24VAC / 5VDC 전원 공급 장치 설계

MCU와 솔레노이드 제어 밸브 세트를 사용하여 워터 밸브 컨트롤러를 만들 계획입니다. 솔레노이드는 24VAC (40mA 돌입, 20mA 유지)에서 작동합니다.

MCU는 ~ 100mA를 소비하는 보드에 있으며 온보드 레귤레이터가 있으므로 온보드 레귤레이터를 통해 5V를 직접 (레귤레이터를 우회) 또는 6-12V로 공급할 수 있습니다. 또한 다른 5V 주변 장치 (예 : 센서, 디스플레이, 일부 LED 등)를 실행하려고하므로 500mA의 조정 된 5VDC가 필요하다고 가정하겠습니다.

이론적으로 24VAC 변압기에서 정류 / 필터링 된 출력을 가져와 ~ 12V로 조절하고 온보드 레귤레이터를 사용하여 5V로 추가로 조절할 수 있지만 폐열로 많은 전력을 (비교적으로) 낭비하고 있습니다. 제 레귤레이터는 방열판이 필요하고 적극적으로 냉각 될 필요가 있습니다 (이것은 모두 차고의 상자에 들어 와서 정기적으로 ~ 110F에 도달합니다 ...). 또한 선형 레귤레이터 대신 스위칭 레귤레이터를 사용하는 것을 고려했지만 그에 대한 ZERO 경험이 있으며 원하는 것을 수행하기 위해 회로도를 구성하는 방법을 알지 못하며 이론적으로 현실적인지 여부도 알 수 없습니다. 선형 레귤레이터 아이디어로.

센터 탭 24VAC 트랜스포머를 사용하고 센터 탭에서 12V를 5VDC로 정류 / 조절하여 MCU를 실행하고 전체 출력에 24VAC를 사용하여 솔레노이드를 구동한다는 아이디어를 가지고 놀았습니다.

이것이 적절한 디자인입니까? 이런 식으로 중앙 탭을 사용해도 되나요?

솔루션은 견딜 수있는 것으로 시작했지만 (100mA에서 5V) 500mA에서는 완전히 받아 들일 수 없었습니다. "벽 사마귀"의 정격은 300mA입니다. 선형 레귤레이터를 사용하여 전압을 공급할 때 전류 입력은 전류 출력과 동일합니다. 레귤레이터는 전압의 차이를 떨어 뜨립니다. 따라서 5V에서 500mA를 소비하는 경우 12V 또는 24V에서 500mA를 공급해야합니다. 두 경우 모두 변압기에 과부하가 발생합니다.

정격이 정격 인 경우 24V in. 에서 작동하는 스위칭 레귤레이터 (SR)를 사용하는 것이 잠재적으로 허용 가능한 솔루션입니다 .$5V \times 500 mA = 2.5 W$

$24V \times 5 W =~ 210 mA$ . SR이 80 % 효율 (쉽게 달성 됨) 인 경우 260mA로 증가합니다. 간혹 요구 사항이되기 때문에 유지하려는 솔레노이드 수에 따라 24V의 총 전류가 300mA 공급 장치에서 허용 될 수 있습니다.

한 번에 하나의 솔레노이드 만 켜면 N이 활성화 된 전류 드레인은 입니다. 서지 전류는 본질적으로 중요하지 않습니다.$20 \times N + 20 mA$

3 개 또는 4 개 이상의 솔레노이드를 원하면 5V의 전류 드레인을 제한해야 할 수 있습니다.

예 :

• 20mA = 10 솔레노이드$200 mA$
• 밸런스 =$300mA-200mA = 100 mA$
• 80 % 효율 = 5V에서 이용 가능한 전류 말 .$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

스위칭 레귤레이터를 사용하는 경우 더 높은 입력 전압을 사용하면 입력 전류 드레인이 줄어 듭니다. 따라서 전체 24V 전원을 사용하는 것이 좋습니다.

변압기가 진짜 24VAC 인 경우 정류 된 DC는 약 "비트"= 30 V D $24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

때문에:

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

• 완전 브리지 정류기는 약 1.5V 떨어집니다.

• 34VDC는 피크 전압이며 사용 가능한 DC는 부하에 따라 약간 낮아집니다. 리플 및 배선 손실과 변압기 처짐의 "비트"가있을 것이며 ...

80 % 효율로 24VAC ~ 5V DC 전류 부스트 $\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

예 :

• 5V에서 48mA의 경우 30V에서 10mA가 필요합니다.
• 5V에서 480mA의 경우 30V에서 100mA가 필요합니다.

따라서 5V DC에서 10 솔레노이드와 거의 500mA를 얻을 수 있습니다 :-)

많은 솔루션 중 하나 :

많은 SR IC 및 디자인이 있습니다. 여기서 간단한 벅 레귤레이터로 충분합니다. 상업용 단위를 구매하거나 "자신의 롤링"을 할 수 있습니다. 많은 현대 IC가 있지만 비용이 비싸면 예전 MC34063을 볼 수 있습니다. 사용 가능한 가장 저렴한 스위칭 레귤레이터 IC에 대해 본질적으로 모든 토폴로지를 처리 ​​할 수 ​​있습니다. 외부 반도체와 최소한의 다른 구성 요소없이이 작업을 처리합니다.

MC34063. 1의 Digikey에서 $ US0.62. 저는 중국의 10,000 개 카운티 (약 절반 Digikey 가격)에 각각 약 10 센트를 지불합니다.

아래에 참조 된 데이터 시트의 그림 8은 요구 사항과 "완벽하게 일치"하는 것입니다. 여기에서 25VDC 입력, 500mA 출력에서 ​​5V. 83 % 효율. 3 x R, 3 x C, 다이오드, 인덕터. 30VDC 입력에서 변경하지 않고도 작동합니다.

데이터 시트-http: //focus.ti.com/lit/ds/symlink/mc33063a.pdf

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

• 추가 :

LM34063 데이터 시트의 그림 8은 인덕터 설계를 제외한 모든 부품 값을 보여준다 (인덕턴스 만 제공됨). Digikey (아래 참조) 또는 설계 및 / 또는 설계에 도움을 줄 수 있습니다. 기본적으로 750mA 이상의 포화 전류로 일반적인 전력 스위칭 사용을 위해 설계된 200uH 인덕터입니다. 공진 주파수, 저항 등 물질 BUT는 기본 사양을 충족하는 모든 부분에서 양호합니다. 또는 예를 들어 Micrometals 코어에 약간만 감을 수도 있습니다. 사이트에서 소프트웨어를 디자인하십시오.

Digikey에서 $ US0.62 / 1. 재고. Bourns (예 : 양호)

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

데이터 시트 : http://www.bourns.com/data/global/pdfs/SDR1005.pdf

약간 더 나은 사양

• $ US0.75 / 1.

• 표면 실장.

• Bourns.

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

센터 탭 솔루션 을 사용하더라도 스위칭 레귤레이터가 필요합니다. 선형 레귤레이터는 여전히 5W를 소비하지만 그만한 가치는 없습니다. 잠시 후 스위처로 돌아갑니다.
중앙 탭 변압기를 사용하려면 다음 두 가지를 명심해야합니다.

1. 전원 공급 장치의 접지는 AC 전압의 절반이기 때문에 절연되지 않은 트라이 액을 통해 솔레노이드를 직접 구동 할 수 없습니다 . 그러나이 질문을 보면 SSR 을 사용하고 싶다고 생각합니다 . 전기 기계식 릴레이도 마찬가지입니다.
2. 중앙 탭 변압기 + 전파 정류기는 변압기의 절반 만 사용하기 때문에 변압기와 관련하여 매우 효율적이지 않습니다 . 따라서 더 큰 (따라서 더 비싼) 변압기가 필요합니다.

스위처 의 작동 원리는 선형 레귤레이터 의 작동 원리 보다 약간 더 복잡하지만 그리 어렵지는 않습니다. 높은 효율 을 제공한다는 이점 덕분에 요즘에는 어디에서나 사용되며 수많은 레귤레이터가 있습니다 . Olin은 Linear Technology 에 대해 언급했으며이 분야의 리더 중 하나입니다. 그것들은 가장 저렴하지는 않지만 1 만 필요하다면 100k / 년만큼 큰 문제는 아닙니다. 그들의 웹 사이트는 매개 변수 검색을 제공합니다.이 매개 변수는 16 부분 과 같은 매개 변수를 반환 하므로 선택의 폭이 넓습니다. 고정 출력 전압 LT1076-5를 선택했습니다 (비용 무시).

보시다시피 이것은 선형 레귤레이터보다 거의 복잡하지 않으므로 문제가 무엇입니까?

1. 스위처는 때때로 고주파수 (MHz 범위)로 스위칭하여 EMI 를 유발 합니다. 이것은 100kHz는 낮고 EMI는 작지만 약간 큰 코일에서 작동합니다. 별거 아니야
2. 스위처를 사용하면 매우 높은 효율 을 달성 할 수 있지만 그 중 가장 좋은 점을 얻으려면 구성 요소를 매우 신중하게 선택 하고 PCB 레이아웃에 많은주의를 기울여야 합니다 . SMPS 설계에 아직 경험이 없으면 최대 90 % 대신 85 %의 효율을 가질 수 있습니다. 다시 말하지만 큰 문제는 없습니다.

중요한 구성 요소는 코일, 다이오드 및 C1입니다. 또한 레이아웃에서주의를 기울여야하는 부품입니다. 루프 L1-C1-D1은 가능한 한 짧게 유지해야하며 IC와 코일 사이의 연결도 유지해야합니다. 높은 전류를 전달하므로 넓은 트레이스를 사용하십시오.

두 번째로 이것은 이상적인 데이터 시트가 아닙니다. 실제로 LT 데이터 시트는 매우 간단합니다. 단일 그래프가 없으며 다른 많은 데이터 시트는 구성 요소 선택에 대한 많은 정보를 제공합니다. 자세한 내용은 다른 부품을 확인하십시오 . ( : 업데이트는 LT1076-5에 대한 데이터 시트는 더 부록의의에 보인다 LT1076 더 광범위한이다 )
에 대한 데이터 시트 LT1766 및 LT3430 , 응용 프로그램 정보의 거의 20 페이지를 더 LT-처럼 포함 계산 및 보드 레이아웃. 그들을 읽고 배우십시오! :-)

좋아, 이것은 LT에 관한 것이었다. 예, 저는 팬입니다 (적어도 전문가에게는 매우 훌륭한 지원). 물론 다른 사람들도 있습니다. 내셔널은 간단한 스위처 시리즈를 보유하고 있으며 Webench 디자이너를 통해 BOM을 갖춘 회로도를 제공합니다. LT보다 훨씬 저렴합니다.

24 VAC 300mA 벽 사마귀에 필요한 것을 이미 가지고있는 것 같습니다.

5V 시스템의 500mA 요구 사항은 실제로 스위처를 요구할만큼 충분히 높습니다. 24VAC에서 솔레노이드를 의도 한대로 계속 실행할 수 있지만이를 수정 한 다음 5V로 벅하여 프로세서를 실행할 수 있습니다. 24VAC 사인의 피크는 34V이므로 최대 40V에서 작동하도록 시스템을 설계해야합니다.

최대 40V를 수용하고 5V에서 500mA를 출력 할 수있는 선반 칩이 많이 있어야합니다. 이러한 것들은 놀랍게도 비싸지 만 (각각 $ $) 단일 밸브의 비용에 비해 작을 것입니다. 그렇지 않으면 열을 다루는 것도 자유롭지 않습니다. 자신의 벅 컨버터를 굴려서 몇 달러를 절약 할 수는 있지만 여기에 기본적인 질문을해야한다면 더 많은 시간이 걸리고 아마 좋은 생각은 아닙니다.

중앙 탭 변압기는 좋은 생각이 아닙니다. 12V AC는 17V 피크이며 전파 브리지 후 15.5입니다. 처짐과 ​​임피던스 하락 후 평균 13V 라고만해도 여전히 처리 할 열은 4 와트입니다. 또한 솔레노이드에 비해 4W가 적습니다.

스위칭 레귤레이터를 사용하십시오. 나는 일반적이고 저렴한 스위칭 레귤레이터 인 34063을 사용한다. 워터 밸브 컨트롤러에 대해 웹 사이트에 오픈 소스 디자인이 있습니다.

• OpenSprinkler 부품 목록 및 PCB 이미지

나의 즉각적인 생각 :

• 24VAC를 가져와 전파 브리지 정류기로 정류하십시오.
• 적합한 평활 커패시터를 추가하십시오.
• 24VDC에서 피드를 가져와 적절한 전압 조정 저항 (680Ω 및 2KΩ iirc) 및 출력 커패시터가있는 LM317T를 통해 피드하십시오.

솔레노이드와 MCU에 충분한 전류를 공급해야합니다.

더 많은 전류를 원한다면 300mA보다 많은 고기를 사용하십시오. LM317T는 최대 1.5A를 제공 할 수 있습니다.

분명히 더 효율적인 스위칭 회로가 있지만이 회로는 빠르고 간단하게 조합 할 수 있습니다.