Wie man Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt

Ich entwerfe eine Schaltung, die 5 VDC bei 1 A ausgeben muss. Ich versuche, einen Wandtransformator zu verwenden, um die Spannung auf 12 VAC zu senken. Der nächste Schritt ist die Diodenbrücke und der Ripple-Kondensator.

Die Brummspannungsgleichung lautet:

v r ich p p l e = ich 2 f C 

I = load current (1A)
f = AC frequency (60Hz)
C = Filter Capacitor (? uF)

Wenn ich ein C von 1000 uF wähle, beträgt die Brummspannung 8,3 V! Muss ich wirklich mehr Kapazität einsetzen, um die Brummspannung zu senken? Gibt es eine andere Methode, AC in DC umzuwandeln?

Diodenbrücke und Gleichrichtung könnte man sich sparen, wenn man anstelle eines AC-Wandtransformators einen DC-Wandtransformator verwendet. Sie benötigen jedoch immer noch einen Spannungsregler, um stabile 5 V zu erhalten. Fast alle Wandtransformatoren sind NICHT spannungsgeregelt, und ein 5-V-Wandtransformator liefert Ihnen wahrscheinlich irgendwo zwischen 5 V und 9 V.
Ich benutze 2000 μ F/A als Faustregel (manchmal mehr, abhängig von der Anwendung)
Warum nicht einfach einen kaufen? Warum das Rad neu erfinden?

Antworten (6)

1000 µF bei dieser Spannung sind nicht besonders groß. Sind Sie durch die Größe oder etwas eingeschränkt?

Um die Welligkeit vollständig zu beseitigen und 5 V zu erzeugen, müssen Sie nach dem Kondensator einen Spannungsregler hinzufügen.

12 V RMS = 17 V Peak , was abzüglich der beiden Diodenabfälle die DC-Spitzenspannung ist, die Sie am Ausgang der Gleichrichter sehen: 17 - 1,1 - 1,1 = 14,8 V. Es besteht also keine Gefahr, die Eingangsgrenzen zu überschreiten des Reglers (35 V Eingang).

Wenn die Welligkeit 8,3 V beträgt, variiert die Gleichspannung zwischen 6,5 V und 15 V. Dies ist gerade noch hoch genug, um in den Regler einzuspeisen, ohne aus der Regelung zu fallen, da der 7805 einen Abfall von etwa 1,5 V bei 1 A hat ( je nach Temperatur). Also ja, Sie sollten einen etwas höheren Kondensator verwenden (oder mehrere parallel geschaltete Kondensatoren, wenn der Platz ein Problem ist).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein( Quelle: Alan Marshall )

Hier ist eine Anleitung zu jeder Stufe der Stromversorgungsschaltung.

Ebenfalls:

Die realen Netzspannungen variieren von einer Steckdose zur nächsten, und die Frequenz variiert von Land zu Land. Sie müssen die Bedingung für niedrige Netzspannung/hohe Last berechnen, um sicherzustellen, dass sie nicht unter die Regelung fällt, sowie die Bedingung für hohe Netzspannung/niedrige Last, um sicherzustellen, dass die Eingangsspannungsgrenze des Reglers nicht überschritten wird. Dies sind die allgemein empfohlenen Werte:

  • JP: 85 VAC bis 110 VAC (+10 %, -15 %), 50 und 60 Hz
  • USA: 105 VAC bis 132 VAC (+10 %), 60 Hz
  • EU: 215 VAC bis 264 VAC (+10 %), 50 Hz
Die Spitzenspannung am Ausgang des Gleichrichters liegt 2 Diodenabfälle (insgesamt 2,2 V) unter der Eingangsspitzenspannung.
Endolith hat einen außergewöhnlichen Ansatz. Ich möchte eine Sache anmerken, VERWENDEN SIE EINEN KÜHLKÖRPER. Wenn Sie 1 Ampere durch einen linearen Regler leiten, verwenden Sie einen Kühlkörper, es ist viel mehr Energie abzuleiten, als die Leute glauben.
Hoppla. Das Einbeziehen der Diodentropfen ändert die Antwort. Habe ich sonst noch Fehler gemacht?
Kurzer Hinweis: 2 Diodentropfen sind nicht unbedingt 2,2 V. Der Spannungsabfall eines PN-Übergangs hängt stark von seiner Konstruktion und der Art der beteiligten Halbleiter ab. Sie variieren sogar zwischen Geräten des gleichen Typs. Denken Sie auch daran, dass der 7805 in Ordnung ist, solange er mehr als zwei oder drei Volt Headroom zum Regeln hat. Je höher der Eingang, desto mehr Leistung muss er abführen. Schaltregler sind zwar etwas komplexer, aber enorm effizienter.
Das Datenblatt 1N4004 listet 1,1 V Abfall für 1 A Strom auf und der Brückengleichrichter KBP005 listet 1,0 V für 1,0 A auf, also ist es ein typischer Wert.
Sie sehen manchmal auch eine Diode über dem 7805, Anode zum Eingang, um den Ausgang davon abzuhalten, (viel) höher als der Eingang zu gehen - wie notwendig / unnötig wäre das?
Siehe Seite 11 von national.com/ds/LM/LM340.pdf und Seite 38 von st.com/stonline/books/pdf/docs/2143.pdf Lesen Sie die Datenblätter! :) Ich sehe auch umgekehrte Dioden am Ausgang, um zu verhindern, dass er unter die Erde geht.
@rdeml: Sie können Spannungsgleichrichter kaufen, die einen Abfall von insgesamt 0,5 V haben. Leider ist meine Teilekiste für einen Umzug fertig verpackt, oder ich könnte Ihnen eine Teilenummer besorgen.

Die Sache ist, dass Schaltnetzteiladapter heutzutage so ein Gebrauchsgegenstand sind, dass Sie einfach einen kaufen, es sei denn, Sie wollen wirklich zu Lernzwecken in das Design einsteigen. Digikey hat einige, die in Einzelstückzahlen unter 10 US-Dollar kosten ( hier ist eine von CUI ) und Ihnen einen geregelten Gleichstromausgang mit hohem Wirkungsgrad bieten, komplett mit allen Sicherheits- und EMI/RFI-Zertifizierungen.

Ich benutze CUI die ganze Zeit! Es gibt auch PCB-Mount-Versionen, wenn Sie bereits AC an Ihrem Board haben.

Wenn Ihr Kondensator groß genug ist, um die Welligkeit zu verringern, liegt Ihre Vdc bei etwa 15 V, wie von Endolith gezeigt. Betrachten wir, dass es unter Last ein wenig abfällt, und verwenden Sie 12 V als Beispiel. Wenn der Ausgang 5 V betragen muss, sollte der Regler 7 V bei 1 A aufnehmen, was bedeutet, dass er in der Lage sein sollte, kontinuierlich 7 W Leistung abzugeben. Abhängig von Ihrer Anwendung kann dies ein Problem sein oder auch nicht.

Warum nimmst du nicht einfach ein Schaltnetzteil? Heutzutage gibt es viele Router, Netzwerk-Switches/Hubs, Festplattengehäuse usw., die 5 V verwenden. Ihre Netzteile sind in der Regel nicht größer als ein normaler Wandtransformator, effizienter und die Ausgangsspannung ist gut geregelt.

Eine andere Methode besteht darin, vor der endgültigen Filterkappe eine Drossel (Induktivität) in Reihe zu schalten. So etwas wie 100 uH würde eine Welt des Guten tun. Eine Spule widersteht Stromänderungen, genau wie eine Kappe Spannungsänderungen widersteht. Setzen Sie die beiden zusammen und Sie erhalten einen viel effektiveren Filter.

Sie haben einen Fehler in Ihrer Vripple-Gleichung. Da Sie eine Vollwellenbrücke verwenden, beträgt Ihre Frequenz nicht 60 Hz, sondern 120.

Ich hatte eine "2*", um die Vollbrücke zu kompensieren.
Haben Sie eine Website, die die Choke-Methode beschreibt?
Suchen Sie nach Dingen wie Hochpassfiltern, sie nutzen die Tatsache, dass die induktive Reaktanz mit der Frequenz zunimmt, während die kapazitive Reaktanz abnimmt.
Ein Induktor widersteht Stromänderungen, aber denken Sie daran, dass Ihre Schaltung den Strom möglicherweise schnell ändern möchte. Wenn Sie den für die Schaltung erforderlichen Strom ändern, muss die Induktivität den Strom irgendwo abführen.
Die Induktivität sollte vor der Diodenbrücke platziert werden, nicht nach dem Regler. Wenn er groß genug ist, kann er den PTX-Leitungswinkel auf 360 Grad erhöhen und seine Ausgangsstromspitzen und -täler auf flach reduzieren. Aber Sie verlieren etwas Spannung. Siehe Radio Designer's Handbook S. 1162, 1182&ff.

Ihre Vripple-Gleichung ist nur eine Annäherung und nur für geringe Welligkeit geeignet.

Finden Sie eine bessere Gleichung oder lösen Sie sie grafisch, und Sie werden sehen, dass Ihre Welligkeit nicht so groß ist, wie Sie denken.

Guter Punkt über die Grenzen dieser Gleichung!
Hier ist eine etwas bessere Gleichung für Fälle, in denen Vripple groß ist. Dies ist weniger pessimistisch als Vripple = I/(2fC), aber es ist immer noch pessimistisch für Werte von Vripple < 1/2 * Vpeak. Anstatt anzunehmen, dass es bei t = 1/2 * f keine ansteigende Sinuswelle gibt, approximieren Sie den Gleichrichterausgang mit Dreiecken anstelle einer Sinuswelle (um die Mathematik zu vereinfachen). Lösen Sie die beiden Gleichungen, um zu sehen, wann die fallende Spannung des Kondensators die ansteigende Dreieckswelle abfängt, um zu erhalten: Vt = Vp * (4fCVp/I -1) / (4fCVp/I +1) f=60, C=1000, Vp=14,8 , I = 1 Vt = 8,3 Volt, was deutlich über der Dropout-Spannung von 7805 von 5 V + 1,5 V liegt.

Wenn Sie nicht den Schaltweg gehen möchten, nehmen Sie einen 5- oder 6-Volt-Transformator mit viel Kappe. und ein Low-Dropout-Regler würde die Effizienz sehr verbessern. Sie müssen einige Berechnungen durchführen, um die Werte zu erhalten und zu sehen, ob sie angemessen sind.

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