การออกแบบแหล่งจ่ายไฟ 24VAC / 5VDC

ฉันวางแผนที่จะสร้างตัวควบคุมวาล์วน้ำโดยใช้ MCU และชุดของวาล์วควบคุมโซลินอยด์ solenoids ทำงานบน 24VAC (40mA การไหลเข้าถือ 20mA)

MCU อยู่บนบอร์ดที่ดึง ~ 100mA และมีตัวควบคุมออนบอร์ดดังนั้นฉันสามารถจ่าย 5V ได้โดยตรง (บายพาสตัวควบคุม) หรือ 6-12V ผ่านตัวควบคุมออนบอร์ด ฉันต้องการใช้อุปกรณ์ต่อพ่วง 5V อื่น ๆ (เช่นเซ็นเซอร์, จอแสดงผล, LED บางอันและอะไรก็ตาม) ดังนั้นสมมติว่าฉันต้องการ 5VDC ที่ควบคุม 500mA

ในทางทฤษฎีฉันสามารถใช้เอาท์พุทที่ถูกแก้ไข / กรองจากหม้อแปลง 24VAC และควบคุมมันลง ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ และใช้ตัวควบคุมออนบอร์ดเพื่อควบคุมมันต่อไปที่ 5V แต่ฉันจะกระจายพลังงานมาก (เปรียบเทียบ) เป็นความร้อนเหลือทิ้ง หน่วยงานกำกับดูแลของฉันจะต้องมีการระบายความร้อนและอาจจะเย็นลงอย่างแข็งขัน (ทั้งหมดนี้จะไปในกล่องในโรงรถที่จะไปถึง 110F ... ฉันยังคิดว่าใช้ตัวควบคุมสวิตช์แทนตัวควบคุมเชิงเส้น แต่ฉันได้รับประสบการณ์แบบศูนย์กับสิ่งเหล่านั้นและฉันก็ไม่รู้ว่าจะรวมวงจรเพื่อทำสิ่งที่ฉันต้องการหรือไม่ว่ามันจะเป็นจริงตามหลักวิชาหรือไม่ เป็นความคิดเชิงเส้นควบคุม

ฉันเล่นกับความคิดในการใช้หม้อแปลง 24VAC ที่มีการแตะตรงกลางและแก้ไข / ควบคุม 12V จากศูนย์กลางแตะลงที่ 5VDC เพื่อเรียกใช้ MCU และใช้ 24VAC ข้ามเอาต์พุตเต็มรูปแบบเพื่อขับโซเลนอยด์

นี่เป็นการออกแบบที่เหมาะสมหรือไม่? ตกลงไหมที่จะใช้การแตะที่กึ่งกลางในลักษณะนี้?

โซลูชันของคุณเริ่มต้นที่สามารถรับได้ (5V ที่ 100mA) แต่จบลงด้วยการยอมรับไม่ได้อย่างสมบูรณ์ที่ 500 mA คุณบอกว่า "ผนังหูด" ของคุณอยู่ที่ 300 mA เมื่อคุณจ่ายแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ตัวควบคุมเชิงเส้นกระแสในจะเหมือนกับกระแสไฟฟ้าออก - เครื่องควบคุมจะลดความต่างของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นถ้าคุณวาด 500 mA ที่ 5V คุณต้องจ่าย 500 mA ที่ 12V หรือ 24V หม้อแปลงจะมีการโอเวอร์โหลดในทั้งสองกรณี

หากการจัดอันดับเป็นที่คุณพูดแล้วทางออกที่ยอมรับได้ที่อาจเกิดขึ้นคือการใช้สารควบคุมการสลับ (อาร์) จากการดำเนินงานใน 24V.วัตต์$5V \times 500 mA = 2.5 W$

$24V \times 5 W =~ 210 mA$mA ถ้า SR นั้นมีประสิทธิภาพ 80% (ทำได้ง่าย) ที่เพิ่มขึ้นเป็น 260 mA เนื่องจากมีแนวโน้มว่าจะเป็นความต้องการเป็นครั้งคราวกระแสรวมที่ 24V จะอาจเป็นที่ยอมรับด้วยการจ่ายไฟ 300 mA - ขึ้นอยู่กับจำนวนโซเลนอยด์ที่คุณต้องการรักษา

หากคุณเปลี่ยนเพียงหนึ่งขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าในครั้งเดียวท่อระบายน้ำในปัจจุบันที่มีการเปิดใช้งาน N คือmA กระแสไฟกระชากไม่เป็นสาระสำคัญ$20 \times N + 20 mA$

หากคุณต้องการโซเลนอยด์มากกว่า 3 หรือ 4 ตัวการระบายกระแสที่ 5V อาจจำเป็นต้อง จำกัด

เช่น

• 10 โซเลนอยด์ที่ 20 mA =$200 mA$
• Balance =$300mA-200mA = 100 mA$
• ปัจจุบันมีจำหน่ายที่ 5V ที่ 80% มีประสิทธิภาพ =พูดmA400$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

โปรดทราบว่าเมื่อใช้งานสวิตช์ควบคุมการใช้แรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่สูงขึ้นจะส่งผลให้กระแสไฟไหลเข้าน้อยลง ดังนั้นมันจะดีกว่าที่นี่เพื่อใช้แหล่งจ่ายไฟ 24V เต็ม

โปรดทราบว่าหากหม้อแปลงเป็นของแท้ 24 VAC DC ที่แก้ไขแล้วจะอยู่ที่ประมาณ "a bit"= 30 V D $24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

เพราะ:

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

• ตัวปรับแก้สะพานแบบเต็มจะลดลงประมาณ 1.5V

• 34 VDC เป็นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและ DC ที่มีอยู่จะลดลงเล็กน้อย - ขึ้นอยู่กับโหลด จะมี "บิต" ของระลอกคลื่นและการสูญเสียการเดินสายและหม้อแปลงหล่นและ ...

ที่ประสิทธิภาพ 80% จะช่วยเพิ่มกระแสไฟ 24VAC ถึง 5V DC ที่$\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

เช่น

• 48 mA ที่ 5V คุณต้อง 10 mA ที่ 30V
• สำหรับ 480 mA ที่ 5V คุณต้อง 100 mA ที่ 30V

ดังนั้นคุณจะได้รับ 10 โซเลนอยด์บวกเกือบ 500 mA ที่ 5V DC :-)

ทางออกหนึ่งของหลาย ๆ

มี SR IC และการออกแบบมากมาย ที่นี่เจ้าชู้ควบคุมง่ายจะพอเพียง คุณสามารถซื้อหน่วยการค้าหรือ "สะสมของคุณเอง" มีไอซีที่ทันสมัยหลายตัว แต่ถ้าราคาอยู่ที่ระดับพรีเมี่ยมคุณสามารถดูเจ้า olde MC34063 เกี่ยวกับสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์ IC ที่ถูกที่สุดที่มีอยู่และสามารถรองรับโทโพโลยีใด ๆ มันจะจัดการกับงานนี้โดยไม่มีสารกึ่งตัวนำภายนอกและส่วนประกอบอื่น ๆ ขั้นต่ำ

MC34063 $ US0.62 จาก Digikey ใน 1 ของ ฉันจ่ายเงินประมาณ 10 เซนต์ต่อคนใน 10,000 คนที่อยู่ในประเทศจีน (ประมาณครึ่งราคาของ Digikey)

รูปที่ 8 ในแผ่นข้อมูลอ้างอิงด้านล่างเกิดขึ้นเป็น "คู่ที่สมบูรณ์แบบ" กับความต้องการของคุณ ที่นี่ 25 VDC เข้า 5V ออก 500 mA มีประสิทธิภาพ 83% 3 x R, 3 x C, ไดโอด, ตัวเหนี่ยวนำ มันจะทำงานโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่ 30 VDC ใน

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

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

• ที่เพิ่ม:

รูปที่ 8 ในแผ่นข้อมูล LM34063 แสดงค่าส่วนประกอบทั้งหมดยกเว้นการออกแบบตัวเหนี่ยวนำ (จะได้รับการเหนี่ยวนำเท่านั้น) เราสามารถ spec ตัวเหนี่ยวนำสำหรับคุณจาก Digikey (ดูด้านล่าง) หรือที่ใดก็ได้และ / หรือช่วยคุณออกแบบ โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นตัวเหนี่ยวนำ 200 uH ที่ออกแบบมาสำหรับการสลับกำลังไฟทั่วไปที่ใช้กับความอิ่มตัวของกระแสไฟฟ้าที่บอกว่า 750 mA หรือมากกว่า สิ่งต่าง ๆ เช่นความถี่เรโซแนนท์ความต้านทาน ฯลฯ สสาร แต่มีแนวโน้มที่จะถูกปรับในส่วนใด ๆ ที่ตรงตามข้อกำหนดพื้นฐาน หรือคุณสามารถไขลานของคุณเองสำหรับสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ เช่นแกน Micrometals ออกแบบซอฟต์แวร์บนเว็บไซต์

จาก Digikey $ US0.62 / 1 มีสินค้าในสต๊อก. Bourns (เช่นดี)

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

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

สเป็กที่ดีขึ้นเล็กน้อย

• $ US0.75 / 1

• Surface Mount

• Bourns

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

แม้ว่าคุณจะใช้โซลูชันการแตะตรงกลางคุณจะต้องการตัวควบคุมการสลับ ตัวควบคุมเชิงเส้นจะยังคงกระจาย 5W และมันไม่คุ้มค่า ฉันจะกลับไปที่สวิตช์ในเวลาไม่กี่นาที
หากคุณจะใช้หม้อแปลงที่มีจุดศูนย์กลางคุณต้องคำนึงถึงสองสิ่ง:

1. คุณไม่สามารถขับโซเลนอยด์โดยตรงผ่านtriac ที่ไม่มีฉนวนเนื่องจากพื้นดินของแหล่งจ่ายไฟของคุณมีแรงดัน AC ครึ่งทาง แต่ดูคำถามนี้ฉันเดาว่าคุณต้องการใช้SSRดังนั้นก็ไม่เป็นไร รีเลย์ไฟฟ้าจะทำเช่นกัน
2. หม้อแปลงที่มีการเคาะแบบกึ่งกลาง + วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นไม่ได้มีประสิทธิภาพมากนักเกี่ยวกับหม้อแปลงเนื่องจากมันใช้เพียงครึ่งเดียวของหม้อแปลงในเวลาใดก็ได้ ดังนั้นคุณจะต้องมีหม้อแปลงที่มีขนาดใหญ่กว่า (และมีราคาแพงกว่า)

หลักการทำงานของสวิตมีความซับซ้อนน้อยกว่าที่ควบคุมเชิงเส้น แต่ก็ไม่ได้ยากมาก ต้องขอบคุณข้อได้เปรียบของพวกเขาในการนำเสนอประสิทธิภาพสูงที่ใช้ในทุกวันนี้และยังมีหน่วยงานกำกับดูแลอีกมากมาย แลงพูดถึงเทคโนโลยีเชิงเส้นพวกเขาเป็นหนึ่งในผู้นำในอุตสาหกรรมนี้ พวกเขาไม่ได้ถูกที่สุด แต่ถ้าคุณต้องการเพียง 1 นั่นไม่ใช่ปัญหามากเท่ากับ 100k / ปีเช่น เว็บไซต์ของพวกเขานำเสนอการค้นหาแบบพารามิเตอร์ซึ่งด้วยพารามิเตอร์ของฉันส่งคืนบางอย่างเช่น16 ส่วนดังนั้นจึงมีทางเลือกมากมาย ฉันเลือกแรงดันขาออกคงที่LT1076-5 (ค่าใช้จ่ายโดยไม่คำนึงถึง):

อย่างที่คุณเห็นว่านี่ไม่ค่อยซับซ้อนกว่าตัวควบคุมเชิงเส้นดังนั้นปัญหาคืออะไร

1. สวิตบางครั้งสลับที่ค่อนข้างความถี่สูง (ช่วง MHz) ซึ่งเป็นสาเหตุของอีเอ็มไอ อันนี้ทำงานที่ 100kHz ที่ต่ำกว่าน้อยกว่า EMI แต่ขดลวดที่ใหญ่กว่าเล็กน้อย ไม่ใช่เรื่องใหญ่.
2. คุณสามารถบรรลุมากประสิทธิภาพสูงกับสวิต แต่ที่จะได้รับ% ล่าสุดออกมาจากมันคุณจะต้องเลือกส่วนประกอบอย่างระมัดระวังและให้ความสนใจมากที่จะเค้าโครง PCB หากคุณยังไม่มีประสบการณ์ในการออกแบบ SMPS คุณอาจมีประสิทธิภาพเพียง 85% แทนที่จะเป็น 90% สูงสุด อีกครั้งไม่มีเรื่องใหญ่

ส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ ขดลวดไดโอดและ C1 พวกเขายังเป็นส่วนที่ต้องการความสนใจในรูปแบบ: ห่วง L1-C1-D1 จะต้องสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และการเชื่อมต่อระหว่าง IC และคอยล์ ใช้ร่องรอยกว้างเพราะพวกมันจะมีกระแสสูง

ในความคิดที่สองนี่ไม่ใช่แผ่นข้อมูลในอุดมคติ ในความเป็นจริงมันค่อนข้างสั้นสำหรับแผ่นข้อมูล LT ไม่มีกราฟเดียวและเอกสารข้อมูลอื่น ๆ มากมายให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับการเลือกส่วนประกอบ ตรวจสอบส่วนอื่น ๆหากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติม ( อัปเดต: แผ่นข้อมูลสำหรับ LT1076-5 ดูเหมือนจะเป็นภาคผนวกของLT1076ซึ่งมีความครอบคลุมมากกว่า )
เอกสารข้อมูลทางเทคนิคสำหรับLT1766และLT3430มีลักษณะเหมือน LT มากกว่าโดยเกือบ 20 หน้าของข้อมูลแอปพลิเคชันรวมถึง การคำนวณและเค้าโครงบอร์ด อ่านและเรียนรู้! :-)

ตกลงนี่เป็นเรื่องเกี่ยวกับ LT ใช่ฉันเป็นแฟน (การสนับสนุนที่ดีเช่นกันอย่างน้อยก็สำหรับมืออาชีพ) แต่มีคนอื่นแน่นอน National มีซีรีย์Simple Switchersและมี Webench Designer ที่ให้แผนผังกับ BOM ราคาถูกกว่า LT มากเช่นกัน

ดูเหมือนคุณมีสิ่งที่คุณต้องการในหูดผนัง 24 VAC 300mA

ความต้องการ 500mA ของระบบ 5V ของคุณนั้นสูงพอที่จะเรียกใช้ตัวสลับ คุณยังคงสามารถเรียกใช้โซเลนอยด์จาก 24 VAC ได้ตามที่ต้องการ แต่ยังแก้ไขให้ถูกแล้วจึงตัดลงไปที่ 5V เพื่อเรียกใช้โปรเซสเซอร์ ค่าสูงสุดของ 24 VAC ไซน์จะเป็น 34V ดังนั้นคุณควรออกแบบระบบให้ทำงานได้สูงสุด 40V

ควรมีชิปชั้นวางจำนวนมากที่สามารถรับได้ถึง 40V และใส่ 500mA ที่ 5V สิ่งเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงอย่างน่าประหลาดใจ (หลายดอลลาร์ต่อคน) แต่อาจเล็กน้อยเมื่อเทียบกับค่าใช้จ่ายของวาล์วเดียว การจัดการกับความร้อนเป็นอย่างอื่นนอกจากนี้ยังไม่ฟรี เป็นไปได้ที่จะย้อนเจ้าชู้ของคุณเองและบันทึกสองดอลลาร์ แต่มันจะใช้เวลามากขึ้นและอาจไม่ใช่ความคิดที่ดีถ้าคุณต้องถามคำถามพื้นฐานที่นี่

หม้อแปลงแบบแตะตรงกลางไม่ใช่ความคิดที่ดี 12V AC จะเป็นจุดสูงสุด 17V และ 15.5 หลังจากสะพานฟูลคลื่น แม้ว่ามันจะบอกว่ามีค่าเฉลี่ยเพียง 13V เท่านั้นหลังจากการหยดและความต้านทานลดลงนั่นคือความร้อน 4 วัตต์ที่จะจัดการกับ นอกจากนี้ยังมีน้อยกว่า 4W สำหรับโซลีนอยด์

ใช้ตัวควบคุมการเปลี่ยนอย่างแน่นอน ฉันใช้ 34063 ตัวควบคุมการเปลี่ยนที่ใช้งานทั่วไปราคาถูก เมื่อพูดถึงตัวควบคุมวาล์วน้ำฉันมีการออกแบบโอเพนซอร์ซบนเว็บไซต์ของฉัน:

• รายการชิ้นส่วน OpenSprinkler และรูปภาพ PCB

ความคิดของฉันทันที:

• ใช้ 24VAC, แก้ไขด้วย full rectifier bridge
• เพิ่มตัวเก็บประจุปรับให้เรียบที่เหมาะสม
• รับฟีดจาก 24VDC และป้อนผ่าน LM317T พร้อมตัวต้านทานปรับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม (เช่น680Ωและ2KΩ iirc) และตัวเก็บประจุเอาต์พุต

ที่ควรให้กระแสกับโซเลนอยด์และ MCU อย่างเพียงพอ

หากคุณต้องการกระแสมากขึ้นเพียงใช้หม้อแปลงเนื้อมากขึ้นที่ให้มากกว่า 300mA LM317T สามารถรับมือได้สูงถึง 1.5A หากคุณสามารถให้ได้

เห็นได้ชัดว่ามีวงจรสวิตช์ 'ที่มีประสิทธิภาพ' มากขึ้น แต่อันนี้เป็นวงจรที่ง่ายและรวดเร็วในการรวมกัน