Czy jest jakiś układ scalony, który przekształca 230 V AC na 5 V DC? Jak najbardziej bezstratny. Chcę podłączyć mój mikrokontroler do zwykłego gniazdka elektrycznego i nie mam wystarczającej ilości miejsca. Dzięki.
Ile prądu? Ile miejsca I nie, nic nie jest całkowicie bezstratne; czy możesz żyć, powiedzmy, z 90% wydajnością? Czy potrzebujesz izolacji?
Dave Tweed
6
Dlaczego nie użyć standardowego adaptera ściennego?
helloworld922,
1
Możesz użyć ładowarki USB i odciąć kabel USB, aby odsłonić przewody 5 V i Gnd. (Przy zakupie nowego telefonu otrzymasz zapasowy konwerter 230 V prądu przemiennego na 5 V prądu stałego).
Oskar Skog
Odpowiedzi:
88
W elektronice nie ma czegoś takiego jak „bezstratny” i nie ma ani jednego układu scalonego zaprojektowanego do robienia tego, co chcesz. Ale oto kilka różnych pomysłów na dostawy. Ponieważ nie określono bieżącego zużycia ani wydajności, przyjrzyjmy się trzem różnym podejściom:
Nieizolujące zasilanie Zenera
5% wydajności lub mniej
Timery wtyczek oparte na mikrokontrolerach zwykle używają nieizolujących zasilaczy, takich jak to:
R1 zasadniczo zmniejsza różnicę między diodą Zenera a potencjałem sieci prądu przemiennego, więc nie będzie wydajna dla niczego oprócz lekkich obciążeń. Ponadto obciążenie nie może się radykalnie zmienić, ponieważ rezystor musi być tak zwymiarowany, aby zapewnić wystarczającą ilość prądu do zenera, aby spowodować odwrócenie lawiny bez dostarczania zbyt dużego prądu. Jeśli twoje obciążenie zacznie pobierać zbyt duży prąd, jego napięcie spadnie. Jeśli obciążenie nie pobiera wystarczającej ilości prądu, dioda Zenera może zostać uszkodzona.
Plusy
Bardzo mały
Bardzo tani
Doskonały do ekstremalnie lekkich obciążeń (MCU + urządzenie przełączające)
Cons
Bez izolacji
Prąd obciążenia nie jest elastyczny; musi zostać naprawiony w małym oknie
Zasilanie transformatora o regulowanej częstotliwości sieci
Wydajność 20–75%
Zawsze możesz użyć transformatora (60: 1 lub więcej), prostownika mostkowego i regulatora liniowego, takiego jak to:
Wprowadza to nieporęczny, kosztowny transformator do projektu, ale jest bardziej wydajny niż poprzedni projekt, a twoje obciążenie może się znacznie różnić.
Plusy
Najłatwiejszy do wdrożenia
Zaprojektowany do średnich obciążeń - na przykład radiobudzik.
Pełna izolacja
Stosunkowo niedrogi
Cons
Nieporęczny
Dość nieefektywny
W pełni izolowany konwerter AC / DC z przełączaniem
Wydajność 75–95%
Najbardziej wydajna (i najbardziej złożona) jest przetwornica przełączająca AC / DC. Działają one na zasadzie najpierw konwersji prądu przemiennego na stały, a następnie przełączania prądu stałego na bardzo wysokie częstotliwości, aby optymalnie wykorzystać charakterystykę transformatora, a także zminimalizować rozmiar (i stratę) sieci filtracyjnej na wtórnym. Power Integrations tworzy układ scalony, który wykonuje całą kontrolę / sprzężenie zwrotne / jazdę - wystarczy dodać transformator i optoizolatory. Oto przykładowy projekt:
Jak widać, napięcie sieciowe prądu przemiennego jest natychmiast prostowane i filtrowane w celu wytworzenia wysokiego napięcia prądu stałego. Urządzenie Power Integrations szybko przełącza to napięcie na pierwotną stronę transformatora. Prąd przemienny o wysokiej częstotliwości jest widoczny na wtórnym, a następnie rektyfikowany i filtrowany. Zauważysz, że wartości składników są dość małe, nawet biorąc pod uwagę obecne użycie. Wynika to z faktu, że prąd przemienny o wysokiej częstotliwości wymaga znacznie mniejszych elementów do filtrowania niż prąd przemienny o częstotliwości sieciowej. Większość z tych urządzeń ma specjalne tryby bardzo niskiego poboru mocy, które działają całkiem dobrze.
Przetwornice te ogólnie zapewniają dużą wydajność i mogą również zasilać obciążenia o dużej mocy. Są to rodzaje materiałów, które widzisz we wszystkim, od małych ładowarek do telefonów komórkowych po zasilacze do laptopów i komputerów stacjonarnych.
Plusy
Niezwykle wydajny
Pełna izolacja
Wysoki prąd wyjściowy: może dość łatwo uzyskać ponad 50 amperów niskiego napięcia prądu stałego.
Mały rozmiar
Cons
Duży BOM (zestawienie materiałów)
Trudne w projektowaniu
Wymaga przemyślanego układu PCB
Zwykle wymaga niestandardowego projektu transformatora
7805 na rysunku 4 natychmiast zmniejsza wydajność do poniżej 70% ze względu na bardzo wysokie napięcie zaniku regulatora. Nowoczesne LDO znacznie zmniejszy tę stratę.
Russell McMahon
1
Russell ma rację, ale LDO naprawi to tylko częściowo. Nadal musisz zapewnić trochę miejsca na pokrycie wahań napięcia sieciowego, diody oznaczają również 30% spadek wydajności. Dodaj straty transformatora i nawet przy LDO nie uzyskasz 50% wydajności.
stevenvh
2
Czy mógłbyś wyjaśnić, do czego służy uzwojenie NC transformatora w projekcie nr 3?
Dmitrij Grigoriew
1
Co z EMC? Co z współczynnikiem mocy? Co z liniowymi harmonicznymi prądu?
Autystyczny
2
Myślę, że należy podkreślić z korzyścią dla początkujących, że „brak izolacji” dla zasilania Zenera oznacza, że strona „niskiego napięcia” musi być traktowana dokładnie tak samo, jak napięcie sieciowe, jeśli chodzi o bezpieczeństwo. Również z punktu widzenia użytkownika końcowego zasilacze w trybie przełączania dla powszechnie stosowanych napięć i mocy znamionowych nie są „drogie”, ale zazwyczaj najtańszą opcją - ciężko jest zrobić własny zasilacz 5 V, 1 A tańszy niż można kupić telefon z wyjściem USB ładowarka, chyba że można zmiatać wszystkie części.
nekomatic
12
Wiem, że to stare pytanie, ale możesz chcieć zobaczyć SR086 .
W Vout wystarczy użyć zwykłego rejestratora prądu stałego (np. 7805), aby uzyskać 5 V.
Uwaga: nie jest izolowany, więc może być niebezpieczny w zależności od sytuacji.
Interesujący układ scalony, jeśli nie jest wymagana izolacja.
Rev 1.0
Fajnie, to jeden z tych „pomysłów, dlaczego o tym nie pomyślałem”…
O'Rooney
Wygląda jak standardowy regulator liniowy, który nigdzie nie będzie prawie bezstratny.
user253751
1
@immibis To nie jest liniowy regulator. SR086 wykorzystuje fakt, że napięcie sieciowe jest sinusoidalne, poprzez aktywację tranzystora tylko wtedy, gdy napięcie sieciowe jest odpowiednio niskie. Oznacza to, że tranzystor powinien działać tylko w stanie nasycenia lub odcięcia, co oznacza niskie straty. Arkusz danych wspomina o 55%, co nie jest bezstratne, ale nie jest złe w przypadku aplikacji o niskiej mocy. Wszystko to oczywiście odbywa się kosztem okropnego współczynnika mocy.
marcelm
Oszacowanie ceny na tym obwodzie?
Zapnologica,
8
Stare, ale aktualne pytanie. Po dokonaniu oceny dziesiątek podejść do przetwornic prądu przemiennego / stałego doszedłem do następujących wniosków (dla mnie).
Wymagania:
Mały rozmiar, jak to możliwe.
Mniej możliwych elementów (powierzchnia, rozmiar, cena).
Mniejsze rozpraszanie ciepła (innymi słowy sprawność).
Niski prąd, bardzo niskie napięcie, niska moc wyjściowa.
Wymóg rezygnacji:
Izolacja: w mojej aplikacji jest dobrze izolowana przez pudełko, nie wymaga ochrony człowieka.
(Do tej pory korzystam z zasilacza opartego na regulatorze LDO LR8. Najlepsze rozwiązanie dla prądu do 30mA. Można podłączyć równolegle, aby uzyskać 100mA za dodatkową cenę i powierzchnię.) AKTUALIZACJA: Zasilacz oparty na LR8 nie jest istotny, jego praktyczny prąd wynosi tylko 3mA. Zaimplementowałem dość mały, prosty i stabilny zasilacz z LNK305 IC.
Gdy R1 = 2k napięcie wyjściowe wynosi około 3,3 V. C2 lepiej użyć kilkuset uF. Cały obwód wejściowy (D3, D4, L2, C4) zastąpiłem mostkiem diodowym. C5 = 2,2uF wystarcza - dla małych rozmiarów i kosztów.
Obwody te są jak dotąd wystarczająco dobre (pobrane z Internetu): mniej komponentów + premia za izolację.
Jest to drugi najlepszy nieizolowany bardzo prosty obwód ST.
W obu obwodach powyżej cewki lub transformatora są dość duże i drogie.
Odrzucone warianty:
Wszystko powyżej w tym wątku ze względu na złożoność, transformatory, izolację, całkowitą cenę zasilacza itp.
Viper17 i Altair04 ze względu na złożoność i transformator.
Jestem lekko zaskoczony, że chociaż zapewniono nieizolujące zasilanie Zenera, nie ma wzmianki o nieizolacyjnym dzielniku napięcia reaktancyjnego.
Jeśli urządzenie działa w ramach wąskiego zapotrzebowania na prąd, może to być dość wydajne. Głównym problemem związanym z tym projektem (poza tym, że nie zapewnia izolacji sieci) jest to, że nie można używać elektrolitycznych nasadek (które są spolaryzowane), a zatem należy pozyskiwać nasadki foliowe w zakresie uF o napięciu znamionowym prądu przemiennego (więc obwód 240 V potrzebowałby czapki o napięciu 350 V lub większym), które nie są szczególnie kompaktowe. Wartości pojemności zależą również od częstotliwości sieci prądu przemiennego (60 Hz w USA, 50 Hz w pozostałej części świata), a także od rzeczywistego napięcia sieciowego (tak będzie w przypadku każdej konstrukcji nieprzełączającej).
IMO, do wszystkich tych konstrukcji należy dodać MOV (warystor tlenkowo-metalowy) w celu ochrony przed przejściowymi liniami. Jeden jest obecny na schemacie SR086 (który, co ciekawe, nie pokazuje atrybucji). Powinno to zmostkować linię do neutralnej (dla sieci amerykańskiej o napięciu 120 V) lub linii do linii (dla sieci o napięciu 240 V) i powinno być podłączone między bezpiecznikiem a obciążeniem (jak pokazano na schemacie SR086), a najlepiej przed dowolnymi przełącznikami ( ponieważ wystarczająco wysoki skok może zmostkować przełącznik). Pomoże to chronić twój obwód - MOV powinien bez problemu poradzić sobie z wieloma małymi skokami i skokami, i da życie dużemu skokowi, który w innym przypadku usmażyłby wszystko w twoim obwodzie, podczas gdy bezpiecznik między MOV a siecią zostanie przepalony, jeśli MOV zwalnia podczas wykonywania swojej pracy.
Artykuł w Wikipedii dotyczący zasilania pojemnościowego . Podstawową przesłanką jest to, że skoro mamy do czynienia z prądem przemiennym, reaktancja pojemnościowa naśladuje oporność, ale z korzyścią polegającą na tym, że faktycznie nie „wypala” energii - jest ona przechowywana w czapce i wracana do linii w ujemnym cyklu prądu przemiennego.
Obwód ten zastąpił wszystkie 1N4001prostowniki prostownikami 1N5819Schottky'ego i zastosował liniowy regulator o niskim spadku mocy AMS1117-5.0.
LDO może żyć z mniejszym zapasem niż 7805wtedy, jeśli chcesz mocy 5 V, możesz zasilić ją filtrowanym 5,6 V, a także dwiema kroplami Schottky'ego o wartości 0,2 V każda, z wejściowym napięciem szczytowym AC wynoszącym 6 V.
Zawsze używam schottkies w LV i używam descrete LDO.
Autystyczny
@Autistic Discrete LDO? Jak w RRIO wzmacniacz operacyjny + referencje + PMOS?
Maxthon Chan,
Maxthon Chan, w dzień używałbym długiej pary ogona z bieżącym lustrem do sterowania mosfetem. To dawało mi elastyczność dla różnych prac wymagających różnych prądów i napięć. Przez większość czasu ładowałem akumulatory, więc zawieszałem referencję pary longtail i wykrywanie napięcia przez diodę wyjściową. To zapewniło mi ochronę przed zwarciem i odwrotną polaryzacją. Spadek napięcia był znacznie lepszy niż dostępne regulatory w ciągu dnia.
Autystyczny
@Autistic Cóż, te projekty mają szaloną liczbę części, więc zwykle trzymam się układu LDO. Gdybym potrzebował dużych prądów (np. Projekt mojego zasilacza perkusyjnego), użyłbym wspomnianego wzmacniacza operacyjnego RRIO + referencje + PMOS.
Maxthon Chan,
3
To właściwie nie jest „IC”, ale pakiet do montażu na płytce drukowanej.
Element14 wydaje się drogi: ten sam moduł Recom kosztuje o 30% mniej w Digikey
stevenvh
Bardzo miło jest nie wymagać żadnych zewnętrznych komponentów (lub przynajmniej bardzo niewiele w porównaniu z typową obsługą układów scalonych przetwornic DC-DC). Ale są drogie (20-40 USD). Czy jest coś dostępnego w przedziale 3 USD? (nawet tylko DC-DC, który idzie za prostownikiem)
Odpowiedzi:
W elektronice nie ma czegoś takiego jak „bezstratny” i nie ma ani jednego układu scalonego zaprojektowanego do robienia tego, co chcesz. Ale oto kilka różnych pomysłów na dostawy. Ponieważ nie określono bieżącego zużycia ani wydajności, przyjrzyjmy się trzem różnym podejściom:
Nieizolujące zasilanie Zenera
5% wydajności lub mniej
Timery wtyczek oparte na mikrokontrolerach zwykle używają nieizolujących zasilaczy, takich jak to:
R1 zasadniczo zmniejsza różnicę między diodą Zenera a potencjałem sieci prądu przemiennego, więc nie będzie wydajna dla niczego oprócz lekkich obciążeń. Ponadto obciążenie nie może się radykalnie zmienić, ponieważ rezystor musi być tak zwymiarowany, aby zapewnić wystarczającą ilość prądu do zenera, aby spowodować odwrócenie lawiny bez dostarczania zbyt dużego prądu. Jeśli twoje obciążenie zacznie pobierać zbyt duży prąd, jego napięcie spadnie. Jeśli obciążenie nie pobiera wystarczającej ilości prądu, dioda Zenera może zostać uszkodzona.
Plusy
Cons
Zasilanie transformatora o regulowanej częstotliwości sieci
Wydajność 20–75%
Zawsze możesz użyć transformatora (60: 1 lub więcej), prostownika mostkowego i regulatora liniowego, takiego jak to:
Wprowadza to nieporęczny, kosztowny transformator do projektu, ale jest bardziej wydajny niż poprzedni projekt, a twoje obciążenie może się znacznie różnić.
Plusy
Cons
W pełni izolowany konwerter AC / DC z przełączaniem
Wydajność 75–95%
Najbardziej wydajna (i najbardziej złożona) jest przetwornica przełączająca AC / DC. Działają one na zasadzie najpierw konwersji prądu przemiennego na stały, a następnie przełączania prądu stałego na bardzo wysokie częstotliwości, aby optymalnie wykorzystać charakterystykę transformatora, a także zminimalizować rozmiar (i stratę) sieci filtracyjnej na wtórnym. Power Integrations tworzy układ scalony, który wykonuje całą kontrolę / sprzężenie zwrotne / jazdę - wystarczy dodać transformator i optoizolatory. Oto przykładowy projekt:
Jak widać, napięcie sieciowe prądu przemiennego jest natychmiast prostowane i filtrowane w celu wytworzenia wysokiego napięcia prądu stałego. Urządzenie Power Integrations szybko przełącza to napięcie na pierwotną stronę transformatora. Prąd przemienny o wysokiej częstotliwości jest widoczny na wtórnym, a następnie rektyfikowany i filtrowany. Zauważysz, że wartości składników są dość małe, nawet biorąc pod uwagę obecne użycie. Wynika to z faktu, że prąd przemienny o wysokiej częstotliwości wymaga znacznie mniejszych elementów do filtrowania niż prąd przemienny o częstotliwości sieciowej. Większość z tych urządzeń ma specjalne tryby bardzo niskiego poboru mocy, które działają całkiem dobrze.
Przetwornice te ogólnie zapewniają dużą wydajność i mogą również zasilać obciążenia o dużej mocy. Są to rodzaje materiałów, które widzisz we wszystkim, od małych ładowarek do telefonów komórkowych po zasilacze do laptopów i komputerów stacjonarnych.
Plusy
Cons
źródło
Wiem, że to stare pytanie, ale możesz chcieć zobaczyć SR086 .
W Vout wystarczy użyć zwykłego rejestratora prądu stałego (np. 7805), aby uzyskać 5 V.
Uwaga: nie jest izolowany, więc może być niebezpieczny w zależności od sytuacji.
źródło
Stare, ale aktualne pytanie. Po dokonaniu oceny dziesiątek podejść do przetwornic prądu przemiennego / stałego doszedłem do następujących wniosków (dla mnie).
Wymagania:
Wymóg rezygnacji:
(Do tej pory korzystam z zasilacza opartego na regulatorze LDO LR8. Najlepsze rozwiązanie dla prądu do 30mA. Można podłączyć równolegle, aby uzyskać 100mA za dodatkową cenę i powierzchnię.) AKTUALIZACJA: Zasilacz oparty na LR8 nie jest istotny, jego praktyczny prąd wynosi tylko 3mA. Zaimplementowałem dość mały, prosty i stabilny zasilacz z LNK305 IC.
Gdy R1 = 2k napięcie wyjściowe wynosi około 3,3 V. C2 lepiej użyć kilkuset uF. Cały obwód wejściowy (D3, D4, L2, C4) zastąpiłem mostkiem diodowym. C5 = 2,2uF wystarcza - dla małych rozmiarów i kosztów.
Obwody te są jak dotąd wystarczająco dobre (pobrane z Internetu): mniej komponentów + premia za izolację.
Jest to drugi najlepszy nieizolowany bardzo prosty obwód ST.
W obu obwodach powyżej cewki lub transformatora są dość duże i drogie.
Odrzucone warianty:
źródło
Jestem lekko zaskoczony, że chociaż zapewniono nieizolujące zasilanie Zenera, nie ma wzmianki o nieizolacyjnym dzielniku napięcia reaktancyjnego.
Jeśli urządzenie działa w ramach wąskiego zapotrzebowania na prąd, może to być dość wydajne. Głównym problemem związanym z tym projektem (poza tym, że nie zapewnia izolacji sieci) jest to, że nie można używać elektrolitycznych nasadek (które są spolaryzowane), a zatem należy pozyskiwać nasadki foliowe w zakresie uF o napięciu znamionowym prądu przemiennego (więc obwód 240 V potrzebowałby czapki o napięciu 350 V lub większym), które nie są szczególnie kompaktowe. Wartości pojemności zależą również od częstotliwości sieci prądu przemiennego (60 Hz w USA, 50 Hz w pozostałej części świata), a także od rzeczywistego napięcia sieciowego (tak będzie w przypadku każdej konstrukcji nieprzełączającej).
IMO, do wszystkich tych konstrukcji należy dodać MOV (warystor tlenkowo-metalowy) w celu ochrony przed przejściowymi liniami. Jeden jest obecny na schemacie SR086 (który, co ciekawe, nie pokazuje atrybucji). Powinno to zmostkować linię do neutralnej (dla sieci amerykańskiej o napięciu 120 V) lub linii do linii (dla sieci o napięciu 240 V) i powinno być podłączone między bezpiecznikiem a obciążeniem (jak pokazano na schemacie SR086), a najlepiej przed dowolnymi przełącznikami ( ponieważ wystarczająco wysoki skok może zmostkować przełącznik). Pomoże to chronić twój obwód - MOV powinien bez problemu poradzić sobie z wieloma małymi skokami i skokami, i da życie dużemu skokowi, który w innym przypadku usmażyłby wszystko w twoim obwodzie, podczas gdy bezpiecznik między MOV a siecią zostanie przepalony, jeśli MOV zwalnia podczas wykonywania swojej pracy.
Nie mam gotowego schematu dzielnika napięcia reaktancyjnego, ale można go znaleźć w artykule Wikipedii dotyczącym dzielników napięcia
Artykuł w Wikipedii dotyczący zasilania pojemnościowego . Podstawową przesłanką jest to, że skoro mamy do czynienia z prądem przemiennym, reaktancja pojemnościowa naśladuje oporność, ale z korzyścią polegającą na tym, że faktycznie nie „wypala” energii - jest ona przechowywana w czapce i wracana do linii w ujemnym cyklu prądu przemiennego.
źródło
Opierając się na
7805idei, wykorzystując części o mniejszej stracie.symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab
Obwód ten zastąpił wszystkie
1N4001prostowniki prostownikami1N5819Schottky'ego i zastosował liniowy regulator o niskim spadku mocyAMS1117-5.0.LDO może żyć z mniejszym zapasem niż
7805wtedy, jeśli chcesz mocy 5 V, możesz zasilić ją filtrowanym 5,6 V, a także dwiema kroplami Schottky'ego o wartości 0,2 V każda, z wejściowym napięciem szczytowym AC wynoszącym 6 V.AMS1117źródło
To właściwie nie jest „IC”, ale pakiet do montażu na płytce drukowanej.
XP Power ECE05US05
http://au.element14.com/xp-power/ece05us05/psu-encapsulated-5w-singe-output/dp/2099447?in_merch=New%20Products
Lub jeśli nie potrzebujesz 5 W, ta ma tylko 1 W.
Recom RAC01-05SC
http://au.element14.com/recom-power/rac01-05sc/ac-dc-converter-1w-5v-reg/dp/1903055
źródło
Dobry projekt referencyjny dla prostych, pozbawionych transformatorów materiałów eksploatacyjnych: http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00954A.pdf
źródło