24VAC / 5VDC güç kaynağı tasarımı

Bir MCU ve bir dizi solenoid kontrollü valf kullanarak bir su vanası kontrolörü oluşturmayı planlıyorum. Solenoidler 24VAC (40mA yığılma, 20mA tutma) üzerinde çalışır.

MCU ~ 100mA çeken bir kart üzerindedir ve bir yerleşik regülatöre sahiptir, bu yüzden doğrudan 5V (regülatörü atlayarak) veya yerleşik regülatörden 6-12V sağlayabilirim. Ayrıca diğer 5V çevre birimlerini de çalıştırmak istiyorum (yani sensörler, bir ekran, bazı LED'ler ve ne olursa olsun), bu yüzden 500mA ayarlı 5VDC'ye ihtiyacım olacağını varsayalım.

Teorik olarak 24VAC transformatörden rektifiye / filtrelenmiş çıkışı alabilir ve ~ 12V'ye ayarlayabilirim ve dahili regülatörü kullanarak 5V'a daha fazla düzenleyebilirim, ancak atık ısı olarak çok fazla güç dağıtırdım. Düzenleyicilerimin soğutulması ve muhtemelen aktif olarak soğutulması gerekiyordu (bu, düzenli olarak ~ 110F'ye ulaşacağı bir garajdaki bir kutuya gidecekti ...). Ayrıca doğrusal bir regülatör yerine bir anahtarlama regülatörü kullanmayı da düşündüm, ancak bunlarla ZERO deneyimim var ve istediğimi yapmak için bir şemayı nasıl bir araya getireceğimizi veya teorik olarak gerçekçi olup olmadığını bilmiyorum doğrusal regülatör fikri olarak.

Merkeze dokunmuş 24VAC transformatör kullanma ve MCU'yu çalıştırmak için merkez musluktan 12V'yi 5VDC'ye kadar düzeltme / düzenleme ve solenoidleri çalıştırmak için 24VAC'ı tam çıkış boyunca kullanma fikriyle oynadım.

Bu uygun bir tasarım mı? Orta musluğu bu şekilde kullanmak uygun mudur?

Çözeltiniz katlanılabilir olarak başladı (100 mA'da 5V), ancak 500 mA'da tamamen kabul edilemez hale geldi. "Duvar siğilinizin" 300 mA değerinde olduğunu söylüyorsunuz. Doğrusal bir regülatör kullanarak bir voltaj beslediğinizde, giriş akımı akım çıkışı ile aynıdır - regülatör voltaj farkını düşürür. Yani burada 5V'de 500 mA çizerseniz, 12V veya 24V'de 500 mA beslemelisiniz. Her iki durumda da transformatör aşırı yüklenir.

Değerlendirme olarak ise, bir potansiyel olarak uygun çözelti içinde 24V faaliyet bir şalter regülatörü (SR) kullanmaktır de ki. .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

$24V \times 5 W =~ 210 mA$ . SR% 80 verimli ise (kolayca elde edilir) bu 260 mA'ya yükselir. Ara sıra bir gereksinim olduğu için, 24V'daki toplam akım 300 mA beslemeyle muhtemelen kabul edilebilir - kaç tane solenoidin bakımını yapmak istediğinize bağlı olarak.

Aynı anda yalnızca bir solenoidi açarsanız, N etkinleştirilmiş olan mevcut tahliye . Dalgalanma akımı esasen önemsizdir.$20 \times N + 20 mA$

3 veya 4'ten fazla solenoid istiyorsanız, 5V'deki akım tahliyesinin sınırlandırılması gerekebilir.

Örneğin

• 20 mA = 10 solenoid$200 mA$
• Denge =$300mA-200mA = 100 mA$
• % 80 verimde 5V'de mevcut akım = , örneğin .$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

Bir anahtarlama regülatörü kullanıldığında, daha yüksek bir giriş voltajı kullanmanın daha az giriş akımı tahliyesine neden olacağını unutmayın. Bu nedenle tam 24V beslemesini kullanmak daha iyidir.

Transformatör orijinal bir 24 VAC ise, düzeltilmiş DC'nin yaklaşık "biraz" olacağını unutmayın.= 30 V D $24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

Çünkü:

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

• Tam bir köprü doğrultucu yaklaşık 1.5V düşecektir.

• 34 VDC pik voltajdır ve mevcut DC biraz daha düşük olacaktır - yüke bağlıdır. Dalgalanma ve kablolama kaybı ve trafo düşüş ve "biraz" olacak ...

% 80 verimlilikte bu, 24VAC - 5V DC akım artışı$\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

Örneğin

• 5V'de 48 mA için 30V'da 10 mA gerekir.
• 5V'de 480 mA için 30V'da 100 mA'ya ihtiyacınız vardır.

5V DC'de 10 solenoid artı neredeyse 500 mA elde edersiniz :-)

Birçoğunun bir çözümü:

Birçok SR IC ve tasarımı vardır. Burada basit bir kova regülatörü yeterli olacaktır. Ticari birimler satın alabilir veya "kendiniz toplayabilirsiniz". Birçok modern IC var, ancak maliyet bir primde ise, MC34063'e bakabilirsiniz. Mevcut en ucuz anahtarlama regülatörü IC hakkında ve esasen herhangi bir topolojiyi işleyebilir. Harici yarı iletkenler ve minimum diğer bileşenler olmadan bu görevi yerine getirecektir.

MC34063. 1's içinde Digikey $ US0.62. Çin'de 10.000 qauntity'de yaklaşık 10 sent ödüyorum (yaklaşık yarısı Digikey'in fiyatı).

Aşağıda belirtilen veri sayfasındaki Şekil 8, gereksiniminizle "mükemmel bir uyum" teşkil etmektedir. Burada 25 VDC giriş, 500 mA çıkışta 5V. % 83 verimli. 3 x R, 3 x C, diyot, indüktör. 30 VDC'de değişiklik yapmadan çalışır.

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

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

• Katma:

LM34063 veri sayfasındaki Şekil 8, indüktör tasarımı hariç TÜM bileşen değerlerini gösterir (yalnızca endüktans verilir). Sizin için indüktörü Digikey'den (aşağıya bakın) veya istediğiniz yerden ve / veya tasarlamanıza yardımcı olabiliriz. Temel olarak, 750 mA veya daha yüksek bir doyma akımı ile genel güç anahtarlama kullanımı için tasarlanmış bir 200 uH indükondur. Rezonans frekansı, direnç vb. Madde gibi şeyler, ancak temel spesifikasyonu karşılayan herhangi bir kısımda iyi olmakla yükümlüdür. VEYA, örneğin bir Micrometals çekirdeği üzerinde çok az bir şey için kendiniz sarabilirsiniz. Kendi sitelerinde tasarım yazılımı.

Gönderen Digikey $ US0.62 / 1. Stokta var. Bourns (yani iyi).

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

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

Biraz daha iyi spec

• $ US0.75 / 1.

• Yüzeye montaj.

• Bourns.

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

Orta musluk çözümünü kullansanız bile bir anahtarlama regülatörü isteyeceksiniz; doğrusal bir regülatör hala 5W dağıtır ve buna değmez. Bir dakika içinde değiştiriciye geri döneceğim.
Ortadan dişli transformatörü kullanırsanız, iki şeyi aklınızda tutmanız gerekir:

1. Solenoidleri doğrudan yalıtılmamış triyaklardan süremezsiniz , çünkü güç kaynağınızın topraklaması AC voltajının yarısıdır. Ama bu soruya bakarak sanırım bir SSR kullanmak istiyorsunuz , bu yüzden sorun değil. Elektromekanik bir röle de yapacak.
2. Merkezi kılavuzlanmış bir transformatör + tam dalga doğrultucu, transformatöre ilişkin olarak çok verimli değildir, çünkü herhangi bir zamanda transformatörün sadece yarısını kullanır . Böylece daha büyük (ve dolayısıyla daha pahalı) bir transformatöre ihtiyacınız olacak.

Switcherlar çalışma prensibi biraz daha doğrusal bir regülatör daha karmaşık, ama son derece zor değil. Yüksek verimlilik sunma avantajları sayesinde bu günlerde her yerde kullanılıyorlar ve çok sayıda düzenleyici var . Olin , Lineer Teknolojiden bahsetti , bu alandaki liderlerden biri. Onlar en ucuz değiller, ama sadece 1'e ihtiyacınız varsa, örneğin 100k / yıl için bir sorun değil. Web siteleri, parametrelerimle 16 bölüm gibi bir şey döndüren parametrik bir arama sunuyor , bu yüzden bolca seçenek var. Sabit çıkış voltajı LT1076-5'i seçtim (maliyeti göz ardı ederek):

Gördüğünüz gibi, bu doğrusal bir regülatörden çok daha karmaşık, peki sorun nedir?

1. Anahtarlayıcılar bazen EMI'ye neden olan oldukça yüksek frekanslarda (MHz aralığı) geçiş yapar . Bu, daha düşük 100kHz, daha az EMI, ancak biraz daha büyük bobinde çalışır. Önemli bir şey değil.
2. Anahtarlayıcılarla çok yüksek verimlilik elde edebilirsiniz , ancak bu son% 'yi elde etmek için bileşenleri çok dikkatli seçmeniz ve PCB düzenine çok dikkat etmeniz gerekir . Henüz SMPS tasarımında deneyimli değilseniz, maksimum% 90 yerine yalnızca% 85'lik bir verimliliğiniz olabilir. Yine, önemli değil.

Önemli bileşenler bobin, diyot ve C1'dir. Ayrıca düzende dikkat edilmesi gereken parçalar: L1-C1-D1 döngüsü mümkün olduğunca kısa tutulmalı ve ayrıca IC ve bobin arasındaki bağlantı olmalıdır. Yüksek akımlar taşıyacakları için geniş izler kullanın.

İkinci düşüncede bu ideal bir veri sayfası değildir. Aslında bir LT veri sayfası için oldukça kısa. Tek bir grafiği yoktur ve diğer birçok veri sayfası, bileşen seçimi hakkında size birçok bilgi verir. Daha fazla bilgi edinmek için diğer bölümleri kontrol edin . ( : Güncelleştirme LT1076-5 için veri sayfası daha bir zeyilname o gibi görünüyor LT1076 daha kapsamlı, )
için hazırlanmış olan veri LT1766 ve LT3430 , uygulama bilgilerinin yaklaşık 20 sayfalık, daha LT-gibidir dahil hesaplamalar ve tahta düzeni. Onları okuyun ve öğrenin! :-)

Tamam, bu LT ile ilgili. Evet, ben bir hayranım (en azından profesyoneller için de çok iyi bir destek), ancak elbette başkaları da var. National, Simple Switcher serisine sahiptir ve size BOM ile birlikte şemalar veren bir Webench tasarımcısına sahiptir. LT'den çok daha ucuz.

24 VAC 300mA duvar siğilinde ihtiyacınız olan şeye zaten sahip olduğunuz anlaşılıyor.

5V sisteminizin 500mA gereksinimi, gerçekten bir anahtarlayıcı gerektirecek kadar yüksektir. Yine de 24 VAC'deki solenoidleri gerektiği gibi çalıştırabilirsiniz, ancak bunu düzeltin ve ardından işlemciyi çalıştırmak için 5V'a kadar düşürün. 24 VAC sinüsün zirveleri 34V olacaktır, bu nedenle sistemi 40V'a kadar çalışacak şekilde tasarlamalısınız.

40V'a kadar alabilen ve 5V'de 500mA koyabilecek raf çiplerinin çok sayıda mevcut olması gerekir. Bu şeyler şaşırtıcı derecede pahalı (her biri birkaç $) olma eğilimindedir, ancak tek bir valfin maliyetine kıyasla muhtemelen küçüktür. Isıyla başa çıkmak da özgür değildir. Kendi paranın dönüştürücüsünü yuvarlamak ve birkaç $ tasarruf etmek mümkündür, ancak burada temel sorular sormanız gerekiyorsa daha fazla zaman alacak ve muhtemelen iyi bir fikir olmayacaktır.

Merkezlenmiş transformatör iyi bir fikir değildir. 12V AC, tam dalga köprüsünden sonra 15.5 ile 17V pik olacak. Düşüş ve empedans düştükten sonra sadece 13V ortalama olsa bile, bu hala başa çıkmak için 4 Watt ısı. Ayrıca solenoidler için 4W daha az kullanılabilir.

Kesinlikle bir anahtarlama regülatörü kullanın. 34063'ü yaygın, ucuz bir anahtarlama regülatörü kullanıyorum. Su vanası denetleyicisinden bahsetmişken, web sitemde açık kaynaklı bir tasarım var:

• OpenSprinkler Parça Listesi ve PCB Görüntüsü

Acil düşüncelerim:

• 24VAC'yi alın, tam dalga köprü doğrultucu ile düzeltin.
• Uygun bir yumuşatma kondansatörü ekleyin.
• 24VDC'den bir besleme alın ve uygun voltaj ayar dirençleri (680Ω ve 2KΩ iirc) ve çıkış kapasitörü ile LM317T'den geçirin.

Bu size solenoidler ve MCU için yeterli akım sağlamalıdır.

Daha fazla akım istiyorsanız, sadece 300mA'dan fazla veren daha etli bir transformatör kullanın. LM317T, bunu sağlayabilirseniz 1.5A'ya kadar çıkabilir.

Açıkçası, daha 'verimli' anahtarlama devreleri vardır, ancak bu bir araya getirmek hızlı ve basittir.