Was Sie suchen, wird als Offline-Stromversorgung bezeichnet. Eine schnelle Suche zeigt das Fairchild Semi FSAR001. Das Einlegen von 80 - 240 VAC ergibt 5 VDC bei max. 35 mA.

Es gibt noch viel mehr.

• es ist NICHT isoliert !!! Dies bedeutet, dass dies kein Entwurf für Geräte ist, mit denen Menschen umgehen können - Punkt.

Lassen Sie mich das wiederholen. Dies ist eine tödliche Schaltung, die jedoch unter den richtigen Bedingungen durchaus sinnvoll zu verwenden ist.

Hier ist ein Ausschnitt aus Seite 2 des Datenblattes.

Diese Antwort geht nicht auf Ihre Frage bezüglich eines Chipdesigns ein. Was ich beantworten kann, aber ich hoffe, dass das eigentliche Problem mit dieser Führung und Richtung gelöst wird.

Keine Umgehung der Physik. Sie benötigen eine "Wandwarze". Entweder erhalten Sie eine Wandwarze als verpacktes Produkt oder Sie implementieren sie selbst auf Ihrer Leiterplatte.

Deshalb ist Ihre Frage nicht möglich:

Eine Wandwarze ...

• führt eine Gleichrichtung durch (Umwandlung von bipolarem Wechselstrom in unipolare Wechselstromleistung)
• gefolgt von Filtration (Umwandlung von unipolarem Wechselstrom in eine Annäherung an Gleichstrom)

Dies sind die grundlegenden Schritte, um von Wechselstrom zu Gleichstrom zu gelangen . Jeder alternative Ansatz umfasst diese Schritte in irgendeiner Form. Sie können viel kleinere Einheiten (niedrigere Ausgangsleistung) erhalten, wenn dies Ihren Anforderungen besser entspricht. Sie können sie auch als PCB-Module (Google für "Open-Frame" -Netzteil) anstelle von verpackten Produkten erhalten.

Zum Beispiel diese.

Die von rawbrawb vorgeschlagene FSAR001-Schaltung ist eine clevere Schaltung, die das, was Sie wollen, besser macht als fast jede andere Schaltung, wenn sie gut ausgelegt ist. Aber es kann sehr unzuverlässig sein, wenn es schlecht gestaltet ist. Dies liegt daran, dass Transienten oder unbeabsichtigte Signale den Eingangs-Ausgangs-Schalter einschalten können, wenn dies nicht der Fall sein sollte. Das Netz wird dann direkt an den Ausgang angeschlossen. Dies ist normalerweise "eine schlechte Idee" [tm].

Der Wirkungsgrad der FSAR001-Schaltung ist hoch, wenn der Wirkungsgrad als
(Vin x Iin) / (Vout x Iout) betrachtet wird. ABER der Leistungsfaktor ist schlecht - was oft keine Rolle spielt. Das heißt, es zieht seine gesamte Leistung, wenn der Netzzyklus auf niedriger Spannung ist, und überhaupt keine, wenn die Spannung hoch ist, so dass die Wellenform im Vergleich zu einer Sinuskurve SEHR verzerrt ist. Die Regulierungsbehörden sind mit solchen Systemen zunehmend unzufrieden, ABER wenn die Leistungspegel sehr niedrig sind (wie hier), kann dies als akzeptabel angesehen werden.

Es funktioniert, indem ein Schalter eingeschaltet wird, wenn Vin_mains niedrig und ~ - Vout ist, und wenn Vin_mains >> Vout ausgeschaltet wird. Wenn Ihr IC-Prozess der Netzspitzenspannung standhält, können Sie ihn in Ihren IC einbauen. Wenn nicht, können Sie es mit einem Hochspannungsschalter (Bipolartransistor usw.) und einem Niederspannungs-IC hinzufügen. Dies ist eine sehr clevere Schaltung und auch leicht unzuverlässig, wenn sie schlecht konstruiert ist. Es wird tun, was Sie wollen, wenn es gut entworfen ist.

Ein Design, das klein und möglicherweise sicherer sein kann, besteht darin, das Netz zu gleichrichten und dann einen sehr hochfrequenten Oszillator zu verwenden, um Energie über einen Magnetkern zu übertragen. Je höher die Frequenz, desto kleiner der Kern. Einige moderne Konverter arbeiten im Bereich von 1 MHz bis 10 MHz, um die Größe niedrig zu halten. Bei höherer Sorgfalt sind noch höhere Frequenzen möglich.

Ein neuerer Ansatz besteht darin, HF bei extrem hohen Frequenzen - in einigen Fällen 1 GHz + - zu erzeugen und sehr, sehr kleine Kondensatoren als Energiekopplungsvorrichtungen zu verwenden. Dies kann zu extrem kleinen Systemen führen, die Komplexität ist jedoch höher.

Korea? Ein Besuch dort wäre interessant ... :-).

Beantworten Sie nun die Seite "Chipdesign" der Frage. Diese Antwort kann nicht notwendigerweise alle Details abdecken. Sie müssen selbst nach einzelnen Bereichen suchen, zu denen ich hoffentlich Hinweise im Text geben kann.

Der erste Schritt, den Sie tun müssen, besteht darin, einen Prozess zu finden, der mit den hohen Spannungen umgehen kann Es gibt Grenzen für die hier verwendeten Materialien, die mit der elektrischen Feldstärke skalieren. Es gibt Si-Prozesse, die von 1000 V bis 1 V reichen. Wir gehen also davon aus, dass Sie einen Si-Prozess (Bipolar, BiCMOS oder CMOS) finden, der die Spannung verarbeiten kann.

Sie scheinen auf 65 nm fixiert zu sein Prozesstechnik. Wenn Sie eine grobe Berechnung durchführen und einen 1-V-Betrieb annehmen, benötigen Sie einen 39.000-nm-Prozessknoten = 39 um, um dieses Design auf 600 V zu skalieren. Und das soll das laterale E-Feld von Source zu Drain unterstützen. Das an sich ist ein großer Hinweis darauf, dass dieser Prozess nicht angewendet werden würde. Tatsächlich verwenden Prozessknoten mit höherer Spannung leicht unterschiedliche Geräte wie DMOS. Der Offline-Controller-Chip wird höchstwahrscheinlich in einem 1 oder 2 oder 3 um-Prozess hergestellt und kann tatsächlich SOI sein.

Der kleinste Prozessknoten mit der höchsten Spannung, den ich kenne, beträgt ~ 50 V bei 0,18 u CMOS-Prozess, - Automobil qualifiziert. Es könnten andere da draußen sein. Umschauen. Da Sie in Korea sind, schauen Sie sich Magnachip und Dongbu Hightech an.

Angenommen, Sie haben jetzt einen Prozess ausgewählt, der mit der Spannung umgehen kann, und der 65-nm-Prozessknoten ist längst nicht mehr in Ihren Gedanken. Sie sind jetzt ein Held, weil die NRE für den Prozess von 1 Mio. USD (65-nm-Knoten) auf vielleicht 60.000 USD (3u-Knoten) gestiegen ist.

Können wir also Induktoren auf den Chip setzen? Absolut. aber sie sind RIESIG und sehr schwer auf eine Weise herzustellen, die einen guten Ertrag hat. RF-Leute verwenden sie für Tankkreise und Filter. Beachten Sie jedoch, dass die in HF-Schaltkreisen verwendeten Induktivitätsgrößen etwa 1 / 1.000.000 der Induktivität entsprechen, die Sie für einen guten SMPS-Wandler benötigen. Und NEIN, Sie können kein Material mit hoher Permittivität ablegen, um die Induktivität zu erhöhen. Sie bleiben bei SiO2 und seinen verschiedenen Variationen. Daher sind POWER-Induktivitäten jetzt auch nicht mehr in der Gleichung enthalten.

Als nächstes Kondensatoren. Basierend auf einem bekannten Prozessknoten - 180 nm, unterstützt 1,8 Volt und hat eine Kapazität von 8,8 fF pro um ^ 2. Skalieren wir dies auf 600 V, indem wir die Gateoxiddicke erhöhen. => 60 um dickes Gateoxid, um einen Bruch zu verhindern. (E-Feld bleibt gleich). Die Kapazität beträgt 1/333 => 26,4 aF / um ^ 2. Für 10 uF benötigen Sie 3,8e11 Quadrat um, um diese Kapazität zu erhalten. => 0,4 ​​m ^ 2 Beachten Sie, dass es sich um eine Matrize handelt, die auf einer Seite ungefähr 0,6 m x 0,6 m groß ist. Ich denke, dass die Kosten dann zu einem Problem werden. Dieser Offchip-Kondensator sieht jetzt sehr vernünftig aus.

Jetzt sind alle Entwurfsbeschränkungen vorhanden. Verwendung eines alten Hochspannungsprozessknotens ohne Zugriff auf Induktoren oder Kondensatoren auf dem Chip. Aber es ist günstig! Und Sie erhalten die richtigen analogen Transistoren im Vergleich zu den digitalen, die Sie im 65-nm-Prozess erhalten würden.

Die einzige Lösung, an die ich denken kann, da Sie keine Kondensatoren außerhalb des Chips verwenden können, besteht darin, einen Vollweggleichrichter zu bauen und die Schaltung NUR zu betreiben, wenn die Eingangsspannung über der 3-V-Betriebsschwelle liegt. Lassen Sie den Stromkreis während des Nulldurchgangs der Wechselstromwellenform abschalten. Auf diese Weise benötigen Sie keine "großen" Haltekondensatoren. Sobald die Wechselstromwellenform über dem 3-V-Bereich um den Nulldurchgang liegt, haben Sie genügend Leistung. Sie können die Vorspannungsschaltungen (die nicht viel Strom verbrauchen) mit viel kleineren Filter- und Ladungshaltekondensatoren versehen, damit der Betriebspunkt der Schaltung während der variierenden Stromversorgung fest bleibt. Und Sie können die Leistung reduzieren. Sie sollten in der Lage sein, eine gute Bandlückenschaltung zu erhalten, die mit weniger als 1 uA betrieben wird, was weitaus kleinere Kondensatoren bedeutet. Dies bedeutet jedoch, dass Sie nur während der "Hoch" -Phase der Wechselspannung kommunizieren können.

Isoliertes Herunterfahren und Gleichrichten der Stromversorgung von der Stromleitung sowie Strom-, analoge und digitale Blöcke auf einem einzigen Chip sind möglich und werden von mindestens einigen Herstellern durchgeführt, wobei analoge Geräte in dieser Hinsicht bemerkenswert sind

Analoge Geräte isoPower iCoupler Geräte erreichen eine Isolation von 5 kV bei Betrieb mit einer Stromquelle durch ihre In-Chip-Mikrotransformator-Technologie . Während das aktuelle isoPower-Portfolio offenbar keine Mikrocontroller- oder Temperatursensorgeräte bietet, sollte der Nachweis des Technologiekonzepts dazu dienen, einen Chipdesigner in die richtige Richtung zu weisen.

Das oben genannte Papier enthält Details zu Isolationsgeometrien, Lücken und Materialparametern für ihre Konstruktionen.

Einige hervorstechende Punkte des Papiers:

• Die Mikrotransformatoren sind auf einem CMOS-Substrat aufgebaut, und eine 20 um dicke Polyimidschicht zwischen der Primär- und der Sekundärschicht sorgt für eine HV-Isolierung von bis zu 5 kV Sekundär wird durch integrierte Schottky-Dioden erreicht.
• Ein linearer Regler auf der Sekundärseite regelt die Ausgangsleistung, sodass die Geräte geregelte Leistung ausgeben können, um zusätzliche Komponenten mit Logikpegel zu versorgen.

Kurz gesagt, die isoPower-Leitung passt nahezu ideal zum Leistungsaspekt der in der Frage angegebenen Anforderungen.

Sobald eine isolierte geregelte Einzelchip-Leistung erreicht ist, kann die Temperaturerfassungs- und Anzeigefunktionalität angesprochen werden als ein herkömmlicheres Chipdesign / MEMS-Problem.

Im Wesentlichen - nein. Auf Silizium finden Sie nur wenige Offline-Netzteile - diese werden jedoch nach nicht standardmäßigen Prozessen hergestellt, die speziell für Hochspannungstransistoren abgestimmt sind und nicht für Mikrocontroller oder allgemeine analoge Schaltungen geeignet sind. Als Chipdesigner haben Sie keinen Zugriff auf diese Prozesse, es sei denn, Sie sprechen mit einem spezialisierten Hersteller - International Rectifier, Ixys usw.

Wenn Sie Ihr gesamtes System - einschließlich Sensor - so gestalten können, dass es vollständig funktioniert Wenn Sie vom Zugang eines Verbrauchers isoliert sind - "doppelt isoliert" -, können Sie wahrscheinlich ein nicht isoliertes Offline-Netzteil wie das oben erwähnte Fairchild-Teil verwenden. Dann können Sie dem Offline-Netzteil vielleicht einen Quadratzentimeter PCB-Platz widmen - Ihr Sensor und seine Elektronik befinden sich möglicherweise auf derselben Platine.

Aber ein Temperatursensor, der aus Sicherheitsgründen von der Umgebung isoliert ist Gründe und physisch in der Nähe eines warm laufenden Netzteils klingen für mich ziemlich nutzlos ...

Dies ist der Grund für die anhaltenden Fragen, was genau Ihre Sensoren sind und wir haben sie immer noch nicht Informationen von Ihnen, um Ihre Frage richtig zu beantworten.

Sie werden einfach kein netzbetriebenes Netzteil auf einen Chip legen. Die Spannungen sind zu hoch, um eine angemessene Größe zu ermöglichen, und Sie benötigen andere Komponenten, die genügend Energiespeicher benötigen, um sie unmöglich zu machen.

Ich gehe davon aus, dass dies eine isolierte Versorgung sein kann, da Sie anscheinend versuchen, eine zu bauen Standalone-Einheit, die nur mit der Stromleitung elektrisch mit der Außenwelt verbunden ist. In diesem Fall denke ich immer noch, dass eine Ladungspumpe Ihre beste Option ist. Ja, es wird außerhalb des Chips sein und im Vergleich zu einem Chip wird es riesig sein. So ist es.

Hier ist eine Grundladungspumpe:

Wenn der obere Wechselstromeingang in Bezug auf den unteren negativ wird, C1 wird bis D2 negativ auf die Spitzenleitungsspannung aufgeladen. Wenn die Spannung wieder positiv ist, wird sie über D1 entladen und lädt C3 etwas auf. Ohne Last ist die DC-Ausgangsspannung die Spitzenleitungsspannung, die nicht Ihren Wünschen entspricht. Der Strom ist jedoch gut begrenzt, so dass es am einfachsten wäre, einen Shunt-Regler zu verwenden. Das wird zwischen den Spitzen schwanken, also entwerfen Sie entweder das Zurücksetzen der Schaltung, um dies zu tolerieren, oder Sie stellen den Shunt-Regler etwas höher als gewünscht ein und folgen diesem durch einen normalen Linearregler.

Ein Nachteil Bei diesem Ansatz ist der Strom, den Sie erhalten, für Kondensatoren mit guter Größe bei Netzfrequenz bedrückend niedrig. Sie können kleinere Kondensatoren dazu bringen, mehr Strom zuzulassen, aber Sie müssten dann die Wechselstromleitung gleichrichten und sie selbst mit aktiven Schaltkreisen zerhacken.

Es gibt kein kostenloses Mittagessen, wie Sie es sich wünschen. Wenn das, wonach Sie fragen, vernünftigerweise möglich wäre, hätten es andere schon vor langer Zeit getan.