¿Cuál es una forma simple pero eficiente de convertir 12 V CA a 5-12 V CC?

Estoy tratando de crear una luz de piscina LED que funcione con una entrada de 12 VCA. Al desmontar una luz de piscina similar (Intellibrite), descubrí que parecen estar usando rectificadores y quizás algunos inductores pequeños, así como muchos condensadores grandes.

Estoy tratando de hacer algo similar.

APORTE:

12VAC, hasta 20 amperios

PRODUCCIÓN:

5-30 V CC (el voltaje no importa, ya que el controlador LED que estoy usando puede usar cualquier voltaje entre 3 y 30 V CC) Capaz de suministrar al menos 60 vatios de potencia (IV >= 60)

¿Cuál es la mejor manera de lograr esto? Mi objetivo aquí también es la eficiencia, así como una lista de materiales simple (menos de 20 componentes).

Consideré usar rectificadores de puente de onda completa y simplemente poner límites ENORMES en la salida. Sin embargo, no estoy seguro de si esta es una buena solución, teniendo en cuenta que necesito una salida de 10 amperios y que los valores de los condensadores deben ser enormes.

Cualquier IC que haga esto más fácil es una ventaja.

El controlador LED que estoy considerando es el LT3496 (el mismo que veo usado en Intellibrite). Además, si hay un mejor candidato para un controlador LED, no dude en sugerirlo.

EDICIONES:

  1. Se dio cuenta de que el controlador LED puede admitir una entrada de hasta 30 VCC, no hasta 12 VCC.
  2. Se corrigió el requisito de 10 amperios de corriente al requisito de potencia.
¿Por qué los capacitores deben ser enormes? Es posible que la ondulación no sea una preocupación importante si ya tiene controladores LED. El problema más grande es que 12 V CA le dará alrededor de 17 V CC (menos la caída de diodo en el rectificador). Probablemente desee algún tipo de convertidor reductor patentado, pero en realidad no sé nada sobre ellos, pero alguien más lo hará.
¿Podemos tener un número de pieza o un enlace a la hoja de datos para su controlador LED IC o módulo?
¿De dónde viene la corriente alterna de 12V?
Los 12 V CA provienen del panel de control de energía de la piscina que contiene un transformador de 110 V CA a 12 V CA. El cable va desde el panel de control a través de un conducto hasta el nicho de la piscina (agujero para la luz).
@IanBland, si los capacitores no son lo suficientemente grandes (en términos de capacitancia), entonces la caída de voltaje entre el pico de las ondas sería demasiado. Potencialmente, estamos consumiendo 10 amperios, por lo que el capacitor debería ser bastante grande para mantener suficiente carga durante la "inmersión" de 8 ms.
"5-12 V CC (el voltaje no importa, ya que el controlador de LED que estoy usando puede usar cualquier voltaje entre 5 y 12 V CC) Salida de 10 amperios": el voltaje sí importa. Para la misma potencia de salida, el controlador LED tendrá que consumir más corriente si su voltaje de entrada es más bajo. ¿A qué se refiere la 'salida 10A'? ¿Cuánta corriente espera que consuma a 12 VCC ?
La potencia del LED Intellibrite es de alrededor de 40W. 12V DC con 10A es 120W.
Gracias a todos... hice algunas correcciones y aclaraciones a la pregunta: 1. Me di cuenta de que el controlador LED puede admitir una entrada de hasta 20 VCC, no hasta 12 VCC. 2. Se corrigió el requisito de 10 amperios de corriente al requisito de potencia.

Respuestas (2)

Para convertir la energía de la red a CC, "Rectificador de onda completa + tapas de filtrado" es la única opción realista. 60W / 12V = 5A, que se puede lograr fácilmente con componentes de tamaño razonable. Su controlador de LED puede manejar un amplio rango de voltaje de entrada y regula la corriente del LED, por lo que un suministro no regulado debería estar bien.

Para obtener la mejor eficiencia, debe usar diodos Schottky de alta corriente y condensadores de filtro ESR bajos. La única pregunta es ¿qué clasificaciones y valores se requieren? La incorporación de todos los factores relevantes hace que los cálculos sean un poco tediosos, así que simulé el siguiente circuito en LTspice :

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El voltaje máximo de entrada de CA al rectificador fue de 16,6 V (línea azul). Los diodos cayeron 0,5 V cada uno, por lo que el voltaje de salida de CC máximo fue de 15,6 V (línea verde). La corriente máxima del diodo fue de 24,6 A (línea roja). Entre los picos, los capacitores mantuvieron alto el voltaje de CC, pero cayó cuando la corriente de carga los descargó. Con un total de 9400uF (2 x 4700uF 25V) el voltaje mínimo 'valle' fue de 12,6V, correspondiente a una potencia de salida mínima de 63W.

La potencia de entrada de red promedio fue de 81,1 W (ignorando la pérdida en el núcleo del transformador que no se simuló) y la potencia de salida promedio fue de 70,6 W, para una eficiencia de conversión de CA-CC del 87 %.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Excelente información y respuesta. Resultó que después de un examen más detallado de la PCB Intellibrite, encontré 4 condensadores de 3,3 mF, y los inductores se usan en la parte del circuito del controlador LED, no en la conversión de energía AC-DC. Si la corriente máxima del diodo fue de 24,6 A, ¿eso significa que tengo que encontrar diodos que puedan soportar una corriente máxima tan alta? La mayoría de los tipos DO214 (diodos SMD más grandes) tienen alrededor de 1A (aunque creo que eso es promedio, no pico). ¿Qué pasa con el uso de un rectificador que incluye los 4 diodos (es decir, un chip rectificador)? Supongo que tal cosa existe.
Asegúrese de leer las hojas de datos del diodo y los capacitores que está seleccionando. Sí, los diodos tendrán una "corriente máxima de sobretensión repetitiva" y los condensadores tendrán una especificación de "corriente de ondulación máxima" a 120 Hz, ya que esta es una aplicación muy común. Asegúrese de que su diseño se mantenga muy por debajo de los demás, de lo contrario, es posible que sus componentes no duren mucho.
Gracias, acabo de ver que enumeró un número de pieza para el rectificador/diodo. Como referencia futura, veo que FERD30M45C también podría ser una buena opción, con un mejor rendimiento (menos Vf y menos disipación de energía).

El concepto de "rectificador de onda completa + tapas filtrantes" puede no ser aplicable en su caso debido al alto requerimiento de corriente. Tenga en cuenta que la corriente rms extraída de la fuente de CA será aproximadamente el doble de la corriente de salida de CC. ¿Está seguro de que el transformador es capaz de entregar esa alta corriente? Además, si necesita una buena regulación en la salida, es posible que deba poner algunas mayúsculas grandes en paralelo (problema de tamaño). Otra cosa a tener en cuenta es que el voltaje de salida del rectificador será de aproximadamente 17 VCC en el mejor de los casos y esto es más alto que su requerimiento.

¿Tienes que usar entrada de 12Vac? Si no, una buena forma alternativa es comprar (o fabricar) un convertidor de 110 a 12 V - 10 A.

El transformador está clasificado para 300W. También me di cuenta de que el controlador LED que estoy usando puede admitir una entrada de hasta 20 V. Realicé correcciones a las preguntas. ¡Gracias!
¿Cuál es una forma simple pero eficiente de convertir 12 V CA a 5-12 V CC?
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