Конструкция блока питания 24 В переменного / 5 В постоянного тока

Я планирую создать контроллер водяного клапана, используя MCU и набор клапанов с электромагнитным управлением. Соленоиды работают при 24 В переменного тока (при пуске 40 мА, выдержке 20 мА).

MCU находится на плате, которая потребляет ~ 100 мА, и у него есть встроенный регулятор, так что я могу подать его либо на 5 В напрямую (в обход регулятора), либо на 6-12 В через встроенный регулятор. Я также хочу использовать некоторые другие периферийные устройства 5 В (например, датчики, дисплей, некоторые светодиоды и еще много чего), поэтому, скажем, мне понадобится 500 мА регулируемого напряжения 5 В постоянного тока.

Я мог бы теоретически взять выпрямленный / отфильтрованный выходной сигнал от трансформатора 24 В переменного тока и отрегулировать его до ~ 12 В, а также использовать встроенный регулятор для дальнейшего регулирования его до 5 В, но я бы рассеял МНОГО мощности (сравнительно) в виде отработанного тепла. Мои регуляторы должны были бы иметь теплоотвод и, возможно, активно охлаждаться (все это помещалось бы в коробку в гараже, где оно регулярно доходило бы до ~ 110F ...). Я также подумал об использовании переключающего регулятора вместо линейного регулятора, но у меня есть опыт работы с НУЛЕМ, и я не знаю, как составить схему, чтобы делать то, что я хочу, или даже если она теоретически реалистична как идея линейного регулятора.

Я поиграл с идеей использовать трансформатор 24 В переменного тока с центральным отводом и выпрямить / отрегулировать напряжение 12 В от центрального крана до 5 В постоянного тока, чтобы запустить MCU, и использовать 24 В переменного тока по всей выходной мощности для управления соленоидами.

Это подходящий дизайн? Можно ли использовать центральный кран таким образом?

Ваше решение начиналось как терпимое (5 В при 100 мА), но в итоге оказалось совершенно неприемлемым при 500 мА. Вы говорите, что ваша «бородавка» рассчитана на 300 мА. Когда вы подаете напряжение с помощью линейного регулятора, входной ток совпадает с выходным током - регулятор сбрасывает разницу в напряжении. Так что здесь, если вы берете 500 мА при 5 В, вы должны подать 500 мА при 12 В или 24 В. Трансформатор будет перегружен в любом случае.

Если номинальные значения, как вы говорите, потенциально приемлемым решением является использование импульсного регулятора (SR), работающего от 24 В, .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

. Если КПД эффективен на 80% (легко достигается), он возрастает до 260 мА. Поскольку это может быть случайным требованием, общий ток при 24 В, вероятно, будет приемлемым при питании 300 мА - в зависимости от того, сколько соленоидов вы хотите поддерживать.$24V \times 5 W =~ 210 mA$

Если переключить только один соленоид на сразу ток стока с N Активированный . Импульсный ток существенно несущественен.$20 \times N + 20 mA$

Если вы хотите более 3 или 4 соленоидов, то необходимо ограничить ток утечки при 5В.

например

• 10 соленоидов при 20 мА = $200 mA$
• Баланс = $300mA-200mA = 100 mA$
• Доступный ток при 5В при 80% эффективных = , скажем400мA.$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

Обратите внимание, что при использовании переключающего регулятора использование более высокого входного напряжения приведет к меньшему потреблению входного тока. Следовательно, здесь лучше использовать полный источник питания 24 В.

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

Так как:

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

• Полный выпрямительный мост упадет около 1,5 В.

• 34 В постоянного тока - это пиковое напряжение, а доступный постоянный ток будет немного ниже - зависит от нагрузки. Там будет "немного" из-за потери пульсации и проводки, провала трансформатора и ...

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

например

• для 48 мА при 5 В необходимо 10 мА при 30 В.
• для 480 мА при 5 В необходимо 100 мА при 30 В.

Итак, вы получите 10 соленоидов плюс почти 500 мА при 5 В постоянного тока :-)

Одно из многих решений:

Существует множество ИС и конструкций СР. Здесь достаточно простого регулятора доллара. Вы можете купить коммерческие единицы или «свернуть свои собственные». Существует много современных микросхем, но если цена на них будет выше, вы можете взглянуть на свой старый MC34063. О самой дешевой ИС переключающего регулятора, доступной и способной обрабатывать практически любую топологию Это решило бы эту задачу без внешних полупроводников и минимума других компонентов.

MC34063. $ 0,62 от Digikey в 1-х. Я плачу около 10 центов каждый в количестве 10 000 в Китае (примерно вдвое меньше, чем у Digikey).

Рисунок 8 в таблице данных, на которую ссылаются ниже, оказался «идеальным соответствием» вашим требованиям. Здесь 25 В постоянного тока, 5 В при 500 мА. Эффективность 83%. 3 x R, 3 x C, диод, индуктор. Это будет работать без изменений на 30 В постоянного тока в.

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

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

• Добавлено:

На рисунке 8 в техническом паспорте LM34063 показаны ВСЕ значения компонентов, кроме конструкции индуктора (указана только индуктивность). Мы можем предоставить вам индуктор от Digikey (см. Ниже) или где угодно и / или помочь вам спроектировать его. По сути, это индуктор на 200 мкГн, предназначенный для общего переключения мощности с током насыщения, скажем, 750 мА или более. Такие вещи, как резонансная частота, сопротивление и т. Д. Имеют значение, НО могут быть хорошими в любой части, которая соответствует базовой спецификации. ИЛИ вы можете за небольшую намотку, например, на ядро ​​Micrometals. Дизайн программного обеспечения на их сайте.

От Digikey $ 0,62 / 1. В наличии. Bourns (то есть хорошо).

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

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

Чуть лучше спец

• $ US0.75 / 1.

• Поверхностный монтаж.

• Bourns.

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

Даже если вы используете решение с центральным отводом, вам понадобится переключающий регулятор; линейный регулятор по-прежнему рассеивает 5 Вт, и это того не стоит. Я вернусь к переключателю через минуту.
Если вы используете трансформатор с центральным отводом, вы должны помнить две вещи:

1. Вы не можете управлять соленоидами напрямую через неизолированные триаки , потому что заземление вашего источника питания составляет половину переменного напряжения. Но, глядя на этот вопрос, я думаю, вы хотите использовать SSR , так что все в порядке. Электромеханическое реле тоже подойдет.
2. Трансформатор с центральным отводом + двухполупериодный выпрямитель не очень эффективен в отношении трансформатора, поскольку он использует только половину трансформатора в любое время. Таким образом, вам понадобится больший (и, следовательно, более дорогой) трансформатор.

Принцип работы коммутаторов является немного более сложным , чем линейным регулятором, но это не очень сложно. Благодаря тому, что они предлагают высокую эффективность, они используются повсеместно в наши дни, и существует множество регуляторов . Олин упомянул Linear Technology , они являются одним из лидеров в этой области. Они не самые дешевые, но если вам нужен только 1, это не такая большая проблема, как, например, для 100 тыс. В год. Их сайт предлагает параметрический поиск, который с моими параметрами возвратил что-то вроде 16 частей , так что есть большой выбор. Я выбрал фиксированное выходное напряжение LT1076-5 (без учета стоимости):

Как вы можете видеть, это едва ли сложнее, чем линейный регулятор, так в чем же проблема?

1. Коммутаторы иногда переключаются на довольно высоких частотах (диапазон МГц), что вызывает электромагнитные помехи . Этот работает на более низких 100 кГц, меньше EMI, но немного больше катушки. Не так уж и важно.
2. Вы можете добиться очень высокой эффективности с коммутаторами, но чтобы получить этот последний% из этого, вам нужно очень тщательно выбирать компоненты и уделять большое внимание компоновке печатной платы . Если вы еще не знакомы с дизайном SMPS, эффективность может составить всего 85% вместо максимальных 90%. Опять же, ничего страшного.

Решающими компонентами являются катушка, диод и С1. Они также являются частями, которые требуют внимания в компоновке: контур L1-C1-D1 должен быть как можно короче, а также соединение между ИС и катушкой. Используйте широкие следы, потому что они будут нести большие токи.

Если подумать, это не идеальный лист данных. На самом деле это довольно кратко для таблицы данных LT. В нем нет ни одного графика, и многие другие таблицы дают вам много информации о выборе компонентов. Проверьте другие части, если вы хотите узнать больше. ( обновление: таблица данных для LT1076-5, кажется, является скорее дополнением к спецификации LT1076 , которая является более обширной )
. Таблицы для LT1766 и LT3430 более похожи на LT, с почти 20 страницами информации о приложении, включая расчеты и макет платы. Читайте их и учитесь! :-)

ОК, это было о LT. Да, я фанат (очень хорошая поддержка, по крайней мере, для профессионалов), но, конечно, есть и другие. У National есть своя серия Simple Switchers и дизайнер Webench, который дает вам схемы в комплекте с спецификацией. Гораздо дешевле, чем LT тоже.

Похоже, у вас уже есть то, что вам нужно в настенной бородавке на 24 В переменного тока 300 мА.

Потребность в 500 мА для вашей системы 5 В достаточно высока, что действительно требует переключения. Вы по-прежнему можете запускать соленоиды от 24 В переменного тока, как и предполагалось, но также исправлять это и затем снижать его до 5 В для запуска процессора. Пики синуса 24 В переменного тока будут 34 В, поэтому вы должны проектировать систему для работы с напряжением до 40 В.

В продаже должно быть много готовых микросхем, которые могут потреблять до 40 В и выдавать 500 мА при 5 В. Эти вещи имеют тенденцию быть на удивление дорогими (несколько долларов каждая), но, вероятно, небольшими по сравнению со стоимостью одного клапана. Иметь дело с жарой в противном случае тоже не бесплатно. Можно свернуть свой собственный понижающий конвертер и сэкономить пару долларов, но это займет больше времени и, вероятно, не будет хорошей идеей, если вам придется задавать основные вопросы здесь.

Трансформатор с центральным отводом не очень хорошая идея. 12 В переменного тока будет пиковым 17 В, с 15,5 после двухполупериодного моста. Даже если, скажем, среднее значение составляет 13 В после падения и полного сопротивления, это все равно 4 Вт тепла. Это также на 4 Вт менее доступно для соленоидов.

Обязательно используйте регулятор переключения. Я использую 34063, обычный дешевый импульсный регулятор. Говоря о контроллере водяного клапана, у меня есть дизайн с открытым исходным кодом на моем сайте:

• Список деталей OpenSprinkler и изображение печатной платы

Мои ближайшие мысли:

• Возьмите 24VAC, исправьте его с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя.
• Добавьте подходящий сглаживающий конденсатор.
• Возьмите питание от 24 В постоянного тока и подайте его через LM317T с подходящими резисторами регулировки напряжения (скажем, 680 Ом и 2 кОм по току) и выходным конденсатором.

Это должно обеспечить вас достаточным током для соленоидов и MCU.

Если вы хотите больше тока, просто используйте более мясистый трансформатор, который дает более 300 мА. LM317T может выдерживать до 1,5 А, если вы можете обеспечить его таким.

Очевидно, что есть более «эффективные» схемы переключения, но этот быстро и просто собрать.