230V AC 到 5V DC 转换器,无损

电器工程 电压 交流 直流 转换器
2022-01-25 03:53:32

有没有可以将 230V AC 转换为 5V DC 的 IC?尽可能无损。我想将我的微控制器连接到一个普通的电源插座,但我没有足够的可用空间。谢谢。

4个回答

电子产品中没有所谓的“无损”任何东西,也没有一个 IC 可以满足您的需求。但这里有一些不同的供应理念。由于您没有指定电流消耗或效率,我们来看看三种不同的方法:

非隔离齐纳电源

5% 效率或更低

基于微控制器的插入式定时器通常使用非隔离电源,如下所示:

非隔离直流电源示意图

R1 基本上降低了齐纳二极管和交流电源电位之间的差异,因此除了轻负载外,它对任何东西都没有效率。此外,您的负载不会发生显着变化,因为电阻器的大小必须能够为齐纳二极管提供足够的电流以使其反向雪崩,而不会提供太多电流。如果您的负载开始拉动过多的电流,其电压就会下降。如果您的负载没有拉到足够的电流,则齐纳二极管可能会损坏。

优点

  • 很小
  • 非常便宜
  • 非常适合极轻负载(MCU + 开关设备)

缺点

  • 没有隔离
  • 负载电流不灵活;必须固定在小窗口内

市电调频变压器电源

20-75% 效率

您始终可以使用变压器(60:1 左右)、桥式整流器和线性稳压器,如下所示: 稳压直流电源示意图

这在设计中引入了一个笨重、昂贵的变压器,但它比以前的设计更有效,而且您的负载可能会有很大的变化。

优点

  • 最容易实施
  • 专为中等电流负载而设计——例如时钟收音机。
  • 完全隔离
  • 相对便宜的

缺点

  • 笨重
  • 相当低效

全隔离开关模式 AC/DC 转换器

75-95% 效率

最有效(也是最复杂)的是 AC/DC 开关转换器。它们的工作原理是首先将交流电转换为直流电,然后以非常高的频率切换直流电,以充分利用变压器的特性,并最小化次级滤波器网络的尺寸(和损耗)。Power Integrations 制造的 IC 可以完成所有控制/反馈/驱动——您所需要的只是添加一个变压器和光隔离器。这是一个示例设计: Power Integrations LinkSwitch 转换器原理图示例

如您所见,交流电源电压立即进行整流和滤波以产生高压直流电。Power Integrations 器件在变压器初级侧快速切换该电压。在次级上看到高频交流电,并经过整流和滤波。您会注意到组件值非常小,即使考虑到当前使用情况也是如此。这是因为高频交流需要比工频交流更小的元件进行滤波。这些设备中的大多数都具有运行良好的特殊超低功耗模式。

通常,这些转换器提供了很高的效率,并且还可以提供大功率负载。这些是您在从微型手机充电器到笔记本电脑和台式计算机电源的所有产品中看到的各种电源。

优点

  • 极其高效
  • 完全隔离
  • 高输出电流:可以很容易地提供 50+ 安培的低压直流电。
  • 小尺寸

缺点

  • 大型 BOM(物料清单)
  • 设计难
  • 需要周到的 PCB 布局
  • 通常需要定制变压器设计
  • 昂贵的

我知道这是一个老问题,但你可能想看看SR086在此处输入图像描述
在 Vout 处,您只需要使用通用 dc reg(例如 7805)即可获得 5V。

注意:这不是孤立的,因此根据情况可能会很危险。

古老但实际的问题。在评估了 AC/DC 电源转换器的数十种方法后,我得出以下结论(为我自己)。

要求:

  1. 尽可能小。
  2. 尽可能少的组件(占地面积、尺寸、价格)。
  3. 更少的散热(换句话说,效率)。
  4. 低电流、极低电压、低输出功率。

放弃要求:

  • 隔离:在我的应用程序中,它被盒子很好地隔离了,不需要人工保护。

(到目前为止,我正在使用基于 LDO 稳压器 LR8 的 PSU。电流高达 30mA 的最佳解决方案。可以并联以获得 100mA 的额外价格和占地面积。)更新:基于 LR8 的 PSU 不相关,它实用电流仅为 3mA。我用 LNK305 IC 实现了非常小巧、简单且稳定的 PSU。 LNK305 1W PSU 当 R1=2k 时,输出电压约为 3.3V。C2最好使用几百uF。所有输入电路(D3、D4、L2、C4)我用二极管桥代替。C5=2.2uF 就足够了——对于小尺寸和成本来说。

到目前为止,这些电路已经足够好(取自互联网):更少的组件+隔离奖励。 在此处输入图像描述

这是 ST 的第二好的非隔离非常简单的电路。

在此处输入图像描述

在线圈或变压器上方的两个电路中,线圈或变压器都相当大且昂贵。

丢弃的变体:

  • 由于复杂性、变压器、隔离、PSU 总价格等,所有这些都在这个线程中。
  • Viper17 和 Altair04 由于复杂性和变压器。
  • 基于 HV-2405E 的使用寿命结束。

我有点惊讶的是,虽然提供了非隔离齐纳电源,但没有提到非隔离电容电抗电路分压器。

如果设备在狭窄的电流要求内运行,这可能是相当有效的。设计的主要问题(嗯,除了不提供电源隔离)是您不能使用电解电容(极化),因此必须采用额定交流 RMS 电压的 uF 范围薄膜电容(因此需要 240V 电路额定电压为 350V 或更高的电容),它们不是特别紧凑。电容值还取决于交流电源频率(美国为 60Hz,世界其他大部分地区为 50Hz)以及实际电源电压(任何非开关设计都会出现这种情况)。

IMO,MOV(金属氧化物压敏电阻)应添加到所有这些设计中,以防止线路瞬变。一个出现在 SR086 原理图中(奇怪的是它没有显示归属)。这应该桥接线对中性线(对于美国 120V 电​​源)或线对线(对于 240V 电源),并在保险丝和负载之间分接(如 SR086 原理图所示),理想情况下任何开关之前(因为足够高的尖峰可以桥接开关)。这将有助于保护您的电路 - MOV 应该可以毫无问题地处理许多小尖峰和浪涌,并且会在大尖峰上赋予其生命,否则会烧毁电路中的所有东西,而 MOV 和电源之间的保险丝会烧断,如果MOV 短裤,同时做它的工作。

我没有现成的容抗分压器原理图,但您可以在Wikipedia 文章中找到分压器

电容式电源的维基百科文章基本前提是,由于您正在处理交流电,因此容抗模拟电阻,但实际上不会“烧掉”能量 - 它存储在电容器中并在负交流循环时返回线路。