Fuente de alimentación sin transformador

Si está aquí preguntando sobre los conceptos básicos de una fuente de alimentación conectada a la línea para ejecutar algún proyecto de pasatiempo, entonces no debería intentar hacer esto en absoluto. Aquí NO es donde quieres aprender experimentando. El costo de los errores es demasiado alto. Los resultados pueden incendiar su casa o electrocutarlo a usted o a otra persona.

Si necesita un poco de corriente a 5 V para ejecutar un microcontrolador, simplemente compre la fuente de alimentación o use un adaptador de corriente USB. Estas cosas son baratas, pequeñas y fácilmente disponibles. Alguien más que realmente sabe lo que está haciendo ha realizado la ingeniería para proporcionar los 5 V de forma segura.

El Meanwell IRM-01-5 es solo uno de muchos ejemplos. Este se monta en su PCB como cualquier otra parte, solo tiene un tamaño de 1,3 x 0,9 pulgadas (34 x 22 mm), emite 200 mA a 5 V, funciona con alimentación de línea en cualquier parte del mundo y cuesta menos de $5 en individual. Hacer esto usted mismo simplemente no tiene sentido.

Hay muchos problemas con ese circuito, de los cuales el más importante es que no está aislado de la red eléctrica . Un transformador le proporcionará aislamiento. Si monta el Atmega en una caja de plástico, entonces podría ser seguro de usar, pero no podrá trabajar en él de manera segura, a menos que use un equipo aislado y sea un ingeniero cuidadoso. Tampoco podría conectarlo a nada de manera segura o fácil, al menos no sin usar optoacopladores o algo similar.

En estos días, es mucho mejor comprar una fuente de alimentación pequeña de 5 V, aislada, lista para usar, salida de alta corriente (1A/2A), una pérdida de tiempo para hacer cualquier otra cosa.

Pero si quieres alguna crítica de ese circuito...

C1 debe ser un capacitor tipo X2. La red eléctrica tendrá grandes transitorios, a menudo a 1500V. Un capacitor X2 está clasificado para manejarlos de manera segura.

R1 es demasiado grande y se calentará más de lo necesario. Su única función es reducir la corriente de irrupción cuando se enciende por primera vez, por debajo de la resistencia del puente D1. Si son dispositivos de clase 1N4004, capaces de recibir una sobretensión de 30 A, entonces R1 podría ser tan pequeño como 10 ohmios, aunque 100 ohmios podrían ser más amables. Verifique la clasificación de sobretensión de ciclo único del puente que está utilizando y ajuste R1 en consecuencia.

R1 debe ser del tipo de alto voltaje, la mayoría de las resistencias de "grado ordinario" son de 200 V máx. Alternativamente, puede usar varios de igual valor en serie para aumentar la clasificación de voltaje.

La eficiencia, en potencia de salida por potencia de entrada medida, no es tan mala, ya que la mayor parte del voltaje de entrada cae en el C1 que no se disipa, siempre que R1 no sea excesivo, como lo es aquí.

Para ponerle algunos números reales, C1 = 220nF a 50Hz (supongo, ya que es 230v) tendrá una impedancia de aproximadamente 14.5k. Junto con R1, su impedancia total será de unos 17,5k (recuerda que están en cuadratura), dando una corriente rms a 230v de unos 13mA. Eso disipará 1,7 W en R1 y entregará una corriente continua de salida promedio de alrededor de 11 mA. Eso no parece mucho jugo para alimentar su Atmega, si desea encender algún LED. Sin carga en la salida, se disiparán unos 56 mW en D2.

Mi grano de sal como ingeniero diseñador profesional de fuentes de alimentación.

El problema no es la disipación o las pérdidas de energía, sino la seguridad. Lo más probable es que este sistema no se queme (limita la potencia a través del condensador, más pequeño = menos potencia), pero está GARANTIZADO que electrocutará a cualquiera que toque nuestro Atmega o cualquiera de sus salidas.

Si realmente quieres hacerlo, debes asegurarte de que

1. Su sistema estará completamente encapsulado en una caja de proyecto no conductora
2. el cuadro del proyecto anterior no tiene nada mecánico saliendo: un módulo wifi está bien
3. nunca se comunica por cable con su controlador mientras está enchufado (la gente tiende a olvidar esa parte).

Básicamente, cualquier cosa metálica o conductora (cable, resistencia o incluso otro condensador) será un riesgo para la seguridad. Riesgo en el sentido de que tocar = lesión que amenaza la vida .

Si no está capacitado con la seguridad, solo puedo recomendarle que use un adaptador USB (como ya se propuso). El uso de un transformador solo es posible si está calificado como un transformador reforzado o con doble aislamiento (a veces mal llamado aislado galvánico).

Las otras respuestas son bastante buenas, pero aún podemos agregar algunos clavos al ataúd del cuentagotas capacitivo...

• Al programador del microcontrolador USB no le gustará mucho estar conectado a la red eléctrica, por lo que necesita un transformador de aislamiento o un aislador USB para el desarrollo... molesto...

• Quema energía incluso cuando el micro duerme. Como 1-2 W por no hacer nada, y es un suministro regulado por derivación, por lo que debe dimensionarse para la corriente máxima, incl. relés, LEDs, etc. No respetuoso con el medio ambiente.

• Si desea que sea pequeño, colóquelo dentro de un tomacorriente de pared o interruptor, quemar energía en lugares pequeños tiende a calentar las cosas.

Sin tener en cuenta los problemas de seguridad, R1 debe ser de 500 ohmios a 1/2 vatio. (Podrían ser dos de 1000 ohmios a 1/4 de vatio en paralelo). Este circuito es muy común en los reemplazos de LED para lámparas incandescentes. Utilizo "Rectificadores de diodo de puente MB6S" = rectificadores de puente de 600 voltios y 0,50 amperios en este circuito. (Son más pequeños que 4 X 1N4004s.) (Corriente de salida rectificada promedio: 0.5A, Voltaje inverso repetitivo máximo: 600V, Voltaje inverso RMS máximo: 420V; Temperatura máxima de trabajo: +150 grados C, Corriente inversa máxima: 10uA; Voltaje directo Caída: 1V.

Recuerde que cualquier cosa (cables) conectada a su microprocesador puede tener 120 voltios.

Si realmente desea construir su propia fuente de alimentación, considere usar un transformador de timbre común, disponible en la mayoría de las ferreterías en los EE. UU. Reducirá el voltaje de la pared a 10-16 Vac, aislará el lado secundario de la pared y le ahorrará el calor y el gasto de las resistencias y zeners de alto vataje.

En su diseño actual, la impedancia de su condensador a 60 Hz es...

Zc = 1/(2*pi*60Hz*j*0.22uF) = -12057*j Ohmios.

El otro cable de alimentación tiene una resistencia de 10K. La magnitud total de la impedancia combinada entre el condensador y la resistencia es...

|Z| = sqrt((-12057j)^2 + 10000^2) = 15,6k ohmios

Si ignoramos la caída de 1,7 V en el rectificador y la caída de 5,1 V en la carga, calcular la corriente de entrada se vuelve mucho más simple y la respuesta aún estará dentro de un pequeño porcentaje de la respuesta real.

A 120 Vrms, la corriente RMS en el condensador/resistencia será aproximadamente...

230V / 15,6K ohmios = 14,7mA RMS

La corriente promedio es...

7,7 mA * raíz cuadrada (2) * 2 / pi = 13,3 mA

Esta corriente promedio es también la corriente de carga máxima permitida para mantener la regulación. Si su dispositivo consume más de 13.3mA, sus 5V se caerán.

El condensador no disipará una potencia significativa mientras se carga y descarga. La potencia se disipará en la resistencia y el zener.

La disipación de potencia en la resistencia de 10K es de aproximadamente... Wres = (14,7 mA) ^ 2 * 10K = 2,16 W

Sin ninguna carga, la disipación de potencia en el Zener es de aproximadamente...

Wzen = 13,3 mA * 5,1 V = 68 mW.

Tenga en cuenta que si hubiera una carga, la corriente de carga se restaría de la corriente en el zener y la disipación de potencia en el zener sería menor.

Tiene 10K en uno de los cables de alimentación y un condensador con una impedancia de 12K en el otro cable de alimentación. Si el usuario tocara uno de los cables, podrían llegar al usuario hasta 23 mA RMS.

Si alguien toca un cable y fluyen 23 mA RMS, sería doloroso y es posible que no pueda soltar el cable.

Un transformador de aislamiento es realmente el camino a seguir. El tamaño de un transformador se reduce mucho a medida que aumenta la frecuencia del voltaje de entrada. Si desea que el transformador sea pequeño, primero corte los 60 Hz en unos pocos cientos de Hz.