230V AC至5V DC转换器,无损


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是否有任何将230V AC转换为5V DC的IC?尽可能无损。我想将微控制器连接到普通的电源插座,但没有足够的可用空间。谢谢。


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多少电流?有多少空间?不,没有什么是完全无损的。您可以忍受90%的效率吗?您需要隔离吗?
戴夫·特威德

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为什么不使用标准的墙上适配器?
helloworld922 2012年

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您可以使用USB充电器并切断USB电缆以露出5V和Gnd电线。(购买新手机时,您将获得备用的230VAC到5V DC转换器。)
Oskar Skog

Answers:


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电子产品中没有“无损”的东西,也没有一个IC可以满足您的要求。但是这里有一些不同的供应想法。由于您未指定电流消耗或效率,因此让我们看一下三种不同的方法:

非隔离稳压电源

效率不超过5%

基于微控制器的插件计时器通常使用非隔离电源,如下所示:

非隔离直流电源原理图

R1本质上会降低齐纳二极管和交流电源电势之间的差异,因此,除了轻负载外,它对其他任何事情都不会有效。同样,您的负载也不会发生很大变化,因为必须调整电阻器的大小,以向齐纳二极管提供足够的电流,以使其反向雪崩,而又不提供太多电流。如果您的负载开始汲取过多电流,其电压将下降。如果您的负载没有拉出足够的电流,则齐纳二极管可能会损坏。

优点

  • 很小
  • 非常便宜
  • 非常适合极轻的负载(MCU +开关设备)

缺点

  • 无隔离
  • 负载电流不灵活;必须固定在小窗户内

市电调频变压器电源

效率20-75%

您可以始终使用变压器(大约60:1),桥式整流器和线性稳压器,如下所示: 稳压直流电源原理图

这在设计中引入了笨重且昂贵的变压器,但它比以前的设计效率更高,并且您的负载可能相差很大。

优点

  • 最容易实施
  • 专为中等电流负载而设计-例如时钟收音机。
  • 完全隔离
  • 相对便宜的

缺点

  • 笨重
  • 效率很低

全隔离开关模式AC / DC转换器

效率75-95%

效率最高(也是最复杂)的是AC / DC开关转换器。这些工作原理是先将AC转换为DC,然后以很高的频率切换DC,以最佳利用变压器的特性,并最小化次级滤波器网络的尺寸(和损耗)。Power Integrations生产的IC可完成所有控制/反馈/驱动功能-您所需要做的就是添加一个变压器和光隔离器。这是一个示例设计: Power Integrations LinkSwitch转换器原理图示例

如您所见,交流市电电压立即被整流和滤波以产生高压直流电。Power Integrations设备可在变压器的初级侧快速切换此电压。次级上可以看到高频交流电,经过整流和滤波。您会注意到,即使考虑当前使用情况,组件值也很小。这是因为高频交流电需要比线路交流电小的得多的分量进行滤波。这些设备大多数具有特殊的超低功耗模式,可以很好地工作。

通常,这些转换器可提供很高的效率,并且还可以提供高功率负载。这些是您在从微型手机充电器到笔记本电脑和台式机电源的所有事物中看到的那种电源。

优点

  • 极高效
  • 完全隔离
  • 高输出电流:可以相当容易地获得50+安培的低压直流电。
  • 小尺寸

缺点

  • 大型BOM(物料清单)
  • 难以设计
  • 需要周到的PCB布局
  • 通常需要定制变压器设计
  • 昂贵

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由于调节器的压差很高,图4中的7805立即将效率降至70%以下。现代的LDO将大大减少这种损失。
拉塞尔·麦克马洪

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拉塞尔是正确的,但LDO只能部分解决该问题。您仍然需要给它一些余量以覆盖电源电压变化,二极管也意味着30%的效率损失。加上变压器损耗,即使使用LDO,效率也不会达到50%。
stevenvh 2012年

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您能解释一下设计3中的变压器的NC绕组是什么吗?
德米特里·格里戈里耶夫

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那么EMC呢?功率因数呢?线路电流谐波呢?
自闭症2015年

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我认为,对于初学者来说,需要强调的是,齐纳电源的“非隔离”意味着就安全而言,“低压”侧必须像电源电压一样对待。同样从最终用户的角度来看,用于常用电压和额定功率的开关模式电源并非“昂贵”,而是通常是最便宜的选择-很难使自己的5 V,1 A电源比购买USB输出电话便宜充电器,除非可以清除所有零件。
nekomatic

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我知道这是一个老问题,但是您可能想看看SR086在此处输入图片说明
在Vout,您只需要使用通用直流稳压器(例如7805)即可获得5V电压。

注意:这不是孤立的,因此根据情况可能会很危险。


有趣的IC,如果不需要隔离。
Rev1.0

太酷了,那是“我为什么不想到这一点”的想法之一...
奥罗尼

看起来像一个标准的线性稳压器,几乎没有损耗。
user253751 '16

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@immibis这不是线性稳压器。SR086通过仅在电源电压适当较低时才激活晶体管来利用电源电压为正弦波这一事实。这意味着晶体管只能在饱和或截止状态下工作,这意味着低损耗。数据表中提到了55%,这不是无损的,但对于低功耗应用而言也不错。当然,所有这些都是以可怕的功率因数为代价的。
marcelm '16

此电路的价格估算?
Zapnologica

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老但实际的问题。在评估了AC / DC电源转换器的数十种方法之后,我得出以下结论(对我自己而言)。

要求:

  1. 尺寸尽可能小。
  2. 尽可能少的组件(占地面积,尺寸,价格)。
  3. 散热少(换句话说,效率高)。
  4. 低电流,低电压,低输出功率。

放弃要求:

  • 隔离:在我的应用程序中,它通过盒子很好地隔离了,不需要人工保护。

(到目前为止,我将使用基于LDO稳压器LR8的PSU。电流最高可达30mA的最佳解决方案。可以并联以获得100mA的价格和额外的占用空间。)更新:基于LR8的PSU不相关,实用电流仅为3mA。我使用LNK305 IC实现了非常小巧,简单且稳定的PSU。 LNK305上的1W PSU 当R1 = 2k时,输出电压约为3.3V。C2最好使用几百uF。所有输入电路(D3,D4,L2,C4)均由二极管电桥代替。C5 = 2.2uF就足够了-小尺寸和低成本。

到目前为止,这些电路已经足够好(从互联网上获取):更少的组件+隔离奖金。 在此处输入图片说明

这是ST的第二好的非隔离非常简单的电路。

在此处输入图片说明

在以上两个电路中,线圈或变压器都非常大且昂贵。

舍弃的变体:

  • 由于复杂性,变压器,隔离,PSU总价格等原因,此线程中的所有上述内容。
  • 由于复杂性和变压器,Viper17和Altair04。
  • HV-2405E基于寿命终止。

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使我感到惊讶的是,尽管提供了非隔离齐纳电源,却没有提到非隔离电容电抗电路分压器。

如果该设备在狭窄的电流要求内运行,则可以相当有效。该设计的主要问题(除了不提供电源隔离外)是,您不能使用电解盖(带极性),因此必须提供额定为AC RMS电压的uF范围的薄膜盖(因此需要一个240V的电路)额定电压为350V或更高的电容器),它们并不是特别紧凑。电容值还取决于交流市电频率(美国为60Hz,世界上大部分地区为50Hz)以及实际市电电压(在任何非开关设计中都是如此)。

IMO,应将MOV(金属氧化物压敏电阻)添加到所有这些设计中,以防止线路瞬变。SR086原理图中存在一个(奇怪的是没有显示归因)。这应该桥接线对中线(对于美国120V电源)或线对线(对于240V电源),并在保险丝和负载之间分接(如SR086示意图所示),理想情况下应任何开关(因为足够高的尖峰可以桥接一个开关)。这将有助于保护您的电路-MOV应该可以毫无问题地处理许多小的尖峰和浪涌,并且可以使大尖峰的寿命得到保证,否则它将炸毁电路中的所有东西,而MOV和干线之间的保险丝会烧断。 MOV在工作时会短裤。

我没有现成的电容电抗分压器原理图,但是您可以在Wikipedia文章中找到有关分压器的内容。

维基百科有关电容式电源的文章。基本前提是,由于您要使用交流电,因此电容电抗可模拟电阻,但好处是实际上并未“消耗掉”能量-能量被存储在电容中,并在负交流循环中返回到线路。


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7805通过使用损失更少的零件,在此思想的基础上进行构建。

原理图

模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图

该电路1N40011N5819肖特基整流器代替了所有整流器,并使用了低压差线性稳压器AMS1117-5.0

LDO的净空空间比7805原来要小,因此,如果要5V输出,则可以对其进行5.6V滤波馈电,再加上两个0.2V的肖特基压降,则输入AC峰值电压为6V。

AMS1117Rds(on)


我总是在LV上使用schottkies,而我使用离散的LDO。
自闭症2015年

@Autistic离散LDO?如在RRIO运算放大器+参考+ PMOS中一样?
Maxthon Chan

Maxthon Chan,今天,我将使用带电流镜的长尾对来驱动mosfet。这使我可以灵活地完成需要不同电流和电压的不同工作。大部分时间我都在给电池充电,所以我可以将长尾对悬挂并通过输出端的二极管检测电压。这为我提供了短路和反极性保护。电压降远远优于当时的稳压器。
自闭症2015年

@Autistic好吧,那些设计的零件数量非常疯狂,因此我通常只坚持使用LDO芯片。如果我确实需要大电流(例如,我的精密电源设计),则可以使用前面提到的RRIO运算放大器+参考+ PMOS。
Maxthon Chan

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它实际上不是“ IC”,而是PCB安装封装。

XP电源ECE05US05

http://au.element14.com/xp-power/ece05us05/psu-encapsulated-5w-singe-output/dp/2099447?in_merch=New%20Products

或者如果您不需要5W,那么这仅是1W

推荐RAC01-05SC

http://au.element14.com/recom-power/rac01-05sc/ac-dc-converter-1w-5v-reg/dp/1903055


Element14似乎很昂贵:相同的Recom模块在Digikey上的价格降低了30%
stevenvh 2012年

无需外部组件(或者与开关模式DC-DC转换器IC的典型支持相比,至少是很少)是非常好的。但这些价格昂贵(20至40美元)。$ 3美元有价位的商品吗?(甚至只是整流器之后的DC-DC)
Brent Faust

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