Existe algum IC que converte 230V AC em 5V DC? O mais sem perdas possível. Quero conectar meu microcontrolador a uma tomada elétrica comum e não tenho espaço suficiente disponível. Obrigado.
Quanta corrente? Quanto espaço? E não, nada é completamente sem perdas; você pode viver com, digamos, 90% de eficiência? Você precisa de isolamento?
Dave Tweed
6
Por que não usar um adaptador de parede padrão?
helloworld922
1
Você pode usar um carregador USB e cortar o cabo USB para revelar os fios 5V e Gnd. (Quando você compra um telefone novo, você vai ter um 230VAC livre para conversor de 5V DC.)
Oskar Skog
Respostas:
88
Não existe nada "sem perdas" na eletrônica, e não há um único IC projetado para fazer o que você deseja. Mas aqui estão algumas idéias de suprimentos diferentes. Como você não especificou o consumo ou a eficiência atual, vejamos três abordagens diferentes:
Fornecimento de Zener sem isolamento
5% de eficiência ou menos
Timers de plug-in baseados em microcontroladores geralmente usam fontes de alimentação não isolantes, como este:
O R1 diminui essencialmente a diferença entre o diodo Zener e o potencial da rede elétrica CA, por isso não será eficiente para nada, exceto para cargas leves. Além disso, sua carga não pode mudar drasticamente, pois o resistor deve ser dimensionado para fornecer corrente suficiente ao zener para fazer com que ele reverta a avalanche, sem fornecer muita corrente. Se sua carga começar a puxar muita corrente, sua tensão cairá. Se sua carga não puxar corrente suficiente, o diodo zener pode ser danificado.
Prós
Muito pequeno
Muito barato
Excelente para cargas extremamente leves (dispositivo de comutação MCU +)
Contras
Sem isolamento
A corrente de carga não é flexível; deve ser corrigido dentro de uma pequena janela
Fonte de alimentação regulada por transformador
20-75% de eficiência
Você sempre pode usar um transformador (60: 1 ou mais), um retificador de ponte e um regulador linear, como este:
Isso introduz um transformador caro e volumoso no design, mas é mais eficiente que o design anterior, e sua carga pode variar bastante.
Prós
Mais fácil de implementar
Projetado para cargas de corrente média - um rádio-relógio, por exemplo.
Isolamento total
Relativamente barato
Contras
Volumoso
Bastante ineficiente
Conversor CA / CC de modo comutador totalmente isolado
75-95% de eficiência
O mais eficiente (e mais complexo) é um conversor de comutação CA / CC. Eles trabalham com o princípio de primeiro converter CA para CC e depois alternar o CC em frequências muito altas para otimizar as características do transformador, além de minimizar o tamanho (e a perda) da rede de filtros no secundário. A Power Integrations cria um IC que faz todo o controle / feedback / condução - tudo o que você precisa é adicionar um transformador e optoisoladores. Aqui está um exemplo de design:
Como você pode ver, a tensão da rede elétrica CA é imediatamente retificada e filtrada para produzir CC de alta tensão. O dispositivo Power Integrations alterna essa tensão rapidamente no lado principal do transformador. A CA de alta frequência é vista no secundário, retificada e filtrada. Você notará que os valores dos componentes são bem pequenos, mesmo considerando o uso atual. Isso ocorre porque a CA de alta frequência requer componentes muito menores para filtrar do que a CA de frequência de linha. A maioria desses dispositivos possui modos especiais de baixíssima potência que funcionam muito bem.
Esses conversores, em geral, fornecem uma grande quantidade de eficiência e também podem gerar cargas de alta potência. Esses são os tipos de suprimentos que você vê em tudo, desde pequenos carregadores de celular a fontes de alimentação de laptops e computadores de mesa.
Prós
Extremamente eficiente
Isolamento total
Corrente de saída alta: pode fornecer mais de 50 amperes de baixa tensão CC com bastante facilidade.
Tamanho pequeno
Contras
Lista técnica grande (lista de materiais)
Difícil de projetar
Requer layout de PCB ponderado
Geralmente requer design de transformador personalizado
O 7805 na figura 4 reduz imediatamente a eficiência para menos de 70% devido à tensão de queda muito alta do regulador. Um LDO moderno reduzirá bastante essa perda.
Russell McMahon
1
Russell está certo, mas um LDO consertará isso apenas parcialmente. Você ainda precisa dar espaço para cobrir as variações de tensão da rede, os diodos também significam uma perda de eficiência de 30%. Adicione perdas de transformador e, mesmo com um LDO, você não terá 50% de eficiência.
stevenvh
2
Você poderia explicar para que serve o enrolamento NC do transformador no projeto nº 3?
Dmitry Grigoryev
1
E a EMC? E quanto ao fator de potência? E quanto aos harmônicos de corrente de linha?
Autistic
2
Eu acho que deve ser enfatizado, para o benefício dos iniciantes, que 'não isolar' a fonte de zener significa que o lado da 'baixa tensão' deve ser tratado exatamente como a tensão da rede elétrica, no que diz respeito à segurança. Também da perspectiva do usuário final, os suprimentos do modo de comutação para tensões e classificações de energia comumente usados não são "caros", mas geralmente a opção mais barata - é difícil fazer seu próprio suprimento de 5 V, 1 A mais barato do que você pode comprar um telefone de saída USB carregador, a menos que você possa limpar todas as peças.
nekomatic
12
Eu sei que é uma pergunta antiga, mas você pode querer ver o SR086 .
No Vout, você só precisa usar dc reg genérico (por exemplo, 7805) para obter seu 5V.
Nota: Isso não é isolado, portanto pode ser perigoso, dependendo da situação.
IC interessante se não houver isolamento necessário.
Rev1.0 22/09/14
Cool, que é um daqueles "por que não pensei nisso antes" idéias ...
O'Rooney
Parece um regulador linear padrão, que não chegará nem perto de ser perdido.
user253751
1
@immibis Não é um regulador linear. O SR086 utiliza o fato de que a tensão da rede elétrica é sinusoidal, ativando o transistor somente quando a tensão da rede elétrica estiver adequadamente baixa. Isso significa que o transistor deve estar operando apenas em saturação ou corte, implicando baixas perdas. A folha de dados menciona 55%, o que não é sem perdas, mas também não é ruim para aplicativos de baixo consumo de energia. Tudo isso, é claro, vem à custa de um fator de poder horrível.
marcelm
Estimativa de preço neste circuito?
Zapnologica
8
Pergunta antiga, mas real. Depois de avaliar dezenas de abordagens para conversores de energia CA / CC, concluí o seguinte (por mim).
Requisitos:
Tamanho menor possível.
Menos componentes quanto possível (pegada, tamanho, preço).
Menos dissipação de calor (eficiência em outras palavras).
Corrente baixa, voltagem muito baixa, baixa potência de saída.
Desistiu da exigência:
Isolamento: na minha aplicação, é bem isolado por caixa, não é necessária proteção humana.
(Até agora, eu vou com a fonte de alimentação baseada em LR8 do regulador LDO. Melhor solução para corrente de até 30mA. Pode ser conectada em paralelo para obter 100mA por preço e pegada extras.) ATUALIZAÇÃO: A fonte de alimentação baseada em LR8 não é relevante, é prática a corrente é apenas 3mA. Eu implementei PSU bem pequena, simples e estável com o LNK305 IC.
Quando R1 = 2k, a tensão de saída é de cerca de 3,3V. C2 melhor usar algumas centenas de uF. Todo o circuito de entrada (D3, D4, L2, C4) foi substituído por ponte de diodos. C5 = 2.2uF é suficiente - para tamanho e custo pequenos.
Até agora, esses circuitos são bons o suficiente (retirados da Internet): menos componentes + bônus de isolamento.
Este é o segundo melhor circuito muito simples não isolado da ST.
Nos dois circuitos acima da bobina ou transformador, são bem grandes e caros.
Variantes descartadas:
Tudo acima nesta discussão devido à complexidade, transformadores, isolamento, preço total da PSU, etc.
Viper17 e Altair04 devido à complexidade e ao transformador.
Estou levemente surpreso que, enquanto a fonte Zener não isolante foi fornecida, não há menção a um divisor de tensão do circuito de reatância capacitiva não isolante.
Se o dispositivo funcionar dentro de um requisito de corrente restrito, isso pode ser razoavelmente eficiente. O principal problema com o projeto (bem, além de não fornecer isolamento da rede elétrica) é que você não pode usar tampas eletrolíticas (que são polarizadas) e, portanto, deve fornecer capas de filme da faixa uF classificadas na tensão CA RMS (portanto, um circuito de 240V precisaria tampas classificadas em 350V ou mais), que não são especialmente compactas. Os valores de capacitância também dependem da frequência da rede elétrica CA (60Hz nos EUA, 50Hz em grande parte do resto do mundo), bem como da tensão atual da rede elétrica (que será o caso de qualquer projeto que não seja de comutação).
Na IMO, um MOV (varistor de óxido de metal) deve ser adicionado a todos esses modelos para proteger contra transientes da linha. Um está presente no esquema SR086 (que curiosamente não mostra atribuição). Isso deve fazer a ponte entre Linha e Neutro (para redes americanas de 120V), ou Linha para Linha (para redes de 240V) e ser derivado entre o fusível e a carga (como visto no esquema SR086) e, idealmente, antes de qualquer comutador ( uma vez que um pico suficientemente alto pode conectar um comutador). Isso ajudará a proteger seu circuito - um MOV deve lidar com muitos pequenos picos e sobretensões sem nenhum problema e dará vida ao grande pico que, de outra forma, fritaria tudo em seu circuito, enquanto o fusível entre o MOV e a rede elétrica explodirá se os shorts MOV enquanto faz seu trabalho.
Artigo da Wikipedia sobre Fonte de alimentação capacitiva . A premissa básica é que, como você está lidando com CA, a reatância capacitiva imita a resistência, mas com o benefício de não "queimar" a energia - ela é armazenada na tampa e retornada à linha no ciclo CA negativo.
Este circuito substituiu todos os 1N4001retificadores por retificadores 1N5819Schottky e usou um regulador linear de baixa evasão AMS1117-5.0.
O LDO pode viver com um headroom menor do que 7805isso, se você quiser uma saída de 5V, você pode alimentá-lo com 5,6V filtrado, além das duas quedas Schottky de 0,2V cada uma, com uma tensão de pico CA de entrada de 6V.
Eu sempre uso schottkies na LV e uso o LDO discreto.
Autistic
@ LDO discreto automático? Como em um amplificador operacional RRIO + referência + PMOS?
Maxthon Chan
Maxthon Chan, no dia em que eu usaria um par de cauda longa com um espelho de corrente para acionar o mosfet. Isso me proporcionava flexibilidade para trabalhos diferentes que precisavam de correntes e tensões diferentes. e sentido de tensão através de um diodo fora da saída. Isso me deu proteção contra curto-circuito e polaridade reversa. A queda de voltagem foi muito melhor do que os reguladores disponíveis no dia.
Autistic
@Autistic Bem, esses projetos têm uma contagem louca de peças, então eu normalmente fico com um chip LDO. Se eu precisar de altas correntes (por exemplo, meu projeto de fonte de alimentação de percisão), usaria o RRIO op amp + reference + PMOS acima mencionado.
Maxthon Chan
3
Na verdade, não é um "IC", mas é um pacote de montagem de PCB.
Element14 parece caro: esse mesmo Recom módulo custa 30% menos em Digikey
stevenvh
É muito bom não ter componentes externos necessários (ou, pelo menos, muito poucos em comparação com o suporte típico para um IC de conversor DC-DC de modo comutado). Mas esses são caros (US $ 20 a US $ 40). Existe algo disponível na faixa de US $ 3? (mesmo DC-DC que segue o retificador)
Respostas:
Não existe nada "sem perdas" na eletrônica, e não há um único IC projetado para fazer o que você deseja. Mas aqui estão algumas idéias de suprimentos diferentes. Como você não especificou o consumo ou a eficiência atual, vejamos três abordagens diferentes:
Fornecimento de Zener sem isolamento
5% de eficiência ou menos
Timers de plug-in baseados em microcontroladores geralmente usam fontes de alimentação não isolantes, como este:
O R1 diminui essencialmente a diferença entre o diodo Zener e o potencial da rede elétrica CA, por isso não será eficiente para nada, exceto para cargas leves. Além disso, sua carga não pode mudar drasticamente, pois o resistor deve ser dimensionado para fornecer corrente suficiente ao zener para fazer com que ele reverta a avalanche, sem fornecer muita corrente. Se sua carga começar a puxar muita corrente, sua tensão cairá. Se sua carga não puxar corrente suficiente, o diodo zener pode ser danificado.
Prós
Contras
Fonte de alimentação regulada por transformador
20-75% de eficiência
Você sempre pode usar um transformador (60: 1 ou mais), um retificador de ponte e um regulador linear, como este:
Isso introduz um transformador caro e volumoso no design, mas é mais eficiente que o design anterior, e sua carga pode variar bastante.
Prós
Contras
Conversor CA / CC de modo comutador totalmente isolado
75-95% de eficiência
O mais eficiente (e mais complexo) é um conversor de comutação CA / CC. Eles trabalham com o princípio de primeiro converter CA para CC e depois alternar o CC em frequências muito altas para otimizar as características do transformador, além de minimizar o tamanho (e a perda) da rede de filtros no secundário. A Power Integrations cria um IC que faz todo o controle / feedback / condução - tudo o que você precisa é adicionar um transformador e optoisoladores. Aqui está um exemplo de design:
Como você pode ver, a tensão da rede elétrica CA é imediatamente retificada e filtrada para produzir CC de alta tensão. O dispositivo Power Integrations alterna essa tensão rapidamente no lado principal do transformador. A CA de alta frequência é vista no secundário, retificada e filtrada. Você notará que os valores dos componentes são bem pequenos, mesmo considerando o uso atual. Isso ocorre porque a CA de alta frequência requer componentes muito menores para filtrar do que a CA de frequência de linha. A maioria desses dispositivos possui modos especiais de baixíssima potência que funcionam muito bem.
Esses conversores, em geral, fornecem uma grande quantidade de eficiência e também podem gerar cargas de alta potência. Esses são os tipos de suprimentos que você vê em tudo, desde pequenos carregadores de celular a fontes de alimentação de laptops e computadores de mesa.
Prós
Contras
fonte
Eu sei que é uma pergunta antiga, mas você pode querer ver o SR086 .
No Vout, você só precisa usar dc reg genérico (por exemplo, 7805) para obter seu 5V.
Nota: Isso não é isolado, portanto pode ser perigoso, dependendo da situação.
fonte
Pergunta antiga, mas real. Depois de avaliar dezenas de abordagens para conversores de energia CA / CC, concluí o seguinte (por mim).
Requisitos:
Desistiu da exigência:
(Até agora, eu vou com a fonte de alimentação baseada em LR8 do regulador LDO. Melhor solução para corrente de até 30mA. Pode ser conectada em paralelo para obter 100mA por preço e pegada extras.) ATUALIZAÇÃO: A fonte de alimentação baseada em LR8 não é relevante, é prática a corrente é apenas 3mA. Eu implementei PSU bem pequena, simples e estável com o LNK305 IC.
Quando R1 = 2k, a tensão de saída é de cerca de 3,3V. C2 melhor usar algumas centenas de uF. Todo o circuito de entrada (D3, D4, L2, C4) foi substituído por ponte de diodos. C5 = 2.2uF é suficiente - para tamanho e custo pequenos.
Até agora, esses circuitos são bons o suficiente (retirados da Internet): menos componentes + bônus de isolamento.
Este é o segundo melhor circuito muito simples não isolado da ST.
Nos dois circuitos acima da bobina ou transformador, são bem grandes e caros.
Variantes descartadas:
fonte
Estou levemente surpreso que, enquanto a fonte Zener não isolante foi fornecida, não há menção a um divisor de tensão do circuito de reatância capacitiva não isolante.
Se o dispositivo funcionar dentro de um requisito de corrente restrito, isso pode ser razoavelmente eficiente. O principal problema com o projeto (bem, além de não fornecer isolamento da rede elétrica) é que você não pode usar tampas eletrolíticas (que são polarizadas) e, portanto, deve fornecer capas de filme da faixa uF classificadas na tensão CA RMS (portanto, um circuito de 240V precisaria tampas classificadas em 350V ou mais), que não são especialmente compactas. Os valores de capacitância também dependem da frequência da rede elétrica CA (60Hz nos EUA, 50Hz em grande parte do resto do mundo), bem como da tensão atual da rede elétrica (que será o caso de qualquer projeto que não seja de comutação).
Na IMO, um MOV (varistor de óxido de metal) deve ser adicionado a todos esses modelos para proteger contra transientes da linha. Um está presente no esquema SR086 (que curiosamente não mostra atribuição). Isso deve fazer a ponte entre Linha e Neutro (para redes americanas de 120V), ou Linha para Linha (para redes de 240V) e ser derivado entre o fusível e a carga (como visto no esquema SR086) e, idealmente, antes de qualquer comutador ( uma vez que um pico suficientemente alto pode conectar um comutador). Isso ajudará a proteger seu circuito - um MOV deve lidar com muitos pequenos picos e sobretensões sem nenhum problema e dará vida ao grande pico que, de outra forma, fritaria tudo em seu circuito, enquanto o fusível entre o MOV e a rede elétrica explodirá se os shorts MOV enquanto faz seu trabalho.
Não tenho um esquema pronto de um divisor de tensão de reatância capacitiva, mas você pode encontrar um no artigo da Wikipedia para Divisores de tensão
Artigo da Wikipedia sobre Fonte de alimentação capacitiva . A premissa básica é que, como você está lidando com CA, a reatância capacitiva imita a resistência, mas com o benefício de não "queimar" a energia - ela é armazenada na tampa e retornada à linha no ciclo CA negativo.
fonte
Construindo sobre a
7805ideia, usando peças com menos perdas.simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
Este circuito substituiu todos os
1N4001retificadores por retificadores1N5819Schottky e usou um regulador linear de baixa evasãoAMS1117-5.0.O LDO pode viver com um headroom menor do que
7805isso, se você quiser uma saída de 5V, você pode alimentá-lo com 5,6V filtrado, além das duas quedas Schottky de 0,2V cada uma, com uma tensão de pico CA de entrada de 6V.AMS1117fonte
Na verdade, não é um "IC", mas é um pacote de montagem de PCB.
XP Power ECE05US05
http://au.element14.com/xp-power/ece05us05/psu-encapsulated-5w-singe-output/dp/2099447?in_merch=New%20Products
Ou se você não precisa de 5W, este é apenas 1W
Recom RAC01-05SC
http://au.element14.com/recom-power/rac01-05sc/ac-dc-converter-1w-5v-reg/dp/1903055
fonte
Bom design de referência para suprimentos simples e sem transformador de baixa potência: http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00954A.pdf
fonte