Estoy buscando la construcción de un circuito de fuente de alimentación que convierta 230VAC a 5VDC para encender un Atmega328P. También quiero que esto sea lo más pequeño posible.
Sé que un transformador es una opción, pero como quiero reducirlo, me preocupaba usar un diodo Zener de 5.1 V.
Aquí hay un esquema que encontré:
¿Pero cuánto calor producirá el capacitor / diodo? ¿Es más eficiente usar un transformador en su lugar?
Si está aquí preguntando sobre los conceptos básicos de una fuente de alimentación conectada en línea para ejecutar algún proyecto de hobby, entonces no debe intentar hacer esto en absoluto. Esto NO es donde quieres aprender experimentando. El costo de los errores es demasiado alto. Los resultados pueden quemar tu casa o electrocutarte a ti oa otra persona.
Si necesita un poco de corriente a 5 V para ejecutar un microcontrolador, solo 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 hecho la ingeniería para proporcionar los 5 V de forma segura.
El Meanwell IRM-01-5 es solo uno de los muchos ejemplos. . Este se monta en su PCB como en cualquier otra parte, solo tiene una huella de 1.3 x .9 pulgadas (34 x 22 mm), saca 200 mA a 5 V, funciona con potencia de línea en cualquier parte del mundo y cuesta menos de $ 5 en individual. Hacer esto por ti mismo no tiene sentido.
Hay muchos problemas con ese circuito, de los cuales el más importante es que no está aislado de la red . Un transformador le proporcionará aislamiento. Si monta el Atmega en una caja de plástico, puede ser seguro usarlo, pero no podrá trabajar en él de manera segura, a menos que use equipo aislado y sea un ingeniero cuidadoso. Tampoco sería capaz de conectarlo con cualquier cosa de forma segura o sencilla, al menos no sin el uso de optoacopladores o algo similar.
En estos días, es mucho mejor comprar una pequeña fuente de alimentación enchufable de 5 voltios, aislada, lista para usar, salida de alta corriente (1A / 2A), pérdida de tiempo para hacer cualquier otra cosa.
Pero si quieres una crítica de ese circuito ...
C1 debe ser un condensador tipo X2. Las tuberías tendrán grandes transitorios, a menudo a 1500V. Un capacitor X2 está calificado para manejar estos de manera segura.
R1 es demasiado grande y se calentará más de lo necesario. Su única función es reducir la corriente de entrada cuando se enciende por primera vez, por debajo de la resistencia del puente D1. Si son dispositivos de la clase 1N4004, capaces de tomar un aumento de 30A, entonces R1 podría ser tan pequeño como 10 ohmios, aunque 100 ohmios podría ser más amable. Verifique la clasificación de sobrecarga de un solo ciclo del puente que está utilizando y ajuste R1 en consecuencia.
R1 debe ser un tipo de alto voltaje, la mayoría de las resistencias de "grado ordinario" son 200v máx. Alternativamente, puede usar varios de igual valor en serie para aumentar la clasificación de voltaje.
La eficiencia, en la potencia de salida por potencia de entrada medida, no es tan mala, ya que la mayor parte del voltaje de entrada se reduce a través del C1 no disipador, siempre que R1 no sea excesivo, como es aquí.
Para poner algunos números reales en él, C1 = 220nF a 50Hz (supongo, ya que es de 230v) tendrá una impedancia de aproximadamente 14.5k. Junto con R1, su impedancia total será de aproximadamente 17.5k (están en cuadratura recuerde), dando una corriente rms a 230v de aproximadamente 13mA. Eso disipará 1.7W en R1 y entregará una corriente DC de salida promedio de alrededor de 11 mA. Eso no suena mucho para alimentar a su Atmega, si desea encender cualquier LED. Sin carga en la salida, eso disipará aproximadamente 56mW en D2.
Mi grano de sal como ingeniero de diseño de suministro de energía profesional.
El problema no es sobre la disipación de energía o las pérdidas, sino sobre la seguridad. Lo más probable es que este sistema no se queme (usted limita el condensador del canal de potencia, menor = menos energía), pero está GARANTIZADO de electrocutar a cualquiera que toque nuestro Atmega o cualquiera de sus salidas.
Si realmente quieres hacerlo, debes asegurarte de que
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 en seguridad, solo puedo recomendar el uso de un adaptador USB (como ya se ha propuesto). El uso de un transformador solo es posible si está calificado como un transformador reforzado o con doble aislamiento (a veces denominado incorrectamente con aislamiento galvánico).
Las otras respuestas son bastante buenas, pero aún podemos agregar algunos clavos al ataúd del gotero capacitivo ...
Al programador del microcontrolador USB no le gustará que esté conectado a la tensión de la red, por lo que necesita un transformador de aislamiento o un aislador USB para el desarrollo ... molesto ...
Quema energía incluso cuando el micro está en reposo. Como 1-2W para no hacer nada, y es un suministro regulado en derivación, por lo que tiene que dimensionarse para la corriente máxima, incl. relés, LED, etc. No respetuosos con el medio ambiente.
Si desea que sea pequeño, colóquelo dentro de un tomacorriente de pared o un 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 1.000 ohmios a 1/4 vatios en paralelo). Este circuito es muy común en los reemplazos de LED para lámparas incandescentes. Yo uso "Rectificadores de diodo de puente MB6S" = 600 voltios 0.50 Amperios en este circuito. (Son más pequeños que 4 X 1N4004s.) (Corriente de salida rectificada promedio: 0,5 A, voltaje inverso máximo repetitivo: 600 V, voltaje máximo inverso RMS: 420 V; temperatura máxima de trabajo: +150 grados C, corriente inversa máxima: 10 uA; caída de voltaje hacia adelante: 1 V.
Recuerde que cualquier cosa (cables) conectados a su microprocesador puede tener 120 voltios en él / ellos.
Si realmente desea construir su propia fuente de alimentación, considere usar un transformador de timbre común, disponible en la mayoría de las ferreterías de los Estados Unidos. Reducirá el voltaje de la pared a 10-16 Vca, aislará el lado secundario de la pared y le ahorrará el calor y el gasto de las resistencias de alto vataje y los zeners.
En su diseño actual, la impedancia de su condensador a 60Hz es ...
Zc = 1 / (2 * pi * 60Hz * j * 0.22uF) = -12057 * j Ohms.
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 ohms
Si ignoramos la caída de 1.7V en el rectificador y la caída de 5.1V a través de la carga, entonces el cálculo de la corriente de entrada se vuelve mucho más simple y la respuesta seguirá estando dentro de un pequeño porcentaje de la respuesta real.
A 120 Vrms, la corriente RMS en el condensador / resistencia será aproximadamente ...
230V / 15.6K ohms = 14.7mA RMS
La corriente promedio es ...
7.7mA * sqrt (2) * 2 / pi = 13.3mA
Esta corriente promedio es también la corriente de carga máxima permitida para mantener la regulación. Si su dispositivo consume más de 13.3 mA, su 5V se desconectará.
El condensador no disipará una potencia significativa a medida que se carga y descarga. El poder se disipará en la resistencia y el zener.
La disipación de potencia en la resistencia de 10K es aproximadamente ... Wres = (14.7mA) ^ 2 * 10K = 2.16W
Sin ninguna carga, la disipación de potencia en el Zener es aproximadamente ...
Wzen = 13.3mA * 5.1V = 68mW.
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.
Usted 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 conductores, entonces hasta 23mA RMS podría ingresar al usuario.
Si alguien toca un cable y 23mA RMS fluye en él, sería doloroso y es posible que no puedan soltar el cable.
Un transformador de aislamiento realmente es el camino a seguir. El tamaño de un transformador se reduce mucho a medida que aumenta la frecuencia del voltaje de entrada. Si quieres que el transformador sea pequeño, corta los 60Hz en unos pocos cientos de Hz.
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