Como converter AC para DC


28

Estou projetando um circuito que precisa produzir 5VDC @ 1A. Estou tentando usar um transformador de parede para reduzir a tensão para 12VAC. O próximo passo é a ponte de diodos e o capacitor ripple.

A equação da tensão de ondulação é:

Vripple=I2fC
I = load current (1A)
f = AC frequency (60Hz)
C = Filter Capacitor (? uF)

Se eu escolher um C de 1000 uF, a tensão de ondulação é 8,3 V! Eu realmente preciso colocar mais capacitância para diminuir a tensão de ondulação? Existe outro método de conversão de CA para CC?


6
Você poderia economizar a ponte de diodos e a retificação se usasse um transformador de parede CC em vez de um transformador de parede CA. Você ainda precisaria de um regulador de tensão para obter 5V estável, quase todos os transformadores de parede NÃO são regulados por tensão, e um transformador de parede '5V' provavelmente fornecerá algo entre 5V e 9V.
davr 17/11/2009

3
Eu uso 2000 F / A como uma regra de ouro-(às vezes mais, depende da aplicação)μ
stevenvh

Por que não comprar apenas um? Por que reinventar a roda?
Tim Spriggs

Respostas:


41

1000 µF nesta voltagem não é muito grande. Você está limitado por tamanho ou algo assim?

Para se livrar completamente da ondulação e produzir 5 V, é necessário adicionar um regulador de tensão após o capacitor.

12 V RMS = 17 V de pico , que, menos as duas quedas de diodo, é a tensão de pico de DC que você verá na saída dos retificadores: 17 - 1,1 - 1,1 = 14,8 V. Portanto, não há ameaça de exceder os limites de entrada do regulador (entrada de 35 V).

Se a ondulação for de 8,3 V, a tensão DC variará de 6,5 V a 15 V. Isso é apenas alto o suficiente para alimentar o regulador sem cair fora da regulação, uma vez que o 7805 tem queda de 1,5 V a 1 A ( dependendo da temperatura). Portanto, sim, você deve usar um capacitor um pouco mais alto (ou vários capacitores em paralelo, se houver problema).

insira a descrição da imagem aqui( Fonte: Alan Marshall )

Aqui está um guia para cada estágio do circuito da fonte de alimentação.

Além disso:

As tensões da linha de energia da vida real variam de uma tomada para a seguinte e a frequência varia de acordo com o país. Você precisa calcular a condição de linha baixa / carga alta para garantir que não caia abaixo da regulação, bem como a condição de linha alta / carga baixa para garantir que não exceda o limite de tensão de entrada do regulador. Estes são os valores geralmente recomendados:

  • JP: 85 VCA a 110 VCA (+ 10%, -15%), 50 e 60 Hz
  • EUA: 105 VCA a 132 VCA (+ 10%), 60 Hz
  • UE: 215 VCA a 264 VCA (+ 10%), 50 Hz

1
A tensão de pico vista na saída do retificador será 2 quedas de diodo (2,2 V no total) menor que a tensão de pico de entrada.
Robert

8
O endólito tem uma abordagem excepcional. Eu gostaria de observar uma coisa: USE UM DISSIPADOR DE CALOR. Se você vai colocar 1 amp através de um regulador linear, use um dissipador de calor, é muito mais energia dissipar do que as pessoas imaginam.
21909 Kortuk

3
Ponto rápido: 2 gotas de diodo não são necessariamente 2.2v. A queda de tensão de uma junção PN depende muito de sua construção e do tipo de semicondutores envolvidos. Eles variam até entre dispositivos do mesmo tipo. Lembre-se também de que o 7805 é bom desde que tenha mais de dois ou três volts de espaço para se regular. Quanto maior a entrada, no entanto, mais energia ele precisará dissipar. Os reguladores de comutação, embora um pouco mais complexos, são enormemente mais eficientes.
Wackyvorlon 30/11/2009

1
A folha de dados 1N4004 lista queda de 1,1 V para 1 A da corrente e o retificador de ponte KBP005 lista 1,0 V para 1,0 A, portanto é um valor típico.
Endolith 30/11/2009

2
às vezes você também vê um diodo no 7805, ânodo para a entrada, de modo a impedir que a saída fique (muito) mais alta que a entrada - quão necessário / desnecessário isso seria?
21410 JustJeff

19

O fato é que hoje em dia a troca de adaptadores de fonte de alimentação é um item tão comum que, a menos que você realmente queira entrar no design para fins de aprendizado, basta comprar um. O Digikey tem alguns que estão abaixo de US $ 10 em quantidades únicas ( aqui está um da CUI ) e fornecerá saída DC regulada, com alta eficiência, completa com todas as certificações de segurança e EMI / RFI.


Eu uso CUI o tempo todo! Também existem versões para montagem em PCB, se você já possui CA na sua placa.
Kevin Vermeer

8

Se o seu capacitor for grande o suficiente para diminuir a ondulação, seu Vcc será em torno de 15V, conforme mostrado pelo Endolith. Vamos considerar que cai um pouco sob carga e usar 12V como exemplo. Se a saída precisar ser de 5V, o regulador deve levar 7V a 1A, o que significa que deve poder dissipar continuamente 7W de potência. Dependendo do seu aplicativo, isso pode ou não ser um problema.

Por que você não usa apenas um adaptador de energia de comutação? Atualmente, existem muitos roteadores, switches / hubs de rede, gabinetes de disco rígido etc. que usam 5V. Suas fontes de alimentação geralmente não são maiores que um transformador de parede comum, são mais eficientes e a tensão de saída é bem regulada.


7

Outro método é adicionar um afogador (indutor) em série antes da tampa do filtro final. Algo como 100 uH faria um mundo de bem. Uma bobina resiste a mudanças de corrente, assim como uma tampa resiste a mudanças de tensão. Coloque os dois juntos e você terá um filtro muito mais eficaz.

Você tem um erro na sua equação Vripple. Como você está usando uma ponte de onda completa, sua frequência não é de 60 hz, mas 120.


Eu tinha um "2 *" para compensar a ponte cheia.
197 Robert

Você tem um site que descreve o método de estrangulamento?
197 Robert

Procure coisas como filtros passa-alto, eles aproveitam o fato de que a reatância indutiva aumenta com a frequência, enquanto a reatância capacitiva diminui.
Wackyvorlon 30/11/2009

Um indutor resiste a mudanças na corrente, mas lembre-se de que seu circuito pode querer mudar a corrente rapidamente. Quando você altera a corrente necessária para o circuito, o indutor precisará descarregar a corrente em algum lugar.
Kellenjb

1
O indutor deve ser colocado antes da ponte de diodos, não depois do regulador. Se for grande o suficiente, pode aumentar o ângulo de condução do PTX para 360 graus e reduzir os picos e vales da corrente de saída para achatados. Mas você perde alguma voltagem. Ver Manual do Radio Designer, pp. 1162, 1182 e segs.
user207421

4

Sua equação Vripple é apenas uma aproximação e só é boa para pequenas quantidades de ondulação.

Encontre uma equação melhor ou resolva-a graficamente, e você verá que sua ondulação não é tanto quanto você pensa.


Bom ponto sobre as limitações dessa equação!
197 Robert

1
Aqui está uma equação um pouco melhor para os casos em que o Vripple é grande. Isso é menos pessimista do que Vripple = I / (2fC), mas ainda é pessimista para valores de Vripple <1/2 * Vpico. Em vez de assumir que não há onda senoidal crescente em t = 1/2 * f, aproxime a saída do retificador com triângulos em vez de onda senoidal (para facilitar a matemática). Resolva as duas equações para ver quando a tensão de queda do capacitor intercepta a onda triangular crescente, para obter: Vt = Vp * (4fCVp / I -1) / (4fCVp / I +1) f = 60, C = 1000, Vp = 14,8 , I = 1 Vt = 8,3 volts, o que está bem acima da tensão de queda de 7805 de 5v + 1,5v.
SiliconFarmer 20/11/2009

3

Se você não quiser seguir a rota de comutação, um transformador de 5 ou 6 volts com muita tampa. e um regulador de abandono baixo ajudaria bastante a eficiência. Você precisa fazer alguns cálculos para obter os valores e verificar se são razoáveis.

Ao utilizar nosso site, você reconhece que leu e compreendeu nossa Política de Cookies e nossa Política de Privacidade.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.