Конструкція блоку живлення 24VAC / 5VDC

Я планую створити контролер водяного клапана за допомогою MCU та набору електромагнітних клапанів. Соленоїди працюють на 24В змінного струму (40 мА вторгнення, 20мА утримування).

MCU знаходиться на платі, яка складає близько 100 мА, і у нього є бортовий регулятор, тому я можу подавати його або 5 В безпосередньо (в обхід регулятора), або 6-12 В через бортовий регулятор. Я також хотів би запустити деякі інші 5В периферійні пристрої (тобто датчики, дисплей, деякі світлодіоди та інше), тому скажімо, мені знадобиться 500 мА регульованого 5В постійного струму.

Я теоретично міг би взяти випрямлений / відфільтрований вихід від трансформатора 24В змінного струму і регулювати його до ~ 12В і використовувати бортовий регулятор для подальшого регулювання його до 5В, але я би розсіював багато потужності (порівняно) як відпрацьоване тепло. Мої регулятори потребували б охолоджувати тепло і, можливо, активно охолоджуватись (це все переходитиме в коробку в гаражі, куди він регулярно потраплятиме до ~ 110F ...). Я також розглядав можливість використання регулятора комутації замість лінійного регулятора, але у мене є досвід ZERO з ними, і я не знаю, як скласти схему, щоб робити те, що я хочу, чи це теоретично реалістично як ідея лінійного регулятора.

Я розігрувався з ідеєю використання трансформатора 24В змінного струму та випрямлення / регулювання 12В від центрального дотику до 5В постійного струму, щоб запустити MCU і використовувати 24VAC по всьому виходу для керування соленоїдами.

Це відповідна конструкція? Чи добре використовувати центральний кран таким чином?

Ваше рішення почалося як терпімо (5В при 100mA), але закінчилося абсолютно неприйнятним при 500 mA. Ви говорите, що ваша "настінна бородавка" оцінюється в 300 мА. Коли ви подаєте напругу за допомогою лінійного регулятора, струм в напрузі такий же, як і вихідний струм - регулятор знижує різницю напруги. Отже, якщо ви намалюєте 500 мА на 5 В, вам слід подати 500 мА на 12 В або 24 В. Трансформатор буде перевантажений в будь-якому випадку.

Якщо значення, як ви кажете, потенційно прийнятним рішенням є використання регулятора комутації (SR), що працює від 24 В .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

$24V \times 5 W =~ 210 mA$ . Якщо КР на 80% ефективний (легко досягнутий), він піднімається до 260 мА. Оскільки це може бути випадковою потребою, то загальний струм на 24 В, ймовірно, буде прийнятний при подачі 300 мА - залежно від того, скільки соленоїдів ви хочете підтримувати.

Якщо увімкнути відразу один соленоїд, то струм з активованим N дорівнює . Струм перенапруги по суті несуттєвий.$20 \times N + 20 mA$

Якщо ви хотіли більше ніж 3 або 4 соленоїди, то, можливо, доведеться обмежити злив струму на 5 В.

напр

• 10 соленоїдів при 20 мА =$200 mA$
• Баланс =$300mA-200mA = 100 mA$
• Доступний струм при 5 В при 80% ефективності = , скажімо, .$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

Зауважте, що при використанні регулятора комутації, використання більш високої вхідної напруги призведе до меншого стоку вхідного струму. Отже, тут краще використовувати повноцінне напруга 24В.

Зауважимо також, що якщо трансформатор справжній 24 В постійного струму, то випрямлений постійний струм буде приблизно "трохи"= 30 V D $24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

Оскільки:

• $VDC_{peak} = VAC_{RMS} \times \sqrt{2} ~= VAC \times 1.414 ~= 34 V$ .

• Повний мостовий випрямляч опуститься приблизно на 1,5 В.

• 34 В постійного струму - пікова напруга, і наявний постійний струм буде трохи нижчим - залежить від навантаження. Буде "трохи" пульсації та втрати електропроводки, а також трансформатора і ...

При 80% ефективності це дає посилення струму від 24 В до 5 В постійного струму$\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

напр

• для 48 мА при 5 В вам потрібно 10 мА при 30 В.
• для 480 мА при 5 В вам потрібно 100 мА при 30 В.

Отже, ви отримаєте 10 соленоїдів плюс майже 500 мА при 5 В постійного струму :-)

Одне рішення багатьох:

Є багато ІС і конструкцій СР. Тут вистачить простого регулятора долара. Ви можете придбати комерційні підрозділи або "прокатати своє". Існує багато сучасних ІМС, але якщо вартість преміум-класу, ви можете подивитися на старих MC34063. Про найдешевший IC регулятор комутації, який доступний і здатний обробляти фактично будь-яку топологію. Це завдання впоралося б із відсутністю зовнішніх напівпровідників та мінімумом інших компонентів.

MC34063. $ 0,62 від Digikey в 1-х. Я плачу близько 10 копійок кожен на 10000 в кількості в Китаї (приблизно вдвічі ціна Digikey).

Малюнок 8 у таблиці даних, на яку посилається нижче, виявляється "ідеальною відповідністю" вашим вимогам. Тут 25 В постійного струму, 5 В на 500 мА вихід. 83% ефективності. 3 x R, 3 x C, діод, індуктор. Він буде працювати без змін на 30 В постійного струму в.

Лист даних - http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/mc33063a.pdf

Ціни - http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=296-17766-5-ND

• Додано:

На рисунку 8 у таблиці даних LM34063 показані ВСІ значення компонентів, за винятком конструкції індуктора (наведена лише індуктивність). Ми можемо визначити індуктор для вас від Digikey (див. Нижче) або там, де і / або допоможемо розробити його. В основному це індуктор потужністю 200 мкг, призначений для загального використання комутації потужності з струмом насичення, наприклад, 750 мА або більше. Такі речі, як резонансна частота, опір тощо, але НЕ можуть бути добре в будь-якій частині, що відповідає основним характеристикам. АБО ви можете намотати свій власний дуже мало, наприклад, на ядро ​​Micrometals. Дизайн програмного забезпечення на їхньому сайті.

Від Digikey $ 0,62 / 1. В наявності. Борнс (тобто добре).

Ціна: http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=SDR1005-221KLCT-ND

Лист даних: http://www.bourns.com/data/global/pdfs/SDR1005.pdf

Трохи кращі характеристики

• $ 0,75 / 1

• Поверхневе кріплення.

• Борнс.

• http://www.bourns.com/data/global/pdfs/sdr1305.pdf

Навіть якщо ви використовуєте рішення центрального крана, вам потрібен регулятор перемикання; лінійний регулятор все одно розсіюватиме 5Вт, і цього не варто. Я повернусь до комутатора через хвилину.
Якщо ви використовуєте трансформатор із центральним виступом, то пам’ятайте про дві речі:

1. Ви не можете керувати соленоїдами безпосередньо через неізольовані триаки , оскільки земля вашого джерела живлення знаходиться на півдорозі змінного струму. Але дивлячись на це питання, я думаю, ви хочете використовувати SSR , так що це нормально. Електромеханічне реле також зробить.
2. Центральний трансформатор + повний хвильовий випрямляч не дуже ефективний щодо трансформатора, оскільки він використовує лише половину трансформатора в будь-який час. Тож вам знадобиться більший (а отже і дорожчий) трансформатор.

Принцип роботи комутаторів є трохи більш складним , ніж лінійним регулятором, але це не дуже складно. Завдяки їх перевазі в тому, що вони пропонують високу ефективність, вони використовуються скрізь сьогодні, і є безліч регуляторів . Олін згадав про лінійну технологію , вони є одним з лідерів у цій галузі. Вони не найдешевші, але якщо вам просто потрібен 1, це не стільки проблема, як, наприклад, 100 к / рік. Їх веб-сайт пропонує параметричний пошук, який з моїми параметрами повернув щось на кшталт 16 частин , тому вибору є багато. Я вибрав фіксовану вихідну напругу LT1076-5 (без урахування вартості):

Як ви бачите, це навряд чи складніше, ніж лінійний регулятор, тож у чому проблема?

1. Інколи комутатори перемикаються на досить високих частотах (діапазон МГц), що викликає EMI . Цей працює при меншій частоті 100 кГц, менше EMI, але трохи більше котушці. Не велике діло.
2. Ви можете домогтися дуже високої ефективності за допомогою комутаторів, але щоб отримати останні останні%, потрібно дуже ретельно вибирати компоненти та приділяти багато уваги компонуванню друкованої плати . Якщо ви ще не досвідчені в дизайні SMPS, ви можете мати ефективність лише 85% замість максимальної 90%. Знову ж таки, нічого страшного.

Найважливішими компонентами є котушка, діод і С1. Вони також є частинами, які потребують уваги у компонуванні: петля L1-C1-D1 повинна бути максимально короткою, а також з'єднання ІС та котушки. Використовуйте широкі сліди, оскільки вони перенесуть великі струми.

По-друге, це не ідеальна таблиця даних. Насправді це досить коротка таблиця даних LT. Він не має єдиного графіка, і багато інших таблиць даних дають вам багато інформації про вибір компонентів. Перевірте інші частини, якщо хочете дізнатися більше. ( Оновлення: технічний опис для LT1076-5 , здається, більше додаванні до того , що з LT1076 , яка є більш широкою )
довідкових даних для LT1766 і LT3430 більш LT-подібний, з майже 20 сторінок мережу даних, в тому числі розрахунки та компонування дошки. Прочитайте їх і вчіться! :-)

Гаразд, мова йшла про LT. Так, я фанат (дуже хороша підтримка теж, принаймні для професіоналів), але є й інші, звичайно. National має свою серію простих перемикачів і має дизайнер Webench, який дає вам схеми в комплекті з BOM. Набагато дешевше, ніж LT.

Здається, у вас вже є те, що вам потрібно в 24-дюймовій настінній бородавці 300 ВА.

Вимога 500 мА вашої системи 5В достатньо висока, щоб це дійсно вимагало перемикача. Ви все ще можете запускати соленоїди з 24 В змінного струму за призначенням, а також виправляти це, а потім зменшувати його до 5 В для запуску процесора. Максимальна потужність 24 В змінного струму буде 34В, тому вам слід розробити систему для роботи до 40В.

З полицьких мікросхем може бути багато, що може приймати до 40 В і виводити 500 мА при 5 В. Ці речі, як правило, є напрочуд дорогими (кілька доларів за кожен), але, ймовірно, невеликими порівняно з вартістю одного клапана. Справа з теплом інакше також не безкоштовна. Можна прокатати власний конвертер доларів і заощадити пару доларів, але це займе більше часу і, мабуть, не гарна ідея, якщо вам доведеться задавати основні питання тут.

Центральний трансформатор не є хорошою ідеєю. 12В змінного струму буде піком 17В, з мостом повної хвилі - 15,5. Навіть якщо середній показник становить лише 13 В після падіння і імпедансу, це все ще 4 Вт тепла. Він також менше 4 Вт, доступний для соленоїдів.

Однозначно використовуйте регулятор комутації. Я використовую 34063, звичайний, дешевий регулятор комутації. Говорячи про контролер клапанної води, на моєму веб-сайті є дизайн з відкритим кодом:

• Список деталей OpenSprinkler та зображення на друкованій платі

Мої найближчі думки:

• Візьміть 24VAC, випряміть його за допомогою повнохвильного мостового випрямляча.
• Додайте відповідний конденсатор згладжування.
• Візьміть подачу від 24В постійного струму і подайте її через LM317T з відповідними резисторами регулювання напруги (скажімо, 680Ω і 2KΩ iirc) і вихідним конденсатором.

Це повинно забезпечити вам достатню кількість струму для соленоїдів та MCU.

Якщо ви хочете більше струму, просто використовуйте більш м'ясний трансформатор, який дає більше 300 мА. LM317T може впоратися до 1,5A, якщо ви можете надати його таким.

Очевидно, є і більш "ефективні" схеми комутації, але це швидко і просто зібрати.