Cómo convertir CA a CC

Estoy diseñando un circuito que necesita una salida de 5 V CC a 1 A. Estoy tratando de usar un transformador de pared para reducir el voltaje a 12 V CA. El siguiente paso es el puente de diodos y el condensador de ondulación.

La ecuación del voltaje de ondulación es:

V r i pag pag yo mi = yo 2 F C 

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

Si elijo una C de 1000 uF, ¡el voltaje de ondulación es de 8,3 V! ¿Realmente necesito poner más capacitancia para reducir el voltaje de ondulación? ¿Hay otro método para convertir CA a CC?

Podría ahorrarse el puente de diodos y la rectificación si usara un transformador de pared de CC en lugar de un transformador de pared de CA. Sin embargo, aún necesitaría un regulador de voltaje para obtener 5V estables, casi todos los transformadores de pared NO están regulados por voltaje, y es más probable que un transformador de pared de '5V' le proporcione entre 5V y 9V.
yo uso 2000 m F/A como regla general (a veces más, depende de la aplicación)
¿Por qué no comprar uno? ¿Por qué reinventar la rueda?

Respuestas (6)

1000 µF a este voltaje no es terriblemente grande. ¿Está limitado por el tamaño o algo así?

Para deshacerse por completo de la ondulación y producir 5 V, debe agregar un regulador de voltaje después del capacitor.

12 V RMS = 17 V pico , que, menos las dos caídas de diodo, es el voltaje de CC pico que verá en la salida de los rectificadores: 17 - 1,1 - 1,1 = 14,8 V. Por lo tanto, no existe la amenaza de exceder los límites de entrada del regulador (entrada 35 V).

Si la ondulación es de 8,3 V, entonces el voltaje de CC variará de 6,5 V a 15 V. Esto es apenas lo suficientemente alto como para alimentar el regulador sin perder la regulación, ya que el 7805 tiene una caída de aproximadamente 1,5 V a 1 A ( dependiendo de la temperatura). Entonces, sí, debe usar un capacitor ligeramente más alto (o varios capacitores en paralelo, si el espacio es un problema).

ingrese la descripción de la imagen aquí( Fuente: Alan Marshall )

Aquí hay una guía para cada etapa del circuito de suministro de energía.

También:

Los voltajes de la línea de alimentación de la vida real varían de un tomacorriente a otro, y la frecuencia varía según el país. Debe calcular la condición de línea baja/carga alta para asegurarse de que no caiga por debajo de la regulación, así como la condición de línea alta/carga baja para asegurarse de que no exceda el límite de voltaje de entrada del regulador. Estos son los valores generalmente recomendados:

  • JP: 85 VAC a 110 VAC (+10%, -15%), 50 y 60 Hz
  • EE. UU.: 105 V CA a 132 V CA (+10 %), 60 Hz
  • UE: 215 VAC a 264 VAC (+10%), 50 Hz
El voltaje máximo visto en la salida del rectificador será de 2 caídas de diodo (2,2 V en total) menos que el voltaje máximo de entrada.
Endolith tiene un enfoque excepcional. Me gustaría señalar una cosa, UTILICE UN DISIPADOR DE CALOR. Si va a poner 1 amperio a través de un regulador lineal, use un disipador de calor, es mucho más poder para disipar de lo que la gente cree.
Ups. Incluir las gotas de diodo cambia la respuesta. ¿Cometí otros errores?
Punto rápido: 2 caídas de diodo no son necesariamente 2.2v. La caída de voltaje de una unión PN depende en gran medida de su construcción y del tipo de semiconductores involucrados. Incluso variarán entre dispositivos del mismo tipo. Tenga en cuenta, también, que el 7805 está bien siempre que tenga más de dos o tres voltios de espacio libre para regular. Sin embargo, cuanto mayor sea la entrada, más potencia tiene que disipar. Los reguladores de conmutación, aunque algo más complejos, son enormemente más eficientes.
La hoja de datos 1N4004 enumera una caída de 1,1 V para 1 A de corriente y el puente rectificador KBP005 enumera 1,0 V para 1,0 A, por lo que es un valor típico.
a veces también ve un diodo a través del 7805, ánodo a la entrada, para evitar que la salida vaya (mucho) más arriba que la entrada, ¿qué tan necesario/innecesario sería eso?
Consulte la página 11 de national.com/ds/LM/LM340.pdf y la página 38 de st.com/stonline/books/pdf/docs/2143.pdf ¡ Lea las hojas de datos! :) También veo diodos invertidos en la salida para evitar que vaya bajo tierra.
@rdeml: Puede comprar rectificadores de voltaje que tienen una caída total de 0.5v, lamentablemente mi caja de piezas está empacada lista para mudarse o podría conseguirle un número de pieza.

La cuestión es que en estos días, los adaptadores de fuente de alimentación conmutada son un artículo tan básico que, a menos que realmente quiera entrar en el diseño con fines de aprendizaje, simplemente compre uno. Digikey tiene algunos que cuestan menos de $ 10 en cantidades individuales ( aquí hay uno de CUI ) y le brindarán una salida de CC regulada, con alta eficiencia, completa con todas las certificaciones de seguridad y EMI/RFI.

¡Uso CUI todo el tiempo! También hay versiones de montaje en PCB, si ya tiene CA en su placa.

Si su condensador es lo suficientemente grande como para reducir la ondulación, su VCC será de alrededor de 15 V, como lo muestra Endolith. Consideremos que cae un poco bajo carga y usemos 12V como ejemplo. Si la salida debe ser de 5 V, el regulador debe tomar 7 V a 1 A, lo que significa que debe poder disipar continuamente 7 W de potencia. Dependiendo de su aplicación, esto puede o no ser un problema.

¿Por qué no usas un adaptador de corriente conmutado? En estos días hay muchos enrutadores, conmutadores/concentradores de red, gabinetes de disco duro, etc. que usan 5V. Sus fuentes de alimentación no suelen ser más grandes que un transformador de pared normal, son más eficientes y el voltaje de salida está bien regulado.

Otro método es agregar un estrangulador (inductor) en serie antes de la tapa del filtro final. Algo como 100 uH haría un mundo de bien. Una bobina resiste los cambios de corriente, al igual que una tapa resiste los cambios de voltaje. Ponga los dos juntos y obtendrá un filtro mucho más efectivo.

Tienes un error en tu ecuación de Vripple. Como está utilizando un puente de onda completa, su frecuencia no es de 60 hz, sino de 120.

Tenía un "2*" para compensar el puente completo.
¿Tiene un sitio web que describe el método de estrangulamiento?
Busque cosas como filtros de paso alto, aprovechan el hecho de que la reactancia inductiva aumenta con la frecuencia, mientras que la reactancia capacitiva disminuye.
Un inductor resiste los cambios en la corriente, pero tenga en cuenta que su circuito puede querer cambiar la corriente rápidamente. Cuando cambia la corriente necesaria para el circuito, el inductor tendrá que descargar la corriente en alguna parte.
El inductor debe colocarse antes del puente de diodos, no después del regulador. Si es lo suficientemente grande, puede aumentar el ángulo de conducción de PTX a 360 grados y reducir sus picos y valles de corriente de salida a niveles planos. Pero pierde algo de voltaje. Consulte el Manual del diseñador de radio, págs. 1162, 1182 y siguientes.

Su ecuación de Vripple es solo una aproximación y solo es buena para pequeñas cantidades de ondulación.

Encuentra una ecuación mejor, o resuélvela gráficamente, y verás que tu ondulación no es tanto como crees.

¡Buen punto sobre las limitaciones de esa ecuación!
Aquí hay una ecuación algo mejor para los casos en los que Vripple es grande. Esto es menos pesimista que Vripple = I/(2fC), pero sigue siendo pesimista para valores de Vripple < 1/2 * Vpeak. En lugar de suponer que no hay una onda sinusoidal ascendente en t=1/2*f, calcule la salida del rectificador con triángulos en lugar de una onda sinusoidal (para facilitar las matemáticas). Resolviendo las dos ecuaciones para ver cuándo la caída de voltaje del capacitor intercepta la onda triangular ascendente, para obtener: Vt = Vp * (4fCVp/I -1) / (4fCVp/I +1) f=60, C=1000, Vp=14.8 , I=1 Vt = 8,3 voltios, que está muy por encima del voltaje de caída de 7805 de 5v + 1,5v.

Si no quiere ir a la ruta de conmutación, un transformador de 5 o 6 voltios con mucha tapa. y un regulador de caída baja ayudaría mucho a la eficiencia. Tienes que hacer algunos cálculos para obtener los valores y ver si son razonables.

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