24VAC / 5VDC电源设计

我计划使用MCU和一组电磁阀来创建水阀控制器。螺线管在24VAC（40mA突入，20mA保持）下运行。

MCU在消耗约100mA电流的板上，并且具有板载稳压器，因此我可以通过板载稳压器直接为其提供5V电压（绕过稳压器）或6-12V。我还希望运行其他5V外围设备（即传感器，显示器，一些LED等），因此，我需要500mA的5VDC稳压电源。

从理论上讲，我可以将24VAC变压器的整流/滤波输出调低至〜12V，并使用板载稳压器将其进一步调至5V，但是（作为比较）我会耗散大量电能作为废热。我的调节器需要散热，并且可能需要主动冷却（所有这些都将放在车库的一个箱子中，该箱子通常会升至约110F ...）。我还考虑过使用开关稳压器而不是线性稳压器，但是我对这些稳压器有零经验，而且我不知道如何将原理图组合起来做我想做的事情，或者它在理论上是否是现实的。作为线性稳压器的想法。

我的想法是，使用中心抽头的24VAC变压器，并从中心抽头将12V整流/调节至5VDC以运行MCU，并在整个输出中使用24VAC来驱动螺线管。

这是合适的设计吗？以这种方式使用中央水龙头可以吗？

您的解决方案开始时就可以接受（100mA时为5V），但最终在500mA时完全无法接受。您说您的“壁疣”的额定电流为300 mA。当您使用线性稳压器提供电压时，电流输入与电流输出相同-稳压器会降低电压差。因此，如果您在5V电压下汲取500 mA电流，则必须在12V或24V电压下提供500 mA电流。在任何一种情况下，变压器都会过载。

如果额定值如您所说，则可能的解决方案是使用工作在24V的开关稳压器（SR）。$5V \times 500 mA = 2.5 W$

$24V \times 5 W =~ 210 mA$。如果SR的效率达到80％（轻松实现），则上升到260 mA。由于这有时是偶然的要求，对于300 mA的电源，24V的总电流可能是可接受的-这取决于您希望保持多少个螺线管。

如果一次只打开一个螺线管，则激活N的电流消耗为。浪涌电流本质上无关紧要。$20 \times N + 20 mA$

如果要使用3个或4个以上的螺线管，则可能需要限制5V时的电流消耗。

例如

• 10个螺线管在20 mA =$200 mA$
• 平衡=$300mA-200mA = 100 mA$
• 在80％效率的情况下5V时的可用电流= ×，例如。400m$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

请注意，当使用开关稳压器时，使用较高的输入电压将导致较少的输入电流消耗。因此，最好使用全24V电源。

还要注意，如果变压器是真正的24 VAC，则整流后的DC将约为 “有点”= 30 V D $24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

因为：

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

• 全桥整流器将下降约1.5V。

• 34 VDC是峰值电压，可用的DC会稍低-取决于负载。会有“一点点”的纹波和布线损耗以及变压器下垂和...

以80％的效率提供24VAC至5V的DC电流提升$\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

例如

• 对于5V时48 mA，您需要30V时10 mA。
• 对于5V时480 mA，您需要30V时100 mA。

因此，在5V DC时，您将获得10个螺线管以及近500 mA的电流:-)

许多解决方案之一：

有许多SR IC和设计。在这里，一个简单的降压稳压器就足够了。您可以购买商业单位或“自己动手”。有很多现代IC，但如果成本高昂，您可以考虑一下旧的MC34063。关于可用的最便宜的开关稳压器IC，它基本上可以处理任何拓扑。它可以在没有外部半导体和最少其他组件的情况下完成此任务。

MC34063。$ 0.62美元，来自Digikey，价格为1欧元。在中国，每10,000克朗中，我每个人要支付10美分（约为Digikey价格的一半）。

下面引用的数据表中的图8恰好符合您的要求。这里是25 VDC输入，500 V输出是5V。效率83％。3 x R，3 x C，二极管，电感器。它可以在30 VDC in不变的情况下工作。

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

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

• 添加：

LM34063数据表中的图8显示了除电感器设计（仅给出电感）以外的所有组件值。我们可以从Digikey（见下文）或任何地方为您指定电感器和/或帮助您设计电感器。基本上，这是一个200 uH电感器，设计用于常规电源开关，饱和电流为750 mA或更高。诸如谐振频率，电阻之类的东西在任何情况下都可以满足基本规范。或者，您也可以在微金属磁芯上缠绕很少的材料。在他们的网站上设计软件。

从Digikey $ 0.62 / 1。有现货。Bourns（即好）。

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

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

规格稍好

• $ 0.75 / 1。

• 表面贴装。

• 伯恩斯。

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

即使您使用中心抽头解决方案，您也将需要一个开关调节器。线性稳压器仍会消耗5W功率，这是不值得的。一分钟后，我将回到切换台。
如果要使用中心抽头变压器，则必须牢记两点：

1. 您不能直接通过未绝缘的三端双向可控硅开关来驱动螺线管，因为电源的接地是交流电压的一半。但是看着这个问题，我想您想使用SSR，所以没关系。机电继电器也可以。
2. 中心抽头变压器+全波整流器对于变压器而言效率不高，因为它随时都只使用一半的变压器。因此，您将需要一个更大（因此更昂贵）的变压器。

切换器的工作原理比线性稳压器的工作原理要复杂一些，但并不是很困难。由于它们具有提供高效率的优势，这些天已被无处不在，并且有大量的调节器可用。Olin提到了凌力尔特（Linear Technology），他们是该领域的领导者之一。它们并不是最便宜的，但是例如，如果您只需要1个，那么问题就不如100k /年。他们的网站提供了参数搜索，使用我的参数返回的参数类似16个部分，因此有很多选择。我选择了固定输出电压LT1076-5（不考虑成本）：

如您所见，这几乎没有线性稳压器复杂​​，那又是什么问题呢？

1. 切换器有时会以相当高的频率（MHz范围）进行切换，这会引起EMI。该器件工作在较低的100kHz，较低的EMI，但线圈较大。没什么大不了的。
2. 您可以通过切换器获得非常高的效率，但是要获得最后的收益，您需要非常仔细地选择组件并特别注意PCB布局。如果您还没有SMPS设计经验，则效率可能只有85％，而不是最高90％。同样，没什么大不了的。

关键组件是线圈，二极管和C1。它们也是布局中需要注意的部分：环路L1-C1-D1必须保持尽可能短，IC和线圈之间的连接也应保持尽可能短。使用宽走线，因为它们会携带大电流。

再次考虑，这不是理想的数据表。实际上，这对于LT数据表来说非常简短。它没有单个图形，许多其他数据表为您提供了有关组件选择的大量信息。如果您想了解更多，请检查其他部分。（更新：对于LT1076-5的数据表似乎更增编来了的LT1076，这是更广泛的）
的数据表，LT1766和LT3430是LT-一样多，有近20页的申请信息，包括计算和电路板布局。阅读并学习！:-)

好的，这是关于LT的。是的，我是一名粉丝（至少在专业人员方面也提供了很好的支持），但是当然还有其他人。美国国家半导体拥有一系列简单切换器，并且拥有一个Webench设计器，可为您提供带有BOM的原理图。比LT便宜很多。

听起来您已经拥有24 VAC 300mA壁式疣所需的功能。

您的5V系统的500mA要求足够高，以至于确实需要切换器。您仍然可以按预期从24 VAC运行螺线管，但也可以对其进行整流，然后将其降压至5V以运行处理器。24 VAC正弦波的峰值将为34V，因此您应将系统设计为在最高40V的电压下工作。

应该有许多现成的可用芯片，它们可以在40V的电压下输入高达40V的电压，并在5V时输出500mA的电流。这些东西往往非常昂贵（每个数美元），但与单个阀门的成本相比可能很小。否则，处理热量也不是免费的。可以使用自己的降压转换器并节省几美元，但是这将花费更多时间，如果您在这里不得不问一些基本问题，可能不是一个好主意。

中心抽头变压器不是一个好主意。12V AC将是17V峰值，在全波桥之后为15.5。即使说在下垂和阻抗下降之后只有13V的平均值，仍然要处理4瓦的热量。螺线管的可用功率也减少了4W。

绝对要使用开关稳压器。我使用的是廉价的普通开关稳压器34063。说到水阀控制器，我的网站上有一个开源设计：

• OpenSprinkler零件清单和PCB图像

我的即时想法：

• 拿起24VAC，用全波桥式整流器对其进行整流。
• 添加合适的平滑电容器。
• 从24VDC馈电，并通过带有合适的电压调节电阻器（例如680Ω和2KΩiirc）和输出电容器的LM317T馈电。

这样可以为螺线管和MCU提供足够的电流。

如果需要更多电流，请使用更大电流的变压器，该变压器可提供300mA以上的电流。LM317T可以应付高达1.5A的电流，如果您可以提供的话。

显然，有更多的“高效”开关电路，但是这种电路组合起来既快速又简单。