Existe-t-il un circuit intégré qui convertit 230V AC en 5V DC? Aussi sans perte que possible. Je souhaite connecter mon microcontrôleur à une prise électrique classique et je n'ai pas assez d'espace disponible. Merci.
Combien de courant? Combien d'espace? Et non, rien n'est complètement sans perte; pouvez-vous vivre avec, par exemple, 90% d'efficacité? Avez-vous besoin d'isolement?
Dave Tweed
6
Pourquoi ne pas utiliser un adaptateur mural standard?
helloworld922
1
Vous pouvez utiliser un chargeur USB et couper le câble USB pour révéler les fils 5V et Gnd. (Lorsque vous achetez un nouveau téléphone, vous recevez un convertisseur de rechange de 230VAC à 5V DC.)
Oskar Skog
Réponses:
88
Il n’existe rien de «sans perte» dans l’électronique et il n’existe pas un seul circuit intégré conçu pour faire ce que vous voulez. Mais voici quelques idées d'approvisionnement différentes. Puisque vous n'avez pas spécifié la consommation ou l'efficacité en cours, examinons trois approches différentes:
Alimentation Zener non isolante
5% d'efficacité ou moins
Les minuteries plug-in basées sur un microcontrôleur utilisent généralement des alimentations non isolantes, comme ceci:
R1 fait essentiellement chuter la différence entre la diode Zener et le potentiel du secteur, de sorte qu’elle ne sera efficace que pour des charges faibles. De plus, votre charge ne peut pas changer de façon spectaculaire, car la résistance doit être dimensionnée de manière à fournir suffisamment de courant au zener pour provoquer l'inversion de l'avalanche, sans fournir trop de courant. Si votre charge commence à tirer trop de courant, sa tension chutera. Si votre charge ne tire pas assez de courant, la diode Zener peut être endommagée.
Avantages
Très petit
Vraiment pas cher
Excellent pour les charges extrêmement légères (MCU + dispositif de commutation)
Les inconvénients
Pas d'isolement
Le courant de charge n'est pas flexible; doit être fixé dans une petite fenêtre
Alimentation transformateur régulée en fréquence secteur
20-75% d'efficacité
Vous pouvez toujours utiliser un transformateur (60: 1 environ), un pont redresseur et un régulateur linéaire, comme ceci:
Cela introduit un transformateur encombrant et coûteux dans la conception, mais il est plus efficace que la conception précédente et votre charge peut varier un peu.
Avantages
Plus facile à mettre en œuvre
Conçu pour les charges de courant moyen - un radio-réveil, par exemple.
Isolation complète
Relativement peu coûteux
Les inconvénients
Volumineux
Assez inefficace
Convertisseur AC / DC en mode de commutation entièrement isolé
75-95% d'efficacité
Le plus efficace (et le plus complexe) est un convertisseur de commutation AC / DC. Celles-ci fonctionnent sur le principe de convertir d'abord le courant alternatif en courant continu, puis de changer le courant continu à de très hautes fréquences pour exploiter au mieux les caractéristiques du transformateur et minimiser la taille (et la perte) du réseau de filtrage du secondaire. Power Integrations crée un circuit intégré qui effectue tout le contrôle / le retour / la conduite - il vous suffit d'ajouter un transformateur et des opto-isolateurs. Voici un exemple de conception:
Comme vous pouvez le constater, la tension du secteur est immédiatement redressée et filtrée pour produire une tension continue élevée. Le dispositif Power Integrations bascule rapidement cette tension du côté primaire du transformateur. Le courant alternatif à haute fréquence est visible sur le secondaire, puis corrigé et filtré. Vous remarquerez que les valeurs des composants sont assez petites, même compte tenu de l'utilisation actuelle. En effet, le courant alternatif haute fréquence nécessite le filtrage de composants beaucoup plus petits que le courant alternatif à fréquence linéaire. La plupart de ces appareils ont des modes spéciaux à très basse consommation qui fonctionnent assez bien.
En général, ces convertisseurs offrent une grande efficacité et peuvent également générer des charges de forte puissance. Ce sont les types de fournitures que vous voyez dans toutes sortes de produits, des minuscules chargeurs de téléphone cellulaire aux alimentations pour ordinateurs portables et de bureau.
Avantages
Extrêmement efficace
Isolation complète
Courant de sortie élevé: peut générer assez facilement plus de 50 ampères de courant continu basse tension.
Petite taille
Les inconvénients
Large BOM (Bill of Materials)
Difficile à concevoir
Requiert une disposition réfléchie du circuit imprimé
Nécessite habituellement une conception de transformateur personnalisée
Le 7805 de la figure 4 réduit immédiatement le rendement à moins de 70% en raison de la très haute tension de chute du régulateur. Un LDO moderne réduira considérablement cette perte.
Russell McMahon
1
Russell a raison, mais un LDO ne résoudra ce problème que partiellement. Vous devez encore lui donner de la marge pour couvrir les variations de la tension secteur. Les diodes signifient également une perte de rendement de 30%. Ajoutez des pertes de transformateur et même avec un LDO, vous n'obtiendrez pas une efficacité de 50%.
Stévenvh
2
Pouvez-vous expliquer à quoi sert l'enroulement CN du transformateur dans la conception n ° 3?
Dmitry Grigoryev
1
Qu'en est-il d'EMC? Qu'en est-il du facteur de puissance? Qu'en est-il des harmoniques de courant de ligne?
Autistique
2
Je pense qu’il faut souligner, pour le bénéfice des débutants, que le fait de ne pas isoler l’alimentation Zener signifie que le côté «basse tension» doit être traité exactement de la même manière que la tension secteur, en ce qui concerne la sécurité. Également du point de vue de l'utilisateur final, les fournitures en mode commutation pour les tensions et les puissances courantes ne sont pas "chères", mais généralement l'option la moins chère. Il est difficile de créer votre propre alimentation 5 V, 1 A moins chère que celle que vous pouvez acheter avec un téléphone à sortie USB. chargeur, sauf si vous pouvez récupérer toutes les pièces.
Nekomatic
12
Je sais que c'est une vieille question, mais vous voudrez peut-être voir le SR086 .
Chez Vout, il vous suffit d’utiliser un enregistrement générique en courant continu (par exemple 7805) pour obtenir votre 5V.
Remarque: Ceci n'est pas isolé, donc cela pourrait être dangereux en fonction de la situation.
Cool, c'est l'une de ces idées "pourquoi n'ai-je pas pensé à cela" ...
O'Rooney
Ressemble à un régulateur linéaire standard, qui sera loin d'être sans perte.
user253751
1
@immibis Ce n'est pas un régulateur linéaire. Le SR086 tire parti du fait que la tension du secteur est sinusoïdale en activant le transistor uniquement lorsque la tension du secteur est suffisamment basse. Cela signifie que le transistor ne devrait fonctionner qu'en saturation ou en coupure, ce qui implique de faibles pertes. La fiche technique mentionne 55%, ce qui n'est pas sans perte, mais pas mal non plus pour des applications à faible consommation. Tout cela, bien sûr, se fait au détriment d’un facteur de puissance horrible.
marcelm
Estimation de prix sur ce circuit?
Zapnologica
8
Question ancienne mais réelle. Après avoir évalué des dizaines d’approches pour les convertisseurs de puissance AC / DC, j’ai conclu en suivant (pour moi-même).
Exigences:
Petite taille possible.
Moins de composants que possible (encombrement, taille, prix).
Moins de dissipation de chaleur (efficacité en d'autres termes).
Faible courant, très basse tension, faible puissance de sortie.
Gave up exigence:
Isolement: dans ma demande, il est bien isolé par boîte, aucune protection humaine n'est nécessaire.
(Jusqu'à présent, je vais avec un PSU avec régulateur LDO basé sur LR8. La meilleure solution pour un courant allant jusqu'à 30 mA. Peut être connecté en parallèle pour obtenir 100 mA à un prix et une empreinte supplémentaires.) MISE À JOUR: Le PSU basé sur LR8 n'est pas pertinent, son utilisation pratique le courant est de 3mA seulement. J'ai implémenté une alimentation assez petite, simple et stable avec le LNK305 IC.
Lorsque R1 = 2k, la tension de sortie est d'environ 3,3V. C2 vaut mieux utiliser quelques centaines d'uF. Tous les circuits d’entrée (D3, D4, L2, C4) sont remplacés par un pont de diodes. C5 = 2,2uF est suffisant - pour une taille et un coût réduits.
Ces circuits sont jusqu'ici assez bons (tirés d'Internet): moins de composants + bonus d'isolement.
Il s'agit du deuxième meilleur circuit très simple non isolé de ST.
Dans les deux circuits, la bobine ou le transformateur sont assez gros et coûteux.
Variantes rejetées:
Tout ce qui précède dans ce fil en raison de la complexité, des transformateurs, de l'isolation, du prix total de l'alimentation, etc.
Viper17 et Altair04 en raison de la complexité et du transformateur.
Je suis légèrement surpris que, bien que l'alimentation Zener non isolante ait été fournie, il ne soit pas fait mention d'un diviseur de tension de circuit de réactance capacitif non isolant.
Si l'appareil fonctionne dans des conditions de courant très faibles, cela peut être raisonnablement efficace. Le principal problème avec la conception (ainsi, en plus de ne pas fournir d'isolement du secteur) est que vous ne pouvez pas utiliser de capuchons électrolytiques (qui sont polarisés), et que vous devez donc créer des capuchons de film de la gamme uF évalués à la tension efficace CA (pour qu'un circuit de 240 V capsules évaluées à 350 V ou plus), qui ne sont pas particulièrement compactes. Les valeurs de capacité dépendent également de la fréquence du secteur (60Hz aux États-Unis, 50Hz dans la plupart des régions du monde), ainsi que de la tension réelle du réseau (ce qui sera le cas avec tout type de système sans commutation).
IMO, un MOV (varistor à oxyde métallique) devrait être ajouté à toutes ces conceptions pour se protéger contre les transitoires de ligne. On est présent dans le schéma SR086 (qui curieusement ne montre pas l'attribution). Cela devrait relier ligne à neutre (pour le réseau américain 120V) ou ligne à ligne (pour le réseau 240V), et être raccordé entre le fusible et la charge (comme indiqué dans le schéma SR086), et idéalement avant tout interrupteur ( puisqu'un pic suffisamment élevé peut combler un commutateur). Cela aidera à protéger votre circuit - un MOV devrait gérer sans problème beaucoup de petites pointes et de surtensions, et donnera sa vie sur le gros pic qui autrement ferait frire tout dans votre circuit, tandis que le fusible entre le MOV et le secteur sautera si le court métrage court tout en faisant son travail.
Je n'ai pas de schéma prêt à l'emploi d'un diviseur de tension à réactance capacitive, mais vous pouvez en trouver un dans l'article de Wikipedia pour les diviseurs de tension
Article de Wikipedia sur l'alimentation capacitive . Le principe de base est que puisque vous avez affaire au courant alternatif, la réactance capacitive imite la résistance, mais avec l'avantage de ne pas réellement "brûler" l'énergie: elle est stockée dans le bouchon et renvoyée à la ligne du cycle alternatif négatif.
Ce circuit a remplacé tous les 1N4001redresseurs par 1N5819des redresseurs Schottky et utilisait un régulateur linéaire à faible chute AMS1117-5.0.
Le LDO peut fonctionner avec une marge de sécurité plus faible que 7805si vous voulez une sortie 5V, vous pouvez l’alimenter avec un filtre de 5,6V, plus les deux chutes Schottky de 0,2V chacune pour lesquelles vous avez une tension de crête AC alternative de 6V.
Un LDO avec un élément de passage PMOS ( AMS1117PNP BJT utilisé) peut avoir une perte encore plus faible (hauteur disponible de quelques dizaines de millivolts à partir de son ) et est donc plus efficace.Rds(on)
J'utilise toujours schottkies chez LV et j'utilise descrete LDO.
Autiste
@Autistic LDO discret? Comme dans un ampli op RRIO + référence + PMOS?
Maxthon Chan
Aujourd’hui, Maxthon Chan, j’utilisais une paire longue queue avec un miroir de courant pour piloter le mosfet. Cela me donnait de la flexibilité pour différents travaux nécessitant des courants et des tensions différents. et la détection de tension via une diode sur la sortie.Cela me protégeait des courts-circuits et des inversions de polarité. La chute de tension était bien meilleure que celle des régulateurs disponibles dans la journée.
Autiste
@Autistic Eh bien, ces conceptions ont un nombre de pièces incroyable, aussi je ne fais que rester avec une puce LDO. Si j’ai besoin de courants élevés (par exemple, ma conception d’alimentation à percussion), j’utiliserais l’ampli op RRIO susmentionné + référence + PMOS.
Maxthon Chan
3
Ce n'est pas réellement un "IC" mais c'est un paquet de montage PCB.
Element14 semble cher: ce même module Recom coûte 30% de moins chez Digikey
stevenvh le
Il est très agréable de ne pas avoir besoin de composants externes (ou du moins très peu comparés au support typique d'un circuit intégré convertisseur DC-DC en mode commuté). Mais ceux-ci sont chers (20 $ - 40 $). Y at-il quelque chose de disponible dans la gamme de 3 $? (même juste le courant continu qui continue après le redresseur)
Réponses:
Il n’existe rien de «sans perte» dans l’électronique et il n’existe pas un seul circuit intégré conçu pour faire ce que vous voulez. Mais voici quelques idées d'approvisionnement différentes. Puisque vous n'avez pas spécifié la consommation ou l'efficacité en cours, examinons trois approches différentes:
Alimentation Zener non isolante
5% d'efficacité ou moins
Les minuteries plug-in basées sur un microcontrôleur utilisent généralement des alimentations non isolantes, comme ceci:
R1 fait essentiellement chuter la différence entre la diode Zener et le potentiel du secteur, de sorte qu’elle ne sera efficace que pour des charges faibles. De plus, votre charge ne peut pas changer de façon spectaculaire, car la résistance doit être dimensionnée de manière à fournir suffisamment de courant au zener pour provoquer l'inversion de l'avalanche, sans fournir trop de courant. Si votre charge commence à tirer trop de courant, sa tension chutera. Si votre charge ne tire pas assez de courant, la diode Zener peut être endommagée.
Avantages
Les inconvénients
Alimentation transformateur régulée en fréquence secteur
20-75% d'efficacité
Vous pouvez toujours utiliser un transformateur (60: 1 environ), un pont redresseur et un régulateur linéaire, comme ceci:
Cela introduit un transformateur encombrant et coûteux dans la conception, mais il est plus efficace que la conception précédente et votre charge peut varier un peu.
Avantages
Les inconvénients
Convertisseur AC / DC en mode de commutation entièrement isolé
75-95% d'efficacité
Le plus efficace (et le plus complexe) est un convertisseur de commutation AC / DC. Celles-ci fonctionnent sur le principe de convertir d'abord le courant alternatif en courant continu, puis de changer le courant continu à de très hautes fréquences pour exploiter au mieux les caractéristiques du transformateur et minimiser la taille (et la perte) du réseau de filtrage du secondaire. Power Integrations crée un circuit intégré qui effectue tout le contrôle / le retour / la conduite - il vous suffit d'ajouter un transformateur et des opto-isolateurs. Voici un exemple de conception:
Comme vous pouvez le constater, la tension du secteur est immédiatement redressée et filtrée pour produire une tension continue élevée. Le dispositif Power Integrations bascule rapidement cette tension du côté primaire du transformateur. Le courant alternatif à haute fréquence est visible sur le secondaire, puis corrigé et filtré. Vous remarquerez que les valeurs des composants sont assez petites, même compte tenu de l'utilisation actuelle. En effet, le courant alternatif haute fréquence nécessite le filtrage de composants beaucoup plus petits que le courant alternatif à fréquence linéaire. La plupart de ces appareils ont des modes spéciaux à très basse consommation qui fonctionnent assez bien.
En général, ces convertisseurs offrent une grande efficacité et peuvent également générer des charges de forte puissance. Ce sont les types de fournitures que vous voyez dans toutes sortes de produits, des minuscules chargeurs de téléphone cellulaire aux alimentations pour ordinateurs portables et de bureau.
Avantages
Les inconvénients
la source
Je sais que c'est une vieille question, mais vous voudrez peut-être voir le SR086 .
Chez Vout, il vous suffit d’utiliser un enregistrement générique en courant continu (par exemple 7805) pour obtenir votre 5V.
Remarque: Ceci n'est pas isolé, donc cela pourrait être dangereux en fonction de la situation.
la source
Question ancienne mais réelle. Après avoir évalué des dizaines d’approches pour les convertisseurs de puissance AC / DC, j’ai conclu en suivant (pour moi-même).
Exigences:
Gave up exigence:
(Jusqu'à présent, je vais avec un PSU avec régulateur LDO basé sur LR8. La meilleure solution pour un courant allant jusqu'à 30 mA. Peut être connecté en parallèle pour obtenir 100 mA à un prix et une empreinte supplémentaires.) MISE À JOUR: Le PSU basé sur LR8 n'est pas pertinent, son utilisation pratique le courant est de 3mA seulement. J'ai implémenté une alimentation assez petite, simple et stable avec le LNK305 IC.
Lorsque R1 = 2k, la tension de sortie est d'environ 3,3V. C2 vaut mieux utiliser quelques centaines d'uF. Tous les circuits d’entrée (D3, D4, L2, C4) sont remplacés par un pont de diodes. C5 = 2,2uF est suffisant - pour une taille et un coût réduits.
Ces circuits sont jusqu'ici assez bons (tirés d'Internet): moins de composants + bonus d'isolement.
Il s'agit du deuxième meilleur circuit très simple non isolé de ST.
Dans les deux circuits, la bobine ou le transformateur sont assez gros et coûteux.
Variantes rejetées:
la source
Je suis légèrement surpris que, bien que l'alimentation Zener non isolante ait été fournie, il ne soit pas fait mention d'un diviseur de tension de circuit de réactance capacitif non isolant.
Si l'appareil fonctionne dans des conditions de courant très faibles, cela peut être raisonnablement efficace. Le principal problème avec la conception (ainsi, en plus de ne pas fournir d'isolement du secteur) est que vous ne pouvez pas utiliser de capuchons électrolytiques (qui sont polarisés), et que vous devez donc créer des capuchons de film de la gamme uF évalués à la tension efficace CA (pour qu'un circuit de 240 V capsules évaluées à 350 V ou plus), qui ne sont pas particulièrement compactes. Les valeurs de capacité dépendent également de la fréquence du secteur (60Hz aux États-Unis, 50Hz dans la plupart des régions du monde), ainsi que de la tension réelle du réseau (ce qui sera le cas avec tout type de système sans commutation).
IMO, un MOV (varistor à oxyde métallique) devrait être ajouté à toutes ces conceptions pour se protéger contre les transitoires de ligne. On est présent dans le schéma SR086 (qui curieusement ne montre pas l'attribution). Cela devrait relier ligne à neutre (pour le réseau américain 120V) ou ligne à ligne (pour le réseau 240V), et être raccordé entre le fusible et la charge (comme indiqué dans le schéma SR086), et idéalement avant tout interrupteur ( puisqu'un pic suffisamment élevé peut combler un commutateur). Cela aidera à protéger votre circuit - un MOV devrait gérer sans problème beaucoup de petites pointes et de surtensions, et donnera sa vie sur le gros pic qui autrement ferait frire tout dans votre circuit, tandis que le fusible entre le MOV et le secteur sautera si le court métrage court tout en faisant son travail.
Je n'ai pas de schéma prêt à l'emploi d'un diviseur de tension à réactance capacitive, mais vous pouvez en trouver un dans l'article de Wikipedia pour les diviseurs de tension
Article de Wikipedia sur l'alimentation capacitive . Le principe de base est que puisque vous avez affaire au courant alternatif, la réactance capacitive imite la résistance, mais avec l'avantage de ne pas réellement "brûler" l'énergie: elle est stockée dans le bouchon et renvoyée à la ligne du cycle alternatif négatif.
la source
S'appuyant sur l'
7805idée, en utilisant des pièces avec moins de pertes.simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab
Ce circuit a remplacé tous les
1N4001redresseurs par1N5819des redresseurs Schottky et utilisait un régulateur linéaire à faible chuteAMS1117-5.0.Le LDO peut fonctionner avec une marge de sécurité plus faible que
7805si vous voulez une sortie 5V, vous pouvez l’alimenter avec un filtre de 5,6V, plus les deux chutes Schottky de 0,2V chacune pour lesquelles vous avez une tension de crête AC alternative de 6V.Un LDO avec un élément de passage PMOS (Rds(on)
AMS1117PNP BJT utilisé) peut avoir une perte encore plus faible (hauteur disponible de quelques dizaines de millivolts à partir de son ) et est donc plus efficace.la source
Ce n'est pas réellement un "IC" mais c'est un paquet de montage PCB.
XP Power ECE05US05
http://au.element14.com/xp-power/ece05us05/psu-encapsulated-5w-singe-output/dp/2099447?in_merch=New%20Products
Ou si vous n'avez pas besoin de 5W, celui-ci est seulement 1W
Recommandation RAC01-05SC
http://au.element14.com/recom-power/rac01-05sc/ac-dc-converter-1w-5v-reg/dp/1903055
la source
Bonne conception de référence pour des alimentations simples, sans transformateur et à faible consommation: http://ww1.microchip.com/downloads/fr/AppNotes/00954A.pdf
la source