Trafolose Stromversorgung

Ich suche nach dem Aufbau einer Stromversorgungsschaltung, die 230 VAC in 5 VDC umwandelt, um einen Atmega328P mit Strom zu versorgen. Ich möchte auch, dass dies so klein wie möglich ist.

Ich weiß, dass ein Transformator eine Option ist, aber da ich ihn verkleinern möchte, war ich besorgt über die Verwendung einer 5,1-V-Zenerdiode.

Hier ist ein Schema, das ich gefunden habe:Transformatorloses 5-V-Netzteil

Aber wie viel Wärme wird der Kondensator / die Diode erzeugen? Ist es effizienter, stattdessen einen Transformator zu verwenden?

Leistungselektronik ist nicht wirklich mein Gebiet, aber eine galvanische Trennung (zB ein Transformator) ist aus sicherheitstechnischer Sicht normalerweise eine sehr gute Idee.
Die Wärmemenge hängt von der Belastung ab. Ja, ein Transformator ist viel effizienter und bietet eine Sicherheitsisolierung, die entscheidend ist, wenn Sie Ihren Atmega an irgendetwas anschließen möchten.
Dieses Ding (und alles, was es mit Strom versorgt) muss in einer isolierten Box ohne für den Benutzer zugängliche Anschlüsse nach außen eingeschlossen sein (außer natürlich dem Stromkabel). Alle Punkte in diesem Stromkreis müssen mit Netzspannung versorgt werden. Das Berühren eines Teils davon könnte Sie töten.
Sie könnten ein SMPS AC 110 ~ 220 V DC 5 V 2 W für weniger als 3 $ bei ebay kaufen. Sicherer, weil sie isoliert sind
Die beiden mit "Ausgang" gekennzeichneten Stifte haben 5 V zwischen sich. An dem einen oder anderen wird die volle Netzspannung anliegen.
Beachten Sie auch, dass der Schaltplan 110 VAC anzeigt, Sie jedoch planen, ihn mit 230 VAC zu verwenden. Aufgrund der unterschiedlichen Netzspannung sowie der Netzfrequenz müssen sicherlich Änderungen vorgenommen werden.
Ich rieche brennende Elektronik, Leichen und weinende Mütter.
@winny Sei nicht so hart, es gibt viele in China hergestellte Elektronik, die auf diese Weise mit Strom versorgt und legal an Länder mit strengen Sicherheitsvorschriften geliefert wird. Alles, was Sie sicherstellen müssen, ist die galvanische Trennung der vom Benutzer berührbaren Teile vom Netz. Relais erledigt die Arbeit, wie bei PIR-Sensoren. Kunststoffstößel für Knöpfe werden auch zur Isolierung verwendet. Offensichtlich berührungslose kapazitive Platten mit freiliegenden Kontakten.
@zmechanic Sicher, aber OP zeigt kein solches Verständnis, insbesondere wenn es mit der doppelten Auslegungsspannung betrieben wird.
Bauen Sie diese Schaltung nicht auf. Es könnte dich töten. Vielleicht möchten Sie es mit LTspice oder ähnlichem simulieren, aber wie Olin sagt, kaufen Sie etwas. Erfahren Sie mehr über Low-Power-Low-Voltage-Schaltungen. Ich habe solche Schaltungen gebaut, aber nur dort, wo es keine Möglichkeit gibt, dass ein Endbenutzer mit dem Ausgang in Kontakt kommt.
Versuchen Sie dies nicht, wenn Sie Wert auf Ihre Sicherheit legen!
Wenn Sie sich Sorgen um die Größe machen, verwenden Sie einen Planartransformator.
Die Antworten auf diese Frage sollten Ihnen das liefern, was Sie wissen müssen: electronic.stackexchange.com/questions/5572/…
@Eric Ein planarer Transformator ist normalerweise größer als ein äquivalenter drahtgewickelter Transformator.
Abgesehen von Sicherheitsaspekten sollten Sie einen Chopper verwenden, wenn Sie an eine transformatorlose Implementierung gebunden und entschlossen sind.

Antworten (7)

Wenn Sie hier nach den Grundlagen einer leitungsgebundenen Stromversorgung für ein Hobbyprojekt fragen, sollten Sie dies überhaupt nicht versuchen. Dies ist NICHT der Ort, an dem Sie durch Experimentieren lernen möchten. Die Kosten für Fehler sind zu hoch. Die Ergebnisse können Ihr Haus niederbrennen oder Sie oder jemand anderen durch Stromschlag töten.

Wenn Sie einen kleinen Strom von 5 V benötigen, um einen Mikrocontroller zu betreiben, kaufen Sie einfach das Netzteil oder verwenden Sie ein USB-Netzteil. Diese Dinge sind billig, klein und leicht verfügbar. Jemand anderes, der wirklich weiß, was er tut, hat die Technik gemacht, um die 5 V sicher bereitzustellen.

Das Meanwell IRM-01-5 ist nur eines von vielen Beispielen. Dieser wird wie jedes andere Teil auf Ihrer Leiterplatte montiert, hat nur eine Grundfläche von 34 x 22 mm (1,3 x 0,9 Zoll), gibt 200 mA bei 5 V aus, funktioniert überall auf der Welt mit Netzstrom und kostet weniger als 5 US-Dollar Einzel. Das allein macht keinen Sinn.

Yup - das - ein Teil des Engineerings ist zu wissen, wann man Engineering und wann man einfach einkaufen muss.
Ich stimme zu, es ist unsinnig ... außer zu lernen. Aber ja, die Lösung von Oiln verwendet nur eine Komponente und ist einfach.
Ich stimme zu, es ist billig und verbraucht nur 75 mW im Standby! Schönes Produkt.
@Fred: Dies ist kein Projekt, bei dem es in Ordnung ist, bei der Arbeit zu lernen. Das liegt daran, dass ein Fehler bedeuten kann, dass das Haus abbrennt oder jemand getötet wird.
@Fredled Ich würde sagen, es ist in Ordnung, eine solche Schaltung für Bildungszwecke zu bauen, aber Sie müssen verstehen, wie sie funktioniert, und Sie müssen wirklich angemessene Sicherheitsvorkehrungen treffen, falls Sie etwas falsch gemacht haben. (Und diese Person scheint sicherlich nicht zu verstehen, wie die Schaltung funktioniert).

Es gibt viele Probleme mit dieser Schaltung, von denen das wichtigste ist, dass sie nicht vom Netz isoliert ist . Ein Transformator sorgt für Isolierung. Wenn Sie den Atmega in einer Kunststoffbox montieren, ist die Verwendung möglicherweise sicher, aber Sie können nicht sicher daran arbeiten, es sei denn, Sie verwenden isolierte Geräte und sind ein sorgfältiger Ingenieur. Sie könnten es auch nicht sicher oder einfach an irgendetwas anschließen, zumindest nicht ohne Optokoppler oder ähnliches.

Heutzutage ist es viel besser, ein kleines 5-V-Plug-Top-Netzteil zu kaufen, isoliert, fertig, mit hohem Stromausgang (1 A / 2 A), Zeitverschwendung, um etwas anderes zu tun.

Aber wenn Sie etwas Kritik an dieser Schaltung wollen ...

C1 muss ein Kondensator vom Typ X2 sein. Das Netz weist große Transienten auf, oft bis 1500 V. Ein X2-Kondensator ist dafür ausgelegt, diese sicher zu handhaben.

R1 ist viel zu groß und wird heißer als nötig. Seine einzige Funktion besteht darin, den Einschaltstrom beim ersten Einschalten unter die Widerstandsfähigkeit der D1-Brücke zu reduzieren. Wenn es sich um Geräte der Klasse 1N4004 handelt, die einen Stromstoß von 30 A aushalten können, kann R1 nur 10 Ohm betragen, obwohl 100 Ohm freundlicher sein könnten. Überprüfen Sie die Stoßfestigkeit der verwendeten Brücke für einen einzelnen Zyklus und passen Sie R1 entsprechend an.

R1 muss ein Hochspannungstyp sein, die meisten "gewöhnlichen" Widerstände sind 200 V max. Alternativ können Sie mehrere gleichwertige in Reihe schalten, um die Nennspannung zu erhöhen.

Die Effizienz in Ausgangsleistung pro gemessener Eingangsleistung ist nicht allzu schlecht, da der größte Teil der Eingangsspannung über dem nicht dissipierenden C1 abfällt, solange R1 nicht zu hoch ist, wie es hier der Fall ist.

Um einige tatsächliche Zahlen zu nennen: C1 = 220 nF bei 50 Hz (ich nehme an, da es 230 V sind) hat eine Impedanz von etwa 14,5 k. Zusammen mit R1 beträgt ihre Gesamtimpedanz etwa 17,5 k (sie sind in Quadratur, denken Sie daran), was einen Effektivstrom bei 230 V von etwa 13 mA ergibt. Dadurch werden 1,7 W in R1 abgeleitet und ein durchschnittlicher Ausgangsgleichstrom von etwa 11 mA geliefert. Das klingt nicht nach viel Saft, um Ihren Atmega mit Strom zu versorgen, wenn Sie LEDs anzünden möchten. Ohne Last am Ausgang werden in D2 etwa 56 mW verbraucht.

Mit einem Trenntransformator konnte gefahrlos im erdfreien Bereich daran gearbeitet werden. Ich habe diese Technik für einen unserer Techniker verwendet, der an nicht isolierten PSs arbeitete, als ich für Rank-Xerox (UK) arbeitete.
Gleichgerichtete 230 V ergeben etwa 350 V, was eine weitere Gefahr darstellt. 350 V DC sind viel gefährlicher als 230 V AC. Ein weiteres großes Problem besteht daher darin, dass D2 und C2 für 350 V ausgelegt sein müssen, was mit der Verlustleistung einhergeht, die aus dieser Spannung berechnet werden muss.
@Fredled 230 V gleichgerichtet ergibt etwa 350 V True, aber irrelevant, da der größte Teil dieser Eingangsspannung über C1 und R1 abfällt, die als Stromquelle in die Diodenbrücke wirken. Die Diodenbrücke, D2 und C2 müssen nur für Niederspannung ausgelegt sein. Wenn D2 im Leerlauf ausfällt, sehen die Brücke und C2 eine höhere Spannung. Ich habe diese Schaltung in der Vergangenheit verwendet und aus genau diesem Grund zwei parallele Dioden für D2 verwendet.
Ich stimme zu, dass C1 und R1 einen ausreichend hohen kombinierten Widerstand haben. Ohne Last liegen jedoch 350 V an der Kathode des Zeners an. Dachte, eine einfache Anzeige-LED würde es deutlich fallen lassen.
@Fredled Simulieren Sie das elende Ding und überzeugen Sie sich selbst. Hören Sie auf, meine Zeit zu verschwenden. D2 begrenzt die Spannung an C2 auf einige Volt. Beide Enden davon werden 350 V in Bezug auf Masse haben, weshalb die Schaltung gefährlich ist.
OK, ich glaube dir und ich verstehe jetzt, was du meinst. Beim ersten Mal war es mir nicht klar.
"Das Netz hat große Transienten, oft bis 1500 V." Könnten Sie bitte etwas mehr sagen, wie es 1,5 kV erzeugen kann?
@DannyS Blitz, induktive Lasten schalten ab, siehe hier

Mein Salzkörnchen als professioneller Entwickler von Netzteilen.

Es geht nicht um Verlustleistung oder Verluste, sondern um Sicherheit. Dieses System wird höchstwahrscheinlich nicht brennen (Sie begrenzen die Leistung durch den Kondensator, kleiner = weniger Leistung), aber es ist GARANTIERT , dass es jeden durch Stromschlag tötet , der unseren Atmega oder einen seiner Ausgänge berührt.

Wenn Sie es wirklich wollen, müssen Sie dafür sorgen

  1. Ihr System wird vollständig in einer nicht leitfähigen Projektbox gekapselt
  2. obige projektbox hat nichts mechanisches ausgehen : ein wifi modul ist in ordnung
  3. Sie kommunizieren niemals über Kabel mit Ihrem Controller, während er angeschlossen ist (die Leute neigen dazu, diesen Teil zu vergessen).

Grundsätzlich ist alles Metallische oder Leitfähige (Kabel, Widerstand oder sogar ein anderer Kondensator) ein Sicherheitsrisiko. Risiko im Sinne von Berührung = lebensgefährliche Verletzung .

Wenn Sie nicht mit Sicherheit trainiert sind, kann ich nur empfehlen, mit einem USB-Adapter zu gehen (wie bereits vorgeschlagen). Die Verwendung eines Transformators ist nur möglich, wenn er als verstärkter oder doppelt isolierter (manchmal fälschlicherweise als galvanisch isolierter) Transformator qualifiziert ist.

Die anderen Antworten sind ziemlich gut, aber wir können dem Sarg des kapazitiven Tropfers noch ein paar Nägel hinzufügen ...

  • Der USB-Mikrocontroller-Programmierer wird den Anschluss an Netzspannung sehr ungern haben, daher benötigen Sie zum Entwickeln einen Trenntransformator oder USB-Isolator ... ärgerlich ...

  • Es verbrennt Strom, auch wenn das Mikro schläft. Wie 1-2 W für Nichtstun, und es ist eine Shunt-geregelte Versorgung, also muss es für den maximalen Strom dimensioniert werden, inkl. Relais, LEDs usw. Nicht umweltfreundlich.

  • Wenn Sie möchten, dass es klein ist, um es in eine Steckdose oder einen Schalter zu stecken, neigt das Brennen von Strom an kleinen Stellen dazu, die Dinge heiß zu machen

Abgesehen von den Sicherheitsaspekten sollte R1 500 Ohm bei 1/2 Watt betragen. (Es könnten zwei 1.000 Ohm bei 1/4 Watt parallel sein.) Diese Schaltung ist beim LED-Ersatz für Glühlampen sehr verbreitet. Ich verwende "MB6S Bridge Diode Rectifiers" = 600 Volt 0,50 Ampere Brückengleichrichter in dieser Schaltung. (Sie sind kleiner als 4 x 1N4004.) (Durchschnittlicher gleichgerichteter Ausgangsstrom: 0,5 A, wiederholte Spitzen-Sperrspannung: 600 V, maximale RMS-Sperrspannung: 420 V; maximale Arbeitstemperatur: +150 Grad C, Spitzen-Sperrstrom: 10 uA; Durchlassspannung Abfall: 1V.

Denken Sie daran, dass alles (Drähte), das an Ihren Mikroprozessor angeschlossen ist, 120 Volt haben kann.

Wenn Sie wirklich Ihre eigene Stromversorgung bauen möchten, sollten Sie einen handelsüblichen Türklingeltransformator verwenden, der in den meisten Baumärkten in den USA erhältlich ist. Es senkt die Wandspannung auf 10-16 V AC, isoliert die Sekundärseite von der Wand und erspart Ihnen die Wärme und die Kosten für Widerstände und Zener mit hoher Wattzahl.

Das OP fragt nach der Verwendung eines Kondensators zum Absenken der Spannung im Vergleich zur Verwendung eines Transformators, da es eine kleine Stromversorgung herstellen möchte. Kleine Transformatoren sind verfügbar - eine Türklingel wäre im Vergleich etwas zu groß und müsste viel Spannung absenken.

In Ihrem aktuellen Design beträgt die Impedanz Ihres Kondensators bei 60 Hz ...

Zc = 1/(2*pi*60Hz*j*0,22uF) = -12057*j Ohm.

Das andere Stromkabel hat einen 10K-Widerstand. Die Gesamtgröße der kombinierten Impedanz zwischen dem Kondensator und dem Widerstand ist ...

|Z| = sqrt((-12057j)^2 + 10000^2) = 15,6 kOhm

Wenn wir den 1,7-V-Abfall im Gleichrichter und den 5,1-V-Abfall über der Last ignorieren, wird die Berechnung des Eingangsstroms viel einfacher und die Antwort liegt immer noch innerhalb weniger Prozent der tatsächlichen Antwort.

Bei 120 Vrms beträgt der RMS-Strom im Kondensator/Widerstand ungefähr ...

230 V / 15,6 kOhm = 14,7 mA RMS

Der durchschnittliche Strom ist...

7,7 mA * sqrt (2) * 2 / pi = 13,3 mA

Dieser durchschnittliche Strom ist auch der maximal zulässige Laststrom, um die Regelung aufrechtzuerhalten. Wenn Ihr Gerät mehr als 13,3 mA zieht, fallen Ihre 5 V aus.

Der Kondensator verbraucht beim Laden und Entladen keine nennenswerte Leistung. Die Leistung wird im Widerstand und im Zener abgeführt.

Die Verlustleistung im 10K-Widerstand beträgt ungefähr ... Wres = (14,7 mA) ^ 2 * 10K = 2,16 W

Ohne Last beträgt die Verlustleistung im Zener ca....

Wzen = 13,3 mA * 5,1 V = 68 mW.

Beachten Sie, dass bei einer Last der Laststrom vom Strom im Zener subtrahiert würde und die Verlustleistung im Zener geringer wäre.

Sie haben 10K an einer der Stromleitungen und einen Kondensator mit 12K Impedanz an der anderen Stromleitung. Wenn der Benutzer eine der Leitungen berühren würde, könnten bis zu 23 mA RMS in den Benutzer fließen.

Wenn jemand einen Draht berührt und 23 mA RMS darin fließen, wäre dies schmerzhaft und er kann den Draht möglicherweise nicht loslassen.

Ein Trenntransformator ist wirklich der richtige Weg. Die Größe eines Transformators schrumpft stark, wenn die Frequenz der Eingangsspannung ansteigt. Wenn Sie möchten, dass der Transformator klein ist, zerhacken Sie zuerst die 60 Hz in einige hundert Hz.

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