Gibt es einen IC, der 230 V AC in 5 V DC umwandelt? So verlustfrei wie möglich. Ich möchte meinen Mikrocontroller an eine normale Steckdose anschließen und habe nicht genügend Platz zur Verfügung. Vielen Dank.
Wie viel Strom? Wie viel Platz? Und nein, nichts ist völlig verlustfrei; Können Sie mit einer Effizienz von 90% leben? Benötigen Sie Isolation?
Dave Tweed
6
Warum nicht einen Standard-Wandadapter verwenden?
helloworld922
1
Sie können ein USB-Ladegerät verwenden und das USB-Kabel abschneiden, um die 5V- und Gnd-Drähte freizulegen. (Wenn Sie ein neues Telefon kaufen, erhalten Sie einen Ersatz-230VAC-5V-DC-Wandler.)
Oskar Skog
Antworten:
88
In der Elektronik gibt es nichts, was "verlustfrei" ist, und es gibt keinen einzigen IC, der dafür ausgelegt ist, das zu tun, was Sie wollen. Aber hier sind einige verschiedene Versorgungsideen. Da Sie weder den Stromverbrauch noch den Wirkungsgrad angegeben haben, betrachten wir drei verschiedene Ansätze:
Nicht isolierende Zenerversorgung
5% Wirkungsgrad oder weniger
Plug-In-Timer, die auf Mikrocontrollern basieren, verwenden normalerweise nicht isolierende Netzteile wie folgt:
R1 verringert im Wesentlichen die Differenz zwischen der Zenerdiode und dem Wechselstromnetzpotential, sodass es für nichts anderes als leichte Lasten effizient ist. Darüber hinaus kann sich Ihre Last nicht dramatisch ändern, da der Widerstand so dimensioniert werden muss, dass der Zener ausreichend mit Strom versorgt wird, um eine Lawinenumkehr zu bewirken, ohne dass zu viel Strom zugeführt wird. Wenn Ihre Last zu viel Strom zieht, fällt die Spannung ab. Wenn Ihre Last nicht genug Strom zieht, kann die Zenerdiode beschädigt werden.
Vorteile
Sehr klein
Sehr günstig
Hervorragend für extrem leichte Lasten (MCU + -Schaltgerät)
Nachteile
Keine Isolation
Laststrom ist nicht flexibel; muss innerhalb eines kleinen Fensters fixiert werden
Netzfrequenzgeregelte Transformatorversorgung
20-75% Wirkungsgrad
Sie können immer einen Transformator (60: 1 oder so), einen Brückengleichrichter und einen Linearregler wie folgt verwenden:
Dies führt einen sperrigen und kostspieligen Transformator in das Design ein, der jedoch effizienter ist als das vorherige Design, und Ihre Last kann erheblich variieren.
Vorteile
Am einfachsten zu implementieren
Konzipiert für mittlere Stromlasten - zum Beispiel ein Radiowecker.
Volle Isolation
Relativ billig
Nachteile
Sperrig
Ziemlich ineffizient
Vollisolierter Schalt-AC / DC-Wandler
75-95% Wirkungsgrad
Am effizientesten (und komplexesten) ist ein AC / DC-Schaltwandler. Diese arbeiten nach dem Prinzip, zuerst Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln und dann den Gleichstrom bei sehr hohen Frequenzen zu schalten, um die Eigenschaften des Transformators optimal zu nutzen und die Größe (und den Verlust) des Filternetzwerks auf der Sekundärseite zu minimieren. Power Integrations stellt einen IC her, der die gesamte Steuerung / Rückmeldung / Ansteuerung übernimmt. Sie müssen lediglich einen Transformator und Optoisolatoren hinzufügen. Hier ist ein Beispieldesign:
Wie Sie sehen, wird die Netzwechselspannung sofort gleichgerichtet und gefiltert, um eine hohe Gleichspannung zu erzeugen. Das Power Integrations-Gerät schaltet diese Spannung schnell über die Primärseite des Transformators. Hochfrequenter Wechselstrom wird an der Sekundärseite gesehen und gleichgerichtet und gefiltert. Sie werden feststellen, dass die Komponentenwerte trotz der aktuellen Verwendung recht klein sind. Dies liegt daran, dass Hochfrequenz-Wechselstrom zum Filtern viel kleinere Komponenten benötigt als Netzfrequenz-Wechselstrom. Die meisten dieser Geräte verfügen über spezielle Ultra-Low-Power-Modi, die recht gut funktionieren.
Diese Wandler weisen im Allgemeinen einen hohen Wirkungsgrad auf und können auch Lasten mit hoher Leistung versorgen. Dies sind die Arten von Verbrauchsmaterialien, die Sie in allem von winzigen Ladegeräten für Mobiltelefone bis hin zu Netzteilen für Laptops und Desktop-Computer finden.
Vorteile
Extrem effizient
Volle Isolation
Hoher Ausgangsstrom: Kann ziemlich leicht mehr als 50 Ampere Gleichstrom mit niedriger Spannung erzeugen.
Der 7805 in Abbildung 4 reduziert den Wirkungsgrad sofort auf unter 70%, da die Spannungsabfallrate des Reglers sehr hoch ist. Ein modernes LDO reduziert diesen Verlust erheblich.
Russell McMahon
1
Russell hat recht, aber ein LDO wird das nur teilweise beheben. Um Netzspannungsschwankungen abzudecken, muss noch ein gewisser Spielraum eingeräumt werden. Die Dioden bedeuten auch einen Wirkungsgradverlust von 30%. Fügen Sie Transformatorverluste hinzu, und selbst mit einem LDO erzielen Sie keine 50% ige Effizienz.
Stevenvh
2
Können Sie erklären, wofür die NC-Wicklung des Transformators in der Ausführung Nr. 3 ist?
Dmitry Grigoryev
1
Was ist mit EMC? Was ist mit Leistungsfaktor? Was ist mit Netzstromoberwellen?
Autistic
2
Ich denke, es muss zum Wohle der Anfänger betont werden, dass "nichtisolierend" für die Zenerspeisung bedeutet, dass die "Niederspannungs" -Seite in Bezug auf die Sicherheit genau wie die Netzspannung behandelt werden muss. Auch aus Sicht des Endbenutzers sind Schaltnetzteile für häufig verwendete Spannungen und Nennleistungen nicht „teuer“, aber in der Regel die billigste Option - es ist schwierig, ein eigenes 5-V-, 1-A-Netzteil günstiger herzustellen, als Sie ein USB-Ausgangstelefon kaufen können Ladegerät, es sei denn, Sie können alle Teile spülen.
Nekomatic
12
Ich weiß, es ist eine alte Frage, aber vielleicht möchten Sie den SR086 sehen .
Bei Vout müssen Sie nur die generische Gleichstromregulierung (z. B. 7805) verwenden, um Ihre 5 V zu erhalten.
Hinweis: Dies ist nicht isoliert, daher kann es je nach Situation gefährlich sein.
Interessantes IC, wenn keine Isolierung erforderlich ist.
Rev1.0
Cool, das ist eine dieser Ideen, "warum habe ich nicht daran gedacht" ...
O'Rooney,
Sieht aus wie ein normaler Linearregler, der bei weitem nicht verlustfrei ist.
user253751
1
@immibis Es ist kein linearer Regler. Der SR086 nutzt die Tatsache, dass die Netzspannung sinusförmig ist, indem er den Transistor nur dann aktiviert, wenn die Netzspannung angemessen niedrig ist. Dies bedeutet, dass der Transistor nur in Sättigung oder Abschaltung betrieben werden sollte, was geringe Verluste bedeutet. Das Datenblatt nennt 55%, was nicht verlustfrei ist, aber auch nicht schlecht für Low-Power-Anwendungen. All dies geht natürlich zu Lasten eines schrecklichen Leistungsfaktors.
Marchel
Preisschätzung auf dieser Strecke?
Zapnologica
8
Alte aber aktuelle Frage. Nachdem ich zehn Ansätze für AC / DC-Stromrichter evaluiert hatte, folgte ich (für mich).
Bedarf:
Klein wie möglich.
Möglichst wenig Bauteile (Stellfläche, Größe, Preis).
Geringere Wärmeabgabe (mit anderen Worten Effizienz).
Niedriger Strom, sehr niedrige Spannung, geringe Ausgangsleistung.
Aufgabeanforderung:
Isolierung: In meiner Anwendung ist es gut isoliert, es ist kein menschlicher Schutz erforderlich.
(Bisher arbeite ich mit einem LDO-Netzteil auf LR8-Basis. Die beste Lösung für einen Strom von bis zu 30 mA. Kann parallel geschaltet werden, um 100 mA für zusätzlichen Preis und Platzbedarf zu erhalten.) AKTUALISIERUNG: Das Netzteil auf LR8-Basis ist nicht relevant, es ist praktisch Strom ist nur 3mA. Ich habe ein ziemlich kleines, einfaches und stabiles Netzteil mit LNK305 IC implementiert.
Bei R1 = 2k beträgt die Ausgangsspannung ca. 3,3V. C2 besser, um einige hundert uF zu verwenden. Alle Eingangsschaltung (D3, D4, L2, C4) habe ich durch Diodenbrücke ersetzt. C5 = 2,2 uF ist ausreichend - für geringe Größe und geringe Kosten.
Diese Schaltungen sind soweit gut genug (aus dem Internet entnommen): weniger Komponenten + Isolationsbonus.
Dies ist die zweitbeste nicht isolierte sehr einfache Schaltung von ST.
In beiden Stromkreisen oberhalb der Spule oder des Transformators sind sie ziemlich groß und teuer.
Verworfene Varianten:
Alles oben in diesem Thread aufgrund von Komplexität, Transformatoren, Isolation, Gesamtpreis des Netzteils usw.
Viper17 und Altair04 aufgrund von Komplexität und Transformator.
Ich bin leicht überrascht, dass, obwohl die nichtisolierende Zener-Versorgung bereitgestellt wurde, kein nichtisolierender Spannungsteiler für kapazitive Reaktanzschaltungen erwähnt wird.
Wenn das Gerät innerhalb eines engen Strombedarfs arbeitet, kann dies einigermaßen effizient sein. Das Hauptproblem bei der Konstruktion (naja, neben der fehlenden Netztrennung) ist, dass Sie keine elektrolytischen Kappen (die polarisiert sind) verwenden können und daher Filmkappen im uF-Bereich benötigen, die für die effektive Wechselspannung ausgelegt sind (daher würde ein 240-V-Stromkreis benötigt) Kappen mit einer Nennspannung von 350 V oder höher), die nicht besonders kompakt sind. Die Kapazitätswerte hängen auch von der Netzfrequenz (60 Hz in den USA, 50 Hz in weiten Teilen der Welt) sowie von der tatsächlichen Netzspannung ab (was bei nicht schaltenden Ausführungen der Fall ist).
IMO, ein MOV (Metalloxid-Varistor) sollte zu all diesen Konstruktionen hinzugefügt werden, um den Schutz vor Leitungstransienten zu gewährleisten. Eine davon ist im SR086-Schema enthalten (das seltsamerweise keine Zuschreibung enthält). Das sollte Line-to-Neutral (für US-120-V-Netz) oder Line-to-Line (für 240-V-Netz) überbrücken und zwischen Sicherung und Last (wie im SR086-Schaltplan dargestellt) und idealerweise vor allen Schaltern abgegriffen werden ( da eine ausreichend hohe Spitze einen Schalter überbrücken kann). Dies trägt zum Schutz Ihres Stromkreises bei - ein MOV sollte mit vielen kleinen Spannungsspitzen und -spitzen problemlos umgehen können und gibt sein Leben an dem großen Spannungsspitzen ab, der sonst alles in Ihrem Stromkreis abbrennt, während die Sicherung zwischen MOV und Netz durchbrennt, wenn die MOV-Shorts während der Arbeit.
Wikipedia-Artikel zur kapazitiven Stromversorgung . Die Grundvoraussetzung ist, dass die kapazitive Reaktanz, da es sich um Wechselstrom handelt, den Widerstand nachahmt, aber den Vorteil hat, dass die Energie nicht tatsächlich "abgebrannt" wird - sie wird in der Kappe gespeichert und beim negativen Wechselstromzyklus wieder in die Leitung eingespeist.
Diese Schaltung ersetzte alle 1N4001Gleichrichter durch 1N5819Schottky-Gleichrichter und verwendete einen linearen Regler mit niedrigem Ausfall AMS1117-5.0.
Der LDO kann mit einem geringeren Headroom 7805auskommen. Wenn Sie einen 5-V-Ausgang wünschen, können Sie ihn mit 5,6 V (gefiltert) und den beiden 0,2-V-Schottky-Tropfen mit einer Eingangswechselstrom-Spitzenspannung von 6 V speisen.
Ich benutze immer Schottkies bei LV und ich benutze deskrete LDO.
Autistic
@Autistic Discrete LDO? Wie in einem RRIO-Operationsverstärker + Referenz + PMOS?
Maxthon Chan
Maxthon Chan, heute würde ich ein langes Schwanzpaar mit einem Stromspiegel verwenden, um den Mosfet anzutreiben. Dies gab mir Flexibilität für verschiedene Jobs, die unterschiedliche Ströme und Spannungen benötigten. Die meiste Zeit lud ich Batterien auf, sodass ich die Langschwanzpaarreferenz aufhängte und Spannungsmessung über eine Diode am Ausgang. Dies gab mir einen Kurzschluss- und Verpolungsschutz. Der Spannungsabfall war weitaus besser als bei den heute erhältlichen Reglern.
Autistic
@Autistic Nun, diese Designs haben eine verrückte Anzahl von Teilen, also bleibe ich normalerweise bei einem LDO-Chip. Wenn ich hohe Ströme benötige (z. B. mein Percision-Netzteildesign), würde ich den oben genannten RRIO-Operationsverstärker + Referenz + PMOS verwenden.
Maxthon Chan
3
Es ist eigentlich kein "IC", aber es ist ein PCB-Mount-Paket.
Element14 scheint teuer zu sein: Dasselbe Recom-Modul kostet bei Digikey 30% weniger
stevenvh
Es ist sehr schön, dass keine externen Komponenten erforderlich sind (oder zumindest sehr wenige im Vergleich zur typischen Unterstützung für einen Schalt-DC / DC-Wandler-IC). Aber die sind teuer (20-40 Dollar). Gibt es etwas im Bereich von 3 USD? (auch nur DC-DC, die nach dem Gleichrichter geht)
Antworten:
In der Elektronik gibt es nichts, was "verlustfrei" ist, und es gibt keinen einzigen IC, der dafür ausgelegt ist, das zu tun, was Sie wollen. Aber hier sind einige verschiedene Versorgungsideen. Da Sie weder den Stromverbrauch noch den Wirkungsgrad angegeben haben, betrachten wir drei verschiedene Ansätze:
Nicht isolierende Zenerversorgung
5% Wirkungsgrad oder weniger
Plug-In-Timer, die auf Mikrocontrollern basieren, verwenden normalerweise nicht isolierende Netzteile wie folgt:
R1 verringert im Wesentlichen die Differenz zwischen der Zenerdiode und dem Wechselstromnetzpotential, sodass es für nichts anderes als leichte Lasten effizient ist. Darüber hinaus kann sich Ihre Last nicht dramatisch ändern, da der Widerstand so dimensioniert werden muss, dass der Zener ausreichend mit Strom versorgt wird, um eine Lawinenumkehr zu bewirken, ohne dass zu viel Strom zugeführt wird. Wenn Ihre Last zu viel Strom zieht, fällt die Spannung ab. Wenn Ihre Last nicht genug Strom zieht, kann die Zenerdiode beschädigt werden.
Vorteile
Nachteile
Netzfrequenzgeregelte Transformatorversorgung
20-75% Wirkungsgrad
Sie können immer einen Transformator (60: 1 oder so), einen Brückengleichrichter und einen Linearregler wie folgt verwenden:
Dies führt einen sperrigen und kostspieligen Transformator in das Design ein, der jedoch effizienter ist als das vorherige Design, und Ihre Last kann erheblich variieren.
Vorteile
Nachteile
Vollisolierter Schalt-AC / DC-Wandler
75-95% Wirkungsgrad
Am effizientesten (und komplexesten) ist ein AC / DC-Schaltwandler. Diese arbeiten nach dem Prinzip, zuerst Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln und dann den Gleichstrom bei sehr hohen Frequenzen zu schalten, um die Eigenschaften des Transformators optimal zu nutzen und die Größe (und den Verlust) des Filternetzwerks auf der Sekundärseite zu minimieren. Power Integrations stellt einen IC her, der die gesamte Steuerung / Rückmeldung / Ansteuerung übernimmt. Sie müssen lediglich einen Transformator und Optoisolatoren hinzufügen. Hier ist ein Beispieldesign:
Wie Sie sehen, wird die Netzwechselspannung sofort gleichgerichtet und gefiltert, um eine hohe Gleichspannung zu erzeugen. Das Power Integrations-Gerät schaltet diese Spannung schnell über die Primärseite des Transformators. Hochfrequenter Wechselstrom wird an der Sekundärseite gesehen und gleichgerichtet und gefiltert. Sie werden feststellen, dass die Komponentenwerte trotz der aktuellen Verwendung recht klein sind. Dies liegt daran, dass Hochfrequenz-Wechselstrom zum Filtern viel kleinere Komponenten benötigt als Netzfrequenz-Wechselstrom. Die meisten dieser Geräte verfügen über spezielle Ultra-Low-Power-Modi, die recht gut funktionieren.
Diese Wandler weisen im Allgemeinen einen hohen Wirkungsgrad auf und können auch Lasten mit hoher Leistung versorgen. Dies sind die Arten von Verbrauchsmaterialien, die Sie in allem von winzigen Ladegeräten für Mobiltelefone bis hin zu Netzteilen für Laptops und Desktop-Computer finden.
Vorteile
Nachteile
quelle
Ich weiß, es ist eine alte Frage, aber vielleicht möchten Sie den SR086 sehen .
Bei Vout müssen Sie nur die generische Gleichstromregulierung (z. B. 7805) verwenden, um Ihre 5 V zu erhalten.
Hinweis: Dies ist nicht isoliert, daher kann es je nach Situation gefährlich sein.
quelle
Alte aber aktuelle Frage. Nachdem ich zehn Ansätze für AC / DC-Stromrichter evaluiert hatte, folgte ich (für mich).
Bedarf:
Aufgabeanforderung:
(Bisher arbeite ich mit einem LDO-Netzteil auf LR8-Basis. Die beste Lösung für einen Strom von bis zu 30 mA. Kann parallel geschaltet werden, um 100 mA für zusätzlichen Preis und Platzbedarf zu erhalten.) AKTUALISIERUNG: Das Netzteil auf LR8-Basis ist nicht relevant, es ist praktisch Strom ist nur 3mA. Ich habe ein ziemlich kleines, einfaches und stabiles Netzteil mit LNK305 IC implementiert.
Bei R1 = 2k beträgt die Ausgangsspannung ca. 3,3V. C2 besser, um einige hundert uF zu verwenden. Alle Eingangsschaltung (D3, D4, L2, C4) habe ich durch Diodenbrücke ersetzt. C5 = 2,2 uF ist ausreichend - für geringe Größe und geringe Kosten.
Diese Schaltungen sind soweit gut genug (aus dem Internet entnommen): weniger Komponenten + Isolationsbonus.
Dies ist die zweitbeste nicht isolierte sehr einfache Schaltung von ST.
In beiden Stromkreisen oberhalb der Spule oder des Transformators sind sie ziemlich groß und teuer.
Verworfene Varianten:
quelle
Ich bin leicht überrascht, dass, obwohl die nichtisolierende Zener-Versorgung bereitgestellt wurde, kein nichtisolierender Spannungsteiler für kapazitive Reaktanzschaltungen erwähnt wird.
Wenn das Gerät innerhalb eines engen Strombedarfs arbeitet, kann dies einigermaßen effizient sein. Das Hauptproblem bei der Konstruktion (naja, neben der fehlenden Netztrennung) ist, dass Sie keine elektrolytischen Kappen (die polarisiert sind) verwenden können und daher Filmkappen im uF-Bereich benötigen, die für die effektive Wechselspannung ausgelegt sind (daher würde ein 240-V-Stromkreis benötigt) Kappen mit einer Nennspannung von 350 V oder höher), die nicht besonders kompakt sind. Die Kapazitätswerte hängen auch von der Netzfrequenz (60 Hz in den USA, 50 Hz in weiten Teilen der Welt) sowie von der tatsächlichen Netzspannung ab (was bei nicht schaltenden Ausführungen der Fall ist).
IMO, ein MOV (Metalloxid-Varistor) sollte zu all diesen Konstruktionen hinzugefügt werden, um den Schutz vor Leitungstransienten zu gewährleisten. Eine davon ist im SR086-Schema enthalten (das seltsamerweise keine Zuschreibung enthält). Das sollte Line-to-Neutral (für US-120-V-Netz) oder Line-to-Line (für 240-V-Netz) überbrücken und zwischen Sicherung und Last (wie im SR086-Schaltplan dargestellt) und idealerweise vor allen Schaltern abgegriffen werden ( da eine ausreichend hohe Spitze einen Schalter überbrücken kann). Dies trägt zum Schutz Ihres Stromkreises bei - ein MOV sollte mit vielen kleinen Spannungsspitzen und -spitzen problemlos umgehen können und gibt sein Leben an dem großen Spannungsspitzen ab, der sonst alles in Ihrem Stromkreis abbrennt, während die Sicherung zwischen MOV und Netz durchbrennt, wenn die MOV-Shorts während der Arbeit.
Ich habe kein fertiges Schema eines kapazitiven Reaktanz-Spannungsteilers, aber Sie können eines im Wikipedia-Artikel für Spannungsteiler finden
Wikipedia-Artikel zur kapazitiven Stromversorgung . Die Grundvoraussetzung ist, dass die kapazitive Reaktanz, da es sich um Wechselstrom handelt, den Widerstand nachahmt, aber den Vorteil hat, dass die Energie nicht tatsächlich "abgebrannt" wird - sie wird in der Kappe gespeichert und beim negativen Wechselstromzyklus wieder in die Leitung eingespeist.
quelle
Bauen Sie auf der
7805Idee auf, indem Sie Teile mit weniger Verlust verwenden.simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
Diese Schaltung ersetzte alle
1N4001Gleichrichter durch1N5819Schottky-Gleichrichter und verwendete einen linearen Regler mit niedrigem AusfallAMS1117-5.0.Der LDO kann mit einem geringeren Headroom
7805auskommen. Wenn Sie einen 5-V-Ausgang wünschen, können Sie ihn mit 5,6 V (gefiltert) und den beiden 0,2-V-Schottky-Tropfen mit einer Eingangswechselstrom-Spitzenspannung von 6 V speisen.AMS1117quelle
Es ist eigentlich kein "IC", aber es ist ein PCB-Mount-Paket.
XP Power ECE05US05
http://au.element14.com/xp-power/ece05us05/psu-encapsulated-5w-singe-output/dp/2099447?in_merch=New%20Products
Oder wenn Sie 5W nicht benötigen, ist dieses nur 1W
RAC01-05SC empfehlen
http://au.element14.com/recom-power/rac01-05sc/ac-dc-converter-1w-5v-reg/dp/1903055
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Gutes Referenzdesign für einfache, stromsparende, transformatorlose Netzteile: http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00954A.pdf
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