Jak przekonwertować prąd przemienny na prąd stały

28

Projektuję obwód, który musi wytwarzać napięcie 5 VDC @ 1 A. Próbuję użyć transformatora ściennego, aby obniżyć napięcie do 12VAC. Następnym krokiem jest mostek diodowy i tętnienia kondensator.

Równanie napięcia tętnienia jest następujące:

Vripple=I2fC
I = load current (1A)
f = AC frequency (60Hz)
C = Filter Capacitor (? uF)

Jeśli wybiorę C 1000 uF, napięcie tętnienia wynosi 8,3 V. Czy naprawdę muszę umieścić większą pojemność, aby obniżyć napięcie tętnienia? Czy istnieje inna metoda konwersji prądu przemiennego na prąd stały?

Robert
źródło
6
Możesz zaoszczędzić sobie mostka diodowego i prostownika, jeśli użyjesz transformatora ściennego prądu stałego zamiast transformatora ściennego prądu przemiennego. Nadal potrzebujesz regulatora napięcia, aby uzyskać stabilne napięcie 5 V, prawie wszystkie transformatory ścienne NIE są regulowane napięciem, a transformator ścienny „5 V” najprawdopodobniej da ci napięcie pomiędzy 5 V a 9 V.
davr
3
Używam 2000 F / A jako μ
ogólnej
Dlaczego nie po prostu kupić? Po co wymyślać koło ponownie?
Tim Spriggs,

Odpowiedzi:

41

1000 µF przy tym napięciu nie jest strasznie duże. Czy jesteś ograniczony przez rozmiar czy coś takiego?

Aby całkowicie pozbyć się tętnienia i wytworzyć 5 V, należy dodać regulator napięcia za kondensatorem.

12 V RMS = 17 V Szczyt , który minus dwie spadki diody, jest szczytowym napięciem stałym, które zobaczysz na wyjściu prostowników: 17 - 1,1 - 1,1 = 14,8 V. Nie ma więc zagrożenia przekroczenia limitów wejściowych regulatora (wejście 35 V).

Jeśli tętnienie wynosi 8,3 V, wówczas napięcie prądu stałego będzie wahać się od 6,5 V do 15 V. Jest to zaledwie zaledwie wystarczająco wysoka wartość, aby zasilić regulator bez utraty regulacji, ponieważ 7805 ma zanik około 1,5 V przy 1 A ( w zależności od temperatury). Tak więc, powinieneś użyć nieco wyższego kondensatora (lub wielu kondensatorów równolegle, jeśli przestrzeń jest problemem).

wprowadź opis zdjęcia tutaj( Źródło: Alan Marshall )

Oto przewodnik po każdym etapie obwodu zasilania.

Również:

Rzeczywiste napięcia zasilania różnią się w zależności od kraju, a częstotliwość zmienia się w zależności od kraju. Musisz obliczyć stan niskiego napięcia / wysokiego obciążenia, aby upewnić się, że nie spadnie poniżej regulacji, a także stan wysokiego obciążenia / niskiego obciążenia, aby upewnić się, że nie przekracza limitu napięcia wejściowego regulatora. Są to ogólnie zalecane wartości:

  • JP: 85 VAC do 110 VAC (+ 10%, -15%), 50 i 60 Hz
  • USA: 105 VAC do 132 VAC (+ 10%), 60 Hz
  • EU: 215 VAC do 264 VAC (+ 10%), 50 Hz
endolit
źródło
1
Napięcie szczytowe widoczne na wyjściu prostownika będzie o 2 spadki diody (łącznie 2,2 V) niższe niż szczytowe napięcie wejściowe.
Robert,
8
Endolith ma wyjątkowe podejście. Chciałbym zwrócić uwagę na jedną rzecz: UŻYWAĆ ZBIORNIKA CIEPŁA. Jeśli zamierzasz umieścić 1 amper przez regulator liniowy, użyj radiatora, rozproszenie energii jest o wiele większe, niż ludzie sobie wyobrażają.
Kortuk
3
Szybki punkt: 2 spadki diody niekoniecznie muszą wynosić 2,2 V. Spadek napięcia złącza PN zależy w dużej mierze od jego budowy i rodzaju zaangażowanych półprzewodników. Będą się nawet różnić w zależności od urządzeń tego samego typu. Pamiętaj również, że 7805 jest w porządku, o ile ma więcej niż dwa lub trzy wolty wolnej przestrzeni do regulacji. Im wyższa moc wejściowa, tym więcej mocy musi rozproszyć. Przełączanie regulatorów, choć nieco bardziej złożone, jest niezwykle wydajne.
wackyvorlon
1
Arkusz danych 1N4004 pokazuje spadek 1,1 V dla 1 A prądu, a mostek prostowniczy KBP005 podaje 1,0 V dla 1,0 A, więc jest to wartość typowa.
endolith
2
czasami widzisz również diodę na 7805, anodę na wejściu, aby zablokować wyjście z pójścia (znacznie) wyżej niż wejście - jak konieczne / niepotrzebne byłoby to?
JustJeff,
19

Chodzi o to, że w dzisiejszych czasach przełączanie zasilaczy jest tak towarem, że jeśli naprawdę nie chcesz wziąć udziału w projektowaniu w celach edukacyjnych, po prostu kup jeden. Digikey ma kilka, które są mniejsze niż 10 USD w pojedynczych ilościach ( tutaj jest z CUI ) i zapewni Ci regulowane wyjście prądu stałego, o wysokiej wydajności, wraz ze wszystkimi certyfikatami bezpieczeństwa i EMI / RFI.

Jason S.
źródło
Cały czas używam CUI! Istnieją również wersje do montażu na płytce drukowanej, jeśli masz już AC na swojej płycie.
Kevin Vermeer
8

Jeśli twój kondensator jest wystarczająco duży, aby obniżyć tętnienie, twój Vdc będzie wynosił około 15V, jak pokazuje Endolith. Rozważmy, że spada nieco pod obciążeniem, i użyjmy na przykład 12V. Jeśli moc wyjściowa musi wynosić 5 V, regulator powinien pobierać 7 V przy 1 A, co oznacza, że ​​powinien być w stanie stale rozpraszać 7 W mocy. W zależności od aplikacji może to stanowić problem.

Dlaczego po prostu nie używasz przełączającego zasilacza? Obecnie istnieje wiele routerów, przełączników / koncentratorów sieciowych, obudów dysków twardych itp., Które wykorzystują napięcie 5 V. Ich zasilacze zwykle nie są większe niż zwykły transformator ścienny, są bardziej wydajne, a napięcie wyjściowe jest dobrze regulowane.

icabrindus
źródło
7

Inną metodą jest dodanie dławika (induktora) szeregowo przed końcową nasadką filtra. Coś w rodzaju 100 uH zrobiłoby świat dobrych. Cewka jest odporna na zmiany prądu, podobnie jak cewka odporna na zmiany napięcia. Złóż je razem, a otrzymasz znacznie bardziej skuteczny filtr.

Wystąpił błąd w równaniu Vripple. Ponieważ używasz mostka z pełną falą, twój częstotliwość nie wynosi 60 Hz, ale 120.

bobdole369
źródło
Miałem „2 *”, aby zrekompensować pełny most.
Robert,
Czy masz witrynę internetową opisującą metodę ssania?
Robert,
Spójrz na rzeczy, takie jak filtry górnoprzepustowe, wykorzystują fakt, że reaktancja indukcyjna rośnie wraz z częstotliwością, a reaktancja pojemnościowa maleje.
wackyvorlon
Cewka indukcyjna jest odporna na zmiany prądu, ale należy pamiętać, że obwód może chcieć szybko zmienić prąd. Po zmianie prądu potrzebnego do obwodu cewka będzie musiała gdzieś zrzucić prąd.
Kellenjb
1
Cewkę indukcyjną należy umieścić przed mostkiem diodowym, a nie za regulatorem. Jeśli jest wystarczająco duży, może zwiększyć kąt przewodzenia PTX do 360 stopni i zredukować piki i doliny prądu wyjściowego do płaskich. Ale tracisz trochę napięcia. Patrz Podręcznik projektanta radia, str. 1162, 1182 i nast.
user207421,
4

Twoje równanie Vripple jest jedynie przybliżeniem i nadaje się tylko do niewielkich fal.

Znajdź lepsze równanie lub rozwiąż je graficznie, a zobaczysz, że twoje tętnienie nie jest takie, jak myślisz.

SiliconFarmer
źródło
Dobra uwaga na temat ograniczeń tego równania!
Robert,
1
Oto nieco lepsze równanie dla przypadków, w których Vripple jest duży. Jest to mniej pesymistyczne niż Vripple = I / (2fC), ale nadal jest pesymistyczne dla wartości Vripple <1/2 * Vpeak. Zamiast zakładać, że nie ma rosnącej fali sinusoidalnej przy t = 1/2 * f, przybliż moc wyjściową prostownika za pomocą trójkątów zamiast fali sinusoidalnej (aby ułatwić matematykę). Rozwiązując dwa równania, aby zobaczyć, kiedy spadające napięcie kondensatora przechwytuje rosnącą falę trójkątną, aby uzyskać: Vt = Vp * (4fCVp / I -1) / (4fCVp / I +1) f = 60, C = 1000, Vp = 14,8 , I = 1 Vt = 8,3 wolta, co jest ładnie powyżej 7805 zaniku napięcia 5 V + 1,5 V.
SiliconFarmer
3

Jeśli nie chcesz iść drogą przełączania, transformator 5 lub 6 woltów z dużą ilością trzonka. a regulator niskiego wypadania bardzo by pomógł. Musisz wykonać kilka obliczeń, aby uzyskać wartości i sprawdzić, czy są one uzasadnione.

russ_hensel
źródło