¿Qué está decidiendo la corriente de un circuito de CA a CC?

Veamos qué hace cada parte de su circuito:

El transformador convierte 230 VAC a 12 VAC. La corriente disponible a esos 12 V es una función del transformador. Mire la hoja de datos del transformador. Tendrá una corriente de salida nominal directamente o una clasificación general de VA. La clasificación VA es el máximo de amperios multiplicado por voltios que puede manejar el transformador. Por ejemplo, un transformador de 15 VA, 12 V supuestamente puede manejar (15 VA)/(12 V) = 1,25 A.

Tenga en cuenta que estos 12 V son RMS. Los picos de una onda sinusoidal son sqrt(2) más altos que el RMS. Por lo tanto, 12 V RMS significa picos de 17 V en este caso, ±17 V en total.

Los cuatro diodos están dispuestos en una configuración de rectificador de onda completa . Esto básicamente toma el valor absoluto del voltaje de entrada. El valor absoluto de una forma de onda de ±17 V es algo que varía de 0 a 17 V. Efectivamente, los picos negativos se pliegan para convertirse en picos positivos. Su dibujo es una representación razonable de esto.

Sin embargo, el puente de onda completa no es ideal. Hay dos diodos no ideales en serie con cada parte de la señal de salida. Calcule que cada diodo cae alrededor de 700 mV, por lo que la salida será de aproximadamente 1,4 V menos que los 17 V ideales. Calcule que los picos son de aproximadamente 15,6 V que salen del puente de onda completa.

El capacitor es como un tanque que contiene voltaje. Se llena con lo que sale del puente de onda completa, y se vacía con el circuito a medida que necesita corriente. El condensador siempre se carga hasta el voltaje pico de cada pico. Eso significa que estaría a unos 15,6 V constantes si el circuito no consume corriente. Si el circuito consume corriente, entonces el voltaje caerá un poco entre los picos, luego se volverá a llenar al nivel de 15.6 V en cada pico. Dado que hay 2 picos por ciclo de línea, el capacitor se carga hasta el nivel completo de 15,6 V dos veces por ciclo de línea, o cada 10 ms para una entrada de 50 Hz.

Podemos calcular cuánto cae el voltaje entre picos. Para simplificar, digamos que la tapa se carga a 15,6 V instantáneamente cada 10 ms, y que el circuito consume 700 mA continuamente. La caída de voltaje en un capacitor, en unidades comunes, es:

    V = UN s / F

Conectando nuestros números, obtenemos:

    (700 mA)(10 ms)/(1 mF) = 7 V

Por lo tanto, el voltaje en el condensador será aproximadamente un diente de sierra con picos de 15,6 V y puntos bajos de 8,6 V. Eso es en realidad bastante ondulación.

La parte restante en su esquema es un regulador 7805. Produce una salida constante de 5 V, siempre que el voltaje de entrada se mantenga lo suficientemente alto para que funcione el 7805. Eso es alrededor de 7,5 V para la mayoría de las variantes 7805. Dado que el voltaje de entrada mínimo al 7805 es de 8,6 V en este caso, se han cumplido las condiciones requeridas.

Sin embargo, debe considerar la disipación de energía. Una forma de pensar en el 7805 es una resistencia variable entre la entrada y la salida, además de algunos circuitos de control. El circuito de control ajusta constantemente la resistencia para que baje la cantidad correcta para mantener la salida a 5 V. Por lo tanto, la corriente de entrada del 7805 es la misma que la corriente de salida. En realidad, el circuito de control usa un poco de corriente de entrada adicional, pero es tan pequeña que puede ignorarla en la mayoría de los casos.

El problema con esto es que esta resistencia modificada conceptual disipa una potencia significativa. La potencia es voltaje por corriente. Tiene 8,6 a 15,6 V a 700 mA entrando y 5 V a 700 mA saliendo. Obviamente, la potencia que entra es mayor que la potencia que sale. También puede ver esto directamente mirando el voltaje a través del regulador, que es de 3,6 a 10,6 V. Eso multiplica la corriente de 700 mA a una potencia significativa. Para una onda de diente de sierra ideal, esta potencia promedio sería de unos 5 W. Esa potencia se convertirá en calor en el regulador.

5 W es mucho más calor de lo que algo en una caja TO-220 puede disipar al aire libre sin calentarse demasiado. Puede manejar eso con un disipador de calor adecuado, pero definitivamente necesita un disipador de calor. Sin uno, el 7805 se calentará rápidamente. Eso hará que se apague para evitar que se destruya. Después de que se enfríe por un rato, se volverá a encender, luego se calentará demasiado, etc. La salida seguirá encendiéndose y apagándose, sin permitir que lo que haya conectado funcione correctamente.

Solo para comenzar, puede hacer que esto funcione colocando un disipador de calor decente en el regulador 7805.

Una mejor respuesta es reemplazar el 7805 con un conmutador reductor. Esos son mucho más eficientes. Para un regulador lineal como el 7805, la corriente de entrada es la corriente de salida , más un poco por pérdidas. Para un conmutador, la potencia de entrada es la potencia de salida , más un poco por las pérdidas. Digamos que usa un conmutador que es 90% eficiente. Eso es bueno pero alcanzable. La potencia de salida es (700 mA)(5 V) = 3,5 W. Por lo tanto, la potencia de entrada al conmutador sería (3,5 W)/90 % = 3,9 W. La diferencia de 400 mW calentará el conmutador. En muchos casos, eso es lo suficientemente bajo como para no requerir un hundimiento de calor deliberado.

12Vdc hasta 5V con un registro lineal es una disipación de 4.9W y demasiado. Utilice un transformador de 6 V y un LDO o un regulador de conmutación si utiliza un transformador de 12 V. Mire la hoja de datos de los reguladores para conocer los condensadores de entrada y salida apropiados.

La corriente disponible depende del transformador que elija y luego del regulador que seleccione.

Por ejemplo, un regulador de 1A le dará hasta 1A suponiendo que no disipe demasiada energía y, por lo tanto, la sobrecaliente. Debe investigar un poco sobre la disipación de energía, cómo induce un aumento de temperatura y cómo el disipador de calor puede ayudar a limitar este aumento. Como P = VI, si tiene 12 V de entrada, 5 V de salida, está cayendo 7 V en el 7805 tal como está. Con 0.7A a través de él, eso es 4.9W. ¡Solo mire la hoja de datos para calcular cuánto calentaría el dispositivo!

Para el transformador, se trata de asegurarse de seleccionar un dispositivo con un devanado secundario capaz de entregar suficiente corriente. Además, recuerde que un transformador de 12 V le dará 12 * root 2 (alrededor de 1,41) voltios de CC, antes de que el voltaje caiga en el puente rectificador (aproximadamente 1,4 V); más de 12V una vez alisado. (12 * 1,41) - 1,4 = alrededor de 15,5 V.

Los reguladores de conmutación ayudan mucho con el cambio de algo como 12 V a 5 V, ya que no solo está perdiendo toda esa potencia en el regulador en sí, sino que es un tema completamente separado que necesita estudio.