Cómo encontrar el condensador de suavizado correcto para el circuito de rectificación

Estoy creando una fuente de alimentación que necesitará convertir 24vac a 5vdc. Estoy pensando en usar un rectificador para convertir CA a CC, luego un condensador para suavizar el voltaje, luego un LM2596-5 para bajarlo a 5v. Tengo problemas para seleccionar el capacitor correcto para suavizar el voltaje. Vi esta fórmula para averiguar el valor del condensador

Corriente * Tiempo de medio ciclo / caída de voltaje aceptable *1000 = C uf

Cuando conecté mis valores

2*8,3 / 1*1000 = 16.600uf

Como puede ver, obtuve un número ridículo y este tipo ha usado un límite de 100 uf en su fuente de alimentación de 24vac a 5Vdc. Mi uso es un termostato inteligente que estoy haciendo. mi corriente máxima que toma mi configuración es 1.4a pero mi rectificador está clasificado para 2a, por eso estoy haciendo 2 amperios. Principalmente estoy confundido sobre cómo la fórmula está dando números realmente grandes y por qué ese tipo eligió felizmente 100uf

La fórmula que obtuve es de este video

Si desea solo 1 voltio de ondulación y tiene una carga de 1 amperio, recargando solo una vez por segundo, entonces necesita UN FARAD. Para 1/120Hz, necesitas 1/120 = 8,333uf.
@analogsystemsrf ¿por qué usaste 120 hz?
@SunnyskyguyEE75 no es de 24 V CA, es de alrededor de 35 V CC después de la rectificación debido a RMS
"No son 24 V CA, son alrededor de 35 V CC después de la rectificación debido a RMS".
@BruceAbbott Entonces, ¿qué hará el convertidor de CC a CC que puede comprar de manera diferente a mi configuración actual? ¿Qué recomendarías cambiar?
Sus palabras son un poco confusas: supongo que "que un LM2596-5 para bajarlo a 5v" quiere decir " entonces un LM2596-5 para bajarlo a 5v". Si ese es el caso, entonces tiene la intención de usar un convertidor CC/CC (el LM2596), ¿verdad?
@BruceAbbott Sí, tienes razón. Alguien más en la sección de comentarios dijo que comprara un convertidor DC-DC, así que me confundí sobre a quién estoy enviando mensajes.
@Aaliankhan Sugerí comprar un convertidor a menos que pueda mejorar uno por US $ 3.66 El tamaño de la tapa se puede reducir significativamente a expensas de una tapa nominal de corriente de ondulación más alta (ESR bajo), lo que significa una ondulación de voltaje más alta a 100Hz
Y eso usa una entrada de 100uF, una salida de 220uF y el mismo IC para el LM2596 anterior en una placa pequeña
@SunnyskyguyEE75 Esos módulos son realmente buenos y los usé todo el tiempo. Es solo que son demasiado grandes para mi escenario y me gustaría mover los componentes. También me gusta aprender cómo funcionan estas fuentes de alimentación de CA a CC.
y los módulos no rectifican
Dudo que pueda reducir el tamaño de estos módulos sin comprometer el aumento de calor y todo lo que necesita es un diodo puente en la entrada y posiblemente agregar un límite de ESR bajo hasta 600uF. Mover los componentes puede introducir un mal acoplamiento EMI y respuestas espurias
@SunnyskyguyEE75 Veo tu punto allí. al hacerlo más pequeño me refiero a usar todo el espacio que tengo, ya que es un PCB circular, un rectángulo no utiliza todo el espacio. ¿Qué pasa si uso el esquema que viene con la hoja de datos ( ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf ) en la página 1 y uso una tapa ESR con un puente rectificador completo en la entrada? ¿Piensas que es una buena idea?
Mientras investigaba, encontré un diseñador de energía creado por Texas Instruments. Recomendó esto ( drive.google.com/open?id=1Uo0KBThYEjP_ilvKJtJa2wyX19TBLnru ) Para rectificar probablemente agregaré un rectificador y una tapa con 600uf. Que pensais sobre esto?
Eso es CC a CC, no rectificador de CA a CC y tapa primaria ESR * C importa con f. Entonces, la dinámica no es simulada por TI. Considere cualquier transformador/convertidor como un convertidor de impedancia al cuadrado, ¿de acuerdo? La fuente y la carga interactúan por cambios de voltaje/corriente

Respuestas (2)

Mi método para calcular el volumen de C para los rectificadores de CA se basa en el almacenamiento de energía necesario para evitar la interrupción si la entrada de CA se interrumpe durante 1 ciclo con la carga máxima.

El diseño típico en la página 1 de su especificación IC muestra un Cin=680uF para 12V a 5V @ 5A.

Veamos qué tan cerca estoy de su diseño recomendado.

Además, la Figura 23 muestra que la clasificación de corriente de ondulación para el e-cap a granel típico debe tener una clasificación de corriente de ondulación más grande, para que los valores de tapa más grandes resistan los picos de corriente. La clasificación de corriente RMS de un capacitor está determinada por la cantidad de corriente requerida para elevar la temperatura interna aproximadamente 10 °C por encima de una temperatura ambiente de 105 °C. Este NO es el valor que desea usar en el diseño, sino la clasificación máxima para la cual los condensadores están clasificados para una vida útil de 1500 horas a la temperatura nominal. Se desea una ESR más baja, una corriente de ondulación más alta pero valores de C más pequeños. Luego, el voltaje de ondulación en la tapa se puede reducir aún más mediante el circuito ESR agregado a la tapa ESR.

Sin embargo, se necesita un voltaje de entrada más bajo y una corriente promedio más alta para mantener una potencia de salida de CC constante. Por lo tanto, hay muchas compensaciones críticas para equilibrar en la selección de e-cap y la incorrecta significa poca confiabilidad y eficiencia de las pérdidas generales incurridas.

calculos

Por lo tanto, usar 50 Hz para un ciclo = 20 ms. Su potencia de salida especificada fue 5V*1.4A=7W y la eficiencia sugerida fue 80%. Entonces la energía requerida = E= P*t/80%= 180 mJ

El puente de 24 V CA puede producir 35 V sin carga y alrededor de 24 V en promedio con mucha ondulación, por lo que si usamos este promedio de alta ondulación, mi = 1 / 2 C V 2 = 180 metro j de este modo C = 180 metro j ∗ 2 / 24 2 = 625 tu F

Mmm bastante cerca.

Siguiente ESR o corriente de ondulación. (rms) Uso el mismo valor que la corriente de CC como valor esperado (pero no un arranque difícil). Entonces, para reducir el estrés en el calentamiento de la tapa, voy a insertar una resistencia SMD de potencia en esta tapa de aproximadamente 0,1 ohmios, con suerte, para fines de confiabilidad de la tapa sin crear pérdidas en otros lugares. Luego elige un límite con un valor de ESR de 10 mOhm para que no se caliente mucho. esto da como resultado un ESR*C=0.01*680uF=6.8us que sé que se puede lograr con límites bajos de ESR. (<10us)

entonces mi recomendación es 625 uF o 680 uF, 10 mOhm + Rs=100 mOhms en serie.

¿Puedes explicarme cómo calculaste la energía? Vivo en Canadá así que tengo 60 Hz. En la fórmula del condensador, ¿por qué multiplicaste los julios por 2?
Veo que hay muchas fórmulas diferentes. ¿sabes por qué hay tantas fórmulas solo para calcular un valor?
es porque hay tantas compensaciones diferentes . Acabo de hacer una simulación con mis suposiciones y el modelo de su diseño y no obtuve la mejor eficiencia, pero funcionó con 100uF|30m + Rs=100m usando el sim de Falstad (lo que @Transistor llama un juguete) con una entrada de 24Vac 50Hz que resultó en 24Vdc rms luego Buckboost a 5V A 1.4V validando cada comentario que hice.
Vivo en Toronto a las afueras de GTA... OH CA-NA-DAH, eh! Mira de nuevo C= 2* ....
Para ser honesto, realmente no sé qué hiciste en tu fórmula. como conseguiste los joules? ¿Por qué dividiste por 24^2 cuando escribiste antes de dividir por 1? Lo siento si te estoy molestando, pero no entiendo lo que hiciste.
@Aaliankhan simplemente reorganiza la fórmula de energía y resuelve C = E * 2 / V ^ 2 usando 1 período de CA
que pasa con los julios
¿Que hay de ellos? Definí la E de almacenamiento para la retención de 1 ciclo con interrupción de energía a máxima potencia en Vrms en lugar de Vpk 35V o 30V para que Vmin pueda caer a 5.1V y aún así regularse con retroalimentación PWM
¿Quién era el -1? y ¿por qué no entienden? ¿Su problema no es mi solución? alguien ? @LVW? bruce? ¿¿Transistor??

Dado que el LM2596 es un regulador de conmutación, la corriente de entrada será mucho menor que la corriente de salida. Suponiendo una entrada mínima de 24 V CC y una eficiencia del 83 %, la corriente de entrada para una salida de 2 A a 5 V sería 2/(24/5)*1/0,83 = 0,5 A. Usando su fórmula, la capacitancia requerida es entonces 0.5 * 8.3 * 1000 = 4,150uF.

Si se acepta más ondulación, entonces una capacitancia más pequeña sería suficiente. Tiene alrededor de 10 V de 'margen libre' antes de que el voltaje caiga por debajo de 24 V, e incluso más antes de que se acerque al voltaje de caída del regulador. Para una ondulación de 10 V, solo necesita ~ 415 uF según la fórmula.

Sin embargo, hay otra razón para usar una capacitancia más alta: "caídas de tensión" y caídas de la red. A pesar de que podría funcionar bien con una ondulación de hasta 20 V en circunstancias normales, algunos ciclos de baja tensión o faltantes de la red eléctrica podrían permitir que la tensión del condensador caiga demasiado, causando fallas misteriosas en el dispositivo que se está alimentando. Una capacitancia más alta mantiene el voltaje alto durante más tiempo para suavizar cualquier caída momentánea en el voltaje de la red.

entiendo mas gracias. Pocas preguntas. Primero es cómo calculaste los amperios. En segundo lugar, veo que estos condensadores son bastante grandes. ¿Es posible agregar múltiples capacitores de capacitancia más pequeños en paralelo o en serie? Puedo construir de lado, pero no quiero que sea demasiado grueso. si no es posible, supongo que puedo dejarlo de lado.
también, ¿cómo ray (el chico del enlace en cuestión) se sale con la suya con su límite de 100uf. su sorteo actual es 1a
Con una eficiencia del 100 %, entrada de energía = salida de energía. Potencia = voltios * amperios, por lo que la relación de corriente es la inversa de la relación de voltaje. La relación de voltaje (de entrada a salida) es 5/24, por lo que la relación actual es 24/5. Si 270uF está bien para una ondulación de 10 V, entonces 135 uF está bien para 20 V, tal vez incluso un poco menos debido al tiempo más corto entre los semiciclos en la parte inferior de la curva. ¿También su fórmula puede ser conservadora y su circuito podría estar consumiendo menos corriente? Aunque no estaría contento con eso.
Puede poner capacitores en paralelo para hacer un uso más eficiente del espacio. En serie es malo porque reduce la capacitancia total.
El regulador de conmutación 2496 tiene corrientes de pulso grandes, de 3,6 - 7A y esto no depende de la carga. Debe dimensionar el capacitor para asegurarse de que no tenga interrupciones. La fórmula descrita puede funcionar para reguladores lineales, pero le dará un valor C muy alto para un regulador de conmutación. Debe incluir tanto el ancho de pulso como la frecuencia del conmutador en cualquier cálculo.
@Jack Creasey Buen punto. La hoja de datos recomienda una clasificación de corriente de ondulación del condensador de la mitad de la corriente de salida, es decir. 1A en este caso, y tiene un gráfico que sugiere que funcionaría un condensador de 270uF 40V. Los módulos LM2596 populares a menudo solo tienen 100 uF, pero quizás esperen más capacitancia en la fuente de alimentación. ¡Otra razón más para tener más capacitancia!
¡ Esta hoja de datos de On Semi tiene solo 100uF en su diseño de referencia! Una versión mejorada, o...
¿Por qué están hablando de los condensadores de la hoja de datos? Creo que esos condensadores son para reducir el voltaje, no para suavizar el voltaje después de la rectificación.
Expliqué cómo 24Vac es un pico de 35V pero con una alta ondulación reducida a 24Vdc en la tapa primaria a granel en mi respuesta, los demás no entienden el punto. Pero sus ejemplos en la hoja de datos eligieron en función de la reducción del ruido de sobrevoltaje actual a la fuente, sin elegir de manera eficiente el valor C más bajo para la caída de energía de un transformador de línea. es decir, diseño de CA-CC frente a reglas de diseño de CC-CC. ¿Capiche?
@BruceAbbott ¿Por qué estimó la eficiencia del 73%?
No es una estimación, solo un ejemplo. La eficiencia real depende de los voltajes, las características del inductor, el capacitor esr, etc. En la revisión, veo que mi cálculo de corriente de entrada está fuera de todos modos (cambié la corriente de salida de 1.4A a 2A y olvidé actualizar el resultado), así que lo editaré para acerque la eficiencia a lo que sugiere el gráfico de la hoja de datos.
@BruceAbbott, ¿hizo una fuente de alimentación antes? en caso afirmativo, ¿cuál fue su configuración?
He hecho muchas fuentes de alimentación. Todos siguieron el mismo plan: transformador, rectificador, condensador de filtro, regulador. Para los reguladores de conmutación, suelo usar módulos porque son baratos y no tengo que preocuparme por hacer el diseño correcto. Utilizo un osciloscopio para verificar que el voltaje de ondulación sea satisfactorio y aumente la capacitancia si no lo es (generalmente está bien porque me equivoco en el lado grande en mis cálculos).
entonces crees que un tope de 4000uf es normal?
4000uF es la cantidad correcta para una ondulación de 1V, pero su circuito puede manejar mucho más que eso. Por lo tanto, debe decidir cuánto voltaje de ondulación puede aceptar frente al tamaño del condensador que puede aceptar. Creo que 400uF es marginal, por lo que al menos lo duplicaría a 800uF (o 1000uF, ya que ese es un valor más común). No está de más 'diseñar en exceso' una fuente de alimentación para lograr confiabilidad (¡muchos dispositivos de consumo durarían mucho más si no usaran el capacitor de tamaño más pequeño que puedan usar!).
Gracias Bruce, usaré un límite de 1000 uf para un circuito LM2596 que se muestra en la primera página de la hoja de datos. Un placer hablar contigo
Cómo encontrar el condensador de suavizado correcto para el circuito de rectificación
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