Conception d'alimentation 24VAC / 5VDC

Je prévois de créer un contrôleur de vanne d'eau à l'aide d'un MCU et d'un ensemble de vannes commandées par solénoïde. Les solénoïdes fonctionnent sur 24VAC (40mA d'appel, 20mA de maintien).

Le MCU est sur une carte qui consomme ~ 100mA, et il a un régulateur intégré, donc je peux le fournir soit 5V directement (en contournant le régulateur) ou 6-12V via le régulateur intégré. Je souhaite également faire fonctionner d'autres périphériques 5V (capteurs, écran, LED, etc.), alors disons que j'aurai besoin de 500mA de 5VDC régulé.

Je pourrais théoriquement prendre la sortie redressée / filtrée du transformateur 24VAC et la réguler jusqu'à ~ 12V et utiliser le régulateur intégré pour la réguler davantage à 5V, mais je dissiperais BEAUCOUP de puissance (comparativement) sous forme de chaleur perdue. Mes régulateurs devraient être dissipés par la chaleur et éventuellement refroidis activement (tout cela irait dans une boîte dans un garage où il atteindrait régulièrement ~ 110F ...). J'ai également envisagé d'utiliser un régulateur de commutation au lieu d'un régulateur linéaire, mais j'ai une expérience ZÉRO avec ceux-ci, et je ne saurais pas comment créer un schéma pour faire ce que je veux, ou s'il est même aussi théoriquement réaliste comme idée de régulateur linéaire.

J'ai joué avec l'idée d'utiliser un transformateur 24VAC à prise centrale et de rectifier / réguler le 12V du robinet central à 5VDC pour faire fonctionner le MCU et d'utiliser le 24VAC sur toute la sortie pour piloter les solénoïdes.

Est-ce une conception appropriée? Puis-je utiliser le robinet central de cette façon?

Votre solution a commencé comme supportable (5 V à 100 mA) mais s'est révélée complètement inacceptable à 500 mA. Vous dites que votre "verrue murale" est évaluée à 300 mA. Lorsque vous fournissez une tension à l'aide d'un régulateur linéaire, le courant entrant est le même que le courant sortant - le régulateur diminue la différence de tension. Donc, ici, si vous dessinez 500 mA à 5 V, vous devez fournir 500 mA à 12 V ou 24 V. Le transformateur sera surchargé dans les deux cas.

Si les évaluations sont comme vous dites alors une solution potentiellement acceptable est d'utiliser un régulateur de commutation (SR) fonctionnant de 24V à. .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

. Si le SR est efficace à 80% (facile à atteindre), il monte à 260 mA. Comme cela est susceptible d'être une exigence occasionnelle, le courant total à 24 V sera probablement acceptable avec une alimentation de 300 mA - selon le nombre de solénoïdes que vous souhaitez maintenir.$24V \times 5 W =~ 210 mA$

Si vous passez un seul solénoïde à la fois le courant de drain avec N activé est . Le courant de choc est essentiellement immatériel.$20 \times N + 20 mA$

Si vous vouliez plus de 3 ou 4 solénoïdes, la consommation de courant à 5 V pourrait devoir être limitée.

par exemple

• 10 solénoïdes à 20 mA = $200 mA$
• Balance = $300mA-200mA = 100 mA$
• Courant disponible à 5V à 80% d'efficacité = ,exemple400mA.$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

Notez que lorsqu'un régulateur à découpage est utilisé, l'utilisation d'une tension d'entrée plus élevée entraînera une diminution du drain de courant d'entrée. Il est donc préférable ici d'utiliser la pleine alimentation 24V.

Notez également que si le transformateur est un véritable 24 VCA, le courant continu redressé sera d'environ "un peu" = 30 V D $24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

Car:

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

• Un pont redresseur complet tombera d'environ 1,5 V.

• 34 VDC est la tension de crête et le DC disponible sera légèrement inférieur - dépend de la charge. Il y aura "un peu" d'ondulation et de perte de câblage et d'affaissement du transformateur et ...

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

par exemple

• pour 48 mA à 5 V, vous avez besoin de 10 mA à 30 V.
• pour 480 mA à 5 V, vous avez besoin de 100 mA à 30 V.

Donc, vous obtenez environ 10 solénoïdes plus près de 500 mA à 5V DC :-)

Une solution parmi tant d'autres:

Il existe de nombreux IC et modèles SR. Ici, un simple régulateur buck suffira. Vous pouvez acheter des unités commerciales ou "rouler les vôtres". Il existe de nombreux circuits intégrés modernes, mais si le coût est élevé, vous pouvez consulter le MC34063. À propos du régulateur de commutation le moins cher disponible et capable de gérer pratiquement n'importe quelle topologie. Il gérerait cette tâche sans semi-conducteurs externes et avec un minimum d'autres composants.

MC34063. 0,62 $ US de Digikey en 1. Je paie environ 10 cents chacun sur 10 000 qauntity en Chine (environ la moitié du prix de Digikey).

La figure 8 dans la fiche technique référencée ci-dessous se trouve être une "correspondance parfaite" avec vos besoins. Ici entrée 25 VDC, sortie 5V à 500 mA. 83% efficace. 3 x R, 3 x C, diode, inductance. Cela fonctionnerait sans altération à 30 VDC.

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

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

• Ajoutée:

La figure 8 de la fiche technique LM34063 montre TOUTES les valeurs des composants à l'exception de la conception de l'inductance (l'inductance uniquement est donnée). Nous pouvons spécifier l'inducteur pour vous auprès de Digikey (voir ci-dessous) ou n'importe où et / ou vous aider à le concevoir. Fondamentalement, c'est un inducteur de 200 uH conçu pour une utilisation générale de commutation de puissance avec un courant de saturation de 750 mA ou plus. Des choses comme la fréquence de résonance, la résistance, etc., MAIS sont susceptibles d'être très bien dans toute partie qui répond aux spécifications de base. OU vous pouvez enrouler le vôtre pour très peu, par exemple sur un noyau Micrometals. Concevoir des logiciels sur leur site.

À partir de Digikey 0,62 $ US / 1. En stock. Bourns (c'est-à-dire bon).

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

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

Spécifications légèrement meilleures

• 0,75 $ US / 1.

• Montage en surface.

• Bourns.

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

Même si vous utilisez le solution de robinet central , vous voudrez un régulateur à découpage; un régulateur linéaire dissiperait encore 5W, et ça ne vaut pas le coup. Je reviens au sélecteur dans une minute.
Si vous souhaitez utiliser le transformateur à prise centrale, vous devez garder à l'esprit deux choses:

1. Vous ne pouvez pas entraîner les solénoïdes directement à travers des triacs non isolés , car la masse de votre alimentation est à mi-chemin de la tension alternative. Mais en regardant cette question, je suppose que vous voulez utiliser un SSR , donc ça va. Un relais électromécanique fera également l'affaire.
2. Un transformateur à prise centrale + redresseur pleine onde n'est pas très efficace en ce qui concerne le transformateur, car il utilise uniquement à tout moment moitié du transformateur . Vous aurez donc besoin d'un transformateur plus gros (et donc plus cher).

Le principe de fonctionnement des commutateurs est un peu plus compliqué que celui d'un régulateur linéaire, mais ce n'est pas extrêmement difficile. Grâce à leur avantage d'offrir des rendements élevés, ils sont utilisés partout ces jours-ci, et il existe une pléthore de régulateurs disponibles . Olin a mentionné la technologie linéaire , ils sont l'un des leaders dans le domaine. Ce ne sont pas les moins chers, mais si vous en avez juste besoin d'un, ce n'est pas autant un problème que pour 100k / an, par exemple. Leur site Web propose une recherche paramétrique, qui avec mes paramètres a renvoyé quelque chose comme 16 parties , il y a donc beaucoup de choix. J'ai choisi la tension de sortie fixe LT1076-5 (sans tenir compte du coût):

Comme vous pouvez le voir, ce n'est guère plus compliqué qu'un régulateur linéaire, alors quel est le problème?

1. Les commutateurs commutent parfois à des fréquences plutôt élevées (gamme MHz), ce qui provoque interférences électromagnétiques . Celui-ci fonctionne à une fréquence inférieure de 100 kHz, moins EMI, mais une bobine un peu plus grande. Pas grave.
2. Vous pouvez atteindre des rendements très élevés avec les commutateurs, mais pour obtenir ce dernier%, vous devez sélectionner les composants très soigneusement et faire très attention à la disposition des PCB . Si vous n'êtes pas encore expérimenté dans la conception SMPS, vous pouvez avoir une efficacité de seulement 85% au lieu des 90% maximum. Encore une fois, ce n'est pas grave.

Les composants cruciaux sont la bobine, la diode et C1. Ce sont aussi les pièces qui nécessitent une attention dans la mise en page: la boucle L1-C1-D1 doit être aussi courte que possible, ainsi que la connexion entre IC et bobine. Utilisez des traces larges car elles porteront des courants élevés.

Après réflexion, ce n'est pas la fiche technique idéale. En fait, c'est assez bref pour une fiche technique LT. Il n'a pas de graphique unique, et de nombreuses autres fiches techniques vous donnent beaucoup d'informations sur la sélection des composants. Vérifiez d' autres pièces si vous souhaitez en savoir plus. ( mise à jour: la fiche technique du LT1076-5 semble être davantage un additif à celui du LT1076 , qui est plus étendu )
Les fiches techniques des LT1766 et LT3430 sont plus proches du LT, avec près de 20 pages d'informations d'application, y compris calculs et disposition du tableau. Lisez-les et apprenez! :-)

OK, c'était à propos de LT. Oui, je suis fan (très bon support aussi, du moins pour les professionnels), mais il y en a bien sûr d'autres. National a sa série de commutateurs simples et dispose d'un concepteur Webench qui vous donne des schémas complets avec BOM. Beaucoup moins cher que LT aussi.

Il semble que vous ayez déjà ce dont vous avez besoin dans la verrue murale 24 VAC 300mA.

L'exigence de 500mA de votre système 5V est suffisamment élevée pour que cela nécessite vraiment un commutateur. Vous pouvez toujours exécuter les solénoïdes à partir du 24 VAC comme prévu, mais aussi rectifier cela puis le réduire à 5 V pour exécuter le processeur. Les pics de 24 VAC sinus seront de 34V, vous devez donc concevoir le système pour fonctionner avec jusqu'à 40V.

Il devrait y avoir de nombreuses puces disponibles sur le marché pouvant accepter jusqu'à 40 V et éteindre 500 mA à 5 V. Ces choses ont tendance à être étonnamment chères (plusieurs $ chacune), mais probablement petites par rapport au coût d'une seule valve. Autrement, la chaleur n'est pas non plus gratuite. Il est possible de faire rouler votre propre convertisseur buck et d'économiser quelques dollars, mais cela prendra plus de temps et probablement pas une bonne idée si vous devez poser des questions de base ici.

Le transformateur à prise centrale n'est pas une bonne idée. 12V AC sera 17V crête, avec 15,5 après le pont pleine onde. Même s'il est dit que la moyenne de 13 V après la chute et l'impédance baisse, cela reste 4 watts de chaleur à gérer. Il est également 4 W moins disponible pour les solénoïdes.

Utilisez certainement un régulateur à découpage. J'utilise 34063, un régulateur de commutation commun et bon marché. En parlant de contrôleur de vanne d'eau, j'ai un design open-source sur mon site:

• Liste des pièces OpenSprinkler et image PCB

Mes pensées immédiates:

• Prenez le 24VAC, rectifiez-le avec un pont redresseur pleine onde.
• Ajoutez un condensateur de lissage approprié.
• Prenez une alimentation à partir du 24VDC et alimentez-la à travers un LM317T avec des résistances de réglage de tension appropriées (disons 680Ω et 2KΩ iirc) et un condensateur de sortie.

Cela devrait vous fournir suffisamment de courant pour les solénoïdes et le MCU.

Si vous voulez plus de courant, utilisez simplement un transformateur plus charnu qui donne plus de 300mA. Le LM317T peut supporter jusqu'à 1,5 A, si vous pouvez le lui fournir.

Évidemment, il existe des circuits de commutation plus «efficaces», mais celui-ci est rapide et simple à assembler.