Convertitore da 230 V CA a 5 V CC, senza perdita

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Esiste un CI che converte 230 V CA in 5 V CC? Il più senza perdita possibile. Voglio collegare il mio microcontrollore a una normale presa elettrica e non ho abbastanza spazio disponibile. Grazie.

voltage  ac  dc  converter 
— arminb
fonte
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Quanta corrente? Quanto spazio? E no, niente è completamente senza perdita; puoi vivere, diciamo, con un'efficienza del 90%? Hai bisogno di isolamento?
— Dave Tweed
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Perché non utilizzare un adattatore a parete standard?
— helloworld922,
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È possibile utilizzare un caricabatterie USB e tagliare il cavo USB per rivelare i fili 5V e Gnd. (Quando acquisti un nuovo telefono, otterrai un convertitore di riserva da 230 V CA a 5 V CC.)
— Oskar Skog

Risposte:

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Non esiste nulla di "lossless" nell'elettronica e non esiste un singolo circuito integrato progettato per fare ciò che desideri. Ma qui ci sono alcune idee di fornitura diverse. Poiché non hai specificato il consumo o l'efficienza attuali, esaminiamo tre diversi approcci:

Alimentazione Zener non isolante

5% di efficienza o meno

I timer plug-in basati su microcontrollore di solito utilizzano alimentatori non isolanti, come questo:

Schema di alimentazione CC non isolato

R1 essenzialmente riduce la differenza tra il diodo Zener e il potenziale di rete CA, quindi non sarà efficiente per nulla tranne i carichi leggeri. Inoltre, il tuo carico non può cambiare radicalmente, poiché il resistore deve essere dimensionato per fornire abbastanza corrente allo zener per indurlo a invertire la valanga, senza fornire troppa corrente. Se il carico inizia ad assorbire troppa corrente, la sua tensione diminuirà. Se il carico non tira abbastanza corrente, il diodo zener può essere danneggiato.

Professionisti

  • Molto piccolo
  • Molto a buon mercato
  • Eccellente per carichi estremamente leggeri (MCU + dispositivo di commutazione)

Contro

  • Nessun isolamento
  • La corrente di carico non è flessibile; deve essere riparato all'interno di una piccola finestra

Trasformatore regolato in frequenza di rete

20-75% di efficienza

Puoi sempre usare un trasformatore (60: 1 o giù di lì), un raddrizzatore a ponte e un regolatore lineare, come questo: Schema di alimentazione CC regolato

Questo introduce un trasformatore ingombrante e costoso nel design, ma è più efficiente del design precedente e il tuo carico può variare abbastanza.

Professionisti

  • Più facile da implementare
  • Progettato per carichi di corrente medi, ad esempio una radiosveglia.
  • Isolamento completo
  • Relativamente poco caro

Contro

  • ingombrante
  • Abbastanza inefficiente

Convertitore AC / DC a commutazione completamente isolato

75-95% di efficienza

Il più efficiente (e il più complesso) è un convertitore di commutazione CA / CC. Funzionano in base al principio della prima conversione da CA a CC, quindi alla commutazione della CC a frequenze molto elevate per sfruttare in modo ottimale le caratteristiche del trasformatore, nonché a ridurre al minimo le dimensioni (e la perdita) della rete di filtri sul secondario. Power Integrations crea un circuito integrato che esegue tutto il controllo / feedback / guida: tutto ciò che serve è aggiungere un trasformatore e optoisolatori. Ecco un esempio di design: Esempio schematico del convertitore LinkSwitch di integrazioni di potenza

Come puoi vedere, la tensione di rete AC viene immediatamente rettificata e filtrata per produrre DC ad alta tensione. Il dispositivo Power Integrations commuta rapidamente questa tensione sul lato primario del trasformatore. L'AC ad alta frequenza è vista sul secondario, rettificata e filtrata. Noterai che i valori dei componenti sono piuttosto piccoli, anche considerando l'uso corrente. Questo perché la CA ad alta frequenza richiede componenti molto più piccoli per filtrare rispetto alla CA a frequenza di linea. La maggior parte di questi dispositivi ha speciali modalità a bassissima potenza che funzionano abbastanza bene.

Questi convertitori, in generale, offrono una grande efficienza e possono anche generare carichi ad alta potenza. Questi sono i tipi di forniture che vedi in tutto, dai minuscoli caricabatterie per telefoni cellulari agli alimentatori per laptop e computer desktop.

Professionisti

  • Estremamente efficiente
  • Isolamento completo
  • Alta corrente di uscita: può alimentare 50+ ampere di bassa tensione CC abbastanza facilmente.
  • Taglia piccola

Contro

  • Grande distinta base (distinta materiali)
  • Difficile da progettare
  • Richiede un layout PCB accurato
  • Di solito richiede un design del trasformatore personalizzato
  • Costoso
— Jay Carlson
fonte
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Il 7805 nella figura 4 riduce immediatamente l'efficienza a meno del 70% a causa dell'alta tensione di interruzione del regolatore. Un moderno LDO ridurrà notevolmente tale perdita.
— Russell McMahon,
1
Russell ha ragione, ma un LDO lo risolverà solo parzialmente. Devi ancora dargli un po 'di margine per coprire le variazioni della tensione di rete, i diodi comportano anche una perdita di efficienza del 30%. Aggiungi perdite del trasformatore e anche con un LDO non otterrai un'efficienza del 50%.
— Stevenvh,
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Potresti spiegare a cosa serve l'avvolgimento NC del trasformatore nel progetto n. 3?
— Dmitry Grigoryev,
1
Che dire di EMC? Che dire del fattore di potenza? Che dire delle armoniche attuali di linea?
— Autistico,
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Penso che debba essere enfatizzato a vantaggio dei principianti che "non isolante" per l'alimentazione di zener significa che il lato "bassa tensione" deve essere trattato esattamente come la tensione di rete per quanto riguarda la sicurezza. Anche dal punto di vista dell'utente finale, gli alimentatori in modalità switch per le tensioni e le potenze comunemente utilizzate non sono "costosi" ma di solito l'opzione più economica: è difficile rendere la propria alimentazione da 5 V, 1 A più economica di quella che si può acquistare un telefono con uscita USB caricabatterie, a meno che tu non riesca a rimuovere tutte le parti.
— Nekomatic
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So che è una vecchia domanda, ma potresti voler vedere la SR086 . inserisci qui la descrizione dell'immagine
Su Vout devi solo usare un generico dc reg (es. 7805) per ottenere il tuo 5V.

Nota: questo non è isolato, quindi potrebbe essere pericoloso a seconda della situazione.

— arsenalist
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IC interessante se non è richiesto l'isolamento.
— Rev1.0
Fantastico, questa è una di quelle idee "perché non ho pensato a quella" ...
— O'Rooney
Sembra un regolatore lineare standard, che non sarà quasi privo di perdite.
— user253751
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@immibis Non è un regolatore lineare. L'SR086 sfrutta il fatto che la tensione di rete è sinusoidale, attivando il transistor solo quando la tensione di rete è adeguatamente bassa. Ciò significa che il transistor dovrebbe funzionare solo in saturazione o interruzione, il che implica basse perdite. La scheda tecnica menziona il 55%, che non è privo di perdite, ma neanche male per le applicazioni a bassa potenza. Tutto questo, ovviamente, viene a scapito di un orribile fattore di potenza.
— marzo
Stima del prezzo su questo circuito?
— Zapnologica,
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Domanda vecchia ma attuale. Dopo aver valutato decine di approcci per convertitori di potenza CA / CC, ho concluso di seguito (per me stesso).

Requisiti:

  1. Piccole dimensioni possibili.
  2. Meno componenti possibili (ingombro, dimensioni, prezzo).
  3. Minore dissipazione del calore (efficienza in altre parole).
  4. Bassa corrente, bassissima tensione, bassa potenza di uscita.

Abbandonato il requisito:

  • Isolamento: nella mia applicazione è ben isolato per scatola, senza protezione umana.

(Finora, vado con l'alimentatore basato su regolatore LDO LR8. La migliore soluzione per corrente fino a 30mA. Può essere collegato in parallelo per ottenere 100mA per prezzo e ingombro extra.) AGGIORNAMENTO: L'alimentatore basato su LR8 non è pertinente, è pratico la corrente è solo 3mA. Ho implementato un alimentatore abbastanza piccolo, semplice e stabile con LNK305 IC. Alimentatore da 1 W su LNK305 Quando R1 = 2k la tensione di uscita è di circa 3,3 V. C2 meglio usare poche centinaia di uF. Tutti i circuiti di ingresso (D3, D4, L2, C4) che ho sostituito con un ponte a diodi. C5 = 2.2uF è sufficiente - per dimensioni e costi ridotti.

Questi circuiti sono finora abbastanza buoni (presi da Internet): meno componenti + bonus di isolamento. inserisci qui la descrizione dell'immagine

Questo è il secondo miglior circuito molto semplice non isolato di ST.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

In entrambi i circuiti sopra la bobina o il trasformatore sono piuttosto grandi e costosi.

Varianti scartate:

  • Tutto sopra in questo thread a causa di complessità, trasformatori, isolamento, prezzo totale PSU, ecc.
  • Viper17 e Altair04 per complessità e trasformatore.
  • Basato su HV-2405E per fine vita.
— Ivy Growing
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Sono leggermente sorpreso dal fatto che mentre è stata fornita l'alimentazione Zener non isolante, non si fa menzione di un divisore di tensione del circuito di reattanza capacitiva non isolante.

Se il dispositivo funziona entro un fabbisogno di corrente ridotto, questo può essere ragionevolmente efficiente. Il problema principale con il design (beh, oltre a non fornire l'isolamento di rete) è che non è possibile utilizzare cappucci elettrolitici (che sono polarizzati), e quindi è necessario procurarsi cappucci di pellicola gamma U classificati alla tensione CA RMS (quindi un circuito da 240 V avrebbe bisogno calotte nominali a 350 V o superiore), che non sono particolarmente compatte. I valori di capacità dipendono anche dalla frequenza di rete CA (60Hz negli Stati Uniti, 50Hz in gran parte del resto del mondo), nonché dalla tensione di rete effettiva (che sarà il caso di qualsiasi progetto non commutabile).

IMO, un MOV (varistore di ossido di metallo) dovrebbe essere aggiunto a tutti questi design per proteggere dai transitori di linea. Uno è presente nello schema SR086 (che curiosamente non mostra attribuzione). Ciò dovrebbe collegare Line-to-Neutral (per rete US da 120 V) o Line-to-Line (per rete da 240 V) ed essere intercettato tra il fusibile e il carico (come mostrato nello schema SR086) e idealmente prima di qualsiasi interruttore ( poiché un picco sufficientemente alto può collegare un interruttore). Ciò contribuirà a proteggere il tuo circuito: un MOV dovrebbe gestire molti piccoli picchi e sovratensioni senza problemi e darà la sua vita sul grande picco che altrimenti friggerebbe tutto nel tuo circuito, mentre il fusibile tra il MOV e la rete si brucerà se il MOV si mette in corto mentre fa il suo lavoro.

Non ho uno schema già pronto di un divisore di tensione di reattanza capacitiva, ma puoi trovarne uno nell'articolo di Wikipedia per i divisori di tensione

Articolo di Wikipedia per alimentatore capacitivo . La premessa di base è che dal momento che hai a che fare con la corrente alternata, la reattanza capacitiva imita la resistenza, ma con il vantaggio di non "bruciare" effettivamente l'energia - viene immagazzinata nel cappuccio e riportata alla linea sul ciclo CA negativo.

— Splud
fonte
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Basandosi 7805sull'idea, usando parti con meno perdite.

schematico

simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab

Questo circuito ha sostituito tutti i 1N4001raddrizzatori con raddrizzatori 1N5819Schottky e ha utilizzato un regolatore lineare a basso dropout AMS1117-5.0.

L'LDO può vivere con un headroom più piccolo di 7805così se si desidera un'uscita a 5 V, è possibile alimentarlo con 5,6 V filtrati, più le due gocce Schottky da 0,2 V ciascuna con una tensione di picco CA in ingresso di 6 V.

AMS1117Rds(on)

— Maxthon Chan
fonte
Uso sempre schottkies in LV e utilizzo LDO descrittivo.
— Autistico,
@Autistic discreto LDO? Come in un amplificatore operazionale RRIO + riferimento + PMOS?
— Maxthon Chan,
Maxthon Chan, un giorno avrei usato una lunga coda con uno specchio per guidare il mosfet. Questo mi ha dato flessibilità per diversi lavori che necessitano di correnti e tensioni diverse. e il rilevamento della tensione tramite un diodo dall'uscita. Questo mi ha dato protezione da cortocircuito e inversione di polarità. La caduta di volt era di gran lunga migliore rispetto ai regolatori disponibili durante il giorno.
— Autistico,
@Autistic Beh, quei progetti hanno un numero di pezzi folle, quindi di solito mi attengo solo con un chip LDO. Se avessi bisogno di correnti elevate (ad es. Il mio design dell'alimentazione a percisione) utilizzerei l'amplificatore operazionale RRIO di cui sopra + riferimento + PMOS.
— Maxthon Chan,
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In realtà non è un "IC" ma è un pacchetto di montaggio su PCB.

XP Power ECE05US05

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

O se non hai bisogno di 5W, questo è solo 1W

Recom RAC01-05SC

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

— O'Rooney
fonte
Element14 sembra costoso: lo stesso modulo Recom costa il 30% in meno a
— Digikey
È molto bello non aver bisogno di componenti esterni (o, almeno, molto pochi rispetto al supporto tipico per un IC convertitore DC-DC in modalità commutata). Ma quelli sono costosi ($ 20- $ 40). C'è qualcosa disponibile nella gamma $ 3? (anche solo DC-DC che segue il raddrizzatore)
— Brent Faust
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