24VAC / 5VDC電源設計

MCUと一連のソレノイド制御バルブを使用して、水バルブコントローラーを作成する予定です。ソレノイドは24VAC（40mA突入、20mA保持）で動作します。

MCUは最大100mAを消費するボード上にあり、オンボードレギュレーターを備えているため、5Vを直接（レギュレーターをバイパスして）またはオンボードレギュレーターを介して6-12V供給できます。また、他の5V周辺機器（センサー、ディスプレイ、LEDなど）を実行したいので、500mAの調整された5VDCが必要だとしましょう。

理論的には、24VACトランスから整流/フィルター処理された出力を取得し、それを〜12Vに調整し、オンボードレギュレーターを使用してさらに5Vに調整することもできますが、大量の電力を（比較的）廃熱として放散することになります。私のレギュレーターは、ヒートシンクと必要に応じて積極的に冷却する必要があります（これはすべてガレージの箱に入れられ、定期的に〜110Fに到達します...）。リニアレギュレータの代わりにスイッチングレギュレータを使用することも検討しましたが、それらについてはゼロの経験があり、必要なことを行うために回路図をまとめる方法や、理論的にも現実的であるかどうかはわかりませんリニアレギュレータのアイデアとして。

私は、センタータップの24VACトランスを使用し、センタータップから12Vを5VDCに整流/調整してMCUを実行し、全出力に24VACを使用してソレノイドを駆動するというアイデアを試しました。

これは適切な設計ですか？このようにセンタータップを使用しても大丈夫ですか？

ソリューションは耐えられるものとして開始しました（100mAで5V）が、500mAでは完全に受け入れられなくなりました。「壁war贅」の定格は300 mAだと言います。リニアレギュレータを使用して電圧を供給すると、電流入力は電流出力と同じになります。レギュレータは電圧の差を減らします。したがって、ここで5Vで500mAを引き込む場合、12Vまたは24Vで500mAを供給する必要があります。いずれの場合も、トランスは過負荷になります。

評価のようにしている場合は、潜在的に許容される溶液が中に24Vで動作するスイッチングレギュレータ（SR）を使用することで、次に言う。。$5V \times 500 mA = 2.5 W$

。SRが80％効率的（簡単に達成）の場合、260 mAに上昇します。時々必要になることがあるので、24 mAの合計電流は、維持するソレノイドの数に応じて、300 mAの電源でおそらく許容できます。$24V \times 5 W =~ 210 mA$

一度に1つのソレノイドのみをオンにした場合、Nがアクティブな状態での電流ドレインはです。サージ電流は本質的に重要ではありません。$20 \times N + 20 mA$

3つまたは4つ以上のソレノイドが必要な場合は、5Vでの電流ドレインを制限する必要があります。

例えば

• 20 mAで10個のソレノイド= $200 mA$
• バランス= $300mA-200mA = 100 mA$
• 80％の効率で5Vで利用可能な電流= 、たとえば400mAです。$100 mA \times \frac{24}{5} \times 0.8 = 384 mA$$400 mA$

スイッチングレギュレータを使用する場合、高い入力電圧を使用すると、入力電流の流出が少なくなることに注意してください。したがって、ここでは完全な24V電源を使用することをお勧めします。

変圧器は、本物24 VACであるならば、整流されたDCは、約なることにも注意してください「ビット」$24 VAC \times 1.414 - 1.5V -$$~= 30 VDC$

なぜなら：

• 。$VDC_{peak} = VAC_{RMS} \times \sqrt{2} ~= VAC \times 1.414 ~= 34 V$

• フルブリッジ整流器は約1.5V低下します。

• 34 VDCはピーク電圧であり、利用可能なDCはわずかに低くなります-負荷に依存します。「少し」のリップルと配線損失、トランスの垂下があり、...

80％の効率で、これにより24VAC〜5V DCの電流ブーストが得られます。 $\frac{30}{5} \times 0.8 = 4.8:1$

例えば

• 5Vで48mAの場合、30Vで10mAが必要です。
• 5Vで480mAの場合、30Vで100mAが必要です。

したがって、5個のソレノイドで10個のソレノイドとほぼ500 mAを取得できます:-)

多くの1つのソリューション：

多くのSR ICと設計があります。ここでは、単純な降圧レギュレータで十分です。コマーシャルユニットを購入するか、「独自にロール」することができます。多くの最新のICがありますが、コストが高い場合は、古いMC34063を見ることができます。利用可能な最も安価なスイッチングレギュレータICについて、本質的にあらゆるトポロジーを処理できます。外部の半導体や最小限の他のコンポーネントなしでこのタスクを処理します。

MC34063。Digikeyから1ドルで0.62ドル。私は中国で10,000個の量でそれぞれ約10セントを支払います（Digikeyの価格の約半分）。

以下に参照するデータシートの図8は、たまたま要件に「完全に一致」しています。ここでは、DC 25 V、500 mAで5 V出力です。83％の効率。3 x R、3 x C、ダイオード、インダクタ。30 VDCで変更なしで動作します。

データシート - //focus.ti.com/lit/ds/symlink/mc33063a.pdf

価格-http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail& name= 296-17766-5 - ND

• 追加：

LM34063データシートの図8は、インダクタ設計を除くすべての部品の値を示しています（インダクタンスのみが示されています）。インダクタは、Digikey（以下を参照）またはどこでも設計できます。基本的には、750 mA以上の飽和電流を持つ一般的な電力スイッチング用に設計された200 uHのインデューサです。共振周波数、抵抗などが重要ですが、基本的な仕様を満たす部品であれば問題ありません。または、Micrometalsコアなど、ごくわずかなコストで独自のものを巻くことができます。サイトでソフトウェアを設計します。

Digikey $ US0.62 / 1より。在庫あり。Bourns（つまり、良い）。

価格：http : //search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=SDR1005-221KLCT-ND

データシート：http : //www.bourns.com/data/global/pdfs/SDR1005.pdf

やや良いスペック

• $ 0.75 / 1。

• 表面実装。

• Bourns。

• http://www.bourns.com/data/global/pdfs/sdr1305.pdf

センタータップソリューションを使用する場合でも、スイッチングレギュレータが必要になります。リニアレギュレータは依然として5Wを消費するため、それだけの価値はありません。すぐにスイッチャーに戻ります。
センタータップの変圧器を使用する場合は、次の2つの点に留意する必要があります。

1. 電源の接地はAC電圧の半分であるため、非絶縁トライアックを介してソレノイドを直接駆動することはできません。しかし、この質問を見ると、SSRを使用したいと思うので、それで構いません。電気機械式リレーも同様です。
2. 中心タップの変圧器+全波整流器は、変圧器に関してはあまり効率的ではありません。いつでも変圧器の半分しか使用しないためです。したがって、より大きな（したがってより高価な）トランスが必要になります。

スイッチャーの動作原理は、リニアレギュレーターの動作原理よりも少し複雑ですが、それほど難しくありません。高い効率を提供するという利点のおかげで、これらは最近どこでも使用されており、利用可能な規制機関が多数あります。Olin氏はLinear Technologyに言及しました。彼らはこの分野のリーダーの1人です。それらは最も安価ではありませんが、1だけが必要な場合、たとえば100k /年ほどの問題ではありません。彼らのウェブサイトはパラメトリック検索を提供しており、私のパラメーターでは16部のようなものが返されたので、たくさんの選択肢があります。固定出力電圧LT1076-5を選択しました（コストを無視）：

ご覧のとおり、これは線形レギュレーターほど複雑ではないので、問題は何ですか？

1. スイッチャーは、EMIの原因となるかなり高い周波数（MHz範囲）で切り替わることがあります。これは、より低い100kHzで動作し、EMIは少なくなりますが、コイルは少し大きくなります。大したことではありません。
2. スイッチャーで非常に高い効率を達成できますが、その最後の％を得るには、コンポーネントを非常に慎重に選択し、PCBレイアウトに多くの注意を払う必要があります。SMPS設計の経験がない場合、最大90％ではなく85％の効率しか得られない可能性があります。繰り返しますが、大したことはありません。

重要なコンポーネントは、コイル、ダイオード、およびC1です。また、レイアウトで注意が必要な部品でもあります。ループL1-C1-D1はできるだけ短くし、ICとコイル間の接続もできるだけ短くする必要があります。大電流を流すため、幅の広いトレースを使用してください。

考え直して、これは理想的なデータシートではありません。実際、LTデータシートについては非常に簡単です。グラフは1つではなく、他の多くのデータシートには、コンポーネントの選択に関する多くの情報が記載されています。詳細については、他の部分を確認してください。（アップデート：LT1076-5のデータシートは、複数の歯先となるように思われるLT1076より広範である、）
のためのデータシートLT1766およびLT3430を含む、アプリケーション情報の約20ページで、よりLT-等であります計算と基板レイアウト。それらを読んで学んでください！:-)

OK、これはLTについてでした。はい、私はファンです（少なくとも専門家にとっても非常に良いサポートです）が、もちろん他にもあります。ナショナルには、シンプルなスイッチャーのシリーズと、BOMを備えた回路図を提供するWebenchデザイナーがいます。LTよりもずっと安い。

24 VAC 300mAの壁war贅にはすでに必要なものが揃っているようです。

5Vシステムの500mA要件は十分に高いため、スイッチャーが必要になります。意図したとおりに24 VACからソレノイドを実行できますが、それを修正してから5Vに降圧してプロセッサを実行することもできます。24 VAC正弦のピークは34 Vになるため、最大40 Vで動作するようにシステムを設計する必要があります。

5Vで最大40Vの入出力が可能で、500mAを出力できる市販のチップが多数あるはずです。これらのものは驚くほど高価（それぞれ数ドル）になる傾向がありますが、おそらく単一のバルブのコストに比べて小さいでしょう。そうでなければ、熱に対処することも無料ではありません。独自の降圧コンバーターを導入して数ドル節約することは可能ですが、ここで基本的な質問をしなければならない場合は時間がかかり、おそらく良い考えではありません。

センタータップの変圧器は良いアイデアではありません。12V ACは17Vピークで、全波ブリッジ後の15.5となります。垂下とインピーダンスが低下した後の平均がわずか13Vといっても、それでも4ワットの熱に対処できます。また、ソレノイドで使用できる電力が4W少なくなります。

絶対にスイッチングレギュレータを使用してください。一般的な安価なスイッチングレギュレーター34063を使用しています。水弁コントローラーといえば、私のウェブサイトにオープンソースのデザインがあります：

• OpenSprinklerパーツリストとPCBイメージ

私の当面の考え：

• 24VACを取り、全波ブリッジ整流器で整流します。
• 適切な平滑コンデンサを追加します。
• 24VDCから給電を受け取り、適切な電圧調整抵抗（たとえば680Ωおよび2KΩiirc）と出力コンデンサを備えたLM317Tに給電します。

これにより、ソレノイドとMCUに十分な電流が供給されます。

より多くの電流が必要な場合は、300mA以上を供給するより肉厚なトランスを使用してください。LM317Tは、最大1.5Aまで対応できます（対応できる場合）。

明らかに、より「効率的な」スイッチング回路がありますが、これは素早く簡単に組み合わせることができます。