Σχέδιο κυκλώματος τροφοδοσίας 12V 1A SMPS: 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Γεια σας παιδιά!

Κάθε Ηλεκτρονική συσκευή ή προϊόν απαιτεί μια αξιόπιστη μονάδα τροφοδοσίας (PSU) για τη λειτουργία της. Σχεδόν όλες οι συσκευές του σπιτιού μας, όπως η τηλεόραση, ο εκτυπωτής, η συσκευή αναπαραγωγής μουσικής κ.λπ. αποτελούνται από μια μονάδα τροφοδοσίας που είναι ενσωματωμένη σε αυτήν και μετατρέπει την τάση δικτύου AC σε κατάλληλο επίπεδο τάσης DC για να λειτουργούν. Ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος κυκλώματος τροφοδοσίας είναι το SMPS (Power Switching Mode Power Supply), μπορείτε εύκολα να βρείτε αυτόν τον τύπο κυκλωμάτων στον προσαρμογέα 12V ή στο φορτιστή κινητού/φορητού υπολογιστή. Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθουμε πώς να κατασκευάζουμε ένα κύκλωμα SMV 12v που θα μετατρέπει την τροφοδοσία AC σε 12V DC με μέγιστη βαθμολογία ρεύματος 1,25A. Αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία μικρών φορτίων ή ακόμη και να προσαρμοστεί σε φορτιστή για να σας φορτίσει μπαταρίες μολύβδου-οξέος και λιθίου. Εάν αυτό το κύκλωμα τροφοδοσίας 12v 15watt δεν ταιριάζει με τις απαιτήσεις σας, μπορείτε να ελέγξετε διάφορα κυκλώματα τροφοδοσίας με διαφορετικές ονομασίες.

Βήμα 1: Κύκλωμα 12v SMPS - Σκέψεις σχεδιασμού

Πριν προχωρήσουμε σε κάθε είδους σχεδιασμό τροφοδοσίας, πρέπει να γίνει ανάλυση απαιτήσεων με βάση το περιβάλλον στο οποίο θα χρησιμοποιηθεί το τροφοδοτικό μας. Διαφορετικά είδη τροφοδοσίας λειτουργούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα και με συγκεκριμένα όρια εισόδου-εξόδου.

Προδιαγραφή εισαγωγής:

Ας ξεκινήσουμε με την εισαγωγή. Μια τάση τροφοδοσίας εισόδου είναι το πρώτο πράγμα που θα χρησιμοποιηθεί από το SMPS και θα μετατραπεί σε μια χρήσιμη τιμή για την τροφοδοσία του φορτίου. Καθώς αυτός ο σχεδιασμός έχει καθοριστεί για μετατροπή AC-DC, η είσοδος θα είναι εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Για την Ινδία, το AC εισόδου είναι διαθέσιμο σε 220-230 volt, για τις ΗΠΑ έχει βαθμολογία 110 βολτ. Υπάρχουν επίσης άλλα έθνη που χρησιμοποιούν διαφορετικά επίπεδα τάσης. Γενικά, το SMPS λειτουργεί με ένα γενικό εύρος τάσης εισόδου. Αυτό σημαίνει ότι η τάση εισόδου μπορεί να διαφέρει από το 85V AC στο 265V AC. Το SMPS μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιαδήποτε χώρα και θα μπορούσε να παρέχει σταθερή έξοδο πλήρους φορτίου εάν η τάση είναι μεταξύ 85-265V AC. Το SMPS θα πρέπει επίσης να λειτουργεί κανονικά κάτω από συχνότητα 50Hz και 60Hz. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είμαστε σε θέση να χρησιμοποιούμε τους φορτιστές τηλεφώνου και φορητού υπολογιστή μας σε οποιαδήποτε χώρα.

Προδιαγραφή εξόδου:

Στην πλευρά εξόδου, λίγα φορτία είναι ανθεκτικά, λίγα είναι επαγωγικά. Ανάλογα με το φορτίο, η κατασκευή ενός SMPS μπορεί να είναι διαφορετική. Για αυτό το SMPS το φορτίο θεωρείται ως φορτίο αντίστασης. Ωστόσο, δεν υπάρχει τίποτα σαν ένα φορτίο αντίστασης, κάθε φορτίο αποτελείται από τουλάχιστον κάποια ποσότητα επαγωγής και χωρητικότητας. εδώ υποτίθεται ότι η επαγωγή και η χωρητικότητα του φορτίου είναι αμελητέες.

Οι προδιαγραφές εξόδου ενός SMPS εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το φορτίο, όπως το πόσο τάση και ρεύμα θα απαιτηθούν από το φορτίο υπό όλες τις συνθήκες λειτουργίας. Για αυτό το έργο, το SMPS θα μπορούσε να παρέχει ισχύ 15W. Είναι 12V και 1,25A. Ο στοχευμένος κυματισμός εξόδου επιλέγεται λιγότερο από το 30mV pk-pk σε εύρος ζώνης 20000 Hz.

Βήμα 2: Επιλογή του IC διαχείρισης ενέργειας

Κάθε κύκλωμα SMPS απαιτεί ένα IC διαχείρισης ενέργειας, γνωστό και ως IC switch ή SMPS IC ή Drier IC. Ας συνοψίσουμε τα στοιχεία σχεδιασμού για να επιλέξουμε το ιδανικό IC διαχείρισης ενέργειας που θα είναι κατάλληλο για το σχεδιασμό μας. Οι απαιτήσεις σχεδιασμού μας είναι:

1. Έξοδος 15W. 12V 1,25A με λιγότερο από 30mV κυματισμός pk-pk σε πλήρες φορτίο.
2. Καθολική βαθμολογία εισόδου.
3. Προστασία από υπερτάσεις
4. Προστασία βραχυκυκλώματος εξόδου, προστασία από υπέρταση και υπέρταση.
5. Λειτουργίες σταθερής τάσης.

Από τις παραπάνω απαιτήσεις υπάρχει ένα ευρύ φάσμα IC για επιλογή, αλλά για αυτό το έργο, έχουμε επιλέξει Ενσωμάτωση ενέργειας. Η ενσωμάτωση ενέργειας είναι μια εταιρεία ημιαγωγών που διαθέτει ένα ευρύ φάσμα IC IC οδηγών ισχύος σε διάφορες περιοχές εξόδου ισχύος. Με βάση τις απαιτήσεις και τη διαθεσιμότητα, αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε το TNY268PN από μικρές οικογένειες switch II.

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζεται η μέγιστη ισχύς 15W. Ωστόσο, θα κάνουμε το SMPS στο ανοιχτό πλαίσιο και για την καθολική βαθμολογία εισόδου. Σε ένα τέτοιο τμήμα, το TNY268PN θα μπορούσε να παρέχει ισχύ 15W. Ας δούμε το διάγραμμα pin.

Βήμα 3: Διάγραμμα κυκλώματος SMPS 12V και επεξήγηση

Πριν προχωρήσουμε κατευθείαν στην κατασκευή του πρωτοτύπου, ας διερευνήσουμε το διάγραμμα κυκλώματος 12v SMPS και τη λειτουργία του. Το κύκλωμα έχει τις ακόλουθες ενότητες:

1. Κύμα εισόδου και προστασία από σφάλματα SMPS
2. Μετατροπή AC-DC
3. Φίλτρο PI
4. Κύκλωμα οδηγού ή κύκλωμα μεταγωγής
5. Προστασία κλειδώματος υπό τάση.
6. Κύκλωμα σφιγκτήρα
7. Μαγνήτες και γαλβανική απομόνωση
8. Φίλτρο EMI
9. Δευτερεύον κύκλωμα ανορθωτή και snubber
10. Ενότητα φίλτρου

Κύμα εισόδου και προστασία από σφάλματα SMPS

Αυτό το τμήμα αποτελείται από δύο στοιχεία, το F1 και το RV1. Το F1 είναι μια ασφάλεια αργού χτυπήματος 1A 250VAC και το RV1 είναι ένα MOV 7mm 275V MOV (Varistor Metal Oxide). Κατά τη διάρκεια μιας υπέρτασης υψηλής τάσης (περισσότερο από 275VAC), το MOV απέτυχε και φυσάει την ασφάλεια εισόδου. Ωστόσο, λόγω της λειτουργίας αργού χτυπήματος, η ασφάλεια αντέχει στο ρεύμα εισβολής μέσω του SMPS.

Μετατροπή AC-DC

Αυτό το τμήμα διέπεται από τη γέφυρα διόδου. Αυτές οι τέσσερις δίοδοι (μέσα στο DB107) δημιουργούν έναν πλήρη ανορθωτή γέφυρας. Οι δίοδοι είναι 1N4006, αλλά το πρότυπο 1N4007 μπορεί να κάνει τη δουλειά τέλεια. Σε αυτό το έργο, αυτές οι τέσσερις δίοδοι αντικαθίστανται με έναν πλήρη ανορθωτή γέφυρας DB107.

Φίλτρο PI

Διαφορετικές καταστάσεις έχουν διαφορετικά πρότυπα απόρριψης EMI. Αυτός ο σχεδιασμός επιβεβαιώνει το πρότυπο EN61000-Class 3 και το φίλτρο PI έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μειώνει την απόρριψη EMI κοινής λειτουργίας. Αυτή η ενότητα δημιουργείται χρησιμοποιώντας C1, C2 και L1. Οι πυκνωτές C1 και C2 είναι 400V 18uF. Είναι μια περίεργη τιμή, οπότε επιλέγεται 22uF 400V για αυτήν την εφαρμογή. Το L1 είναι ένα τσοκ κοινής λειτουργίας που χρειάζεται διαφορικό σήμα EMI για να ακυρώσει και τα δύο.

Κύκλωμα οδηγού ή κύκλωμα μεταγωγής

Είναι η καρδιά ενός SMPS. Η κύρια πλευρά του μετασχηματιστή ελέγχεται από το κύκλωμα μεταγωγής TNY268PN. Η συχνότητα μεταγωγής είναι 120-132khz. Λόγω αυτής της υψηλής συχνότητας μεταγωγής, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικρότεροι μετασχηματιστές. Το κύκλωμα μεταγωγής έχει δύο στοιχεία, το U1 και το C3. Το U1 είναι ο κύριος οδηγός του IC TNY268PN. Το C3 είναι ο πυκνωτής παράκαμψης που απαιτείται για τη λειτουργία του IC οδηγού μας.

Προστασία κλειδώματος υπό τάση

Η προστασία κλειδώματος υπό τάση γίνεται από την αντίσταση αίσθησης R1 και R2. Χρησιμοποιείται όταν το SMPS μεταβαίνει στη λειτουργία αυτόματης επανεκκίνησης και ανιχνεύει την τάση γραμμής.

Κύκλωμα σφιγκτήρα

Τα D1 και D2 είναι το κύκλωμα σφιγκτήρα. Η D1 είναι η δίοδος TVS και η D2 είναι μια πολύ γρήγορη δίοδος ανάκτησης. Ο μετασχηματιστής λειτουργεί ως ένας τεράστιος επαγωγέας σε όλο το πρόγραμμα οδήγησης ισχύος IC TNY268PN. Επομένως, κατά τη διάρκεια του κύκλου απενεργοποίησης, ο μετασχηματιστής δημιουργεί αιχμές υψηλής τάσης λόγω της επαγωγής διαρροής του μετασχηματιστή. Αυτές οι αιχμές τάσης υψηλής συχνότητας καταστέλλονται από τον σφιγκτήρα διόδου κατά μήκος του μετασχηματιστή. Το UF4007 επιλέγεται λόγω της εξαιρετικά γρήγορης ανάκτησης και το P6KE200A είναι επιλεγμένο για τη λειτουργία TVS.

Μαγνητική και γαλβανική απομόνωση

Ο μετασχηματιστής είναι σιδηρομαγνητικός μετασχηματιστής και όχι μόνο μετατρέπει το AC υψηλής τάσης σε AC χαμηλής τάσης αλλά παρέχει και γαλβανική απομόνωση.

Φίλτρο EMI

Το φιλτράρισμα EMI γίνεται από τον πυκνωτή C4. Αυξάνει την ανοσία του κυκλώματος για να μειώσει τις υψηλές παρεμβολές EMI.

Δευτερεύον ανορθωτή και κύκλωμα Snubber

Η έξοδος από τον μετασχηματιστή διορθώνεται και μετατρέπεται σε DC χρησιμοποιώντας D6, μια δίοδο ανορθωτή Schottky. Το κύκλωμα snubber κατά μήκος του D6 παρέχει καταστολή της παροδικής τάσης κατά τις λειτουργίες μεταγωγής. Το κύκλωμα snubber αποτελείται από μία αντίσταση και έναν πυκνωτή, R3 και C5.

Ενότητα φίλτρου

Το τμήμα φίλτρου αποτελείται από έναν πυκνωτή φίλτρου C6. Είναι ένας πυκνωτής χαμηλού ESR για καλύτερη απόρριψη κυματισμού. Επίσης, ένα φίλτρο LC που χρησιμοποιεί L2 και C7 παρέχει καλύτερη απόρριψη κυματισμού σε όλη την έξοδο.

Βήμα 4: Κατασκευή PCB

Μπορείτε να σχεδιάσετε το Σχηματικό PCB με οποιοδήποτε λογισμικό σύμφωνα με τις ανάγκες σας και να το στείλετε σε Κατασκευαστή PCB της επιλογής σας. Έχω ένα Gerber έτοιμο, μπορώ να το μοιραστώ.

Θα συνιστούσα τα LIONCIRCUITS καθώς έχουν χαμηλού κόστους υπηρεσίες κατασκευής για πρωτότυπα που είναι πραγματικά καλό για ανθρώπους σαν εμάς τους λάτρεις των DIY. Έχουν μια αυτοματοποιημένη διαδικτυακή πλατφόρμα όπου μπορείτε να ανεβάσετε τα αρχεία Gerber και να κάνετε μια ηλεκτρονική παραγγελία. Η αποστολή σε όλη την Ινδία είναι δωρεάν.