Бестрансформаторное питание микроконтроллера от сети

[FOLKSDOICH]

Вот такая схема с выходом 9в+7805 уже 2 года питает часы на PIC16F628. Только R2 рекомендую заменить дросселем на 200-300 мкг для помехоустойчивости.

[Chap]

Добрый день. Необходима была задержка включения небольшой нагрузки. Питание бестрансформаторное.
В результате сгорели 3 Attiny13. Причем поработав некоторое время. Сгорали при повторном включении устройства в сеть. После повторного включения атиньки дохлые и не видятся программатором.
вот схема:

вход слева.
вот такой вот урок- как делать нельзя.

[diesel170]

Ребята, ну не надо вводить людей в заблуждение!
1. КПД бестрансформаторного блока питания (ББП) намного выше, чем трансформаторного. Не забывайте, что ток нагрузки, умноженный на напряжение на конденсаторе - мощность реактивная и от сети не потребляется. От сети будет потребляться только мощность нагрузки+потери на стабилитроне+потери на резисторах, входящих в схему. Потери в конденсаторе ничтожны.
Вот конкретный пример: паяльник 36В, 25Вт, работает через конденсатор 10 мкФ. Потери в конденсаторе - 0,3Вт. В трансформаторе потери будут на порядок больше.
В маломощном же трансформаторе (сделанном по всем правилам) потери до 30% (о китайских и говорить не стоит ), плюс потери в стабилизаторе - там балласт уже активный. Мощность потерь может в разы превысить мощность нагрузки, особенно, если ток её не более 100 мА.
2. ББП - вполне стабильная схема и работает нормально, если её правильно сделать - по всем правилам. Выпрямитель лучше всего мостовой, последовательно с конденсатором включается резистор в несколько сотен Ом для ограничения бросков тока при включении/выключении. Параллельно конденсатору - резистор 470кОм - 1МОм для разряда после отключения (чтобы не токнуло пользователя ).
Ёмкость выбирается из расчёта 1мкФ на 60мА. Если ББП стабилизированный, лучше брать 1 мкФ на 50 мА (часть тока должна ответвляться в стабилитрон). Стабилитрон должен быть рассчитан на ток, чуть больший тока нагрузки. В схеме с однополупериодным выпрямителем (как во втором посте) ёмкость конденсатора должна быть вдвое больше.
3. Так делать можно. И в любительских, и в промышленных схемах МК нередко питается как раз от ББП и чувствует себя вполне прекрасно.
У кого были проблемы с таким питанием - причины, скорее всего, в неправильном и неграмотном проектировании схемы.
Добавлю ещё, что кЕтайские трансформаторы, которые так любят пользовать современные радиолюбители, весьма пожароопасны. Пожароопасность же ББП гораздо ниже (а схема нередко работает 7/24).
Вот схема правильного ББП. Микросхемный стабилизатор здесь необязателен, если выбрать стабилитрон VD5 на напряжение нагрузки (для МК - например, 2С151Т, при токе нагрузки до 10 мА).

[КРАМ]

Любезный diesel170.
Резистор в несколько сотен ом, который должен ограничить ток заряда при включении-выключении нужно выбирать исходя из броска тока через СТАБИЛИТРОН. Причем во время коммутации устройства с сетью балластный конденсатор либо становится КЗ и сеть непосредственно приложена к устройству (выпрямительному мосту), либо конденсатор становится удвоителем напряжения и к мосту уже приложено до 620 вольт номинального напряжения...
Импульсный ток через стабилитрон в худшем случае будет равен отношению 620/R2. То есть примерно 2...3 ампера при предложенном номинале R2.
Такой режим вызовет неминуемую деградацию стабилитрона и его тихое умирание. После чего в мир иной отойдет и МК...
Таким образом, в ограничителе напряжения должен стоять не стабилитрон, а супрессор...
Про КПД.
Как правило, дежурные схемы на МК имеют два уровня потребления. Один в режиме стенд бай (менее 1 ма, обычно даже менее 10 мка). Второй в режиме срабатывания исполнительного реле. То есть порядка 20...30 ма, а то и более.
Значит стабилитрон должен гнать в дежурном режиме постоянно эти 20...30 ма.
И какой КПД будет у этой схемы, любезный diesel170? Сами посчитаете или помочь?
На самом деле, самое прогрессивное в смысле КПД решение - импульсный преобразователь.
Дешево, доступно, экономично и безопасно.
Кстати, маломощные трансформаторы нужно снабжать термопредохранителями. Они стоят две копейки и жмотиться на их установку - себе дороже.

[diesel170]

Вот ещё схемы ББП для МК.

Резистор в несколько сотен ом, который должен ограничить ток заряда при включении-выключении нужно выбирать исходя из броска тока через СТАБИЛИТРОН. Причем во время коммутации устройства с сетью балластный конденсатор либо становится КЗ и сеть непосредственно приложена к устройству (выпрямительному мосту), либо конденсатор становится удвоителем напряжения и к мосту уже приложено до 620 вольт номинального напряжения...
Импульсный ток через стабилитрон в худшем случае будет равен отношению 620/R2. То есть примерно 2...3 ампера при предложенном номинале R2.

Этот бросок настолько кратковременный, что не должен повредить стабилитрону, который рассчитан на короткие перегрузки и не имеет свойства деградировать подобно светодиодам (если, конечно, это не какое-нибудь кЕтайское фуфло). Обычно ставят резистор сопротивлением 100-470 Ом.
Главный же бросок тока возникает из-за искрения на контактах выключателя или вилки. Он более длителен, но не так велик. Однако, низковольтную лампочку, например, сжечь способен. Поэтому включать и выключать устройство желательно только хорошим выключателем с малым искрением (делать это вилкой, как написано в статье по моей ссылке, не следует).

Как правило, дежурные схемы на МК имеют два уровня потребления. Один в режиме стенд бай (менее 1 ма, обычно даже менее 10 мка). Второй в режиме срабатывания исполнительного реле. То есть порядка 20...30 ма, а то и более.
Значит стабилитрон должен гнать в дежурном режиме постоянно эти 20...30 ма.
И какой КПД будет у этой схемы, любезный diesel170? Сами посчитаете или помочь?
.

А какой ток холостого хода трансформатора? Обычно такой же. И какой смысл? Добавить к этому ещё вес и размеры трансформатора. На такой ток нагрузки совершенно нецелесообразно делать трансформаторный источник. Между прочим, разработчики аппаратуры нередко тоже так считают.

А что касается импульсного преобразователя - не забудем про помехи, которые он создаёт, к тому же, особо вредные именно для МК.
Городить сложную и дорогую схему ради 30 мА также нецелесообразно. К тому же, импульсные источники самые пожароопасные, их вообще опасно оставлять без присмотра, тем более, круглые сутки. А схемы на МК нередко именно так и работают.

[КРАМ]

diesel170
Вы когда нибудь открывали даташиты?
Разговор ни о чем...
Слишком короткий импульс тока - это примерно единицы миллисекунд.
От 1 до 5.
Деградации при кратковременных перегрузках подвержены ЛЮБЫЕ полупроводниковые структуры. Они возникают из-за тепловых пятен тока.
КПД Вы так и поленились посчитать...
Ток холостого хода у трансформатора РЕАКТИВНЫЙ (точнее комплексный). Имеют значение только омические потери в обмотке.
ТОЧНО ТАК ЖЕ, как и у балластного конденсатора, только потери образуются от резистора ограничения тока...
Берем калькулятор и за две минуты сравниваем...
Индуктивность первичной обмотки имеющегося у меня маломощного (2,8 Вт) залитого трансформатора Amoy Magnetics BV302S15028 составила 23 Генри.
Активное сопротивление этой же обмотки - 2,1 кОм
Таким образом, комплексное сопротивление этой обмотки на частоте 50 Гц составляет 2100+j7200 Ом
Ток холостого хода составит у него 220/7500=29,3 ма
Мощность активных потерь холостого хода: 1,8 Вт.
При этом он может выдать ток в нагрузку (5 вольт) примерно 0,5 ампера.
Теперь берем конденсатор емкостью 0,47 мкф и резистор 470 ом.
Делаем из них балласт и получаем комплексное сопротивление 470 - J3400 Ом
Ток балласта в режиме КЗ (это источник тока) получается 220/3430=64 ма
Мощность активных потерь в балласте составит 192 мВт
Мощность активных потерь в стабилитроне 320 мВт
Итого суммарная мощность потерь 0,5 Вт.
При этом он может выдать ток в нагрузку 64 мА...
Разница между трансформатором и емкостным балластом 1,3 Ватта
Если устройство будет работать непрерывно 1 год, то разница потерь составит 1,3*8544 = 11 квтч
Что составляет общие затраты в монетарном виде: 20...40 рублей (зависит от тарифа).
Бида пичаль...

Массогабариты я не обсуждал, тем более, что копеечный преобразователь сеть-5 вольт от любого сотового телефона будет и легче и лучше опасного и крайне неудобного емкостного балласта.
О КПД я даже и не говорю...


ЗЫ. Про пожароопасность улыбнуло...
Интересно, а что должно гореть в импульснике?
Выход из строя транзистора-микросхемы тут же его остановит.
Ни разу не слышал, что ЗУ сотового телефона вызвало пожар...
А вот постоянно включенные в сеть холостые ЗУ - типичное явление.
Мало того, в большинстве дежурных устройств именно импульсные преобразователи.
Про помехи - вообще бред сивой кобылы...
Вы хоть одно устройство на МК когда нибудь делали?
Сам по себе МК - это импульсное устройство с мощным импульсным потреблением.

ЗЗЫ.
Прикол...
Измеряю ток ХХ у моего трансформатора напрямую - получаю 5 ма

Чего то не то намерял...
Если номинальная нагрузка, то 20 ма.
Получаются активные потери всего 50 мВт, что соответствует его нагреву де факто.

[diesel170]

Насчёт мощности потерь Вы подтвердили мои слова.
Разница невелика, выигрыш незначителен. Зато значителен выигрыш по массогабаритным показателям.
Насчёт деградации - работают такие схемы годами и ничего там не деградирует.

Интересно, а что должно гореть в импульснике?
Выход из строя транзистора-микросхемы тут же его остановит.
Ни разу не слышал, что ЗУ сотового телефона вызвало пожар...
А вот постоянно включенные в сеть холостые ЗУ - типичное явление.

А каким образом происходит выход из строя микросхемы и силового транзистора? Вы когда-нибуть видели транзисторы и силовые диоды с разорванными корпусами, выгоревшие резисторы и печатные дорожки? Нет? Тогда посмотрите: http://fotkidepo.ru/photo/694928/30350k ... 826451.jpg.
А вот Вам "невозгораемый импульсник".

Про помехи - вообще бред сивой кобылы...

А Вы сами-то делали схему на МК? Именно с питанием от зарядки? Фотки в студию.
Попробуйте от импульсного ЗУ хотя-бы радиоприёмник запитать и послушать его динамик при минимальной громкости.

[КРАМ]

Сам я делал схемы на МК...
За последние 4 года 36 проектов.
Из них от импульсных преобразователей питались.... ну практически все...
Особенно если учесть, что большинство сами себе создавали импульсные помехи.
Разницу в КПД конденсаторного балласта и маломощного трансформатора я НЕ ПОДТВЕРДИЛ.
Если Вы внимательно прочли, в конце концов я померил непосредственно ток трансформатора и выяснил, что он на ХХ равен 5 ма (при 2 кОм активного сопротивления, индуктивное на 50 Гц я так и не померил корректно).
На ПРАКТИКЕ оказалось, что КПД трансформатора при нагрузке 2,5 ватта = 78% (при холостых потерях 50 мВт)
Балласт с током в нагрузке в 0,5 ампера будет содержать конденсатор емкостью в 10 мкФ 630 вольт, который сам по себе вещь не маленькая и недешевая.
С таким током КПД его в схеме с МК будет близок к нулю...
О пожароопасности.
Разного рода повреждения корпусов микросхем и транзисторов в маломощных преобразователях никакой пожароопасности не представляют. Там энергия в катушке-трансформаторе ничтожно маленькая, чтобы что-то поджечь.
Чего не скажешь о конденсаторах... Показать вспененые и разорваные в клочья 4,7 мкФ 630 вольт? У меня их уже целый мешочек скопился...
И ни разу напряжение на них не превышало номинальное.
Исключительно в результате превышения реактивной мощности.

ЗЫ. Про "фотки в студию".
Вы часом не бываете в городе Волжском?
Вам не составит труда подъехать туда в гипермаркет Лента.
Там на кассах стоят АМ деактиваторы этикеток (это одно из моих изделий). Сама по себе схема питается от маломощного трансформатора, но во время своей работы она выдает на катушку (в центре которой схема и стоит) либо импульсы частотой 58 кГц с током около 1 ампера, либо затухающую синусоиду с током в 120 ампер (1400 ампервитков) с частотой 2,5 кГц.
МК в этой схеме не только устойчиво выполняет свои функции, но и во время 120 амперного тока своей АНАЛОГОВОЙ ЧАСТЬЮ формирует эту самую синусоиду, управляя двумя IGBT...
Это старая версия изделия. А в новой на плате появился DC-DC преобразователь с частотой 40 кГц для питания цепей накачки 58 кГц.
Рядом с этим деактиватором, в проходе между кассами стоит АМ противокражная система, где плата с DSP контроллером работает на расстоянии 5 см от катушек системы. А в этих катушках ток 20 ампер импульсами накачки 58 кГц и напряжение на катушке примерно 1400 вольт этой частоты....
Плата сигнализации и управления системой (там свой контроллер) вообще лежит на этой катушке, а шлейф с данными и питанием идет снизу вверх от одной платы к другой через всю антенну (поперек катушек).
И ничего... Все работает тип топ.
Практически все измерительные приборы по своей тематике на МК сделаны с питанием от импульсного "Рабитона" 12 вольт 1 ампер.
Я тут парочку переделал в 5 вольт для зарядки прежнего своего телефона на работе.
Все имеющиеся у меня зарядки от старых телефонов так же давным давно работают с разными макетами устройств (серийные ессно имеют покупные преобразователи).

[diesel170]

Ну вот это я понимаю, деловой разговор. Насчёт помехоустойчивости убедили.
Насчёт питания. Если потребление больше 100 мА, то импульсник как раз и будет подходящим. А вот ради 30 мА ставить сложную и дорогую схему - чёта как-та не очень.
Тут всё равно лучше конденсаторный БП, эту нишу у него не отнять.
А с трансформатором Вам весьма повезло - такой низкий ток ХХ наверное, редкость. Я уже не говорю о кЕтайских "оптимизированных" трансформаторах...

[Aenigma]

В случае малой нагрузки удобнее сравнивать не КПД, а мощность потерь (поскольку даже при низком КПД мощность потерь может быть приемлемо малой). Так вот, для конденсаторных блоков питания мощность потерь определяется, главным образом, мощностью токоограничительного резистора, это основной потребитель активной мощности в них, а потерями на самом конденсаторе и диодах выпрямителя обычно можно пренебречь. Что касается линейного стабилизатора после выпрямителя, то здесь потери соизмеримы для разных схем. Для конденсаторного блока питания они могут оказаться даже меньше, если применён импульсный (тиристорный) регулятор напряжения.

Из личного опыта могу сказать, что конденсаторные блоки питания целесообразно применять для токов нагрузки до 100 мА при однополупериодном выпрямлении и 200 мА - при двухполупериодном. Хотя ненамного худшие показатели будут, если эти цифры утроить.

[КРАМ]

Конденсаторные источники прежде всего можно ставить лишь в те устройства, где либо не нужна гальваническая развязка, либо она сделана по сигналам.
Дело даже не в токе. Стоимость гальванической развязки по сигналам и сложности с фильтрацией сетевой грязи (которой стало в избытке) сильно ограничивают применение пассивных балластных источников.
Разница в мощности потерь на таких уровнях мощностей дает смешной выигрыш в деньгах. Это ни разу не аргумент.

[Aenigma]

Поскольку в этой теме мы обсуждаем гальванически неразвязанные источники питания, то подразумевается наличие возможности их применения. Если такой возможности нет или она сложно реализуется, то эта тема не обсуждается.

Влияние "сетевой грязи" не надо преувеличивать: для этого существуют сглаживающий фильтр после выпрямителя и линейный стабилизатор.