Quello che stai cercando è chiamato un alimentatore off-line. Una rapida ricerca rivela Fairchild Semi FSAR001. Mettendo 80 - 240 V CA si ottengono 5 V CC a 35 mA max.

Ce ne sono molti altri in giro.

• NON è isolato !!! il che significa che questo non è un progetto da inserire in dispositivi che le persone gestiranno - Full Stop.

lasciatemelo ripetere, questo è un circuito letale, ma perfettamente ragionevole da usare nelle giuste condizioni.

Ecco un ritaglio dalla pagina 2 del datasheet.

Questa risposta non risponde alla tua domanda riguardante il progetto di un chip. A cui posso rispondere ma spero che il vero problema venga risolto con questa guida e direzione.

Non andare in giro con la fisica. Avrai bisogno di una "verruca da muro". O ottieni una verruca da muro come prodotto confezionato o la implementi tu stesso sul tuo PCB.

Ecco perché la tua richiesta non è fattibile:

Una verruca da muro ...

• esegue la rettifica (convertendo l'alimentazione CA bipolare in alimentazione CA unipolare)
• seguito da filtrazione (conversione di CA unipolare in un'approssimazione di CC)

Questi sono i passaggi di base per passare da CA a CC . Qualsiasi approccio alternativo includerà questi passaggi in qualche forma. È possibile ottenere unità molto più piccole (potenza di uscita inferiore) se ciò si adatta meglio alle proprie esigenze. Puoi anche ottenerli come moduli PCB (google per alimentatore "open-frame") invece di prodotti confezionati.

Ad esempio, questi.

Il circuito FSAR001 suggerito da rawbrawb è intelligente che farà quello che vuoi meglio di quasi qualsiasi altro circuito SE progettato bene. Ma può essere molto inaffidabile se progettato male. Questo perché transitori o segnali involontari possono attivare l'interruttore da ingresso a uscita quando non dovrebbe esserlo. La rete viene quindi collegata direttamente all'uscita. Di solito è "una cattiva idea" [tm].

L'efficienza del circuito FSAR001 sarà elevata se si considera l'efficienza come
(Vin x Iin) / (Vout x Iout). MA il suo fattore di potenza è scarso, il che spesso non ha importanza. cioè assorbe tutta la sua potenza quando il ciclo di rete è a bassa tensione e del tutto assente quando la tensione è alta, quindi la forma d'onda è MOLTO distorta rispetto a una sinusoide. Le autorità di regolamentazione sono sempre più insoddisfatte di tali sistemi, MA quando i livelli di potenza sono molto bassi (come qui) può essere considerato accettabile.

Funziona attivando un interruttore quando Vin_mains è basso e ~ - Vout, e spegnendolo quando Vin_mains >> Vout. Se il tuo processo IC è in grado di resistere alla tensione di picco della rete, puoi integrarlo nel tuo IC. In caso contrario, è possibile aggiungerlo utilizzando un interruttore ad alta tensione (transistor bipolare ecc.) Più un IC a bassa tensione. Questo è un circuito molto intelligente e anche facilmente inaffidabile se progettato male. Farà quello che vuoi se progettato bene.

Un progetto che può essere piccolo e che è potenzialmente più sicuro è rettificare la rete e quindi utilizzare un oscillatore ad altissima frequenza per trasferire energia attraverso un nucleo magnetico. Maggiore è la frequenza, minore è il nucleo. Alcuni convertitori moderni operano nella gamma 1 MhZ - 10 Mhz per ridurre le dimensioni. Anche le frequenze più alte sono possibili con la dovuta cura.

Un approccio recente consiste nel generare RF a frequenze estremamente alte - 1 GHz + in alcuni casi, e utilizzare condensatori molto piccoli come dispositivi di accoppiamento di energia. Ciò può portare a sistemi estremamente piccoli ma la complessità è maggiore.

Corea? Una visita lì sarebbe interessante ... :-).

Ora per rispondere al lato "design del chip" della domanda. Questa risposta non può necessariamente coprire tutti i dettagli. Avrai la ricerca di singole aree da solo, a cui spero di fornire indicazioni nel testo.

Il primo passo che devi fare è trovare un processo in grado di gestire le alte tensioni che sono Ci sono dei limiti ai materiali che vengono utilizzati qui che scala con l'intensità del campo elettrico. Ci sono processi Si che vanno da 1000 V fino a 1 V, quindi supponiamo che troverai un processo Si (bipolare, BiCMOS o CMOS) in grado di gestire la tensione.

Sembri fissato su 65 nm tecnologia di processo. Facendo un calcolo approssimativo e supponendo il funzionamento a 1 V, per ridimensionare questo progetto per gestire 600 V, è necessario un nodo di processo da 39.000 nm = 39 um. E questo per supportare l'e-field laterale da Source a Drain. Questo di per sé è un grande indizio che questo processo non sarebbe stato utilizzato. In effetti, i nodi di processo a tensione più elevata utilizzano dispositivi leggermente diversi, come DMOS. Il chip del controller offline è molto probabilmente realizzato in un processo da 1 o 2 o 3 um e potrebbe effettivamente essere SOI.

La tensione più alta, il nodo di processo più piccolo di cui sono a conoscenza è ~ 50 V su 0,18u Processo CMOS, - qualificato per il settore automobilistico. Potrebbero essercene altri là fuori. Guardati intorno. Dato che sei in Corea, guarda Magnachip e Dongbu Hightech. as fabs.

Supponendo che ora abbiate scelto un processo in grado di gestire la tensione e il nodo di processo a 65 nm è ormai lontano dai vostri pensieri. Ora sei un eroe perché l'NRE per il processo è passato da $ 1 milione (nodo a 65 nm) a forse $ 60.000 (nodo 3u).

Quindi possiamo mettere degli induttori sul chip? Assolutamente. ma sono ENORMI e molto difficili da realizzare in un modo che abbia una buona resa. I ragazzi di RF li usano per circuiti e filtri del serbatoio. Ma la cosa da ricordare è che le dimensioni degli induttori utilizzati nei circuiti RF sono circa 1 / 1.000.000 dell'induttanza di cui avrai bisogno per fare un buon convertitore SMPS. E NO, non puoi mettere un materiale ad alta permittività per aumentare l'induttanza, sei bloccato con SiO2 e le sue varie variazioni. Quindi anche gli induttori di POTENZA adesso sono fuori questione.

Successivamente, i condensatori. Basato su un nodo di processo noto - 180 nm, supporta 1,8 Volt e ha una capacità di 8,8 fF per um ^ 2. Consente di scalarlo a 600 V aumentando lo spessore dell'ossido di gate. = Ossido di gate spesso> 60um per prevenire la rottura. (Il campo E rimane lo stesso). La capacità è 1/333 => 26,4 aF / um ^ 2. Per 10 uF sono necessari 3,8e11 um quadrati per ottenere quella capacità. => 0,4 ​​m ^ 2 notare che è uno stampo che misura circa 0,6 m X 0,6 m su un lato. Penso che il costo inizi a diventare un problema allora. Quel condensatore offchip ora inizia a sembrare molto ragionevole.

Ora tutti i vincoli di progettazione sono a posto. Utilizzando un vecchio nodo di processo ad alta tensione, senza accesso a induttori o condensatori su chip. Ma è poco costoso! E ottieni transistor analogici adeguati rispetto a quelli digitali che avresti nel processo a 65 nm.

L'unica soluzione a cui riesco a pensare, dal momento che non è possibile utilizzare condensatori fuori dal chip, è costruire un raddrizzatore a onda intera e far funzionare il circuito SOLO quando la tensione di ingresso è superiore alla soglia di funzionamento 3 V. Far spegnere il circuito durante il passaggio per lo zero della forma d'onda CA. In questo modo non avrai bisogno dei "grandi" condensatori di tenuta. Una volta che la forma d'onda CA è al di sopra della gamma 3V intorno allo zero crossing, avrai molta potenza. Potresti mettere filtri molto più piccoli, condensatori di mantenimento della carica sui circuiti di polarizzazione (che non consumano molta potenza) per consentire al punto di funzionamento del circuito di rimanere fisso durante l'alimentazione variabile. E puoi ridurre la potenza. Dovresti essere in grado di ottenere un buon circuito bandgap che funziona con meno di 1 uA, quindi questo significa condensatori molto più piccoli. Ma significa che puoi comunicare solo durante la fase "alta" della tensione AC.

La riduzione di potenza isolata e la rettifica dalla linea di alimentazione di rete, nonché i blocchi di alimentazione, analogici e digitali su un singolo die sono possibili e vengono eseguiti da almeno un paio di produttori, Analog Devices è degno di nota a questo proposito .

I dispositivi isoPower iCoupler di Analog Devices raggiungono 5 kV di isolamento, con funzionamento a singola fonte di alimentazione , attraverso la loro tecnologia dei microtrasformatori in-chip . Sebbene il loro attuale portafoglio isoPower non offra apparentemente alcun microcontrollore o sensore di temperatura, la prova del concetto tecnologico dovrebbe servire a indirizzare un progettista di chip nella giusta direzione.

Il documento a cui si fa riferimento sopra fornisce dettagli sulle geometrie di isolamento, le lacune e i parametri dei materiali per i loro progetti.

Alcuni punti salienti del documento:

• I microtrasformatori sono costruiti su un substrato CMOS e uno strato di poliimmide spesso 20 µm tra il primario e il secondario fornisce l'isolamento HV fino a 5 kV.
• Rettifica del secondario è ottenuto tramite diodi Schottky integrati
• Un regolatore lineare sul secondario regola la potenza di uscita, consentendo così ai dispositivi di emettere potenza regolata per fornire componenti a livello logico aggiuntivi.

In breve, la linea isoPower è quasi una corrispondenza ideale per l'aspetto della potenza dei requisiti dichiarati nella domanda.

Una volta raggiunta la potenza regolata isolata a chip singolo, è possibile affrontare la funzionalità di rilevamento e visualizzazione della temperatura come un problema di progettazione di chip / MEMS più convenzionale.

Essenzialmente - no. Troverai pochissimi alimentatori off-line su silicio, ma sono formati su processi non standard sintonizzati specificamente per transistor ad alta tensione e non adatti per microcontrollori o circuiti analogici generali. In qualità di progettista di chip non avrai accesso a questi processi a meno che non parli con un produttore specializzato - International Rectifier, Ixys ecc.

Se puoi progettare l'intero sistema, incluso il sensore, in modo che possa essere completamente isolato dall'accesso da parte di un consumatore - "doppio isolamento" - allora probabilmente puoi usare un alimentatore off-line non isolato come la parte Fairchild menzionata sopra. Quindi puoi dedicare forse un pollice quadrato di spazio PCB all'alimentatore offline: il tuo sensore e la sua elettronica potrebbero vivere sulla stessa scheda.

Ma un sensore di temperatura, isolato dall'ambiente come deve essere per la sicurezza ragioni e fisicamente vicino a un alimentatore a caldo, mi sembra abbastanza inutile ...

Questo è il motivo delle domande persistenti su cosa siano esattamente i tuoi sensori e ancora non abbiamo il informazioni da te per rispondere correttamente alla tua domanda.

Semplicemente non inserirai un alimentatore alimentato da linea su un chip. Le tensioni sono troppo alte per consentire una dimensione ragionevole e sono necessari altri componenti che richiedono un accumulo di energia sufficiente per renderli impossibili.

Presumo che questa possa essere un'alimentazione isolata poiché apparentemente stai cercando di costruire un unità stand-alone che non si collega elettricamente al mondo esterno se non alla linea di alimentazione. In tal caso, penso ancora che una pompa di carica sia la tua migliore opzione. Sì, sarà esterno al chip e rispetto a un chip sarà enorme. È così.

Ecco una pompa di carica di base:

Quando l'ingresso CA superiore diventa negativo rispetto a quello inferiore, C1 viene caricato fino a negare la tensione di linea di picco tramite D2. Quando la tensione torna a essere positiva, viene scaricata attraverso D1 e carica leggermente C3. Senza carico, la tensione di uscita CC è la tensione di linea di picco, che non è quella che desideri. Tuttavia, la corrente è ben limitata, quindi la cosa più semplice sarebbe seguirla con un regolatore shunt. Ciò si abbasserà tra i picchi, quindi si progetta il ripristino del circuito per tollerarlo, oppure si rende il regolatore di shunt un po 'più alto di quello che si desidera e lo si segue con un normale regolatore lineare.

Uno svantaggio questo approccio è che la corrente che si ottiene è deprimentemente bassa per condensatori di buone dimensioni alla frequenza di linea. Puoi fare in modo che condensatori più piccoli permettano più corrente, ma dovresti quindi rettificare la linea CA e tagliarla da solo con circuiti attivi.

Non c'è pranzo gratis come sembri desiderare. Se quello che chiedi fosse ragionevolmente possibile, altri lo avrebbero fatto molto tempo fa.