Konstrukcja zasilacza 24VAC / 5VDC

Planuję stworzyć sterownik zaworu wodnego za pomocą MCU i zestawu zaworów sterowanych elektrozaworami. Elektrozawory pracują na napięciu 24 V AC (rozruch 40 mA, trzymanie 20 mA).

MCU jest na płycie, która pobiera ~ 100mA, i ma wbudowany regulator, więc mogę zasilić go albo bezpośrednio 5 V (omijając regulator), albo 6-12 V przez regulator pokładowy. Chciałbym również uruchomić inne urządzenia peryferyjne 5 V (tj. Czujniki, wyświetlacz, niektóre diody LED i tak dalej), więc powiedzmy, że potrzebuję 500 mA regulowanego 5 V DC.

Mógłbym teoretycznie wziąć rektyfikowaną / przefiltrowaną moc wyjściową z transformatora 24VAC i wyregulować go do ~ 12 V i użyć wbudowanego regulatora do dalszej regulacji do 5 V, ale rozproszę DUŻO mocy (względnie) jako ciepło odpadowe. Moi regulatorzy musieliby zostać schłodzeni i prawdopodobnie aktywnie schłodzeni (wszystko to trafiłoby do pudełka w garażu, gdzie regularnie dochodziłoby do ~ 110F ...). Zastanawiałem się również nad użyciem regulatora przełączającego zamiast regulatora liniowego, ale mam z nimi doświadczenie ZERO i nie wiedziałbym, jak stworzyć schemat robienia tego, co chcę, ani czy jest tak teoretycznie realistyczny jako idea regulatora liniowego.

Zastanawiałem się nad użyciem transformatora 24VAC z centralnym odczepem i prostowaniem / regulowaniem napięcia 12V od środkowego odczepu do 5VDC, aby uruchomić MCU i używając 24VAC na całej mocy do napędzania elektromagnesów.

Czy to odpowiedni projekt? Czy można w ten sposób używać środkowego zaczepu?

Twoje rozwiązanie początkowo było możliwe do zniesienia (5 V przy 100 mA), ale zakończyło się całkowicie niedopuszczalne przy 500 mA. Mówisz, że twoja „brodawka ścienna” ma wartość 300 mA. Kiedy podajesz napięcie za pomocą regulatora liniowego, prąd wejściowy jest taki sam jak prąd wyjściowy - regulator obniża różnicę napięcia. Więc tutaj, jeśli pobierzesz 500 mA przy 5 V, musisz dostarczyć 500 mA przy 12 V lub 24 V. W obu przypadkach transformator zostanie przeciążony.

Jeżeli wskaźniki są powiedzieć następnie ewentualnie akceptowalnym rozwiązaniem jest stosowanie regulatora przełączającego (SR), działający z 24 V w. .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

$24V \times 5 W =~ 210 mA$

$20 \times N + 20 mA$

Jeśli potrzebujesz więcej niż 3 lub 4 elektromagnesów, może być konieczne ograniczenie poboru prądu przy 5 V.

na przykład

• $200 mA$
• $300mA-200mA = 100 mA$
• $100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

Należy pamiętać, że w przypadku zastosowania regulatora przełączającego użycie wyższego napięcia wejściowego spowoduje mniejszy pobór prądu wejściowego. Dlatego lepiej tutaj zastosować pełne zasilanie 24 V.

$24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

Bo:

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

• Pełny mostek prostowniczy spadnie około 1,5 V.

• 34 VDC to napięcie szczytowe, a dostępne napięcie DC będzie nieco niższe - zależy od obciążenia. Nastąpi „odrobina” tętnienia i utraty okablowania, opadnięcia transformatora i ...

$\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

na przykład

• dla 48 mA przy 5 V potrzebujesz 10 mA przy 30 V.
• dla 480 mA przy 5 V potrzebujesz 100 mA przy 30 V.

Masz więc około 10 elektromagnesów plus prawie 500 mA przy 5 V DC :-)

Jedno z wielu rozwiązań:

Istnieje wiele układów scalonych SR i wzorów. Wystarczy prosty regulator buck. Możesz kupić jednostki komercyjne lub „wyrzucić własne”. Istnieje wiele nowoczesnych układów scalonych, ale jeśli koszt jest na wagę złota, możesz spojrzeć na dawny MC34063. O najtańszym dostępnym regulatorze przełączającym dostępnym i zdolnym do obsługi praktycznie dowolnej topologii. Poradziłby sobie z tym zadaniem bez zewnętrznych półprzewodników i minimum innych komponentów.

MC34063. 0,62 USD od Digikey w 1. Płacę około 10 centów za każde 10 000 qauntity w Chinach (około połowy ceny Digikey).

Rysunek 8 w arkuszu danych, o którym mowa poniżej, okazuje się być „idealnym dopasowaniem” do twoich wymagań. Tutaj 25 VDC na wejściu, 5 V przy 500 mA na wyjściu. 83% wydajności. 3 x R, 3 x C, dioda, cewka indukcyjna. Będzie działać bez zmian przy 30 VDC w.

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

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

• Dodany:

Rysunek 8 w arkuszu danych LM34063 pokazuje WSZYSTKIE wartości komponentów oprócz konstrukcji cewki indukcyjnej (podano tylko indukcyjność). Możemy podać Ci induktor od Digikey (patrz poniżej) lub gdziekolwiek i / lub pomożemy Ci go zaprojektować. Zasadniczo jest to induktor 200 uH przeznaczony do ogólnego przełączania mocy o prądzie nasycenia, powiedzmy 750 mA lub więcej. Rzeczy takie jak częstotliwość rezonansowa, rezystancja itp. Mają znaczenie, ALE mogą być w porządku w każdej części, która spełnia podstawową specyfikację. LUB możesz nakręcić własny za bardzo niewiele, np. Na rdzeniu Micrometals. Projektuj oprogramowanie na swojej stronie.

Od Digikey 0,62 USD / 1. W magazynie Bourns (tj. Dobry).

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

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

Nieco lepsza specyfikacja

• 0,75 USD / 1.

• Montaż powierzchniowy.

• Bourns

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

Nawet jeśli używasz rozwiązania z kranem środkowym , potrzebujesz regulatora przełączającego; regulator liniowy nadal rozpraszałby 5 W i nie jest tego wart. Wrócę do przełącznika za minutę.
Jeśli chcesz użyć transformatora z odczepem środkowym, musisz pamiętać o dwóch rzeczach:

1. Nie można prowadzić elektrozaworów bezpośrednio przez nieizolowane triaki , ponieważ uziemienie zasilacza znajduje się w połowie napięcia prądu przemiennego. Ale patrząc na to pytanie , myślę, że chcesz użyć SSR , więc to jest OK. Przekaźnik elektromechaniczny również będzie działał.
2. Centralnie transformowany transformator + prostownik pełnofalowy nie jest zbyt wydajny w odniesieniu do transformatora, ponieważ wykorzystuje tylko połowę transformatora w dowolnym momencie. Potrzebujesz więc większego (a zatem droższego) transformatora.

Zasada działania przełączników jest nieco bardziej skomplikowane niż w przypadku liniowego regulatora, ale nie jest to bardzo trudne. Dzięki temu, że oferują wysoką wydajność, są one obecnie używane wszędzie, a dostępnych jest mnóstwo regulatorów . Olin wspomniał o technologii liniowej , są jednym z liderów w tej dziedzinie. Nie są najtańsze, ale jeśli potrzebujesz tylko 1, nie stanowi to tak dużego problemu, jak na przykład 100 000 rocznie. Ich strona internetowa oferuje wyszukiwanie parametryczne, które przy moich parametrach zwróciło około 16 części , więc jest duży wybór. Wybrałem stałe napięcie wyjściowe LT1076-5 (nie uwzględniając kosztu):

Jak widać, nie jest to bardziej skomplikowane niż regulator liniowy, więc na czym polega problem?

1. Przełączniki czasami przełączają się na dość wysokich częstotliwościach (zakres MHz), co powoduje zakłócenia elektromagnetyczne . Ten działa przy niższym 100 kHz, mniejszym EMI, ale nieco większej cewce. Nic takiego.
2. Za pomocą przełączników możesz osiągnąć bardzo wysoką wydajność , ale aby uzyskać z tego ostatni%, musisz bardzo starannie dobierać komponenty i zwracać dużą uwagę na układ PCB . Jeśli nie masz jeszcze doświadczenia w projektowaniu SMPS, możesz mieć wydajność tylko 85% zamiast maksymalnie 90%. Znowu nic wielkiego.

Kluczowymi elementami są cewka, dioda i C1. Są to również części, które wymagają uwagi w układzie: pętla L1-C1-D1 musi być jak najkrótsza, a także połączenie między układem scalonym a cewką. Używaj szerokich śladów, ponieważ będą one przenosić wysokie prądy.

Z drugiej strony nie jest to idealny arkusz danych. W rzeczywistości jest dość krótki jak na arkusz danych LT. Nie ma pojedynczego wykresu, a wiele innych arkuszy danych zawiera wiele informacji na temat wyboru komponentów. Sprawdź inne części, jeśli chcesz dowiedzieć się więcej. ( aktualizacja: arkusz danych dla LT1076-5 wydaje się być bardziej dodatkiem do tego dla LT1076 , który jest bardziej obszerny )
Arkusze danych dla LT1766 i LT3430 są bardziej podobne do LT, z prawie 20 stronami informacji o aplikacji, w tym obliczenia i układ planszy. Przeczytaj je i naucz się! :-)

OK, chodziło o LT. Tak, jestem fanem (bardzo dobre wsparcie, przynajmniej dla profesjonalistów), ale są oczywiście inni. National ma serię prostych przełączników i projektanta Webench, który udostępnia schematy wraz z zestawieniem komponentów. Znacznie tańsze niż LT.

Wygląda na to, że masz już to, czego potrzebujesz w brodawce ściennej 24 VAC 300mA.

Wymaganie 500mA twojego systemu 5V jest wystarczająco wysokie, aby naprawdę wymagało przełącznika. Nadal możesz uruchamiać elektrozawory z 24 VAC zgodnie z przeznaczeniem, ale także naprawić to, a następnie obniżyć do 5 V, aby uruchomić procesor. Szczyty sinusoidy 24 VAC będą wynosić 34 V, dlatego należy zaprojektować system do pracy z napięciem do 40 V.

Powinno być dostępnych wiele gotowych układów, które mogą pobierać do 40 V i wytwarzać 500 mA przy 5 V. Te rzeczy bywają zaskakująco drogie (kilka dolarów za sztukę), ale prawdopodobnie niewielkie w porównaniu z kosztem pojedynczego zaworu. W przeciwnym razie radzenie sobie z ciepłem również nie jest bezpłatne. Możliwe jest wyrzucenie własnego konwertera złotówki i zaoszczędzenie kilku dolarów, ale zajmie to więcej czasu i prawdopodobnie nie jest to dobry pomysł, jeśli będziesz musiał zadać tutaj podstawowe pytania.

Transformator z zaczepem centralnym nie jest dobrym pomysłem. 12 V AC będzie szczytem 17 V, z 15,5 po mostku pełnej fali. Nawet jeśli powiedziano, że średnio tylko 13 V po spadku i impedancji spada, nadal jest to 4 waty ciepła. Jest także o 4 W mniej dostępny dla elektromagnesów.

Zdecydowanie użyj regulatora przełączającego. Używam 34063, wspólnego, taniego regulatora przełączającego. Mówiąc o sterowniku zaworu wodnego, mam projekt open source na mojej stronie:

• Lista części OpenSprinkler i obraz PCB

Moje bezpośrednie przemyślenia:

• Weź 24VAC, wyprostuj go za pomocą prostownika mostkowego pełnej fali.
• Dodaj odpowiedni kondensator wygładzający.
• Pobieraj napięcie z 24 V prądu stałego i doprowadzaj je przez LM317T z odpowiednimi rezystorami do regulacji napięcia (powiedzmy 680Ω i 2KΩ iirc) i kondensatorem wyjściowym.

To powinno zapewnić ci wystarczający prąd dla elektrozaworów i MCU.

Jeśli chcesz uzyskać więcej prądu, po prostu użyj bardziej mięsistego transformatora, który daje więcej niż 300 mA. LM317T może poradzić sobie z prądem o natężeniu do 1,5 A, jeśli możesz to zapewnić.

Oczywiście istnieją bardziej „wydajne” obwody przełączające, ale ten jest szybki i prosty w montażu.