Projeto de fonte de alimentação 24VAC / 5VDC

Estou planejando criar um controlador de válvula de água usando um MCU e um conjunto de válvulas controladas por solenoide. Os solenóides funcionam em 24VAC (irrupção de 40mA, retenção de 20mA).

O MCU está em uma placa que consome ~ 100mA e possui um regulador integrado, para que eu possa fornecê-lo 5V diretamente (ignorando o regulador) ou 6-12V através do regulador integrado. Também desejo rodar outros periféricos de 5V (ou seja, sensores, uma tela, alguns LEDs e outros enfeites), então digamos que precisarei de 500mA de 5VDC regulados.

Teoricamente, eu poderia pegar a saída retificada / filtrada do transformador de 24VCA e regulá-la para ~ 12V e usar o regulador integrado para regulá-la ainda mais para 5V, mas eu estaria dissipando muita energia (comparativamente) como calor residual. Meus reguladores precisariam ser dissipados a calor e possivelmente resfriados ativamente (tudo isso iria para uma caixa de uma garagem onde chegaria regularmente a ~ 110F ...). Também considerei usar um regulador de comutação em vez de um regulador linear, mas tenho experiência ZERO com eles e não saberia montar um esquema para fazer o que quero, ou se é teoricamente realista como a idéia do regulador linear.

Eu brinquei com a idéia de usar um transformador de 24VCA com rosca central e retificar / regular os 12V do centro até 5VDC para executar o MCU e usar os 24VAC em toda a saída para acionar os solenóides.

Esse design é apropriado? É possível usar a torneira central dessa maneira?

Sua solução começou como suportável (5V a 100mA), mas acabou completamente inaceitável a 500 mA. Você diz que sua "verruga de parede" é classificada em 300 mA. Quando você fornece uma tensão usando um regulador linear, a corrente de entrada é a mesma que a corrente de saída - o regulador diminui a diferença de tensão. Então, aqui, se você desenhar 500 mA a 5V, deverá fornecer 500 mA a 12V ou 24V. O transformador será sobrecarregado em ambos os casos.

Se as classificações são como diz então uma solução potencialmente aceitável é a utilização de um regulador de comutação (SR), operando a partir de 24V, em. .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

. Se o SR for 80% eficiente (facilmente alcançado), esse valor sobe para 260 mA. Como isso pode ser um requisito ocasional, a corrente total em 24V provavelmente será aceitável com uma fonte de 300 mA - dependendo de quantos solenoides você deseja manter.$24V \times 5 W =~ 210 mA$

Se você trocar apenas um solenóide de uma vez a corrente de dreno com N ativado é . A corrente de pico é essencialmente imaterial.$20 \times N + 20 mA$

Se você deseja mais de 3 ou 4 solenóides, o consumo de corrente de 5V pode precisar ser limitado.

por exemplo

• 10 solenóides a 20 mA = $200 mA$
• Equilíbrio = $300mA-200mA = 100 mA$
• Corrente disponível em 5V a 80% de eficiência = , digamos400mA.$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

Observe que, quando um regulador de comutação é usado, o uso de uma tensão de entrada mais alta resultará em menos consumo de corrente de entrada. Por isso, é melhor aqui usar a fonte de 24V completa.

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

Porque:

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

• Um retificador de ponte completo cairá cerca de 1.5V.

• 34 VCC é a voltagem de pico e a CC disponível será um pouco menor - depende da carga. Haverá "um pouco" de perda de ondulação e fiação e queda do transformador e ...

Com eficiência de 80%, isso fornece um aumento de corrente de 24VAC a 5V DC de $\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

por exemplo

• para 48 mA a 5V, você precisa de 10 mA a 30V.
• para 480 mA a 5V, você precisa de 100 mA a 30V.

Então você obtém 10 solenóides mais quase 500 mA a 5V DC :-)

Uma solução de muitos:

Existem muitos SR ICs e designs. Aqui, um regulador simples será suficiente. Você pode comprar unidades comerciais ou "fazer o seu próprio". Existem muitos CIs modernos, mas se o custo for muito alto, você poderá olhar para o MC34063. Sobre o IC mais barato do regulador de comutação disponível e capaz de lidar com praticamente qualquer topologia. Ele lidaria com essa tarefa sem semicondutores externos e no mínimo outros componentes.

MC34063. US $ 0,62 do Digikey em 1's. Pago cerca de 10 centavos cada em 10.000 qauntity na China (cerca de metade do preço da Digikey).

A Figura 8 na folha de dados referenciada abaixo é uma "combinação perfeita" com seus requisitos. Aqui entrada de 25 VCC, 5V a 500 mA de saída. 83% eficiente. 3 x R, 3 x C, diodo, indutor. Funcionaria sem alterações a 30 VCC em.

Folha de dados - http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/mc33063a.pdf

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

• Adicionado:

A Figura 8 na folha de dados do LM34063 mostra TODOS os valores dos componentes, exceto o design do indutor (somente a indutância é fornecida). Podemos especificar o indutor para você no Digikey (veja abaixo) ou em qualquer lugar e / ou ajudá-lo a projetá-lo. Basicamente, é um indutor de 200 uH projetado para uso geral de comutação de energia com uma corrente de saturação de, digamos, 750 mA ou mais. Coisas como frequência de ressonância, resistência, etc. são importantes, MAS podem estar bem em qualquer parte que atenda às especificações básicas. OU você pode enrolar o seu próprio por muito pouco, por exemplo, no núcleo Micrometals. Crie software em seu site.

De Digikey $ US0.62 / 1. Em estoque. Bourns (ou seja, bom).

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

Folha de dados: http://www.bourns.com/data/global/pdfs/SDR1005.pdf

Especificação ligeiramente melhor

• US $ 0,75 / 1.

• Montagem em superfície.

• Bourns.

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

Mesmo se você usar o solução de torneira central , precisará de um regulador de comutação; um regulador linear ainda dissiparia 5W, e não vale a pena. Volto ao comutador em um minuto.
Se você usasse o transformador de derivação central, lembre-se de duas coisas:

1. Você não pode acionar os solenóides diretamente através de triacs não isolados , porque o aterramento da fonte de alimentação está na metade da tensão CA. Mas olhando essa pergunta , acho que você deseja usar um SSR , então tudo bem. Um relé eletromecânico também funcionará.
2. Um transformador de derivação central + retificador de onda completa não é muito eficiente em relação ao transformador, pois utiliza apenas metade do transformador a qualquer momento. Então, você precisará de um transformador maior (e, portanto, mais caro).

O princípio de funcionamento dos comutadores é um pouco mais complicado que o de um regulador linear, mas não é extremamente difícil. Graças à sua vantagem de oferecer alta eficiência, eles são usados ​​em todos os lugares hoje em dia, e há uma infinidade de reguladores disponíveis . Olin mencionou a Linear Technology , eles são um dos líderes no campo. Eles não são os mais baratos, mas se você precisar apenas de 1, isso não é tão problemático quanto 100k / ano, por exemplo. O site deles oferece uma pesquisa paramétrica, que com meus parâmetros retornou algo como 16 partes , portanto, há muitas opções de escolha. Escolhi a tensão de saída fixa LT1076-5 (desconsiderando o custo):

Como você pode ver, isso não é mais complicado do que um regulador linear, então qual é o problema?

1. Às vezes, os comutadores alternam em frequências bastante altas (faixa de MHz), o que causa EMI . Este funciona a uma 100kHz mais baixa, menos EMI, mas uma bobina um pouco maior. Não é grande coisa.
2. Você pode obter eficiências muito altas com os comutadores, mas para obter esse último%, é necessário selecionar os componentes com muito cuidado e prestar muita atenção ao layout da PCB . Se você ainda não possui experiência no design de SMPS, poderá ter uma eficiência de apenas 85% em vez dos 90% máximos. Novamente, não é grande coisa.

Componentes cruciais são a bobina, o diodo e C1. São também as partes que precisam de atenção no layout: o loop L1-C1-D1 deve ser o mais curto possível e também a conexão entre o IC e a bobina. Use traços largos, pois eles carregam altas correntes.

Pensando bem, essa não é a folha de dados ideal. Na verdade, é bastante breve para uma folha de dados do LT. Ele não possui um gráfico único e muitas outras planilhas de dados fornecem muitas informações sobre a seleção de componentes. Verifique outras partes se quiser saber mais. ( atualização: a folha de dados do LT1076-5 parece ser mais um adendo ao do LT1076 , que é mais extenso )
As folhas de dados do LT1766 e LT3430 são mais do tipo LT, com quase 20 páginas de informações de aplicativos, incluindo cálculos e layout da placa. Leia-os e aprenda! :-)

OK, isso era sobre LT. Sim, sou fã (suporte muito bom também, pelo menos para profissionais), mas existem outros, é claro. A National possui sua série de comutadores simples e um designer Webench, que fornece esquemas completos com a lista técnica. Muito mais barato que o LT também.

Parece que você já tem o que precisa na verruga de parede de 24 VAC 300mA.

O requisito de 500mA do seu sistema de 5V é alto o suficiente para que isso realmente exija um comutador. Você ainda pode executar os solenóides a partir de 24 VCA, conforme o planejado, mas também retificar isso e reduzi-lo a 5V para executar o processador. Os picos do seno de 24 VCA serão 34V, portanto, você deve projetar o sistema para trabalhar com até 40V.

Deve haver muitos chips disponíveis que podem receber até 40V e colocar 500mA em 5V. Essas coisas tendem a ser surpreendentemente caras (vários dólares cada), mas provavelmente pequenas em comparação com o custo de uma única válvula. Lidar com o calor de outra forma também não é gratuito. É possível rolar seu próprio conversor buck e economizar alguns $, mas levará mais tempo e provavelmente não será uma boa ideia se você precisar fazer perguntas básicas aqui.

O transformador com rosca central não é uma boa ideia. 12V AC terá um pico de 17V, com 15,5 após a ponte de onda completa. Mesmo se dizer apenas 13V em média após queda de impedância e queda, ainda são 4 W de calor. Também é 4W menos disponível para os solenóides.

Definitivamente, use um regulador de comutação. Eu uso 34063, um regulador de comutação comum e barato. Por falar em controlador de válvula de água, tenho um design de código aberto no meu site:

• Lista de Peças OpenSprinkler e Imagem PCB

Meus pensamentos imediatos:

• Pegue o 24VAC, retifique-o com um retificador de ponte de onda completa.
• Adicione um capacitor de nivelamento adequado.
• Faça uma alimentação de 24 VCC e alimente-a através de um LM317T com resistores de ajuste de tensão adequados (por exemplo, 680Ω e 2KΩ iirc) e capacitor de saída.

Isso deve fornecer corrente suficiente para os solenóides e o MCU.

Se você quiser mais corrente, use apenas um transformador com mais de 300mA. O LM317T pode lidar com até 1,5A, se você puder fornecer isso.

Obviamente, existem circuitos de comutação mais "eficientes", mas este é rápido e simples de montar.