Strömförsörjning 12v och 3.3v DC från AC

[simme]

Hejhopp,

Ny här och i elektronikvärlden!

Jag håller på med ett litet värmeflyttarprojekt för att hjälpa till att sprida värmen från den dåligt placerade kaminen i mitt hus.
Version ett består av en ATMega328p med tillhörande komponenter och en tempsensor för att läsa av temperaturen. En potentiometer för att ställa in tröskelvärde och en transistor som agerar relä för att starta en fläkt som går på 12v. Hela kalaset är dåligt fastlött på ett experimentkort. För strömförsörjning idag använder jag en gammal batterieliminator för att få 12v. Denna kopplas fast i kortet med en "vanlig" DC-plugg. Med en LM7805 och lite kondensatorer får jag sedan 5v till MCUn. Och det funkar ju bra så här långt, gör enorm skillnad för värmen i huset.

Men nu har jag pysslat och forskat ett tag och planerar att göra en ny version baserad på ESP32 C3. Mest som experiment att prova något nytt, men också för att slippa potentiometern och för att kunna styra det hela via telefonen så klart. Och kanske så småningom bygga en fläkt till som flyttar vidare värmen till nästa rum och då vore det ju lite coolt om de två kunde prata med varandra och synka lite. Så att fläkt 1 inte blåser in luft till fläkt 2 om det är varmare där in vid kaminen.

Anywho, min fråga:

Hade helst sluppit ha en stor klump i uttaget och istället byggt in all strömförsörjning i fläktmodulen. Vad tycker ni är en bra blandning mellan pragmatiskt, effektivt, billigt och litet sätt att konvertera 230VAC till 12v och 3.3v? Jag har nog hakat upp mig en del på att linjära regulatorer inte är så effektiva. Men har också börjat inse att om MCUn drar typ 280mA när den maxar radion (vilket den aldrig kommer göra) och fläkten 180mA på max RPM så är det kanske inte så mycket förlust vi snackar om egentligen. Kanske tänker fel, men om en regulator har typ 75% effektivitet så blir det att förbrukningen för 500mA hamnar på typ 666mA?

Kan man ha en transformator som tar ner 230v till ~20v, en likriktare och sen en linjär regulator för 12v och en för 3.3v i serie bara (säkert superdumt)? Med kondensatorer och eventuella filter osv så klart. Eller är det bättre att köpa en SMPS som ordnar 12v och sen en 3.3v regulator efter den bara?

Tips mottages tacksamt.

[T0ny]

Utgå från en transformator som ger 9V, så får du ut 12V efter likriktning & glättning.
(Transformatorns utspänning anges i effektivvärde, toppvärdet är roten ur två ggr högre).
Obelastat får du ut 18V eftersom spänningsökningen för en obelastad trafo också är roten ur 2 ggr högre.

Sen tar du ut stablïliserad 3.3V med en switchad DC/DC-omvandlare.

[breflabb]

12V-5V-power-supply-circuit.jpg

Enklare lösning hittar du säkert inte som denna.
Det du behöver ändra på är att byta ut 7805 stabben mot LD33V

[grym]

finns gott om lösningar
fläkten behöver inte reglerad spänning

så ex trafo till 12v oreglerat och sedan regulator till 3v, linjär eller switchad kvittar

eller ta en väggvårta av vettig kvalitet, ex ikeas usb laddare
ha förlängningssladd så den sitter i lådan
ha två switchmoduler
en till 12v och en till 3v
färdiga standardsaker som man kan byta snabbt om något strular

det är så små effekter att vanliga transformatorer börjar bli mindre bra, och numera är switchmoduler billiga och smidiga

[simme]

Utgå från en transformator som ger 9V, så får du ut 12V efter likriktning & glättning.
(Transformatorns utspänning anges i effektivvärde, toppvärdet är roten ur två ggr högre).

Aha! Bra att veta. Jag trodde jag behövde en transformator med mer än 12v eftersom det blir spänningsfall över dioder och grejer.
Så typ den här hade kunnat funka bra då Electrokit: 41000410?

Jag har tittat på schemat som breflabb skickade innan. Och det verkar ju absolut vara en smidig lösning. Jag blev bara lite opepp på de linjära regulatorerna. Men som sagt, jag hakade nog upp mig lite på att de var "ineffektiva" när det i sammanhanget förmodligen är relativt försumbart. Räknas den som "isolerad" iom transformatorn?

Har även plockat isär en 12v SMPS-adapter och funderat på att bygga in den bara. Och det hade ju funkat, men hade gärna lärt mig bygga själv och kanske kunnat ha det på samma PCB (som jag håller på designa i KiCAD).

Tar jättegärna emot tips på specifik transformator och likriktare för att få 12v oreglerat (gärna på electrokit). Jag är lite förvirrad nu

PS. är det här tekniskt sett en grej man inte får göra själv om man inte är certifierad elektriker?

[mankan]

En Conrad: 2337810 kanske kan vara något? Ev är den för klen om du kör linjärreglering till 3.3V

[simme]

Jo, den blir nog lite väl klen tyvärr. Hade helst haft mindre kontakt också. Tänker typ en sån som brukar vara till TV, sån som ser ut lite som en liggande 8:a.

Gillar tanken på att använda transformator och likriktare (antar en full-bridge rectifier?) för att ta ner till 12v oreglerat till fläkten och sen antingen DC/DC-omvandlare eller linjärregulator för 3.3v.
Behöver bara reda ut exakt vilken transformator som funkar

En annan halvrelaterad fråga är vad som är vettigt att använda som relä för fläkten. Den transistor jag använder idag är förmodligen inte rätt dimensionerad på några vis för jag fattar inte hur man läser datablad. Har några mekaniska relän som hade kunnat funka, men lite störigt med klickandet i vardagsrummet. Även om fläkten kanske bara stängs på/av 4-6ggr om dagen och inte nattetid.

[T0ny]

För att veta vilken transformator och transistor du behöver, så måste du först mäta (eller titta på typskylten) hur mycket ström fläkten drar.
Om din transistor blir brännhet eller går sönder stup i kvarten så är den underdimensionerad annars är det nog ok.
Möjligtvis att du har snåla marginaler men klarat dig ändå.

Tala om vad du använder för delar nu, så hjälper vi dig att tyda databladen.

EDIT:
Du behöver inte vara certifierad elektriker för att bygga stickproppsanslutna apparater för eget bruk,
Men du måste veta säkert hur du skall göra.

Skall en apparat säljas så måste den CE-märkas, för det behövs det i allmänhet tester för att visa att den är säker, tål störningar & inte sänder ut störningar.

TIPS: Köp en nätdel med sladd i båda ändarna, då slipper du en klumpig väggvårta och alla risker med att bygga 230V relaterade saker.

[Nerre]

Jag tycker personligen att det måste vara vettigare att köpa en färdig switchad nätdel för 12 V. Visst kan man man bygga en egen med transformator och likriktare, men den blir större och klumpigare.

Idag är det ju rätt vanligt med väldigt små kompakta datorer som matas med en 12 V switchad nätdel och sen har de en pico-PSU i sig för att få de lägre spänningarna. Men små switchade moduler för att få 3,3 V från 12 V lär nog inte heller vara så svårt att hitta.

12 V är ju så pass vanlig spänning att det är hur enkelt som helst att skaffa en ersättare om den gamla går sönder. Bygger man nåt eget riskerar man att det blir svårare att reparera.

[simme]

Transistorn har aldrig gått sönder och blir inte varm. Men jag är inte helt säker på att den blir helt saturerad, mäter 10.5v inte 12v över den. Men vet inte om jag mäter rätt heller

Tala om vad du använder för delar nu, så hjälper vi dig att tyda databladen.

Vad jag använder nu är egentligen irrelevant för jag tänkte designa om hela grejen

Fläkten jag ska byta till är en Noctua NF-A14 som vid max RPM drar 0.13A vid 12v. Planen är dock att mest köra den på lägre varv med PWM-styrning för att få ned ljudnivån lite och antar att den drar än mindre då?
MCUn jag planerar att använda är en ESP32 C3, kanske i detta utförande så jag slipper mecka med antenn och lära mig sånt redan nu. Electrokit: 41018931. Enligt databladet har den en "High-level source current" på 40mA och "Low-level sink current" på 28mA. Output voltage på GPIO är 0.8 * Vdd, så 2,64 antar jag? Så det är väl de värdena som är relevanta för transistor switching? Finns det någon fördel att använda relä (mekaniskt eller solid-state) över transistor?

Jag tycker personligen att det måste vara vettigare att köpa en färdig switchad nätdel för 12 V. Visst kan man man bygga en egen med transformator och likriktare, men den blir större och klumpigare.

Jo, så är det ju. Delvis är jag lite snål och tänker att jag kanske kan bygga eget ändamålsenligt lite billigare. Men främst ser jag det som en möjlighet att lära mig hur saker och ting funkar Å andra sidan kanske jag skulle sova bättre om jag köpte ett färdigt 12v nätagg.
Men det är klart en sån här Electrokit: 41014961 hade kanske varit smidigt, och sen en dc/dc eller regulator för att ta ner 5v till 3.3v.

[opampen]

Switchade nätaggregat kan ge störningar! Bör undvikas i möjligaste mån!

Bättre med ett linjärt aggregat. Som t.ex. det här färdigbyggda från Electrokit https://www.electrokit.com/produkt/vari ... 04EALw_wcB

Här ett liknande linjärt aggregat som visades tidigare med 5V. och 12 V. Du kan enkelt byta 5V. stabben mot en på 3,3V.

Här ett exempel på ett symetriskt +/- aggregat. Är bra där man använder både + och - spänning mot jord. Det är med dom mycket användbara LM317 och LM337. Se nedan:

[simme]

Switchade nätaggregat kan ge störningar! Bör undvikas i möjligaste mån!

...

Här ett liknande linjärt aggregat som visades tidigare med 5V. och 12 V. Du kan enkelt byta 5V. stabben mot en på 3,3V.

Vad för typ av störningar? Nyfiken på hur det funkar.

Det är lite så jag tänkte innan att jag kunde bygga ju! Och då är frågan vad ska jag ha för transformator?

[breflabb]

Fast effektförlusten blir mycket mindre om gör som jag föreslog.
Man tar 3,3V från 12V istället för 18-20V

[opampen]

Switching Mode Power Supply (SMPS) (pulserande strömförsörjning) är en omvandlare av elektrisk energi som arbetar genom att en snabb elektroniskt styrd strömbrytare "hackar upp" likspänning i korta pulser med hög frekvens (vanligen mellan 20 kHz och 1 MHz). Dessa pulser likriktas och filtreras så att önskad likspänning erhålls.

Genom att styra förhållandet mellan till- och frånslagstid kan utspänningen regleras. Denna arbetsprincip ger en hög verkningsgrad, 80 % eller mer, och medger att stabil utspänning kan erhållas trots stora variationer i inspänning. Ofta ingår en transformator, som medger omvandling till en eller flera utspänningar som kan avvika stort från inspänningen. Transformatorn medger också galvanisk isolation mellan ingångar och utgångar, vilket är obligatoriskt om ingången är ansluten till elnätet. Genom den höga arbetsfrekvensen blir denna transformator mycket liten och lätt jämfört med konventionella transformatorer för elnätets växelspänning, där frekvensen är 50 Hz. En nackdel kan vara att den högfrekventa växelspänningen ger upphov till störningar som kan påverka radio och annan känslig utrustning. Detta gör att stora krav ställs på ingående filterkomponenter och elektrisk skärmning.

[opampen]

Fast effektförlusten blir mycket mindre om gör som jag föreslog.
Man tar 3,3V från 12V istället för 18-20V

Breflabb: Du tänker så! Ja det är ju riktigt!