To, czego szukasz, nazywa się zasilaniem off-line. Szybkie wyszukiwanie ujawnia Fairchild Semi FSAR001. Podłączenie 80-240 VAC daje 5 V DC przy maks. 35 mA.

Jest ich o wiele więcej.

• NIE jest izolowane !!! co oznacza, że ​​nie jest to projekt do umieszczania w urządzeniach, z którymi ludzie będą sobie radzić - Full Stop.

Powtórzę, że jest to zabójczy obwód, ale całkowicie rozsądny w użyciu w odpowiednich warunkach.

Oto wycinek ze strony 2 arkusza danych.

Ta odpowiedź nie dotyczy twojego pytania dotyczącego projektu chipa. Na co mogę odpowiedzieć, ale mam nadzieję, że prawdziwy problem zostanie rozwiązany dzięki temu podejściu i wskazówkom.

Żadnego omijania fizyki. Będziesz potrzebował „brodawki ściennej”. Albo dostaniesz brodawkę ścienną jako zapakowany produkt, albo zaimplementujesz go samodzielnie na swojej płytce drukowanej.

Oto dlaczego twoje pytanie jest niewykonalne:

Brodawka ścienna ...

• wykonuje rektyfikację (konwersję dwubiegunowego zasilania AC jednobiegunowe zasilanie prądem przemiennym)
• , a następnie filtracja (konwersja jednobiegunowego prądu przemiennego na przybliżoną wartość prądu stałego)

To są podstawowe kroki, aby przejść z prądu przemiennego na prąd stały . Każde alternatywne podejście będzie obejmowało te kroki w jakiejś formie. Możesz uzyskać znacznie mniejsze (o niższej mocy wyjściowej) jednostki, jeśli lepiej pasowałoby to do twoich potrzeb. Można je również pobrać jako moduły PCB (google dla zasilaczy „open-frame”) zamiast produktów w opakowaniach.

Na przykład te.

Obwód FSAR001 zasugerowany przez rawbrawb jest sprytnym układem, który zrobi to, co chcesz, lepiej niż prawie każdy inny obwód, JEŚLI dobrze zaprojektowany. Ale może być bardzo zawodne, jeśli jest źle zaprojektowane. Dzieje się tak, ponieważ stany nieustalone lub niezamierzone sygnały mogą włączać przełącznik wejście-wyjście, gdy nie powinien. Sieć zasilająca jest następnie podłączana bezpośrednio do wyjścia. Zwykle jest to „zły pomysł” [tm].

Sprawność obwodu FSAR001 będzie wysoka, jeśli weźmie się pod uwagę wydajność jako
(Vin x Iin) / (Vout x Iout). ALE jego współczynnik mocy jest słaby - co często nie ma znaczenia. tj. pobiera całą swoją moc, gdy cykl sieciowy jest przy niskim napięciu i wcale, gdy napięcie jest wysokie, więc przebieg jest BARDZO zniekształcony w porównaniu do sinusoidy. Organy regulacyjne są coraz bardziej niezadowolone z takich systemów, ALE gdy poziomy mocy są bardzo niskie (jak tutaj), można to uznać za akceptowalne.

Działa poprzez włączenie przełącznika, gdy Vin_mains jest niski i ~ - Vout, i wyłączenie go, gdy Vin_mains >> Vout. Jeśli twój proces IC może wytrzymać napięcie szczytowe sieci, możesz go wbudować w swój IC. Jeśli nie, możesz dodać go za pomocą jednego przełącznika wysokiego napięcia (tranzystor bipolarny itp.) Oraz niskonapięciowego układu scalonego. To bardzo sprytny obwód, a także łatwo zawodny, jeśli został źle zaprojektowany. Zrobi to, co chcesz, jeśli zostanie dobrze zaprojektowany.

Projekt, który może być mały i który jest potencjalnie bezpieczniejszy, polega na prostowaniu sieci, a następnie użyciu oscylatora o bardzo wysokiej częstotliwości do przesyłania energii przez rdzeń magnetyczny. Im wyższa częstotliwość, tym mniejszy rdzeń. Niektóre nowoczesne konwertery działają w zakresie 1 MhZ - 10 Mhz, aby uzyskać mały rozmiar. Nawet wyższe częstotliwości są możliwe z należytą starannością.

Niedawnym podejściem jest generowanie częstotliwości radiowych na bardzo wysokich częstotliwościach - w niektórych przypadkach 1 GHz +, oraz użycie bardzo małych kondensatorów jako urządzeń sprzęgających energię. Może to skutkować bardzo małymi systemami, ale złożoność jest większa.

Korea? Wizyta tam byłaby interesująca ... :-).

A teraz odpowiemy na pytanie dotyczące „projektowania chipów”. Ta odpowiedź z konieczności nie może obejmować wszystkich szczegółów. Będziesz musiał samodzielnie zbadać poszczególne obszary, które mam nadzieję przedstawić w tekście.

Pierwszym krokiem, jaki musisz zrobić, jest znalezienie procesu, który poradzi sobie z wysokimi napięciami, które są Istnieją ograniczenia dotyczące materiałów, które są tutaj używane, które są skalowane z natężeniem pola elektrycznego. Istnieją procesy Si, które obejmują zakres od 1000 V do 1 V, więc zakładamy, że znajdziesz proces Si (dwubiegunowy, BiCMOS lub CMOS), który poradzi sobie z napięciem.

Wydajesz się być skupiony na 65 nm proces technologii. Wykonując zgrubne obliczenia i zakładając działanie 1 V, aby przeskalować ten projekt do obsługi 600 V, potrzebny byłby węzeł procesowy 39 000 nm = 39um. Ma to na celu wspieranie bocznego e-pola od źródła do drenażu. To samo w sobie jest dużą wskazówką, że ten proces nie zostanie wykorzystany. W rzeczywistości węzły procesowe o wyższym napięciu używają nieco innych urządzeń, takich jak DMOS. Układ kontrolera offline jest najprawdopodobniej wykonany w procesie 1, 2 lub 3 um i może być tak naprawdę SOI.

Najwyższe napięcie i najmniejszy węzeł procesowy, o którym wiem, to ~ 50 V na 0,18u Proces CMOS, - kwalifikowany do motoryzacji. Mogą tam być inni. Rozejrzeć się. Ponieważ jesteś w Korei, spójrz na Magnachip i Dongbu Hightech. jako fabs.

Zakładając, że wybrałeś teraz proces, który może obsługiwać napięcie, a węzeł procesu 65 nm już dawno zniknął z twoich myśli. Jesteś teraz bohaterem, ponieważ NRE dla procesu spadł z 1 mln $ (węzeł 65 nm) do może 60 000 $ (węzeł 3u).

Czy możemy więc umieścić cewki indukcyjne na chipie? Absolutnie. ale są OGROMNE i bardzo trudne do wykonania w sposób, który daje dobre plony. Faceci z RF używają ich do obwodów czołgów i filtrów. Należy jednak pamiętać, że rozmiary cewek stosowanych w obwodach RF to około 1/1 000 000 indukcyjności potrzebnej do wykonania dobrego konwertera SMPS. I NIE, nie możesz odłożyć materiału o wysokiej przenikalności, aby zwiększyć indukcyjność, utknąłeś z SiO2 i jego różnymi odmianami. Więc cewki MOCY też są teraz poza równaniem.

Następnie kondensatory. Oparty na znanym węźle procesowym - 180 nm, obsługuje 1,8 V i ma pojemność 8,8 fF na um ^ 2. Pozwala to na skalowanie do 600 V poprzez zwiększenie grubości tlenku bramki. => 60um gruby tlenek bramki, aby zapobiec pęknięciu. (Pole E pozostaje takie samo). Pojemność wynosi 1/333 => 26,4 aF / um ^ 2. Dla 10 uF potrzebujesz 3,8e11 kwadratowych um, aby uzyskać tę pojemność. => 0,4 ​​m ^ 2 zauważ, że jest to kostka o boku około 0,6 m X 0,6 m. Myślę, że wtedy koszt zaczyna być problemem. Ten kondensator offchip zaczyna teraz wyglądać bardzo rozsądnie.

Teraz wszystkie ograniczenia projektowe są na miejscu. Korzystanie ze starego węzła procesowego wysokiego napięcia, bez dostępu do cewek indukcyjnych ani kondensatorów. Ale to niedrogie! I otrzymujesz odpowiednie tranzystory analogowe w porównaniu z cyfrowymi, które otrzymałeś w procesie 65 nm.

Jedynym rozwiązaniem, jakie mogę sobie wyobrazić, ponieważ nie można użyć żadnych kondensatorów poza chipem, jest zbudowanie prostownika pełnookresowego i obsługiwanie obwodu TYLKO, gdy napięcie wejściowe jest powyżej progu 3 V. Wyłączyć obwód podczas przejścia przez zero przebiegu prądu przemiennego. W ten sposób nie potrzebujesz „dużych” kondensatorów podtrzymujących. Gdy przebieg prądu przemiennego przekroczy zakres 3 V wokół przejścia przez zero, będziesz mieć dużo mocy. Możesz umieścić znacznie mniejsze kondensatory filtrujące, utrzymujące ładunek w obwodach polaryzacji (które nie zużywają dużo energii), aby punkt pracy obwodu pozostał stały podczas zmieniającego się zasilania. I możesz zmniejszyć moc. Powinieneś być w stanie uzyskać dobry obwód pasma wzbronionego, który działa przy mniej niż 1 uA, co oznacza znacznie mniejsze kondensatory. Ale oznacza to, że możesz komunikować się tylko w fazie „wysokiego” napięcia AC.

Izolowane obniżanie i prostowanie mocy z linii zasilającej, a także bloki mocy, analogowe i cyfrowe na jednej kostce są możliwe i są wykonywane przez co najmniej kilku producentów, w tym względzie godne uwagi są Analog Devices .

Urządzenia analogowe Urządzenia isoPower iCoupler osiągają izolację 5 kV przy pracy z jednym źródłem zasilania dzięki wbudowanej technologii mikrotransformatora . Chociaż ich obecna oferta isoPower najwyraźniej nie oferuje żadnego mikrokontrolera ani czujników temperatury, dowód koncepcji technologii powinien służyć projektantowi układów scalonych we właściwym kierunku.

Dokument, o którym mowa powyżej, zawiera szczegółowe informacje na temat geometrii izolacji, przerw i parametrów materiałów stosowanych w ich projektach.

Niektóre istotne punkty pracy:

• Mikrotransformatory są zbudowane na podłożu CMOS, a warstwa poliimidu o grubości 20 µm pomiędzy pierwotnym a wtórnym zapewnia izolację HV do 5 kV.
• Rektyfikacja wtórny jest osiągany przez zintegrowane diody Schottky'ego
• Liniowy regulator na wtórnym reguluje moc wyjściową, dzięki czemu urządzenia mogą wyprowadzać regulowaną moc w celu zasilania dodatkowych komponentów na poziomie logicznym.

Krótko mówiąc, linia isoPower jest prawie idealnie dopasowana do aspektu mocy wymagań określonych w pytaniu.

Po osiągnięciu regulowanej mocy z pojedynczym układem scalonym, można zająć się funkcją wykrywania temperatury i wyświetlania jako bardziej konwencjonalny projekt chipa / problem MEMS.

Zasadniczo - nie. Znajdziesz bardzo niewiele zasilaczy off-line na krzemie - ale są one tworzone w niestandardowych procesach dostrojonych specjalnie dla tranzystorów wysokiego napięcia i nie nadają się do mikrokontrolerów lub ogólnych obwodów analogowych. Jako projektant chipów nie będziesz miał dostępu do tych procesów, chyba że porozmawiasz ze specjalistycznym producentem - International Rectifier, Ixys itp.

Jeśli możesz zaprojektować cały system - w tym czujnik - tak, aby mógł być całkowicie odizolowane od dostępu konsumenta - „podwójnie izolowane” - wtedy prawdopodobnie można użyć nieizolowanego zasilacza off-line, takiego jak wspomniana powyżej część Fairchild. Następnie możesz poświęcić około cala kwadratowego powierzchni PCB na zasilacz offline - czujnik i jego elektronika mogą znajdować się na tej samej płycie.

Ale czujnik temperatury, odizolowany od środowiska, ponieważ musi to być dla bezpieczeństwa powodów i fizycznie zbliżone do ciepłego zasilacza, wydaje mi się dość bezużyteczne ...

To jest powód ciągłych pytań o to, jakie są twoje czujniki, a nadal nie mamy informacje od Ciebie, aby poprawnie odpowiedzieć na Twoje pytanie.

Po prostu nie zamierzasz umieszczać zasilacza sieciowego w chipie. Napięcia są zbyt wysokie, aby zapewnić rozsądny rozmiar, i potrzebujesz innych komponentów, które wymagają wystarczającej ilości magazynowanej energii, aby ich uniemożliwić.

Zakładam, że może to być izolowane źródło, ponieważ najwyraźniej próbujesz zbudować samodzielna jednostka, która nie łączy się elektrycznie ze światem zewnętrznym z wyjątkiem linii energetycznej. W takim przypadku nadal uważam, że najlepszym rozwiązaniem jest pompa ładująca. Tak, będzie on znajdował się na zewnątrz chipa iw porównaniu do chipa będzie ogromny. Tak właśnie jest.

Oto podstawowa pompa ładująca:

Kiedy górne wejście AC ma wartość ujemną w stosunku do dołu, C1 jest naładowany do wartości ujemnej szczytowego napięcia linii przez D2. Gdy napięcie wraca do dodatniego, jest rozładowywane przez D1 i ładuje się nieco w górę C3. Bez obciążenia napięcie wyjściowe DC jest szczytowym napięciem linii, co nie jest tym, czego chcesz. Jednak prąd jest dobrze ograniczony, więc najprościej byłoby zastosować regulator bocznikowy. To będzie spadać między szczytami, więc albo projektujesz reset obwodu, aby to tolerować, albo ustawiasz regulator bocznikowy nieco wyżej niż chcesz i postępujesz zgodnie z tym przez normalny regulator liniowy.

Jedna wada w tym podejściu prąd, który otrzymujesz, jest przygnębiająco niski jak na kondensatory o dobrej wielkości przy częstotliwości linii. Możesz sprawić, że mniejsze kondensatory pozwolą na większy prąd, ale będziesz musiał wtedy wyprostować linię AC i posiekać ją samodzielnie za pomocą aktywnych obwodów.

Nie ma darmowego lunchu, jak się wydaje, że sobie życzysz. Jeśli to, o co prosisz, było rozsądnie możliwe, inni zrobiliby to dawno temu.