Estoy planeando hacer un gran proyecto que incluiría un microcontrolador ARM a 50 MHz que interactúa con una pantalla LCD gráfica, botones de usuario, algunos sensores y algunos actuadores (motores de CC, válvulas) controlados a través de relés. Quiero diseñar una fuente de alimentación robusta y duradera para este proyecto que debe tener una vida útil de más de 10 años. Tengo una fuente de alimentación de 24V y tengo que diseñar el circuito que me dará 3,3V/5V y al menos 1A. ¿Qué componentes de protección debo incluir en el circuito? ¿Dónde encajan todos estos componentes: PTC, perlas de ferrita, condensadores de filtro, filtros EMI, fusibles, etc.? ¿Podría darme un diagrama de bloques de tal circuito?
Suena como una pregunta de tarea :-).
Si necesita preguntar con el nivel de detalle que está preguntando, necesitará más información y aprendizaje de lo que obtendrá en una sola respuesta aquí.
Si este es un proyecto real que vale dinero, entonces ese es el tipo de tarea en la que vale la pena gastar dinero en el diseño de aportes profesionales.
Pero:
Suponga que la vida de diseño es de 100 000 horas = 11,4 años x 8765 horas al año.
Los condensadores pueden ser electrolíticos de aluminio SI los diseña correctamente. Un condensador de 2000 horas deberá funcionar a 60 °C por debajo de la temperatura nominal. Entonces, las tapas de 105C necesitan 105C - 60 = 45C ambiente o menos y preferiblemente mucho menos. Eso suena fácil, pero debe tener en cuenta la temperatura local + el aumento de la carcasa + el autocalentamiento + la radiación de otros componentes + cualquier punto caliente local de otro flujo de aire. Se necesitará cuidado. Los límites de 3000 o 4000 horas ayudarán. Tenga en cuenta que las tapas electrolíticas húmedas de aluminio mueren MÁS RÁPIDO a una temperatura determinada cuando no están encendidas que cuando están encendidas (debido al secado).
Las tapas de aluminio macizo serán más fáciles de usar cuando el tamaño y el precio lo permitan.
Las tapas de tantalio son tentadoras y funcionan bien si el diseño es impecable y si la realidad sigue a la teoría. Si esto es en un juego, quizás valga la pena el riesgo. Si está en un submarino o en una nave espacial, envíe el embalaje de tantalio ahora.
Comprender la reducción de temperatura, la reducción de corriente de ondulación.
Compre componentes de marcas reconocidas y confiables Y asegúrese de que lo que compra es lo que dice ser. Inspección entrante tanto como sea necesario para mantener la certeza.
Administre adecuadamente los problemas de ESD (descarga electrostática), si dice que no se doble más cerca de xxx del sello, entonces no lo haga, si dice que sujete el cable para evitar daños por golpes al cortar o doblar, entonces hágalo. Del mismo modo, tome nota de los consejos de los fabricantes sobre el tiempo máximo de almacenamiento al xx% de HR, el retratamiento requerido para los paquetes abiertos demasiado tiempo, los perfiles de temperatura de soldadura por reflujo, el consejo de que la pieza no se puede soldar por medio de xxx, las advertencias de limpieza ultrasónica, las advertencias de limpieza con solventes, no no apile de manera xxx, no aplique fuerza a xxx, ... consejos de los fabricantes.
Diseña correctamente. Use los parámetros del peor de los casos, la hoja de datos de poro para excepciones y requisitos especiales. errar en el lado conservador.
Para cualquiera de los siguientes de los que desee protegerse, tome nota: suponga el peor de los casos: transitorios de red, caídas de tensión, caídas de tensión, rayos, actos de Dios, actos de niños, actos de borrachos y personas con bajo coeficiente intelectual, actos de ratones. ratas hormigas y cucarachas (roen, orinan, defecan, anidan, mueren,...), atmósferas 100% condensantes, baja humedad, fallo de aire acondicionado, derrames de café, derrames de Coca-Cola... .
Si le importa, suponga que el equipo de 110 VCA se conectará a una red eléctrica de 230 VCA. Suponga que el equipo de 60 Hz se conectará a 50 Hz (cuidado con los transformadores con núcleo de hierro, otras cosas pueden) y viceversa.
Comprender los filtros de red longitudinales y transversales. Comprenda las clasificaciones de capacitores de filtro X e Y. Tenga en cuenta que las tapas Y de la red eléctrica a tierra de salida pueden producir voltajes de salida destructivos (típicamente voltaje de la mitad del hombre).
Permita degradaciones de componentes y cambios de características con el tiempo: secado de capacitores, degradación de LED (especialmente incluidos optoacopladores), degradación térmica del aglutinante de bobina con núcleo de hierro, ... .
Tenga en cuenta por qué los componentes tienen valores nominales: valores nominales de voltaje para resistencias, valores nominales de sobrevoltaje (sin fusión) para fusibles, aumento de temperatura para las pistas, corriente de resistencia en lugar de valores nominales de potencia, valores nominales operativos máximos vs picos de semiconductores de potencia, valores nominales de opto dV/dT. .. .
Eso es una vez más ligeramente fuera de mi cabeza. Puede haber mucho más. Escatime o ignore casi cualquiera de estos y sus 10 años de vida serán sospechosos. 100.000 horas es mucho tiempo. La supervivencia suele ser a través de una exageración tonta o un diseño hábil, pero rara vez se debe a la suerte. Si te sientes afortunado, probablemente no lo serás.
Produzca una imagen total de lo que desea hacer, peligros conocidos, mitigaciones conocidas, soluciones sensatas. Preocúpalo hasta la muerte si no quieres que muera.
Más ...
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Esta excelente referencia, proporcionada por @davidcarey, es una lectura esencial.
Subestimación de la complejidad del diseño de la fuente de alimentación: la subestimación de la complejidad del diseño de la fuente de alimentación puede provocar retrasos en la programación, sobrecostos y fallas de campo excesivas.
Útil:
Sitio de mejores prácticas de fabricación - Confiabilidad
y su lista de descargas - algunas relevantes.
MÁS POTENCIA POR EL DÓLAR 149 páginas
Precio frente a valor: una guía técnica
NAVSO P-3641A (reemplaza a NAVMAT P-4855-1A) Octubre de 1999
Los componentes más vulnerables en lo que respecta a la vida útil son los condensadores electrolíticos . La vida útil estándar es de 2000 horas, las piezas de larga duración suelen ser de 5000 horas. Eso no es mucho, pero hay una regla empírica que dice que por cada 10 °C que permanezca por debajo de lo especificado, puede duplicar la vida útil. Entonces, una tapa de 105 °C que funcione a 55 °C tendrá una vida útil de 2000 * 32 = 64000 horas. Eso es 7.4 años de operación continua . Los tipos de larga duración te darán más de 20 años.
Aquí tocamos un factor importante: la temperatura . Las altas temperaturas reducen la vida útil de los componentes. Si quieres pasar de 24V a 3,3V a 1A en un regulador lineal tendrás que disipar 20W. Eso es mucho. Un regulador de conmutaciónpuede ser una mejor solución.
En cuanto a los componentes de protección especial, usaría un fusible para proteger el producto en su conjunto y un varistor en la entrada de la fuente de alimentación para proteger contra picos específicamente.
Diseñar para tales requisitos va mucho más allá de la competencia de un aficionado/hacker.
Primero, necesitas tener mucho conocimiento sobre el poder. Debe comprender completamente cualquier topología que pretenda implementar para poder construir un modelo matemático preciso antes de comenzar a construir (para asegurarse de que lo que va a construir funcionará). Necesita saber dónde están las tensiones, cómo medirlas y cómo mejorarlas si es necesario.
La larga lista de componentes que mencionó en su pregunta me lleva a creer que no es un experto en el diseño de fuentes de alimentación. Si este es el caso, recomiendo buscar a un experto para que se encargue del diseño o contratar el diseño a una empresa especializada en conversión de energía.
Más allá del conocimiento: a menos que tenga un laboratorio bien equipado (adecuado para el desarrollo de energía, es decir), ni siquiera tendrá la capacidad de medir adecuadamente la mayoría de los parámetros críticos. Sin estos datos, no hay forma de saber si lo que está haciendo tendrá alguna posibilidad de confiabilidad a largo plazo (o capacidad de explosión a corto plazo, para acuñar un término).
¿Tiene un osciloscopio con buen ancho de banda de entrada? Sondas de gran ancho de banda? ¿Shunts de corriente precisos? Sondas de corriente precisas de alto ancho de banda? ¿Un analizador de ganancia de fase? ¿Un analizador de espectro? ¿Un analizador EMI? ¿Un analizador de potencia? ¿Una unidad de adquisición de datos? ¿Termopares? ¿Una cámara de infrarrojos? Esto es solo una muestra de lo que necesita para evaluar correctamente una fuente de alimentación.
Sí, dije evaluar. Incluso si no hace el diseño usted mismo, sin la mayor parte de este equipo no puede probar una fuente de alimentación de manera confiable. Estás a merced del proveedor.
davidcary
Russel McMahon