Diseño de fuente de alimentación de 24 VCA / 5 VCC

Estoy planeando crear un controlador de válvula de agua usando un MCU y un conjunto de válvulas controladas por solenoide. Los solenoides funcionan con 24 VCA (entrada de 40 mA, retención de 20 mA).

La MCU está en una placa que consume ~ 100 mA, y tiene un regulador incorporado, por lo que puedo suministrarla directamente 5 V (sin pasar por el regulador) o 6-12 V a través del regulador integrado. También deseo ejecutar algunos otros periféricos de 5 V (es decir, sensores, una pantalla, algunos LED y demás), así que digamos que necesitaré 500 mA de 5 V CC regulados.

Teóricamente podría tomar la salida rectificada / filtrada del transformador de 24 VCA y regularla a ~ 12 V y usar el regulador a bordo para regular aún más a 5 V, pero estaría disipando MUCHA potencia (comparativamente) como calor residual. Mis reguladores necesitarían un disipador térmico y posiblemente enfriarse activamente (todo esto iría en una caja en un garaje donde regularmente llegaría a ~ 110F ...). También he considerado usar un regulador de conmutación en lugar de un regulador lineal, pero tengo CERO experiencia con ellos, y no sabría cómo armar un esquema para hacer lo que quiero, o si es tan teóricamente realista como la idea del regulador lineal.

He jugado con la idea de usar un transformador de 24 VCA con derivación central y rectificar / regular los 12 V desde la derivación central hasta 5 VCC para ejecutar el MCU y usar los 24 VCA en toda la salida para conducir los solenoides.

¿Es este un diseño apropiado? ¿Está bien usar el toque central de esta manera?

Su solución comenzó como soportable (5V a 100mA) pero terminó completamente inaceptable a 500 mA. Usted dice que su "verruga de la pared" tiene una potencia de 300 mA. Cuando suministra un voltaje utilizando un regulador lineal, la corriente de entrada es la misma que la corriente de salida: el regulador reduce la diferencia de voltaje. Entonces, si extrae 500 mA a 5V, debe suministrar 500 mA a 12V o 24V. El transformador se sobrecargará en cualquier caso.

Si las calificaciones son como usted dice entonces una solución potencialmente aceptable es el uso de un regulador de conmutación (SR) que operan de 24V en. .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

. Si el SR es 80% eficiente (fácil de lograr) que se eleva a 260 mA. Como es probable que sea un requisito ocasional, la corriente total a 24 V probablemente será aceptable con un suministro de 300 mA, dependiendo de cuántos solenoides desee mantener.$24V \times 5 W =~ 210 mA$

Si se cambia un solo solenoide a la vez el consumo de corriente con N activa es . La corriente de sobretensión es esencialmente inmaterial.$20 \times N + 20 mA$

Si desea más de 3 o 4 solenoides, entonces el drenaje de corriente a 5V puede ser limitado.

p.ej

• 10 solenoides a 20 mA = $200 mA$
• Balance = $300mA-200mA = 100 mA$
• Corriente disponible a 5 V al 80% de eficiencia = , digamos400mA.$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

Tenga en cuenta que cuando se utiliza un regulador de conmutación, el uso de un voltaje de entrada más alto dará como resultado un menor consumo de corriente de entrada. Por lo tanto, es mejor usar el suministro completo de 24V.

Tenga en cuenta también que si el transformador es de 24 VCA genuinos, entonces la CC rectificada será de aproximadamente $24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$ "un bit" = 30 V D C$~= 30 VDC$

Porque:

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

• Un puente rectificador completo caerá aproximadamente 1.5V.

• 34 VCC es el voltaje pico y la CC disponible será ligeramente menor, depende de la carga. Habrá "un poco" de ondulación y pérdida de cableado y caída del transformador y ...

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

p.ej

• para 48 mA a 5V necesita 10 mA a 30V.
• para 480 mA a 5 V necesita 100 mA a 30 V.

Entonces, obtienes 10 solenoides más casi 500 mA a 5 V CC :-)

Una solución de muchas:

Hay muchos SR IC y diseños. Aquí un simple regulador de dinero será suficiente. Puedes comprar unidades comerciales o "rodar las tuyas". Hay muchos circuitos integrados modernos, pero si el costo es elevado, puede consultar el antiguo MC34063. Acerca del IC regulador de conmutación más barato disponible y capaz de manejar esencialmente cualquier topología. Manejaría esta tarea sin semiconductores externos y un mínimo de otros componentes.

MC34063. $ US0.62 de Digikey en 1's. Pago alrededor de 10 centavos cada uno en 10,000 qauntity en China (aproximadamente la mitad del precio de Digikey).

La Figura 8 en la hoja de datos a la que se hace referencia a continuación resulta ser una "combinación perfecta" para sus requisitos. Aquí, 25 V CC, 5 V a 500 mA. 83% eficiente. 3 x R, 3 x C, diodo, inductor. Funcionaría sin alteración a 30 VDC en.

Ficha de datos - http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/mc33063a.pdf

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

• Adicional:

La Figura 8 en la hoja de datos LM34063 muestra TODOS los valores de los componentes, excepto el diseño del inductor (solo se proporciona la inductancia). Podemos especificar el inductor para usted desde Digikey (ver más abajo) o donde sea y / o ayudarlo a diseñarlo. Básicamente es un inductor de 200 uH diseñado para uso general de conmutación de potencia con una corriente de saturación de, digamos, 750 mA o más. Cosas como la frecuencia de resonancia, la resistencia, etc. importan PERO es probable que estén bien en cualquier parte que cumpla con las especificaciones básicas. O bien, puede enrollar el suyo por muy poco, por ejemplo, en un núcleo de Micrometal. Diseño de software en su sitio.

Desde Digikey $ US0.62 / 1. En stock. Bourns (es decir, bueno).

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

Hoja de datos: http://www.bourns.com/data/global/pdfs/SDR1005.pdf

Ligeramente mejor espec.

• $ US0.75 / 1.

• Montaje superficial.

• Bourns

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

Incluso si usa la solución de derivación central , querrá un regulador de conmutación; un regulador lineal aún disiparía 5W, y no vale la pena. Regresaré al conmutador en un minuto.
Si usaría el transformador de derivación central, debe tener en cuenta dos cosas:

1. No puede conducir los solenoides directamente a través de triacs no aislados , porque la tierra de su fuente de alimentación es la mitad del voltaje de CA. Pero mirando esta pregunta , supongo que quieres usar un SSR , así que está bien. Un relé electromecánico también funcionará.
2. Un transformador de derivación central + rectificador de onda completa no es muy eficiente con respecto al transformador, ya que utiliza solo la mitad del transformador en cualquier momento. Por lo tanto, necesitará un transformador más grande (y, por lo tanto, más caro).

El principio de funcionamiento de los conmutadores es un poco más complicado que el de un regulador lineal, pero no es extremadamente difícil. Gracias a su ventaja de ofrecer altas eficiencias, se usan en todas partes en estos días, y hay una gran cantidad de reguladores disponibles . Olin mencionó Linear Technology , son uno de los líderes en el campo. No son los más baratos, pero si solo necesita 1, no es un problema tan grande como para 100k / año, por ejemplo. Su sitio web ofrece una búsqueda paramétrica, que con mis parámetros arrojó algo así como 16 partes , por lo que hay muchas opciones. Elegí el voltaje de salida fijo LT1076-5 (sin tener en cuenta el costo):

Como puede ver, esto es apenas más complicado que un regulador lineal, entonces, ¿cuál es el problema?

1. Los conmutadores a veces cambian a frecuencias bastante altas (rango de MHz) que causa EMI . Este funciona a una velocidad inferior de 100 kHz, menos EMI, pero un poco más grande. No es un gran trato.
2. Puede lograr eficiencias muy altas con los conmutadores, pero para obtener ese último%, necesita seleccionar los componentes con mucho cuidado y prestar mucha atención al diseño de la PCB . Si aún no tiene experiencia en el diseño SMPS, puede tener una eficiencia de solo el 85% en lugar del máximo 90%. De nuevo, no es gran cosa.

Los componentes cruciales son la bobina, el diodo y C1. También son las partes que necesitan atención en el diseño: el bucle L1-C1-D1 debe mantenerse lo más corto posible, y también la conexión entre IC y la bobina. Use trazas anchas porque llevarán altas corrientes.

Pensándolo bien, esta no es la hoja de datos ideal. De hecho, es bastante breve para una hoja de datos LT. No tiene un solo gráfico, y muchas otras hojas de datos le brindan mucha información sobre la selección de componentes. Verifique otras partes si desea obtener más información. ( actualización: la hoja de datos para el LT1076-5 parece ser más una adición a la del LT1076 , que es más extensa )
Las hojas de datos para el LT1766 y LT3430 son más similares a LT, con casi 20 páginas de información de la aplicación, incluyendo Cálculos y diseño del tablero. ¡Léelos y aprende! :-)

OK, esto fue sobre LT. Sí, soy fanático (muy buen apoyo también, al menos para profesionales), pero hay otros, por supuesto. National tiene su serie de Simple Switchers y tiene un diseñador Webench que le brinda esquemas completos con BOM. Mucho más barato que LT también.

Parece que ya tienes lo que necesitas en la verruga de pared de 24 VCA y 300 mA.

El requisito de 500 mA de su sistema de 5 V es lo suficientemente alto como para que esto realmente requiera un conmutador. Todavía puede ejecutar los solenoides desde los 24 VCA como se esperaba, pero también rectificar eso y luego reducirlo a 5V para ejecutar el procesador. Los picos del seno de 24 VCA serán de 34V, por lo que debe diseñar el sistema para que funcione con hasta 40V.

Debería haber muchos chips disponibles que pueden tomar hasta 40 V y apagar 500 mA a 5 V. Estas cosas tienden a ser sorprendentemente caras (varios $ cada una), pero probablemente pequeñas en comparación con el costo de una sola válvula. Tratar con el calor de otra manera tampoco es gratis. Es posible rodar su propio convertidor de dinero y ahorrar un par de $, pero tomará más tiempo y probablemente no sea una buena idea si tiene que hacer preguntas básicas aquí.

El transformador de derivación central no es una buena idea. La CA de 12 V será un pico de 17 V, con 15,5 después del puente de onda completa. Incluso si es solo un promedio de 13 V después de la caída y la caída de la impedancia, aún quedan 4 vatios de calor con los que lidiar. También es 4W menos disponible para los solenoides.

Definitivamente use un regulador de conmutación. Yo uso 34063, un regulador de conmutación común y barato. Hablando de controlador de válvula de agua, tengo un diseño de código abierto en mi sitio web:

• Lista de piezas de OpenSprinkler e imagen de PCB

Mis pensamientos inmediatos:

• Tome los 24 VCA, rectifíquelo con un puente rectificador de onda completa.
• Agregue un condensador de suavizado adecuado.
• Tome una alimentación del 24VDC y alimente a través de un LM317T con resistencias de ajuste de voltaje adecuadas (digamos 680Ω y 2KΩ iirc) y condensador de salida.

Eso debería proporcionarle suficiente corriente para los solenoides y la MCU.

Si desea más corriente, simplemente use un transformador más carnoso que le dé más de 300 mA. El LM317T puede hacer frente a hasta 1.5A, si puede proporcionarlo.

Obviamente, hay circuitos de conmutación más 'eficientes', pero este es rápido y fácil de armar.