Cómo convertir AC a DC

28

Estoy diseñando un circuito que necesita una salida de 5VDC @ 1A. Estoy tratando de usar un transformador de pared para reducir el voltaje a 12VAC. El siguiente paso es el puente de diodos y el condensador de ondulación.

La ecuación del voltaje de ondulación es:

V_{r i p p l e} = \frac{I}{2 f C}

$V_{ripple} = \frac{I}{2fC}$

I = load current (1A)
f = AC frequency (60Hz)
C = Filter Capacitor (? uF)

Si elijo una C de 1000 uF, ¡el voltaje de ondulación es de 8.3 V! ¿Realmente necesito poner más capacitancia para reducir el voltaje de ondulación? ¿Hay otro método para convertir AC a DC?

— Robert
fuente

66

Podrías ahorrarte el puente de diodos y la rectificación si usaras un transformador de pared de CC en lugar de un transformador de pared de CA. Sin embargo, aún necesitaría un regulador de voltaje para obtener un voltaje estable de 5V, casi todos los transformadores de pared NO están regulados por voltaje, y un transformador de pared de '5V' probablemente le dará entre 5V y 9V.

— davr

3

Uso 2000 F / A como regla general (a veces más, depende de la aplicación)

μ

$\mu$

— stevenvh

¿Por qué no solo comprar uno? ¿Por qué reinventar la rueda?

— Tim Spriggs

41

1000 µF a este voltaje no es terriblemente grande. ¿Estás limitado por el tamaño o algo así?

Para deshacerse por completo de la ondulación y producir 5 V, debe agregar un regulador de voltaje después del condensador.

12 V _RMS = 17 V _Pico , que, menos las dos caídas de diodos, es el voltaje pico de CC que verá en la salida de los rectificadores: 17 - 1.1 - 1.1 = 14.8 V. Por lo tanto, no hay amenaza de exceder los límites de entrada del regulador (entrada de 35 V).

Si la ondulación es de 8.3 V, entonces el voltaje de CC variará de 6.5 V a 15 V. Esto es apenas lo suficientemente alto como para alimentar al regulador sin caer fuera de la regulación, ya que el 7805 tiene una caída de aproximadamente 1.5 V a 1 A ( dependiendo de la temperatura). Entonces, sí, debe usar un condensador ligeramente más alto (o múltiples condensadores en paralelo, si el espacio es un problema).

ingrese la descripción de la imagen aquí ( Fuente: Alan Marshall )

Aquí hay una guía para cada etapa del circuito de suministro de energía.

También:

Los voltajes de la línea de alimentación de la vida real varían de un tomacorriente a otro y la frecuencia varía según el país. Debe calcular la condición de línea baja / carga alta para asegurarse de que no caiga por debajo de la regulación, así como la condición de línea alta / carga baja para asegurarse de que no exceda el límite de voltaje de entrada del regulador. Estos son los valores generalmente recomendados:

JP: 85 VAC a 110 VAC (+ 10%, -15%), 50 y 60 Hz
EE. UU .: 105 VCA a 132 VCA (+ 10%), 60 Hz
UE: 215 VAC a 264 VAC (+ 10%), 50 Hz

— endolito
fuente

1

El voltaje pico visto en la salida del rectificador será 2 gotas de diodo (2.2 V en total) menos que el voltaje pico de entrada.

— Robert

8

Endolith tiene un enfoque excepcional. Me gustaría señalar una cosa, UTILICE UN DISIPADOR DE CALOR. Si va a poner 1 amperio a través de un regulador lineal, use un disipador de calor, es mucho más poder de disipación de lo que la gente cree.

— Kortuk

3

Punto rápido: 2 gotas de diodo no es necesariamente 2.2v. La caída de voltaje de una unión PN depende mucho de su construcción y del tipo de semiconductores involucrados. Incluso variarán entre dispositivos del mismo tipo. Tenga en cuenta, además, que el 7805 está bien siempre que tenga más de dos o tres voltios de espacio libre para regular. Cuanto mayor sea la entrada, sin embargo, más potencia tiene para disiparse. Los reguladores de conmutación, aunque algo más complejos, son enormemente más eficientes.

— wackyvorlon

1

La hoja de datos 1N4004 enumera una caída de 1.1 V para 1 A de corriente y el rectificador de puente KBP005 enumera 1.0 V para 1.0 A, por lo que es un valor típico.

— endolito el

2

a veces también ve un diodo a través del 7805, ánodo a la entrada, para evitar que la salida vaya (mucho) más alto que la entrada: ¿qué tan necesario / innecesario sería?

— JustJeff

19

La cuestión es que en estos días los adaptadores de fuente de alimentación de conmutación son un artículo tan básico que, a menos que realmente desee entrar en el diseño con fines de aprendizaje, simplemente compre uno. Digikey tiene algunos que cuestan menos de $ 10 en cantidades individuales ( aquí hay uno de CUI ) y le dará salida DC regulada, con alta eficiencia, completa con todas las certificaciones de seguridad y EMI / RFI.

— Jason S
fuente

Yo uso CUI todo el tiempo! También hay versiones de montaje en PCB, si ya tiene CA en su placa.

— Kevin Vermeer

8

Si su condensador es lo suficientemente grande como para reducir la ondulación, su Vdc será de alrededor de 15 V como lo muestra Endolith. Consideremos que cae un poco bajo carga, y use 12V como ejemplo. Si la salida necesita ser de 5V, el regulador debería tomar 7V a 1A, lo que significa que debería ser capaz de disipar continuamente 7W de potencia. Dependiendo de su aplicación, esto puede o no ser un problema.

¿Por qué no solo usas un adaptador de corriente de conmutación? En estos días hay muchos enrutadores, conmutadores / concentradores de red, gabinetes de disco duro, etc. que usan 5V. Sus fuentes de alimentación generalmente no son más grandes que un transformador de pared normal, son más eficientes y el voltaje de salida está bien regulado.

— icabrindus
fuente

7

Otro método es agregar un estrangulador (inductor) en serie antes de la tapa del filtro final. Algo así como 100 uH haría un mundo de bien. Una bobina resiste los cambios en la corriente, al igual que una tapa resiste los cambios en el voltaje. Pon los dos juntos y obtendrás un filtro mucho más efectivo.

Tiene un error en su ecuación de Vripple. Como está utilizando un puente de onda completa, su frecuencia no es 60 hz, sino 120.

— bobdole369
fuente

Tenía un "2 *" para compensar el puente completo.

— Robert

¿Tiene un sitio web que describe el método de estrangulamiento?

— Robert

Busque cosas como filtros de paso alto, se aprovechan del hecho de que la reactancia inductiva aumenta con la frecuencia, mientras que la reactancia capacitiva disminuye.

— wackyvorlon

Un inductor resiste los cambios en la corriente, pero tenga en cuenta que su circuito puede querer cambiar la corriente rápidamente. Cuando cambia la corriente necesaria para el circuito, el inductor tendrá que descargar la corriente en algún lugar.

— Kellenjb

1

El inductor debe colocarse antes del puente de diodos, no después del regulador. Si es lo suficientemente grande, puede aumentar el ángulo de conducción de PTX a 360 grados y reducir sus picos y valles de corriente de salida a plano. Pero pierdes algo de voltaje. Consulte el Manual del diseñador de radio, págs. 1162, 1182 y siguientes.

— user207421

4

Su ecuación de Vripple es solo una aproximación, y solo es buena para pequeñas cantidades de ondulación.

Encuentre una ecuación mejor, o resuélvala gráficamente, y verá que su onda no es tanto como cree.

— SiliconFarmer
fuente

Buen punto sobre las limitaciones de esa ecuación!

— Robert

1

Aquí hay una ecuación algo mejor para los casos en que Vripple es grande. Esto es menos pesimista que Vripple = I / (2fC), pero sigue siendo pesimista para los valores de Vripple <1/2 * Vpeak. En lugar de suponer que no hay una onda sinusoidal ascendente en t = 1/2 * f, aproxima la salida del rectificador con triángulos en lugar de onda sinusoidal (para facilitar las matemáticas). Resolviendo las dos ecuaciones para ver cuándo la caída de voltaje del capacitor intercepta la onda triangular ascendente, para obtener: Vt = Vp * (4fCVp / I -1) / (4fCVp / I +1) f = 60, C = 1000, Vp = 14.8 , I = 1 Vt = 8.3 voltios Que está muy por encima del voltaje de caída de 7805 de 5v + 1.5v.

— SiliconFarmer el

3

Si no desea ir a la ruta de conmutación, utilice un transformador de 5 o 6 voltios con mucha capacidad. y un regulador de baja caída ayudaría mucho a la eficiencia. Debe hacer algunos cálculos para obtener los valores y ver si son razonables.

— russ_hensel
fuente