Wie man AC in DC umwandelt

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Ich entwerfe eine Schaltung, die 5VDC @ 1A ausgeben muss. Ich versuche, einen Wandtransformator zu verwenden, um die Spannung auf 12VAC zu senken. Der nächste Schritt ist die Diodenbrücke und der Ripple-Kondensator.

Die Welligkeitsspannungsgleichung lautet:

V_{r ich p p l e} = \frac{ich}{2 f C}

$V_{ripple} = \frac{I}{2fC}$

I = load current (1A)
f = AC frequency (60Hz)
C = Filter Capacitor (? uF)

Wenn ich ein C von 1000 uF wähle, beträgt die Welligkeitsspannung 8,3 V! Muss ich wirklich mehr Kapazität einsetzen, um die Brummspannung zu senken? Gibt es eine andere Methode zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom?

— Robert
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Sie könnten sich die Diodenbrücke und die Gleichrichtung sparen, wenn Sie einen DC-Wandtransformator anstelle eines AC-Wandtransformators verwenden. Sie benötigen immer noch einen Spannungsregler, um eine stabile Spannung von 5 V zu erhalten. Fast alle Wandtransformatoren sind NICHT spannungsgeregelt, und ein Wandtransformator mit 5 V liefert mit größerer Wahrscheinlichkeit eine Spannung zwischen 5 V und 9 V.

— Davr

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Ich verwende 2000 F / A als Faustregel (manchmal mehr, hängt von der Anwendung ab)

μ

$\mu$

— Stevenvh

Warum nicht einfach einen kaufen? Warum das Rad neu erfinden?

— Tim Spriggs

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1000 µF bei dieser Spannung sind nicht besonders groß. Sind Sie von der Größe her begrenzt oder so?

Um die Welligkeit vollständig zu beseitigen und 5 V zu erzeugen, müssen Sie nach dem Kondensator einen Spannungsregler hinzufügen.

12 V _RMS = 17 V _Peak , der abzüglich der beiden Diodenabfälle die Spitzengleichspannung darstellt, die am Ausgang der Gleichrichter angezeigt wird: 17 - 1,1 - 1,1 = 14,8 V. Es besteht also keine Gefahr, die Eingangsgrenzen zu überschreiten des Reglers (35 V Eingang).

Wenn die Welligkeit 8,3 V beträgt, variiert die Gleichspannung von 6,5 V bis 15 V. Dies ist gerade noch hoch genug, um in den Regler eingespeist zu werden, ohne die Regelung zu verlassen, da der 7805 einen Spannungsabfall von 1,5 V bei 1 A aufweist ( temperaturabhängig). Also, ja, Sie sollten einen etwas höheren Kondensator verwenden (oder mehrere Kondensatoren gleichzeitig, wenn Platzprobleme auftreten).

Bildbeschreibung hier eingeben ( Quelle: Alan Marshall )

Hier finden Sie eine Anleitung für jede Stufe des Stromversorgungskreises.

Ebenfalls:

Die tatsächlichen Netzspannungen variieren von einer Steckdose zur nächsten, und die Frequenz variiert je nach Land. Sie müssen die Bedingung für niedrige Leitung / hohe Last berechnen, um sicherzustellen, dass sie nicht unter die Regelung fällt, sowie die Bedingung für hohe Leitung / niedrige Last, um sicherzustellen, dass die Eingangsspannungsgrenze des Reglers nicht überschritten wird. Dies sind die allgemein empfohlenen Werte:

JP: 85 VAC bis 110 VAC (+ 10%, -15%), 50 und 60 Hz
US: 105 VAC bis 132 VAC (+ 10%), 60 Hz
EU: 215 VAC bis 264 VAC (+ 10%), 50 Hz

— Endolith
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Die am Ausgang des Gleichrichters festgestellte Spitzenspannung ist um 2 Diodentropfen (insgesamt 2,2 V) niedriger als die Eingangsspitzenspannung.

— Robert

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Endolith hat einen außergewöhnlichen Ansatz. Eines möchte ich anmerken: BENUTZEN SIE EINEN WÄRMETISCH. Wenn Sie 1 Ampere durch einen linearen Regler stecken, verwenden Sie einen Kühlkörper, der viel mehr Energie verbraucht, als die Leute glauben.

— Kortuk,

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Schneller Punkt: 2 Diodentropfen sind nicht unbedingt 2,2 V. Der Spannungsabfall eines PN-Übergangs hängt stark vom Aufbau und der Art der beteiligten Halbleiter ab. Sie variieren sogar zwischen Geräten des gleichen Typs. Beachten Sie auch, dass der 7805 in Ordnung ist, solange mehr als zwei oder drei Volt Headroom zur Regulierung zur Verfügung stehen. Je höher der Eingang, desto mehr Leistung muss er jedoch verbrauchen. Schaltregler sind zwar etwas komplexer, dafür aber enorm effizienter.

— Wackyvorlon

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Das Datenblatt 1N4004 listet einen Abfall von 1,1 V für 1 A des Stroms auf, und der Brückengleichrichter KBP005 listet 1,0 V für 1,0 A auf. Dies ist also ein typischer Wert.

— Endolith

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Manchmal sieht man auch eine Diode über dem 7805, die eine Anode zum Eingang hat, um den Ausgang so zu begrenzen, dass er (viel) höher als der Eingang ist - wie notwendig / unnötig wäre das?

— JustJeff

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Die Sache ist, dass Schaltnetzteiladapter heutzutage so ein Gebrauchsgegenstand sind, dass Sie, wenn Sie nicht wirklich zu Lernzwecken in das Design einsteigen möchten, einfach eines kaufen. Digikey hat einige, die in Einzelmengen unter 10 USD liegen ( hier eine von CUI ) und Ihnen einen geregelten Gleichstromausgang mit hoher Effizienz bieten, der mit allen Sicherheits- und EMI / RFI-Zertifizierungen ausgestattet ist.

— Jason S
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Ich benutze CUI die ganze Zeit! Es gibt auch Versionen zur Leiterplattenmontage, wenn Sie bereits eine Wechselstromversorgung an Ihrem Board haben.

— Kevin Vermeer

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Wenn Ihr Kondensator groß genug ist, um die Welligkeit zu verringern, beträgt Ihr VDC ungefähr 15 V, wie von Endolith gezeigt. Nehmen wir an, es fällt unter Last etwas ab und verwenden 12V als Beispiel. Wenn der Ausgang 5 V betragen muss, sollte der Regler 7 V bei 1A aufnehmen, was bedeutet, dass er kontinuierlich 7 W Leistung verbrauchen kann. Abhängig von Ihrer Anwendung kann dies ein Problem sein oder auch nicht.

Warum verwenden Sie nicht einfach ein Schaltnetzteil? Heutzutage gibt es viele Router, Netzwerk-Switches / -Hubs, Festplattengehäuse usw., die 5 V verwenden. Ihre Stromversorgungen sind normalerweise nicht größer als normale Wandtransformatoren, effizienter und die Ausgangsspannung ist gut geregelt.

— icabrindus
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Eine andere Methode besteht darin, vor der endgültigen Filterkappe eine Drossel (Induktor) in Reihe zu schalten. Etwa 100 UH würden eine Welt des Guten schaffen. Eine Spule widersteht Stromänderungen, genau wie eine Kappe Spannungsänderungen widersteht. Füge die beiden zusammen und du erhältst einen viel effektiveren Filter.

Sie haben einen Fehler in Ihrer Vripple-Gleichung. Da Sie eine Vollwellenbrücke verwenden, beträgt Ihre Frequenz nicht 60 Hz, sondern 120 Hz.

— bobdole369
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Ich hatte eine "2 *", um die volle Brücke zu kompensieren.

— Robert

Haben Sie eine Website, die die Drosselmethode beschreibt?

— Robert

Betrachten Sie Dinge wie Hochpassfilter, nutzen Sie die Tatsache, dass die induktive Reaktanz mit der Frequenz zunimmt, während die kapazitive Reaktanz abnimmt.

— Wackyvorlon

Ein Induktor widersteht Änderungen des Stroms, aber denken Sie daran, dass Ihre Schaltung den Strom möglicherweise schnell ändern möchte. Wenn Sie den Strom ändern, der für den Stromkreis benötigt wird, muss der Induktor den Strom irgendwo ablassen.

— Kellenjb

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Die Induktivität sollte vor der Diodenbrücke und nicht hinter dem Regler platziert werden. Wenn es groß genug ist, kann es den PTX-Leitungswinkel auf 360 Grad erhöhen und seine Ausgangsstromspitzen und -täler auf flach reduzieren. Aber du verlierst etwas Spannung. Siehe Radio Designer's Handbook, S. 1162, 1182 & ff.

— user207421

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Ihre Vripple-Gleichung ist nur eine Annäherung und nur für kleine Welligkeitsmengen geeignet.

Finden Sie eine bessere Gleichung oder lösen Sie sie grafisch, und Sie werden feststellen, dass Ihre Welligkeit nicht so groß ist, wie Sie denken.

— SiliconFarmer
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Guter Punkt über die Grenzen dieser Gleichung!

— Robert

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Hier ist eine etwas bessere Gleichung für Fälle, in denen Vripple groß ist. Dies ist weniger pessimistisch als Vripple = I / (2fC), aber es ist immer noch pessimistisch für Werte von Vripple <1/2 * Vpeak. Anstatt anzunehmen, dass bei t = 1/2 * f keine Sinuswelle ansteigt, approximieren Sie den Gleichrichterausgang mit Dreiecken anstelle der Sinuswelle (um die Berechnung zu vereinfachen). Lösen der beiden Gleichungen, um zu sehen, wann die abfallende Spannung des Kondensators die ansteigende Dreieckswelle abfängt, um zu erhalten: Vt = Vp * (4fCVp / I -1) / (4fCVp / I +1) f = 60, C = 1000, Vp = 14,8 , I = 1 Vt = 8,3 Volt, was gut über 7805 Dropout-Spannung von 5 V + 1,5 V liegt.

— SiliconFarmer

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Wenn Sie den Schaltweg nicht gehen möchten, verwenden Sie einen 5 oder 6 Volt Transformator mit viel Kappe. und ein niedriger Drop-Out-Regler würde die Effizienz erheblich verbessern. Sie müssen einige Berechnungen durchführen, um die Werte zu ermitteln und festzustellen, ob sie angemessen sind.

— russ_hensel
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