオードは、交流を直流に変換する電子半導体デバイスです。
下の画像は、ダイオードブリッジ内の電流の流れを示しています。
ここでは、2つのダイオードD2とD4が交流の負のピークをブロックし、電流を一方向に流します。これはフルブリッジ整流器であり、ダイオードブリッジがAC信号の正と負の両方のピークを整流することを意味します。
大きなコンデンサC1は変換中に充電され、出力電圧を平滑化します。しかし、最終的には、これは安定化された電圧出力ではありません。ここで、電圧調整は、回路図のIC1であるLDO、LM2940によって行われます。
LDO、LM2940は、TO220パッケージの3ピンデバイスです。LDOは低ドロップアウト電圧の略です。ピン配列は下の画像に示されています。
一部の電圧レギュレータには、レギュレータ出力の両端に保証された電圧レギュレーションを提供するために必要な入力電圧に制限があります。いくつかの線形レギュレータでは、入力電圧と出力電圧の間に最小2ボルトの差が必要であることが示されています。つまり、安定化された12ボルトの出力の場合、レギュレータは、保証された12ボルトの安定化出力電圧に対して少なくとも14ボルトの入力電圧を必要とします。一般に、低ドロップアウト電圧レギュレータ（LDO）は、入力と出力の間に最小限の電圧差を必要とします。LM2940データシートの場合、入力と出力の間に必要な最小0.5ボルトの差です。TexasInstrumentsの固定電圧シリーズLDOレギュレータを使用しました。12ボルトの出力定格を持つLM2940。
下の画像で出力を完全に確認できます。
最後に与えられたビデオで完全な作業を確認してください。
変圧器ベースのACからDCへのコンバーターは、高電圧のACからDCへの変換が必要な場合に非常に一般的です。最も一般的には、アンプシステム、さまざまなパワーアダプター、はんだ付けステーション、テスト機器などに使用されます。
トランスベースのAC-DCコンバータ回路の制限
変圧器ベースのACからDCへの変換は、DCが必要な場合の一般的な選択ですが、特定の欠点があります。
1.入力AC電圧が変動する可能性がある状況、またはAC電圧が大幅に低下すると、トランスの出力AC電圧も低下します。したがって、230VACから12VDCへのコンバーターは110VACラインで電力を供給できません。この問題に対処するために、さまざまな入力電圧レベルに対して追加の設定が提供されます。
2.ユニバーサル入力電圧範囲がないにもかかわらず、トランス自体がコンバータ回路の総製造コストの60％以上かかるため、コストのかかる選択です。
3.もう1つの制限は、変換効率が低いことです。変圧器が熱くなり、不要なエネルギーを浪費します。
4.トランスは重いもので、製品の重量を不必要に増加させます。
5.トランスのため、コンバータ回路または少なくともトランスを取り付けるために、製品内部により大きなスペースが必要になります。
これらの制限を克服するには、SMPSまたはスイッチモード電源が推奨されます。