Перетворювач постійного струму на 230 В змінного струму постійного струму, без втрат


43

Чи є IC, який перетворює 230 В змінного струму в 5 В постійного струму? Якнайбільше втрат. Я хочу підключити свій мікроконтролер до звичайної електричної розетки, і мені не вистачає місця. Дякую.


6
Скільки струму? Скільки місця? І ні, нічого абсолютно не втрачається; чи можете ви жити, скажімо, з 90% ефективністю? Вам потрібна ізоляція?
Трейд Дейва

6
Чому б не використовувати стандартний настінний адаптер?
helloworld922

1
Ви можете використовувати USB-зарядний пристрій та вирізати USB-кабель, щоб виявити дроти 5В та Gnd. (Купуючи новий телефон, ви отримаєте запасний перетворювач постійного струму на 5 В постійного струму.)
Оскар Ског

Відповіді:


88

В електроніці не існує нічого такого, що є "без втрат", і немає жодного ІС, який розроблений для того, щоб робити те, що хочеш. Але ось кілька різних ідей постачання. Оскільки ви не вказали поточне споживання чи ефективність, давайте розглянемо три різні підходи:

Неізолююча подача «Зенера»

5% ефективність або менше

Таймери для підключення, що базуються на мікроконтролері, зазвичай використовують неізолюючі джерела живлення, наприклад:

Неізольована схема подачі постійного струму

R1 по суті зменшує різницю між діодом Зенера та мережевим потенціалом змінного струму, тому він не буде ефективним для нічого, крім легких навантажень. Крім того, ваше навантаження не може різко змінитися, оскільки резистор повинен бути розміром, щоб забезпечити ценеру достатню кількість струму, щоб викликати зворотну лавину, не надаючи занадто великий струм. Якщо ваше навантаження почне тягнути занадто багато струму, його напруга знизиться. Якщо ваше навантаження не підтягує достатній струм, ценеровий діод може бути пошкоджений.

Плюси

  • Дуже мало
  • Дуже дешевий
  • Відмінно підходить для надзвичайно легких навантажень (MCU + комутаційний пристрій)

Мінуси

  • Без ізоляції
  • Струм навантаження не є гнучким; повинні бути закріплені в межах невеликого вікна

Подача трансформаторів з регульованою мережею частотою

20-75% ефективності

Ви завжди можете використовувати трансформатор (60: 1 або більше), мостовий випрямляч та лінійний регулятор, наприклад: Регульована схема подачі постійного струму

Це вводить в конструкцію об'ємний, дорогий трансформатор, але він більш ефективний, ніж попередній дизайн, і навантаження може варіюватися зовсім небагато.

Плюси

  • Найпростіший у виконанні
  • Призначений для середніх струмів навантаження - наприклад, тактова радіо.
  • Повна ізоляція
  • Відносно недорого

Мінуси

  • Громіздкий
  • Досить неефективна

Повністю ізольований перетворювач змінного та постійного струму в режимі комутації

75-95% ефективності

Найбільш ефективний (і найскладніший) - перетворювач комутації змінного струму / постійного струму. Вони працюють за принципом спочатку перетворення змінного струму в постійний струм, потім перемикання постійного струму на дуже високих частотах, щоб оптимально використовувати характеристики трансформатора, а також мінімізувати розмір (і втрати) мережі фільтра на вторинній. Power Integrations робить ІС, яка виконує все управління / зворотній зв'язок / рух - все, що вам потрібно, це додати трансформатор і оптоізолятори. Ось приклад дизайну: Приклад схематичного інтеграції Power Integrations LinkSwitch

Як бачите, мережеве напруга змінного струму негайно випрямляється та фільтрується для отримання постійного струму високої напруги. Пристрій Power Integrations швидко перемикає цю напругу через основну сторону трансформатора. Високочастотний змінного струму видно на вторинному, випрямленому та фільтруваному. Ви помітите, що значення компонентів досить малі, навіть враховуючи поточне використання. Це пояснюється тим, що для високочастотного змінного струму потрібні набагато менші компоненти для фільтрування, ніж лінійно-частотний змінній. Більшість цих пристроїв мають спеціальні режими наднизької потужності, які працюють досить добре.

Ці перетворювачі, як правило, забезпечують велику ефективність, а також можуть створювати навантаження з високою потужністю. Це різноманітні приналежності, які ви бачите у всьому, від крихітних зарядних пристроїв для мобільних телефонів до джерел живлення для ноутбуків та настільних комп'ютерів.

Плюси

  • Надзвичайно ефективний
  • Повна ізоляція
  • Високий вихідний струм: здатний джерело постійного струму низької напруги 50+ ампер досить легко.
  • Маленький розмір

Мінуси

  • Великий BOM (Біблійна документація)
  • Складно проектувати
  • Потрібна продумана компонування друкованої плати
  • Зазвичай потрібна спеціальна конструкція трансформаторів
  • Дорогий

4
7805 на рисунку 4 негайно знижує ефективність до менш ніж 70% через дуже високу напругу випаду регулятора. Сучасний LDO значно зменшить ці втрати.
Рассел Макмахон

1
Рассел має рацію, але LDO це виправить лише частково. Ви все ще повинні приділити йому високий простір для покриття змінної напруги мережі, діоди також означають 30% втрати ефективності. Додайте трансформаторні втрати, і навіть при LDO ви не отримаєте 50% ефективності.
stevenvh

2
Чи можете ви пояснити, для чого потрібна НК обмотка трансформатора в конструкції №3?
Дмитро Григор’єв

1
Що з ЕМС? Що з коефіцієнтом потужності? Що з лінійними струмовими гармоніками?
Аутист

2
Я думаю, що це слід підкреслити на користь початківців, що «неізоляція» для живлення ценерів означає, що сторона «низької напруги» повинна поводитися так само, як напруга мережі, наскільки це стосується безпеки. Крім того, з точки зору кінцевого користувача, джерела живлення в режимі комутації для часто використовуваних напруг та номінальних потужностей не є «дорогими», але зазвичай найдешевший варіант - важко зробити власні джерела живлення на 5 В, 1 А дешевше, ніж можна придбати телефон USB-виходу зарядний пристрій, якщо ви не зможете очистити всі частини.
некоматичний

12

Я знаю, що це старе питання, але ви, можливо, захочете побачити SR086 . введіть тут опис зображення
У Vout вам просто потрібно використовувати загальний dc reg (наприклад, 7805), щоб отримати 5V.

Примітка. Це не ізольовано, тому це може бути небезпечно залежно від ситуації.


Цікавий ІС, якщо не потрібна ізоляція.
Rev1.0

Круто, це одна з таких ідей, "чому я не придумала цього" ідеї ...
О'Руні

Виглядає як стандартний лінійний регулятор, який ніде не буде без втрат.
користувач253751

1
@immibis Це не лінійний регулятор. SR086 використовує той факт, що напруга мережі є синусоїдальним шляхом, лише активуючи транзистор, коли напруга мережі є відповідно низьким. Це означає, що транзистор повинен працювати тільки в насиченні або відсіченні, що означає низькі втрати. В описі даних згадується 55%, що не втрачає, але не погано і для додатків з низькою потужністю. Все це, звичайно, відбувається за рахунок жахливого коефіцієнта потужності.
marcelm

Оцінка ціни по цій схемі?
Zapnologica

8

Старе, але актуальне питання. Оцінивши десятки підходів для перетворювачів змінного струму / постійного струму, я зробив наступне (для себе).

Вимоги:

  1. Можливий невеликий розмір.
  2. Можливо менше компонентів (слід, розмір, ціна).
  3. Менше тепловіддача (ефективність іншими словами).
  4. Низький струм, дуже низька напруга, низька вихідна потужність.

Виконання вимоги:

  • Ізоляція: у моєму застосуванні це добре виділено коробкою, не потрібен захист людини.

(Поки я збираюся з блоком живлення на базі регулятора LDO на базі LR8. Найкраще рішення для струму до 30 мА. Можна підключити паралельно, щоб отримати 100 мА для додаткової ціни та сліду.) ОНОВЛЕННЯ: Блок живлення на базі LR8 не має значення, його практичний струм лише 3mA. Я реалізував досить маленький, простий і стабільний блок живлення з LNK305 IC. Блок живлення 1 Вт на LNK305 При R1 = 2k вихідна напруга становить приблизно 3,3 В. С2 краще використовувати кілька сотень ф. Весь вхідний контур (D3, D4, L2, C4) я замінив діодним мостом. C5 = 2,2uF достатньо - для невеликих розмірів і вартості.

Ці схеми поки що досить хороші (взяті з Інтернету): менше компонентів + ​​бонус за ізоляцію. введіть тут опис зображення

Це другий кращий неізольований дуже простий ланцюг ST.

введіть тут опис зображення

В обох контурах над котушкою або трансформатором досить великі і дорогі.

Відкинуті варіанти:

  • Все вище в цій нитці через складність, трансформатори, ізоляцію, загальну ціну PSU тощо.
  • Viper17 та Altair04 завдяки складності та трансформатору.
  • HV-2405E заснований на кінці терміну служби.

6

Я злегка здивований, що в той час, як забезпечувалося неізолююче постачання стабілітрону, не згадується про неізолюючий ємнісний роздільник напруги ланцюга реактивності.

Якщо пристрій функціонує в межах вузької вимоги струму, це може бути досить ефективно. Основна проблема дизайну (ну, крім того, що не забезпечує ізоляцію мережі) полягає в тому, що ви не можете використовувати електролітичні ковпачки (які поляризовані), і, таким чином, ви повинні подавати заглушки плівки діапазону UF, які мають напругу змінного струму змінного струму (тому потрібен буде ланцюг 240 В ковпачки з номіналом 350 В або вище), які не особливо компактні. Значення ємності також залежать від частоти живлення змінного струму (60 ГГц в США, 50 ГГц у більшості інших країн світу), а також від фактичної напруги мережі (що стосується будь-якої конструкції без комутації).

IMO, MOV (варистор з оксидом металів) слід додати до всіх цих конструкцій для захисту від лінійних перехідних процесів. Один присутній у схемі SR086 (що цікаво не демонструє атрибуції). Це повинно з'єднати лінію "Лінія-Нейтраль" (для мережі 120В США) або "Лінія-лінія-лінія" (для мережі 240В), і вона повинна проходити між запобіжником і навантаженням (як це показано на схемі SR086) і в ідеалі перед будь-якими комутаторами ( оскільки досить високий шип може перемикати вимикач). Це допоможе захистити ланцюг - MOV повинен без проблем обробляти безліч дрібних шипів і перенапруг, і дасть своє життя на великому шипі, який інакше обсмажив би все у вашому ланцюзі, тоді як запобіжник між MOV і мережею буде продуватися, якщо шорти MOV, роблячи свою роботу.

У мене немає готової схеми ємнісного дільника напруги реактивного струму, але його можна знайти в статті Вікіпедії для роздільників напруги

Стаття у Вікіпедії про потужне живлення . Основна передумова полягає в тому, що оскільки ви маєте справу з змінного струму, ємнісна реактивна здатність імітує опір, але за рахунок того, що насправді не «спалює» енергію - вона зберігається в ковпачку і повертається до лінії на негативному циклі змінного струму.


3

На основі 7805ідеї, використовуючи деталі з меншими втратами.

схематичний

імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab

Ця схема замінила всі 1N4001випрямлячі на випрямлячі 1N5819Шоткі і використовувала лінійний регулятор з низьким відсівом AMS1117-5.0.

LDO може жити з меншою висотою, ніж 7805так, якщо ви хочете 5В-вихід, ви можете подати його з відфільтрованим 5,6 В, а також двома краплями Шоткі по 0,2 В кожне у вас є напруга вхідного змінного струму 6 В.

AMS1117Rds(on)


Я завжди використовую шоткітки на ЛН та використовую конкретні ЛДО.
Аутист

@ Аутистичний дискретний LDO? Як у RRIO op amp + reference + PMOS?
Maxthon Chan

Maxthon Chan, удень я б використовував довгу хвостову пару з поточним дзеркалом, щоб загнати MOSFET. Це дало мені гнучкість для різних робіт, потребуючи різних струмів і напруг. Більшість часу я заряджав батареї, щоб я повісив посилання на longtail пару і напруга через діод від виходу. Це дало мені захист від короткого замикання і зворотної полярності. Падіння вольта було набагато краще, ніж наявні регулятори в день.
Аутист

@Autistic Ну, ці проекти мають шалений підрахунок частин, тому я зазвичай просто дотримуюся LDO-чіпа. Якщо мені потрібні великі струми (наприклад, моя точна конструкція живлення), я б використовував вищезгаданий підсилювач RRIO op + + опорний + PMOS.
Maxthon Chan

3

Це насправді не "IC", але це пакет для монтажу на друкованій платі.

XP Power ECE05US05

http://au.element14.com/xp-power/ece05us05/psu-encapsulated-5w-singe-output/dp/2099447?in_merch=New%20Products

Або якщо вам не потрібно 5 Вт, цей лише 1 Вт

Рекомендуємо RAC01-05SC

http://au.element14.com/recom-power/rac01-05sc/ac-dc-converter-1w-5v-reg/dp/1903055


Елемент14 здається дорогим: той самий модуль Реком коштує на 30% менше у Digikey
stevenvh

Дуже приємно, що не потрібні зовнішні компоненти (або, принаймні, дуже мало в порівнянні з типовою підтримкою для перетворювача DC-DC перетворювача DC-DC). Але це дорого ($ 20 - $ 40). Чи є що-небудь доступне в діапазоні $ 3? (навіть просто DC-DC, який йде за випрямлячем)
Brent Faust

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.