24VAC / 5VDC Netzteil

Ich plane eine Wasserventilsteuerung mit einer MCU und einem Satz magnetgesteuerter Ventile. Die Magnetspulen werden mit 24 V Wechselstrom betrieben (40 mA Einschaltstrom, 20 mA Haltestrom).

Die MCU befindet sich auf einer Platine mit ~ 100 mA und verfügt über einen integrierten Regler, sodass ich sie entweder direkt mit 5 V (unter Umgehung des Reglers) oder mit 6 bis 12 V über den integrierten Regler versorgen kann. Ich möchte auch einige andere 5-V-Peripheriegeräte betreiben (z. B. Sensoren, ein Display, einige LEDs und so weiter). Nehmen wir also an, ich benötige 500 mA geregelten 5-V-Gleichstrom.

Ich könnte theoretisch den gleichgerichteten / gefilterten Ausgang des 24-VAC-Transformators auf ~ 12 V regeln und den integrierten Regler verwenden, um ihn weiter auf 5 V zu regeln, aber ich würde eine Menge Strom (vergleichsweise) als Abwärme abgeben. Meine Regler müssten gekühlt und möglicherweise aktiv gekühlt werden (das alles würde in einer Box in einer Garage gehen, wo es regelmäßig auf ~ 110F kommen würde ...). Ich habe auch überlegt, einen Schaltregler anstelle eines Linearreglers zu verwenden, aber ich habe NULL-Erfahrung mit diesen Reglern und ich würde nicht wissen, wie man einen Schaltplan zusammenstellt, um das zu tun, was ich will, oder ob er sogar so theoretisch realistisch ist als linearregler idee.

Ich habe mit der Idee gespielt, einen 24-VAC-Transformator mit Mittenabgriff zu verwenden und die 12-V-Spannung vom Mittenabgriff bis auf 5 VDC zu regeln, um die MCU zu betreiben und die 24-VAC-Spannung über den vollen Ausgang zu verwenden, um die Magnetspulen anzutreiben.

Ist das ein passendes Design? Ist es in Ordnung, den Mittelhahn auf diese Weise zu verwenden?

Ihre Lösung begann als erträglich (5 V bei 100 mA), endete jedoch bei 500 mA völlig inakzeptabel. Sie sagen, dass Ihre "Wandwarze" mit 300 mA eingestuft ist. Wenn Sie eine Spannung mit einem Linearregler zuführen, ist der Eingangsstrom der gleiche wie der Ausgangsstrom - der Regler verringert die Spannungsdifferenz. Wenn Sie hier also 500 mA bei 5 V ziehen, müssen Sie 500 mA bei 12 V oder 24 V liefern. Der Transformator wird in beiden Fällen überlastet.

Wenn die Nennwerte so sind, wie Sie sagen, ist die Verwendung eines Schaltreglers (SR), der mit 24 V in. wird, eine potenziell akzeptable Lösung .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

. Wenn der SR 80% effizient ist (leicht zu erreichen), steigt er auf 260 mA. Da dies gelegentlich erforderlich sein kann, ist der Gesamtstrom bei 24 V bei einer 300-mA-Versorgung wahrscheinlich akzeptabel - je nachdem, wie viele Magnete Sie warten möchten.$24V \times 5 W =~ 210 mA$

Wenn Sie wechseln nur einen Magneten auf sofort die Stromaufnahme mit N aktiviert ist . Der Stoßstrom ist im Wesentlichen unerheblich.$20 \times N + 20 mA$

Wenn Sie mehr als 3 oder 4 Magnetspulen benötigen, muss die Stromaufnahme bei 5 V möglicherweise begrenzt werden.

z.B

• 10 Magnete bei 20 mA = $200 mA$
• Balance = $300mA-200mA = 100 mA$
• Verfügbarer Strom bei 5 V bei 80% Wirkungsgrad = , etwa400mA.$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

Beachten Sie, dass bei Verwendung eines Schaltreglers die Verwendung einer höheren Eingangsspannung zu einem geringeren Stromverbrauch führt. Daher ist es hier besser, die volle 24V-Versorgung zu nutzen.

Beachten Sie auch, dass der gleichgerichtete Gleichstrom bei einem echten 24- V- Wechselstrom etwa 24 V A C × 1,414 - 1,5 V beträgt "ein bisschen" = 30 V D $24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

Weil:

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

• Ein Vollbrückengleichrichter lässt etwa 1,5 V abfallen.

• 34 VDC ist die Spitzenspannung und der verfügbare Gleichstrom ist geringfügig niedriger - abhängig von der Last. Es wird "ein bisschen" Welligkeit und Verdrahtungsverlust geben und ...

Bei einem Wirkungsgrad von 80% ergibt dies eine Erhöhung des Gleichstroms von 24 VAC auf 5 V von $\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

z.B

• Für 48 mA bei 5 V benötigen Sie 10 mA bei 30 V.
• Für 480 mA bei 5 V benötigen Sie 100 mA bei 30 V.

Du bekommst also ungefähr 10 Magnete plus fast 500 mA bei 5V DC :-)

Eine Lösung von vielen:

Es gibt viele SR ICs und Designs. Hier genügt ein einfacher Abwärtsregler. Sie können Gewerbeeinheiten kaufen oder "Ihre eigenen rollen". Es gibt viele moderne ICs, aber wenn die Kosten hoch sind, können Sie sich den alten MC34063 ansehen. Über den günstigsten verfügbaren Schaltregler-IC und in der Lage, im Wesentlichen jede Topologie zu handhaben. Es würde diese Aufgabe ohne externe Halbleiter und mit einem Minimum an anderen Komponenten bewältigen.

MC34063. $ US0.62 von Digikey in 1's. Ich bezahle in China ungefähr 10 Cent pro 10.000 Stück (ungefähr die Hälfte von Digikeys Preis).

Abbildung 8 im Datenblatt, auf das unten verwiesen wird, entspricht genau Ihren Anforderungen. Hier 25 VDC ein, 5 V bei 500 mA aus. 83% effizient. 3 x R, 3 x C, Diode, Induktivität. Es würde ohne Änderung bei 30 VDC in arbeiten.

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

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

• Hinzugefügt:

Abbildung 8 im LM34063-Datenblatt zeigt ALLE Komponentenwerte mit Ausnahme des Induktivitätsdesigns (nur die Induktivität ist angegeben). Wir können den Induktor von Digikey (siehe unten) oder wo auch immer für Sie spezifizieren und / oder Sie bei der Konstruktion unterstützen. Grundsätzlich handelt es sich um eine 200-uH-Induktivität, die für die allgemeine Verwendung beim Schalten von Strom mit einem Sättigungsstrom von beispielsweise 750 mA oder mehr entwickelt wurde. Dinge wie Resonanzfrequenz, Widerstand usw. sind wichtig, ABER es besteht die Gefahr, dass sie in allen Teilen gut sind, die die Grundspezifikation erfüllen. ODER Sie können Ihre eigenen für sehr wenig auf zB einen Micrometals-Kern wickeln. Design-Software auf ihrer Website.

Von Digikey $ 0,62 / 1. Auf Lager. Bourns (dh gut).

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

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

Etwas bessere Spezifikation

• € 0,75 / 1.

• Oberflächenmontage.

• Bourns.

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

Selbst wenn Sie die Center Tap- Lösung verwenden, benötigen Sie einen Schaltregler. Ein linearer Regler würde immer noch 5W verbrauchen und es lohnt sich nicht. Ich komme gleich zum Switcher zurück.
Wenn Sie den Transformator mit Mittelanzapfung verwenden möchten, müssen Sie zwei Dinge beachten:

1. Sie können die Magnetspulen nicht direkt durch nicht isolierte Triacs treiben , da sich die Erdung Ihres Netzteils auf der Hälfte der Wechselspannung befindet. Aber ein Blick auf diese Frage Ich denke , Sie verwenden möchten SSR , so dass das OK. Ein elektromechanisches Relais reicht ebenfalls aus.
2. Ein Transformator mit Mittenabgriff und ein Vollweggleichrichter sind in Bezug auf den Transformator nicht sehr effizient, da immer nur die Hälfte des Transformators verwendet wird. Sie benötigen also einen größeren (und damit teureren) Transformator.

Das Arbeitsprinzip von Schaltern ist etwas komplizierter als das eines Linearreglers, aber es ist nicht extrem schwierig. Dank ihres Vorteils, hohe Wirkungsgrade zu bieten, werden sie heutzutage überall eingesetzt, und es steht eine Vielzahl von Regulierungsbehörden zur Verfügung . Olin erwähnte Linear Technology , sie sind eine der führenden auf dem Gebiet. Sie sind nicht die billigsten, aber wenn Sie nur eine brauchen, ist das kein so großes Problem wie zum Beispiel für 100.000 / Jahr. Ihre Website bietet eine parametrische Suche, die mit meinen Parametern ungefähr 16 Teile ergibt , also gibt es eine große Auswahl. Ich habe die feste Ausgangsspannung LT1076-5 gewählt (ohne Berücksichtigung der Kosten):

Wie Sie sehen, ist dies kaum komplizierter als ein Linearregler. Wo liegt also das Problem?

1. Switcher schalten manchmal mit ziemlich hohen Frequenzen (MHz-Bereich), was EMI verursacht . Dieser arbeitet mit niedrigeren 100 kHz, weniger EMI, aber einer etwas größeren Spule. Keine große Sache.
2. Sie können mit Umschaltern sehr hohe Wirkungsgrade erzielen , aber um diesen letzten Prozentsatz herauszuholen, müssen Sie die Komponenten sehr sorgfältig auswählen und dem PCB-Layout viel Aufmerksamkeit schenken . Wenn Sie noch keine Erfahrung mit SMPS-Design haben, haben Sie möglicherweise einen Wirkungsgrad von nur 85% anstelle von maximal 90%. Wieder keine große Sache.

Entscheidende Komponenten sind die Spule, die Diode und C1. Sie sind auch die Teile, die Aufmerksamkeit im Layout benötigen: Die Schleife L1-C1-D1 muss so kurz wie möglich gehalten werden, und auch die Verbindung zwischen IC und Spule. Verwenden Sie breite Spuren, da diese hohe Ströme führen.

Auf den zweiten Blick ist dies nicht das ideale Datenblatt. Tatsächlich ist es für ein LT-Datenblatt ziemlich kurz. Es gibt kein einziges Diagramm, und viele andere Datenblätter enthalten zahlreiche Informationen zur Komponentenauswahl. Überprüfen Sie andere Teile, wenn Sie mehr erfahren möchten. ( Update: Das Datenblatt für den LT1076-5 scheint eher ein Nachtrag zu dem des LT1076 zu sein , der umfangreicher ist. )
Die Datenblätter für den LT1766 und den LT3430 sind LT-ähnlicher und enthalten fast 20 Seiten mit Anwendungsinformationen Berechnungen und Boardlayout. Lies sie und lerne! :-)

OK, hier ging es um LT. Ja, ich bin ein Fan (auch sehr gute Unterstützung, zumindest für Profis), aber es gibt natürlich noch andere. National hat eine Reihe von einfachen Schaltern und einen Webench-Designer, der Ihnen Schaltpläne mit Stücklisten liefert. Viel billiger als LT auch.

Es hört sich so an, als hätten Sie bereits das, was Sie in der 24-VAC-300-mA-Steckdose benötigen.

Der 500-mA-Bedarf Ihres 5-V-Systems ist hoch genug, um einen Umschalter zu erfordern. Sie können die Magnetspulen weiterhin wie vorgesehen an der 24-V-Wechselspannung betreiben, dies aber auch beheben und dann auf 5 V herunterregeln, um den Prozessor zu betreiben. Die Spitzenwerte des 24-VAC-Sinus betragen 34 V, daher sollten Sie das System für den Betrieb mit bis zu 40 V auslegen.

Es sollten viele handelsübliche Chips verfügbar sein, die bis zu 40 V einspeisen und 500 mA bei 5 V ausspeisen können. Diese Dinge sind in der Regel überraschend teuer (mehrere US-Dollar pro Stück), aber im Vergleich zu den Kosten eines einzelnen Ventils wahrscheinlich gering. Der Umgang mit der Hitze ist sonst ebenfalls nicht kostenlos. Es ist möglich, einen eigenen Buck-Konverter zu rollen und ein paar Dollar zu sparen, aber es dauert länger und ist wahrscheinlich keine gute Idee, wenn Sie hier grundlegende Fragen stellen müssen.

Der Transformator mit Mittelabgriff ist keine gute Idee. 12 V Wechselstrom betragen 17 V Spitze, 15,5 nach der Vollwellenbrücke. Selbst wenn es heißt, dass nach einem Abfall von Statik und Impedanz nur ein Durchschnitt von 13 V vorliegt, sind dies immer noch 4 Watt Wärme. Es ist auch 4W weniger für die Magnetspulen verfügbar.

Verwenden Sie unbedingt einen Schaltregler. Ich benutze 34063, einen gängigen, billigen Schaltregler. Apropos Wasserventilsteuerung, ich habe ein Open-Source-Design auf meiner Website:

• OpenSprinkler-Teileliste und PCB-Image

Meine unmittelbaren Gedanken:

• Nehmen Sie die 24VAC und richten Sie sie mit einem Vollweg-Brückengleichrichter gleich.
• Fügen Sie einen geeigneten Glättungskondensator hinzu.
• Nehmen Sie eine Einspeisung von 24 V Gleichstrom und führen Sie sie durch einen LM317T mit geeigneten Spannungsabgleichwiderständen (z. B. 680 Ω und 2 kΩ iirc) und Ausgangskondensator.

Damit sollten Sie genügend Strom für die Magnetspulen und die MCU haben.

Wenn Sie mehr Strom möchten, verwenden Sie einfach einen fleischigeren Transformator, der mehr als 300 mA liefert. Der LM317T kann mit bis zu 1,5 A umgehen, wenn Sie ihn mit solchen versorgen können.

Offensichtlich gibt es "effizientere" Schaltkreise, aber dieser ist schnell und einfach zusammenzustellen.