¿Hay algún IC que convierta 230V AC a 5V DC? Tan sin pérdidas como sea posible. Quiero conectar mi microcontrolador a una toma de corriente normal y no tengo suficiente espacio disponible. Gracias.
Cuanta corriente Cuanto espacio Y no, nada es completamente sin pérdidas; ¿Puedes vivir con, digamos, 90% de eficiencia? ¿Necesitas aislamiento?
Dave Tweed
66
¿Por qué no usar un adaptador de pared estándar?
helloworld922
1
Puede usar un cargador USB y cortar el cable USB para revelar los cables de 5V y Gnd. (Cuando compre un teléfono nuevo, obtendrá un convertidor de 230VCA a 5V CC de repuesto.)
Oskar Skog
Respuestas:
88
No hay nada como "sin pérdidas" en la electrónica, y no hay un solo IC que esté diseñado para hacer lo que quieres. Pero aquí hay algunas ideas de suministro diferentes. Como no especificó el consumo actual o la eficiencia, veamos tres enfoques diferentes:
Suministro Zener sin aislamiento
5% de eficiencia o menos
Los temporizadores enchufables basados en microcontroladores generalmente usan fuentes de alimentación sin aislamiento, como esta:
R1 esencialmente reduce la diferencia entre el diodo Zener y el potencial de la red eléctrica de CA, por lo que no será eficiente para nada excepto cargas ligeras. Además, su carga no puede cambiar drásticamente, ya que la resistencia tiene que ser dimensionada para proporcionar suficiente corriente al zener para hacer que revierta la avalancha, sin proporcionar demasiada corriente. Si su carga comienza a tirar de demasiada corriente, su voltaje caerá. Si su carga no extrae suficiente corriente, el diodo zener puede dañarse.
Pros
Muy pequeña
Muy barato
Excelente para cargas extremadamente ligeras (dispositivo de conmutación MCU +)
Contras
Sin aislamiento
La corriente de carga no es flexible; debe arreglarse dentro de una ventana pequeña
Suministro de transformador regulado por frecuencia de red
20-75% de eficiencia
Siempre puede usar un transformador (60: 1 más o menos), un puente rectificador y un regulador lineal, como este:
Esto introduce un transformador voluminoso y costoso en el diseño, pero es más eficiente que el diseño anterior y su carga puede variar bastante.
Pros
Más fácil de implementar.
Diseñado para cargas de corriente media, por ejemplo, un radio reloj.
Aislamiento total
Relativamente barato
Contras
Voluminoso
Bastante ineficiente
Convertidor de CA / CC en modo conmutado completamente aislado
75-95% de eficiencia
El más eficiente (y más complejo) es un convertidor de conmutación AC / DC. Estos funcionan según el principio de convertir primero CA a CC, luego cambiar la CC a frecuencias muy altas para hacer un uso óptimo de las características del transformador, así como minimizar el tamaño (y la pérdida) de la red de filtro en el secundario. Power Integrations crea un IC que hace todo el control / retroalimentación / conducción; todo lo que necesita es agregar un transformador y optoaisladores. Aquí hay un diseño de ejemplo:
Como puede ver, la tensión de red de CA se rectifica y filtra inmediatamente para producir CC de alta tensión. El dispositivo Power Integrations cambia este voltaje rápidamente a través del lado primario del transformador. Se ve CA de alta frecuencia en el secundario, y se rectifica y filtra. Notarás que los valores de los componentes son bastante pequeños, incluso teniendo en cuenta el uso actual. Esto se debe a que la CA de alta frecuencia requiere componentes mucho más pequeños para filtrar que la CA de frecuencia de línea. La mayoría de estos dispositivos tienen modos especiales de potencia ultra baja que funcionan bastante bien.
Estos convertidores, en general, proporcionan una gran cantidad de eficiencia y también pueden generar cargas de alta potencia. Estos son los tipos de suministros que se ven en todo, desde pequeños cargadores de teléfonos celulares hasta fuentes de alimentación para computadoras portátiles y de escritorio.
Pros
Extremadamente eficiente
Aislamiento total
Alta corriente de salida: puede generar más de 50 amperios de CC de bajo voltaje con bastante facilidad.
Talla pequeña
Contras
BOM grande (lista de materiales)
Difícil de diseñar
Requiere diseño cuidadoso de PCB
Por lo general, requiere un diseño de transformador personalizado
El 7805 en la figura 4 reduce inmediatamente la eficiencia a menos del 70% debido a la muy alta tensión de caída del regulador. Un LDO moderno reducirá en gran medida esa pérdida.
Russell McMahon
1
Russell tiene razón, pero un LDO lo arreglará solo parcialmente. Todavía tiene que darle algo de margen para cubrir las variaciones de voltaje de la red, los diodos también significan una pérdida de eficiencia del 30%. Agregue pérdidas de transformador e incluso con un LDO no obtendrá un 50% de eficiencia.
stevenvh
2
¿Podría explicar para qué sirve el devanado NC del transformador en el diseño n. ° 3?
Dmitry Grigoryev
1
¿Qué hay de EMC? ¿Qué pasa con el factor de potencia? ¿Qué pasa con los armónicos de corriente de línea?
Autista
2
Creo que es necesario enfatizar en beneficio de los principiantes que 'no aislar' para el suministro de Zener significa que el lado de 'bajo voltaje' debe tratarse exactamente como el voltaje de la red en lo que respecta a la seguridad. También desde la perspectiva del usuario final, los suministros de modo de conmutación para los voltajes y las clasificaciones de potencia de uso común no son 'costosos' pero generalmente son la opción más barata: es difícil hacer que su propio suministro de 5 V, 1 A sea más barato de lo que puede comprar un teléfono con salida USB cargador, a menos que pueda recoger todas las partes.
nekomatic
12
Sé que es una pregunta antigua, pero es posible que desee ver el SR086 .
En Vout, solo necesita usar dc reg genérico (por ejemplo, 7805) para obtener su 5V.
Nota: Esto no está aislado, por lo que puede ser peligroso según la situación.
Genial, esa es una de esas ideas de "por qué no pensé en eso" ...
O'Rooney
Parece un regulador lineal estándar, que no tendrá pérdidas.
user253751
1
@immibis No es un regulador lineal. El SR086 hace uso del hecho de que la tensión de red es sinusoidal, al activar el transistor solo cuando la tensión de red es adecuadamente baja. Esto significa que el transistor solo debe funcionar en saturación o corte, lo que implica bajas pérdidas. La hoja de datos menciona el 55%, que no es sin pérdidas, pero tampoco está mal para aplicaciones de baja potencia. Todo esto, por supuesto, viene a expensas de un factor de potencia horrible.
marcelm
Estimación de precios en este circuito?
Zapnologica
8
Pregunta antigua pero real. Después de evaluar decenas de enfoques para convertidores de potencia de CA / CC, concluí lo siguiente (para mí).
Requisitos:
Tamaño pequeño como sea posible.
Menos componentes posibles (huella, tamaño, precio).
Menos disipación de calor (eficiencia en otras palabras).
Baja corriente, muy bajo voltaje, baja potencia de salida.
Requisito cedido:
Aislamiento: en mi aplicación está bien aislado por caja, no se necesita protección humana.
(Hasta ahora, voy con la fuente de alimentación basada en el regulador LDO LR8. La mejor solución para corriente de hasta 30 mA. Se puede conectar en paralelo para obtener 100 mA por un precio extra y huella). ACTUALIZACIÓN: La fuente de alimentación basada en LR8 no es relevante, es práctica La corriente es de 3 mA solamente. Implementé una fuente de alimentación bastante pequeña, simple y estable con LNK305 IC.
Cuando R1 = 2k, el voltaje de salida es de aproximadamente 3.3V. C2 mejor usar unos pocos cientos de uF. Todo el circuito de entrada (D3, D4, L2, C4) lo reemplacé por un puente de diodos. C5 = 2.2uF es suficiente, por su pequeño tamaño y costo.
Hasta ahora, estos circuitos son lo suficientemente buenos (tomados de Internet): menos componentes + bonificación de aislamiento.
Este es el segundo mejor circuito simple no aislado de ST.
En ambos circuitos por encima de la bobina o el transformador son bastante grandes y caros.
Variantes descartadas:
Todo lo anterior en este hilo debido a la complejidad, transformadores, aislamiento, precio total de la fuente de alimentación, etc.
Viper17 y Altair04 debido a la complejidad y el transformador.
Estoy ligeramente sorprendido de que, si bien se suministró el suministro Zener sin aislamiento, no se menciona un divisor de voltaje del circuito de reactancia capacitiva sin aislamiento.
Si el dispositivo funciona dentro de un requisito de corriente limitado, esto puede ser razonablemente eficiente. El problema principal con el diseño (bueno, además de no proporcionar aislamiento de la red eléctrica) es que no puede usar tapas electrolíticas (que están polarizadas), y por lo tanto debe obtener tapas de película de rango uF clasificadas con el voltaje AC RMS (por lo que necesitaría un circuito de 240 V tapas de 350V o más), que no son especialmente compactas. Los valores de capacitancia también dependen de la frecuencia de la red de CA (60 Hz en los EE. UU., 50 Hz en gran parte del resto del mundo), así como de la tensión de red real (que será el caso con cualquier diseño sin conmutación).
En mi opinión, se debe agregar un MOV (varistor de óxido de metal) a todos estos diseños para proteger contra transitorios de línea. Uno está presente en el esquema SR086 (que curiosamente no muestra atribución). Eso debería unir Línea a Neutro (para la red eléctrica de EE. UU. 120 V) o Línea a Línea (para la red de 240 V), y estar conectado entre el fusible y la carga (como se ve en el esquema SR086), e idealmente antes de cualquier interruptor ( ya que un pico suficientemente alto puede cerrar un interruptor). Esto ayudará a proteger su circuito: un MOV debe manejar muchos picos pequeños y sobretensiones sin problema, y dará vida en el gran pico que de otra manera freiría todo en su circuito, mientras que el fusible entre el MOV y la red eléctrica se fundirá si el MOV se pone en corto mientras hace su trabajo.
Artículo de Wikipedia para fuente de alimentación capacitiva . La premisa básica es que, dado que se trata de CA, la reactancia capacitiva imita la resistencia, pero con el beneficio de no "quemar" realmente la energía: se almacena en la tapa y se devuelve a la línea en el ciclo de CA negativo.
Este circuito reemplazó todos los 1N4001rectificadores con rectificadores 1N5819Schottky y utilizó un regulador lineal de baja caída AMS1117-5.0.
El LDO puede vivir con una altura libre más pequeña que 7805si desea una salida de 5V, puede alimentarlo con 5.6V filtrado, más las dos gotas Schottky de 0.2V cada una con un voltaje de entrada de CA de 6V.
@ LDO discreto automático? ¿Como en un amplificador operacional RRIO + referencia + PMOS?
Maxthon Chan el
Maxthon Chan, en el día usaba un par de cola larga con un espejo de corriente para conducir el mosfet. Esto me daba flexibilidad para diferentes trabajos que necesitaban diferentes corrientes y voltajes. La mayoría de las veces cargaba baterías para colgar la referencia del par de cola larga y detección de voltaje a través de un diodo fuera de la salida. Esto me dio protección contra cortocircuitos y polaridad inversa. La caída de voltaje fue mucho mejor que los reguladores disponibles en el día.
Autista
@Autistic Bueno, esos diseños tienen un recuento de partes loco, así que generalmente solo me quedo con un chip LDO. Si necesito altas corrientes (por ejemplo, mi diseño de fuente de alimentación de precisión) usaría el amplificador operacional RRIO + referencia + PMOS antes mencionado.
Maxthon Chan el
3
En realidad no es un "IC" pero es un paquete de montaje en PCB.
Element14 parece caro: ese mismo módulo Recom cuesta un 30% menos en Digikey
stevenvh
Es muy agradable no tener componentes externos necesarios (o, al menos, muy pocos en comparación con el soporte típico para un IC convertidor DC-DC en modo conmutado). Pero esos son caros ($ 20- $ 40). ¿Hay algo disponible en el rango de $ 3? (incluso solo DC-DC que va después del rectificador)
Respuestas:
No hay nada como "sin pérdidas" en la electrónica, y no hay un solo IC que esté diseñado para hacer lo que quieres. Pero aquí hay algunas ideas de suministro diferentes. Como no especificó el consumo actual o la eficiencia, veamos tres enfoques diferentes:
Suministro Zener sin aislamiento
5% de eficiencia o menos
Los temporizadores enchufables basados en microcontroladores generalmente usan fuentes de alimentación sin aislamiento, como esta:
R1 esencialmente reduce la diferencia entre el diodo Zener y el potencial de la red eléctrica de CA, por lo que no será eficiente para nada excepto cargas ligeras. Además, su carga no puede cambiar drásticamente, ya que la resistencia tiene que ser dimensionada para proporcionar suficiente corriente al zener para hacer que revierta la avalancha, sin proporcionar demasiada corriente. Si su carga comienza a tirar de demasiada corriente, su voltaje caerá. Si su carga no extrae suficiente corriente, el diodo zener puede dañarse.
Pros
Contras
Suministro de transformador regulado por frecuencia de red
20-75% de eficiencia
Siempre puede usar un transformador (60: 1 más o menos), un puente rectificador y un regulador lineal, como este:
Esto introduce un transformador voluminoso y costoso en el diseño, pero es más eficiente que el diseño anterior y su carga puede variar bastante.
Pros
Contras
Convertidor de CA / CC en modo conmutado completamente aislado
75-95% de eficiencia
El más eficiente (y más complejo) es un convertidor de conmutación AC / DC. Estos funcionan según el principio de convertir primero CA a CC, luego cambiar la CC a frecuencias muy altas para hacer un uso óptimo de las características del transformador, así como minimizar el tamaño (y la pérdida) de la red de filtro en el secundario. Power Integrations crea un IC que hace todo el control / retroalimentación / conducción; todo lo que necesita es agregar un transformador y optoaisladores. Aquí hay un diseño de ejemplo:
Como puede ver, la tensión de red de CA se rectifica y filtra inmediatamente para producir CC de alta tensión. El dispositivo Power Integrations cambia este voltaje rápidamente a través del lado primario del transformador. Se ve CA de alta frecuencia en el secundario, y se rectifica y filtra. Notarás que los valores de los componentes son bastante pequeños, incluso teniendo en cuenta el uso actual. Esto se debe a que la CA de alta frecuencia requiere componentes mucho más pequeños para filtrar que la CA de frecuencia de línea. La mayoría de estos dispositivos tienen modos especiales de potencia ultra baja que funcionan bastante bien.
Estos convertidores, en general, proporcionan una gran cantidad de eficiencia y también pueden generar cargas de alta potencia. Estos son los tipos de suministros que se ven en todo, desde pequeños cargadores de teléfonos celulares hasta fuentes de alimentación para computadoras portátiles y de escritorio.
Pros
Contras
fuente
Sé que es una pregunta antigua, pero es posible que desee ver el SR086 .
En Vout, solo necesita usar dc reg genérico (por ejemplo, 7805) para obtener su 5V.
Nota: Esto no está aislado, por lo que puede ser peligroso según la situación.
fuente
Pregunta antigua pero real. Después de evaluar decenas de enfoques para convertidores de potencia de CA / CC, concluí lo siguiente (para mí).
Requisitos:
Requisito cedido:
(Hasta ahora, voy con la fuente de alimentación basada en el regulador LDO LR8. La mejor solución para corriente de hasta 30 mA. Se puede conectar en paralelo para obtener 100 mA por un precio extra y huella). ACTUALIZACIÓN: La fuente de alimentación basada en LR8 no es relevante, es práctica La corriente es de 3 mA solamente. Implementé una fuente de alimentación bastante pequeña, simple y estable con LNK305 IC.
Cuando R1 = 2k, el voltaje de salida es de aproximadamente 3.3V. C2 mejor usar unos pocos cientos de uF. Todo el circuito de entrada (D3, D4, L2, C4) lo reemplacé por un puente de diodos. C5 = 2.2uF es suficiente, por su pequeño tamaño y costo.
Hasta ahora, estos circuitos son lo suficientemente buenos (tomados de Internet): menos componentes + bonificación de aislamiento.
Este es el segundo mejor circuito simple no aislado de ST.
En ambos circuitos por encima de la bobina o el transformador son bastante grandes y caros.
Variantes descartadas:
fuente
Estoy ligeramente sorprendido de que, si bien se suministró el suministro Zener sin aislamiento, no se menciona un divisor de voltaje del circuito de reactancia capacitiva sin aislamiento.
Si el dispositivo funciona dentro de un requisito de corriente limitado, esto puede ser razonablemente eficiente. El problema principal con el diseño (bueno, además de no proporcionar aislamiento de la red eléctrica) es que no puede usar tapas electrolíticas (que están polarizadas), y por lo tanto debe obtener tapas de película de rango uF clasificadas con el voltaje AC RMS (por lo que necesitaría un circuito de 240 V tapas de 350V o más), que no son especialmente compactas. Los valores de capacitancia también dependen de la frecuencia de la red de CA (60 Hz en los EE. UU., 50 Hz en gran parte del resto del mundo), así como de la tensión de red real (que será el caso con cualquier diseño sin conmutación).
En mi opinión, se debe agregar un MOV (varistor de óxido de metal) a todos estos diseños para proteger contra transitorios de línea. Uno está presente en el esquema SR086 (que curiosamente no muestra atribución). Eso debería unir Línea a Neutro (para la red eléctrica de EE. UU. 120 V) o Línea a Línea (para la red de 240 V), y estar conectado entre el fusible y la carga (como se ve en el esquema SR086), e idealmente antes de cualquier interruptor ( ya que un pico suficientemente alto puede cerrar un interruptor). Esto ayudará a proteger su circuito: un MOV debe manejar muchos picos pequeños y sobretensiones sin problema, y dará vida en el gran pico que de otra manera freiría todo en su circuito, mientras que el fusible entre el MOV y la red eléctrica se fundirá si el MOV se pone en corto mientras hace su trabajo.
No tengo un esquema de un divisor de voltaje de reactancia capacitiva, pero puedes encontrar uno en el artículo de Wikipedia para divisores de voltaje
Artículo de Wikipedia para fuente de alimentación capacitiva . La premisa básica es que, dado que se trata de CA, la reactancia capacitiva imita la resistencia, pero con el beneficio de no "quemar" realmente la energía: se almacena en la tapa y se devuelve a la línea en el ciclo de CA negativo.
fuente
Construyendo sobre la
7805idea, usando partes con menos pérdida.simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Este circuito reemplazó todos los
1N4001rectificadores con rectificadores1N5819Schottky y utilizó un regulador lineal de baja caídaAMS1117-5.0.El LDO puede vivir con una altura libre más pequeña que
7805si desea una salida de 5V, puede alimentarlo con 5.6V filtrado, más las dos gotas Schottky de 0.2V cada una con un voltaje de entrada de CA de 6V.AMS1117fuente
En realidad no es un "IC" pero es un paquete de montaje en PCB.
XP Power ECE05US05
http://au.element14.com/xp-power/ece05us05/psu-encapsulated-5w-singe-output/dp/2099447?in_merch=New%20Products
O si no necesita 5W, este es solo 1W
Recom RAC01-05SC
http://au.element14.com/recom-power/rac01-05sc/ac-dc-converter-1w-5v-reg/dp/1903055
fuente
Buen diseño de referencia para suministros simples sin transformador de baja potencia: http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00954A.pdf
fuente