Il modo migliore per ottenere una bassa tensione CC da un'alta tensione CC per un alimentatore?

Ho un ingresso di corrente CC di 200 V e devo, senza tensioni esterne, generare una tensione di 12 V-24 V per spegnere l'elettronica di controllo, a circa 50 mA.

Ho considerato diodi zener e potenziali divisori ma sprecano troppa energia; il resistore in alto deve dissipare 9,4 W per fornire 0,6 W, che è uno spreco ridicolo e difficile da gestire. Ho provato a guardare come lo fanno le verruche a muro in modalità switch, ma sembrano avere un qualche tipo di meccanismo fantasioso per autoalimentarsi dall'output, che non capisco davvero. (Né capisco come inizialmente ottengano una tensione.)

Questo problema è noto come bootstrap. È ancora più un problema quando si progettano convertitori boost a bassa tensione. Se hai una sorgente .1V 10A, sicuramente hai 1W di potenza e probabilmente potresti generare quasi 200mA a 5V da essa, ma hai bisogno di una tensione utilizzabile per alcuni dispositivi elettronici. Un alimentatore da 5 V è convenientemente e indefinitamente disponibile sull'uscita dei dispositivi subito dopo aver risolto questo problema.

Non entrerò nella progettazione del bootstrap di un convertitore boost qui (perché non so come ...) ma suggerirei come potresti progettare un convertitore buck.

Supponiamo che tu abbia un circuito che può generare 12V da 120V quando alimentato con 12V. Non è così difficile, ci sono diversi progetti che potrebbero farlo. Wikipedia ne ha una semplice, potresti guardarne altre in varie note applicative. Se il tuo interruttore oscilla a poche centinaia di kilohertz, dovresti generare un segnale 12V utilizzabile in pochi millisecondi.

Ciò di cui hai bisogno, quindi, è un modo per generare una tensione per alimentare il tuo dispositivo per pochi millisecondi, quindi spegnerlo. Un semplice resistore /> sistema a diodi zener da 12V con un transistor subito dopo il resistore andrà bene. Un PMOS con il gate all'uscita del circuito dovrebbe spegnere questa sorgente subito dopo che il regolatore inizia a funzionare. Ti consigliamo di accertarti che il carico sia disconnesso all'avvio, poiché ciò potrebbe causare la fuoriuscita del regolatore di shunt.

Suddividi il problema in due passaggi:

1. Genera 12V da 200V mentre è alimentato da una fonte esterna 12V.
2. Genera 12 V da 200 V per alcuni millisecondi senza una fonte esterna.

Quindi unire i due. Il primo è probabilmente più interessante, molti libri di testo salteranno il secondo problema. Il mio professore lo ha menzionato come nota a margine durante le lezioni.

Altre risposte hanno sottolineato che probabilmente puoi semplicemente toccare un regolatore di modalità interruttore CA dopo il circuito di rettifica, ma sospetto che tu voglia anche sapere come funziona.

http://www.sparkfun.com/products/10214

Mentre questo caricabatterie è valutato per 100 - 240 V CA, la prima cosa che fa un'alimentazione in modalità switch è di rettificare la tensione di ingresso, quindi 200 V CC funzioneranno perfettamente per alimentarlo.

(Naturalmente è possibile acquistare questo tipo di alimentazione in una varietà di tensioni di uscita.)

Seguendo il suggerimento di @markranges, eccone uno a Digi-Key che esegue 85-264 V CA 110-340 V CC in entrata e 12 V, 420 mA in uscita.

Innanzitutto, sei in grado di far galleggiare il controller a + 176 V? In questo modo non dovresti abbassare la tensione. I circuiti di I / O dovrebbero essere più elaborati.

Esistono due modi per eliminare le tensioni: dissipare la potenza (regolazione lineare) o commutarla e regolare l'uscita (buck). Idealmente, uno assorbirebbe solo 6mA dalla linea 200V, ma ci sarebbero perdite in un convertitore buck. Non ho mai visto un buck HV DC-DC fatto per basso consumo. Potrebbe essere necessario crearne uno da solo, se ne vale la pena.

Non sono sicuro di quali saranno le perdite maggiori. Quanto vale? : D

Quello che stai cercando, penso, è un convertitore DC-DC ad alta tensione. Qualcosa di simile a quelli trovati qui: http://www.powerstream.com/dcdc.htm

Per la teoria del funzionamento, raccomando di leggere http://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter e http://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply . La breve risposta a come si alimenta è attraverso un circuito di feedback.

I pantaloncini da parete in modalità di commutazione sono piuttosto semplici. Rettifica la tensione di ingresso (di cui non devi preoccuparti poiché hai già 200 V CC), quindi trasformala in una forma d'onda PWM a una frequenza abbastanza elevata. Il trasformatore può quindi essere piuttosto piccolo e leggero in quanto funziona alla frequenza PWM. Il rapporto di giri del trasformatore viene utilizzato per scendere alla tensione desiderata e quindi filtrato o ulteriormente regolato come si farebbe con qualsiasi regolatore di commutazione. Il circuito di retroazione al controller PWM (che funziona a rete / alta tensione) viene solitamente eseguito con un accoppiatore ottico, in modo che vi sia un completo isolamento tra i lati di alta e bassa tensione. Potresti riuscire a saltarlo nel tuo caso.

Quello che sarebbe l'ideale è un controller di commutazione flyback o feed forward. Ecco alcuni esempi da lineari. Ma il tuo problema sarà che 200VDC è davvero alto, non ho mai visto un controller DC-DC che supporti un input superiore a ~ 100V.

Tuttavia, dovresti essere in grado di adattare un controller di commutazione CA-CC che è normalmente progettato per l'uso con tensioni di rete rettificate che possono essere molto superiori a 200 V.

Ad esempio, ST crea un gruppo di tali controller . Penso che sia possibile utilizzare questo tipo di topologia con 200 V CC con modifiche minime anche se non ho mai provato, è necessario studiare ulteriormente le modalità operative. Sono sicuro che ci sono molti più produttori anche per parti simili.

Dai un'occhiata alle integrazioni di potenza dei dispositivi Linkswitch TN : questi faranno esattamente quello che vuoi con una buona efficienza e basso costo, supponendo che non sia necessario l'isolamento.