120VACから3.3VDCの回路図に不可欠なデザインのヒント

120VACから3.3VDCの図式を使用するとき、安全は最初に来なければなりません。高電圧ACは危険な場合があるため、設計には強力な隔離と適切な保護が必要です。この変換用の回路を設計すると、電圧スパイク、ノイズ、電磁干渉などの課題が発生します。たとえば、リレースイッチングにより、EMFノイズが発生する可能性があります、および不十分なノイズ抑制は、出力スイングを引き起こしたり、敏感な回路に損傷を与えたりする可能性があります。小さなACを使用してこれらのリスクを減らすことができますコンデンサ入力時に、RCスナバ回路を追加し、PCBに適したコンポーネントを選択します。

重要なポイント

• 衝撃や損傷を防ぐために、MOVなどの強力な絶縁、ヒューズ、サージ保護を使用して、常に安全性を優先します。
• 明確な設計プロセスに従ってください: 変圧器で電圧を下げ、整流器でACをDCに変換し、コンデンサで滑らかな電圧を変換し、3.3Vに出力を調整するを使用します。
• コンポーネントを慎重に選択する-変圧器は電圧と一致する必要があります現在のニーズ、レギュレーターは負荷と熱を処理する必要があり、コンデンサはノイズを低減する必要があります。
• PCBを別々の高電圧領域と低電圧領域、高電流用の広いトレース、および良好な接地で設計して、ノイズを低減し、信頼性を向上させます。
• 安全基準と間隔のルールに従い、熱管理を使用し、配線図を再確認してから、回路に電力を供給し、安全で効率的な設計を確保します。

安全性とコンプライアンス

分離

あなた自身とあなたのデバイスを高電圧ACの危険から守る必要があります。分離は、120VAC側を3.3VDC出力から分離します。ガルバニック分離は一般的な方法です。それは変圧器をまたは使用します孤立したDC-DCコンバータ直接電気経路をブロックする。この技術は、誤ってACラインをDC回路に接続した場合に偶発的な衝撃や損傷を防ぎます。多くの電源が提供しますデュアルまたはトリプル孤立出力を使用します。これらのモデルはガルバニック絶縁を使用し、ULの安全認証を満たしています。電源を選択するときは、常にULマークをチェックする必要があります。次の表は、孤立したモデルの例を示しています。

融合

オーバーロードや障害から回路を保護するためにヒューズを使用する必要があります。遅い吹きガラスボディヒューズ120VAC入力のためによく働きます。彼らは急増を処理し、迷惑な旅行を防ぎます。現在の定格が予想される負荷より少なくとも20% 高いヒューズを選択してください。このマージンは、通常の操作中に偶発的に開くことを避けるのに役立ちます。追加の保護のために、直列ヒューズと並列MOV (金属酸化物バリスタ) を組み合わせることができます。MOVは電圧スパイクを吸収し、回路を安全に保ちます。力率補正を伴うDC電源には、定格10〜30 Aのスローブローセラミックヒューズが適しています。ULまたはCSA認識のあるヒューズを常に選択してください。これらのマークは、ヒューズが厳しい基準を満たしていることを示しています。

ヒント: コンポーネントを最大評価の約75% までデレートします。この方法は安全マージンを追加し、火災や損傷を防ぐのに役立ちます。

• AC入力のための遅いブローガラスボディヒューズを使用して下さい。
• サージ保護のためにMOVを並列に追加します。
• ULまたはCSAマーク付きのヒューズを選択します。
• セットヒューズ定格予想される電流を少なくとも20% 上回っていますを使用します。

基準

120VACから3.3VDCへの変換用の電源を設計する際は、厳格な基準に従う必要があります。北米では、各供給には15A定格の専用融合ブランチ回路を使用します。入力電圧範囲は85〜132 VACをカバーし、周波数は50Hzと60Hzの両方をサポートする必要があります。ヨーロッパでは、180〜264 VACの入力範囲で、地方および国のコードを満たす必要があります。2016年以降、米国エネルギー省はレベルVIの効率新しいアダプターのため。準拠製品の円の中にローマ数字VIが表示されます。ヨーロッパにも同様のルールがあります。またチェックする必要があります出力電圧精度、リップル電圧、絶縁電圧耐性、およびEMIシールド。これらの基準を満たすことで、デザインは安全で信頼性が高くなります。

120VACから3.3VDCへの回路図デザイン

変換手順

を作成するときは、いくつかの重要な手順に従う必要があります。120vacへの3.3vdc回路図を使用します。プロセスの各段階は、回路が安全かつ効率的に機能することを確認する上で重要な役割を果たします。主な段階の簡単な概要は次のとおりです。

1. 変圧器ステップダウン
   変圧器は120VACの主電源電圧をより安全なレベルに下げます。入力電圧と出力電圧のニーズに一致する変圧器を選択する必要があります。変圧器はまたあなたとあなたのデバイスを危険なACから保護する隔離を提供します。

2. 整流
   変圧器の後、整流器はACをDCに変更します。ほとんどの設計では、このステップにブリッジ整流器を使用しています。整流器は、電流が一方向にのみ流れることを保証します。これはDC回路にとって重要です。

3. フィルタリング
   整流器からのDC出力にはまだリップルがあります。これらのリップルを滑らかにするためにフィルターコンデンサを追加します。このステップにより、より安定したDC電圧が得られます。

4. 電圧規制
   レギュレータは、出力を安定した3.3v dcに保つ。リニアレギュレータまたはスイッチングレギュレータを使用できます。レギュレータは、敏感なコンポーネントを電圧変動から保護します。

5. 保護と出力
   安全性を高めるために、ヒューズ、MOV、場合によってはリレーを追加する必要があります。これらのコンポーネントは、サージ、過負荷、障害から回路を保護します。

ヒント: 回路の電源を入れる前に、常に配線図と基板のレイアウトを確認してください。明確な図は、間違いを早期に見つけるのに役立ちます。

回路デザインのヒント

120vacから3.3vdcの回路図を設計するときは、効率、安全性、および信頼性に注意を払う必要があります。ここにいくつかの実用的なヒントがあります:

• 正しい電圧と電流の定格を持つ変圧器を使用してください。変圧器は最大負荷を処理し、良好な分離を提供する必要があります。
• ピーク電流を処理できるブリッジ整流器を選択してください。それがあなたの変圧器の出力と一致することを確かめて下さい。
• DC電圧を平滑化するのに十分な容量のフィルターコンデンサを選択します。低いESRのコンデンサーはこの仕事のために最もよく働きます。
• 負荷に十分な電流を供給できる電圧レギュレータを選択します。多くの場合、スイッチレギュレーターはリニアタイプよりも高い効率を提供します。
• 高出力負荷を切り替えるか、回路の一部を分離する必要がある場合は、リレーを追加します。リレーは、低電圧側を高電圧ACから保護します。
• 保護のために常にヒューズとMOVを含めてください。これらのコンポーネントは、サージや障害による損傷を防ぐのに役立ちます。
• デザインの明確な図と配線図を描きます。良い図はトラブルシューティングをはるかに簡単にします。

最新の120vacから3.3vdcの回路図設計は高効率に達することができます。あなたはこれらの典型的な範囲を期待することができます:

• DCコンバータへの専用ハイパワーac:約95% の効率を使用します。
• スイッチャー壁いぼ: 約85% の効率。
• DC-DCバックコンバータ: 約90% の効率。

最新のACからDCへの回路のほとんどは、設計と電力レベルに応じて、85% から95% の効率に達します。

統合モジュールを使用して設計を簡素化することもできます。たとえば、HLK-PM03 Hi-Linkモジュール小さいプロジェクトのための普及した選択はあります。120VAC入力をサポートし、3.3v dcを出力し、高セキュリティの分離を提供します。このモジュールは、過負荷と短絡保護、低いリップル、および高い信頼性を提供します。ボードに直接マウントできるため、スペースを節約し、配線エラーを減らします。

フライバックトポロジ

フライバックトポロジを使用して、120vacから3.3vdcへの回路図で効率的かつ分離されたacからdcへの変換を行うことができます。フライバックコンバータは、トランス、整流器、レギュレーターを1つのコンパクトな設計に組み合わせたものです。このトポロジは、低〜中程度の電力レベルでうまく機能し、AC入力とDC出力の間を強力に分離します。

フライバック変圧器は、スイッチがオンのときにエネルギーを蓄え、スイッチがオフのときにそれを解放する。このアクションにより、出力電圧を高精度に制御できます。フライバック設計では、複数の電圧が必要な場合に複数の出力を追加することもできます。

最新のフライバックコンバーターの多くは、統合ICを使用しています。これらのICは、スイッチング、規制、および保護を処理します。これらのICの配線図は、データシートにあります。明確な図は、変圧器、リレー、およびその他のコンポーネントを正しく接続するのに役立ちます。

注: 常にフライバックICの推奨配線図に従ってください。このステップは安全な操作を保障し、安全基準を満たします。

フライバックベースの回路でリレーがよく見られます。リレーは、障害時に負荷を切り替えたり、出力を切断したりするのに役立ちます。フライバック設計の変圧器は、電圧と電流のニーズに一致する必要があります。ボードを構築する前に、常に図と配線図を確認する必要があります。

フライバックトポロジを備えた適切に設計された120vacから3.3vdcの回路図により、高効率、強力な分離、および信頼性の高いパフォーマンスを実現します。このアプローチは、スマートホームデバイス、自動化、およびコンパクトで安全な電源を必要とするその他のアプリケーションに使用できます。

キーコンポーネント

120VACから3.3VDCの回路を設計するときは、高電圧ACを安全で安定したDC電力に変換するために必要な適切なコンポーネントを選択する必要があります。電源ボードの各部分は特別な役割を果たします。これらのコンポーネントがどのように機能するかを理解すれば、信頼性が高く安全な電源を構築できます。

変圧器

変圧器はあなたの回路の最初で最も重要な部分です。120VAC入力をより低いAC電圧に下げ、危険なAC側と低電圧DC出力の間を分離します。電圧と電流のニーズに合った変圧器を選択する必要があります。変圧器はまた厳しい絶縁基準を満たすことによってあなたを安全に保ちます。

右の変圧器を選ぶのを助ける表はここにあります:

トランスのデータシートを常に確認する必要があります。たとえば、トライアドVPS16-1600を使用すると、約8VACで3Aを取得します。これにより、レギュレーターに十分な電流と電圧のヘッドルームが得られます。

整流器

変圧器の後、ACをDCに変えるために整流器が必要です。ほとんどの回路は、このジョブにブリッジ整流器を使用します。ブリッジ整流器は4つを使用しますダイオード電流を一方向にのみ流すようにします。電圧レギュレータやその他のコンポーネントにはDC電源が必要なため、このステップは重要です。

ブリッジ整流器を選ぶときは、変圧器からのピーク電流を処理できることを確認してください。また、電力サージ中に故障しないように電圧定格を確認してください。優れたブリッジ整流器は、ボードを安全に保ち、回路をスムーズに稼働させるのに役立ちます。

電圧レギュレータ

電圧レギュレータは、3.3VDCで出力を安定させます。リニアレギュレータまたはスイッチングレギュレータを使用できます。レギュレータは、電圧の揺れやノイズからデバイスを保護します。レギュレータを選択するときは、いくつかの要因について考える必要があります。

• トランスは総負荷電流を処理する必要があります。たとえば、5Vと3.3Vの両方の負荷がある場合は、3A変圧器を使用します。
• 十分な電圧ヘッドルームが必要です。変圧器とブリッジ整流器の後、電圧は3.3Vプラスレギュレータのドロップアウト電圧より高くなければなりません。
• レギュレータは、負荷に十分な電流を供給する必要があります。3.3V出力の場合、少なくとも1Aが必要になることがよくあります。
• カスケード規制当局は一般的です。最初に5Vに調整し、次に低ドロップアウト (LDO) レギュレータを使用して3.3Vにステップダウンできます。この方法は、3.3Vレギュレータの応力を低減する。
• 熱散逸は重要である。特に電圧降下が大きい場合、レギュレータは熱くなる可能性があります。熱を管理するには、ヒートシンクを使用するか、レギュレーターをボードの大部分に取り付ける必要があります。

ヒント: リニアレギュレーターを特大にすることは必ずしも役に立ちません。レギュレーターのサイズを予想される負荷に合わせて効率を向上させます。

電圧レギュレータを選択するのに役立つ表を次に示します。

5Vステージには、Microchip MIC29300-5.0WTなどのLDOレギュレータを使用できます。データシートの電流と電圧の定格を常に確認してください。

フィルターコンデンサ

フィルターコンデンサブリッジ整流器後のDC電圧のリップルを滑らかにします。負荷が変化した場合でも、電圧を安定させるのに十分な容量のコンデンサが必要です。低ESR (等価直列抵抗) コンデンサは、この仕事に最適です。ノイズを減らし、3.3VDC出力をきれいに保つのに役立ちます。

フィルターコンデンサを選ぶときは、定格電圧を確認してください。それはあなたの最大DC電圧より高いはずです。また、コンデンサが回路からのリップル電流を処理できることを確認してください。優れたフィルターコンデンサは、ボードがすべてのコンポーネントに安定した電力を供給するのに役立ちます。

保護デバイス

保護デバイスは、電源ボードを障害、サージ、および過負荷から安全に保ちます。あなたは常にAC入力でヒューズを使うべきです。遅い吹きガラスボディヒューズは120VACのためによく働きます。電圧スパイクを吸収するために、金属酸化物バリスタ (MOV) を並列に追加します。これらのデバイスは、変圧器、ブリッジ整流器、レギュレータ、およびその他のコンポーネントを保護します。

さらに安全のためにリレーを使用することもできます。リレーは、障害時に出力を切断したり、高出力負荷を切り替えたりするのに役立ちます。フライバックやその他の孤立した設計では、リレーはAC側とDC側の間に別の保護層を追加します。回路に合わせて、リレーの電圧と電流の定格を常に確認してください。

注: 統合電源ICは、これらの機能の多くを1つのパッケージにまとめています。これらのICは、ボードをよりシンプルで信頼性の高いものにします。例えば、HLK-PM03モジュールは、変圧器、ブリッジ整流器、レギュレータ、フィルタコンデンサ、及び保護装置を含む。AC入力とDC出力を接続するだけで、スペースを節約し、配線エラーを減らします。

各コンポーネントとそれがどのように回路に収まるかを理解すれば、プロジェクト用の安全で効率的な電源ボードを設計できます。

PCB回路デザイン

レイアウト

あなたがデザインを始めるとき3.3VDC回路への120VACのためのpcb、ボード上の高電圧エリアと低電圧エリアを分離する必要があります。このステップはあなたのデザインを安全に保ち、偶発的なショートパンツを防ぐのに役立ちます。AC入力セクションをDC出力から遠くに置きます。これらのゾーンをマークするには、透明なシルクスクリーンラベルを使用します。リレー接点とリレーコイルを敏感なトレースから常に遠ざける必要があります。これにより、ノイズが減少し、不要な信号が低電圧回路に到達するのを防ぎます。

高電流トレースの場合は、できるだけ広くしてください。リレーが12.5Aを切り替える場合は、2オンス銅で少なくとも366ミルのトレース幅を使用します。この幅はあなたのボードをクールで安全に保ちます。高電流パスには常にポリゴンフィルを使用します。レイヤーをクロスする必要があるときに複数のビアを追加します。これにより、熱応力と電気応力の両方が低下します。

ヒント: 保つ最小コンポーネントの分離と3Wの原理に従うを使用します。アークのリスクを減らすために、間隔をトレース幅の少なくとも3倍にします。

接地

良好な接地は、信頼性の高いPCB電源の鍵です。低電圧側には単一のグランドプレーンを使用します。ACグラウンドをDCグラウンドから分離してください。必要に応じて、1点でのみ接続します。リレーグラウンドをリレーコイルとコンタクトパッドの近くに配置します。このステップは、接地ループの停止を助け、EMIを減少させる。

リモートセンシングは、負荷で正確な電圧を得るのに役立ちます。ボード出力から負荷まで別々のセンスラインを実行します。この方法は、トレース内の電圧降下を補正する。リレー制御トレースを常に短く、ノイズの多いACラインから遠ざけてください。

推奨されるクリアランスを持つ表は次のとおりです。

安全性については、UL 61010やIPC-2221などの標準に従ってください。

サーマル

熱管理はあなたのボードとリレーをうまく機能させ続けます。高電流トレースとリレー接点が熱くなる可能性があります。これらのトレースには、厚い銅 (少なくとも2オンス) を使用します。空気がそれらの周りを流れることができるようにリレーを配置します。リレーパッドの下にサーマルレリーフを追加して、熱を逃がします。ボードが熱くなっている場合は、より広い銅領域を使用するか、ヒートシンクを追加します。

テスト中にボードの温度上昇を常に確認する必要があります。リレーまたはレギュレーターの近くにホットスポットがある場合は、銅の面積を増やすか、気流を改善します。良い熱設計は、回路が長持ちし、安全に動作するのに役立ちます。

注: 慎重なレイアウト、接地、および熱計画により、PCB回路が安全で信頼性が高くなります。設計を完了する前に、常にリレーの配置とトレース間隔を確認してください。

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安全性、スマートコンポーネントの選択、および標準に従うことにより、安全で信頼性の高い120VACから3.3VDCの回路図を作成できます。常にチェックリストでデザインを確認してください:

1. フォローUL 61010とIPC-2221からのクリアランスとクリーパージュのルールを使用します。
2. 電圧のために導体間に十分なスペースを確保してください。
3. 高電圧部品と低電圧部品の間に強力な断熱材を使用します。
4. トレースの鋭い角度を避けてください。
5. 高い故障強度を持つ材料を選びます。
6. 追加の保護のためにコンフォーマルコーティングを追加します。
7. スロットまたはノッチを使用して、クリーページを増やします。
8. トレースの間隔に3Wの原理を適用します。
9. 高高度の間隔を調整します。
10. 良い熱管理のための計画。

データシートと安全基準を読んで学習を続けてください。慎重な設計は、持続する回路を構築するのに役立ちます。

よくある質問

120VACを回路に接続する最も安全な方法は何ですか?

あなたは強い隔離の変圧器を使うべきです。常にAC入力にヒューズと金属酸化物バリスタ (MOV) を追加します。これらの部品は、ショックやサージからあなたを守ります。

電源に合ったヒューズを選ぶにはどうすればよいですか?

現在の定格が負荷よりも約20% 高いスローブローガラスヒューズを選択します。ULまたはCSAマークを探します。これらのマークは、ヒューズが安全基準を満たしていることを示しています。

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できますか?

はい、スイッチングレギュレータを使用できます。それはあなたに高い効率と少ない熱を与えます。スイッチングレギュレータは、ほとんどの3.3VDC回路でうまく機能します。

ボードの電源を入れる前に何を確認すればよいですか?

常に配線図を再確認してください。高電圧エリアと低電圧エリアの間に十分な間隔があることを確認してください。すべての保護デバイスが配置されていることを確認します。

安全のためにどの基準に従う必要がありますか?

デザインを安全かつ合法に保つために、これらの基準に従う必要があります。