12V 1A SMPS barošanas ķēdes dizains: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Čau puiši!

Katras elektroniskas ierīces vai izstrādājuma darbībai ir nepieciešama uzticama barošanas bloka (PSU). Gandrīz visas mūsu mājas ierīces, piemēram, televizors, printeris, mūzikas atskaņotājs utt., Sastāv no tajā iebūvēta barošanas bloka, kas pārveido maiņstrāvas tīkla spriegumu līdz atbilstošam līdzstrāvas spriegumam. Visbiežāk izmantotais barošanas ķēdes veids ir SMPS (komutācijas režīma barošanas avots), jūs varat viegli atrast šāda veida ķēdes savā 12V adapterī vai mobilā/klēpjdatora lādētājā. Šajā apmācībā mēs uzzināsim, kā izveidot 12 V SMPS ķēdi, kas pārveidotu maiņstrāvas barošanu uz 12 V līdzstrāvu ar maksimālo strāvas nominālo vērtību 1,25 A. Šo shēmu var izmantot nelielu slodžu barošanai vai pat pielāgot lādētājam, lai uzlādētu svina un skābes baterijas. Ja šī 12v 15 vatu barošanas ķēde neatbilst jūsu prasībām, varat pārbaudīt dažādas barošanas ķēdes ar dažādiem nomināliem parametriem.

1. solis: 12V SMPS ķēde - dizaina apsvērumi

Pirms jebkāda veida barošanas avota projektēšanas ir jāveic prasību analīze, pamatojoties uz vidi, kurā tiks izmantots mūsu barošanas avots. Dažādi barošanas avoti darbojas dažādās vidēs un ar īpašām ieejas un izejas robežām.

Ievades specifikācija:

Sāksim ar ievadi. Ievades barošanas spriegums ir pirmā lieta, ko izmantos SMPS, un tā tiks pārveidota par lietderīgu vērtību slodzes barošanai. Tā kā šis dizains ir paredzēts maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidošanai, ieeja būs maiņstrāva (AC). Indijai maiņstrāva ir pieejama 220–230 voltu spriegumā, ASV-110 volti. Ir arī citas valstis, kas izmanto dažādus sprieguma līmeņus. Parasti SMPS darbojas ar universālu ieejas sprieguma diapazonu. Tas nozīmē, ka ieejas spriegums var atšķirties no 85V līdz 265V AC. SMPS var izmantot jebkurā valstī, un tas var nodrošināt stabilu pilnas slodzes izeju, ja spriegums ir starp 85–265 V maiņstrāvu. SMPS arī normāli jādarbojas zem 50 Hz un 60 Hz frekvences. Tas ir iemesls, kāpēc mēs varam izmantot savus tālruņu un klēpjdatoru lādētājus jebkurā valstī.

Izejas specifikācija:

Izejas pusē dažas slodzes ir pretestīgas, dažas ir induktīvas. Atkarībā no slodzes SMPS konstrukcija var būt atšķirīga. Šim SMPS slodze tiek pieņemta kā pretestības slodze. Tomēr nekas nav līdzīgs pretestības slodzei, katra slodze sastāv no vismaz zināmas induktivitātes un kapacitātes; šeit tiek pieņemts, ka slodzes induktivitāte un kapacitāte ir niecīga.

SMPS izejas specifikācija ir ļoti atkarīga no slodzes, piemēram, cik daudz sprieguma un strāvas būs nepieciešama slodzei visos ekspluatācijas apstākļos. Šim projektam SMPS varētu nodrošināt 15W jaudu. Tas ir 12V un 1,25A. Mērķa izejas pulsācija ir izvēlēta kā mazāka par 30 mV pk-pk pie 20000 Hz joslas platuma.

2. darbība. Enerģijas pārvaldības IC izvēle

Katrai SMPS shēmai ir nepieciešama strāvas pārvaldības IC, kas pazīstama arī kā komutācijas IC vai SMPS IC vai sausāka IC. Apkoposim dizaina apsvērumus, lai izvēlētos ideālu jaudas pārvaldības IC, kas būs piemērots mūsu dizainam. Mūsu dizaina prasības ir šādas:

1. 15W jauda. 12V 1,25A ar mazāk nekā 30mV pk-pk pulsāciju pie pilnas slodzes.
2. Universāls ievades vērtējums.
3. Ieejas pārsprieguma aizsardzība.
4. Izejas īssavienojums, pārsprieguma un pārslodzes aizsardzība.
5. Darbības ar pastāvīgu spriegumu.

No iepriekš minētajām prasībām ir pieejams plašs IC klāsts, taču šim projektam mēs esam izvēlējušies jaudas integrāciju. Jaudas integrācija ir pusvadītāju uzņēmums, kuram ir plašs jaudas draiveru IC klāsts dažādos jaudas izvades diapazonos. Pamatojoties uz prasībām un pieejamību, mēs esam nolēmuši izmantot TNY268PN no sīkām slēdžu II ģimenēm.

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīta maksimālā jauda 15W. Tomēr mēs izgatavosim SMPS atvērtā rāmī un universālajam ievades vērtējumam. Šādā segmentā TNY268PN varētu nodrošināt 15W jaudu. Apskatīsim pin diagrammu.

3. solis: 12V SMPS shēmas shēma un skaidrojums

Pirms sākt tieši prototipa daļas veidošanu, izpētīsim 12 V SMPS shēmas shēmu un tās darbību. Ķēdei ir šādas sadaļas:

1. Ievades pārspriegums un SMPS bojājumu aizsardzība
2. AC-DC pārveidošana
3. PI filtrs
4. Vadītāja shēma vai komutācijas ķēde
5. Aizsardzība pret zem sprieguma bloķēšanu.
6. Skavas ķēde
7. Magnētika un galvaniskā izolācija
8. EMI filtrs
9. Sekundārais taisngriezis un ķēde
10. Filtra sadaļa

Ievades pārspriegums un SMPS bojājumu aizsardzība

Šī sadaļa sastāv no divām sastāvdaļām - F1 un RV1. F1 ir 1A 250VAC lēna trieciena drošinātājs, un RV1 ir 7mm 275V MOV (metāla oksīda varistors). Augstsprieguma pārsprieguma (vairāk nekā 275VAC) laikā MOV kļuva īss un izpūst ieejas drošinātāju. Tomēr, pateicoties lēnas pūšanas funkcijai, drošinātājs iztur ieslēgšanās strāvu caur SMPS.

AC-DC pārveidošana

Šo sadaļu regulē diodes tilts. Šīs četras diodes (DB107 iekšpusē) veido pilnu tilta taisngriezi. Diodes ir 1N4006, bet standarta 1N4007 var lieliski paveikt darbu. Šajā projektā šīs četras diodes tiek aizstātas ar pilnu tilta taisngriezi DB107.

PI filtrs

Dažādās valstīs ir atšķirīgi EMI noraidīšanas standarti. Šis dizains apstiprina EN61000 3. klases standartu, un PI filtrs ir veidots tā, lai samazinātu kopējā režīma EMI noraidīšanu. Šī sadaļa ir izveidota, izmantojot C1, C2 un L1. C1 un C2 ir 400 V 18uF kondensatori. Tā ir nepāra vērtība, tāpēc šai lietojumprogrammai ir izvēlēts 22uF 400V. L1 ir parasta režīma drosele, kurai nepieciešams atšķirīgs EMI signāls, lai atceltu abus.

Vadītāja shēma vai komutācijas ķēde

Tā ir SMPS sirds. Transformatora primāro pusi kontrolē pārslēgšanas ķēde TNY268PN. Pārslēgšanās frekvence ir 120-132 khz. Pateicoties šai augstajai pārslēgšanās frekvencei, var izmantot mazākus transformatorus. Komutācijas ķēdei ir divi komponenti - U1 un C3. U1 ir IC TNY268PN galvenais draiveris. C3 ir apvedceļa kondensators, kas nepieciešams mūsu vadītāja IC darbam.

Aizsardzība pret zem sprieguma bloķēšanu

Zemsprieguma bloķēšanas aizsardzību veic sensoru rezistori R1 un R2. To izmanto, kad SMPS pāriet automātiskās restartēšanas režīmā un uztver līnijas spriegumu.

Skavas ķēde

D1 un D2 ir skavas ķēde. D1 ir TVS diode un D2 ir īpaši ātras atkopšanas diode. Transformators darbojas kā milzīgs induktors visā jaudas draiverī IC TNY268PN. Tāpēc izslēgšanas cikla laikā transformators rada augstsprieguma tapas transformatora noplūdes induktivitātes dēļ. Šos augstfrekvences sprieguma tapas nomāc diodes skava pāri transformatoram. UF4007 ir izvēlēts, pateicoties īpaši ātrai atkopšanai, un TV6 darbībai ir izvēlēts P6KE200A.

Magnētika un galvaniskā izolācija

Transformators ir feromagnētisks transformators, un tas ne tikai pārveido augstsprieguma maiņstrāvu par zemsprieguma maiņstrāvu, bet arī nodrošina galvanisko izolāciju.

EMI filtrs

EMI filtrēšanu veic kondensators C4. Tas palielina ķēdes imunitāti, lai samazinātu augstos EMI traucējumus.

Sekundārais taisngriezis un Snubber ķēde

Transformatora izeja tiek iztaisnota un pārveidota par līdzstrāvu, izmantojot D6, Schottky taisngrieža diode. Izslēgšanas ķēde visā D6 nodrošina sprieguma pārejas slāpēšanu pārslēgšanas darbību laikā. Izsmidzināšanas ķēde sastāv no viena rezistora un viena kondensatora R3 un C5.

Filtra sadaļa

Filtra sekcija sastāv no filtra kondensatora C6. Tas ir zems ESR kondensators labākai pulsācijas noraidīšanai. Arī LC filtrs, izmantojot L2 un C7, nodrošina labāku pulsācijas noraidīšanu visā izejā.

4. solis: PCB ražošana

Jūs varat uzzīmēt PCB shēmu ar jebkuru programmatūru, kā jums ērtāk, un nosūtīt to jūsu izvēlētajam PCB ražotājam. Man ir gatavs Gerbers, varu ar to padalīties.

Es ieteiktu LIONCIRCUITS, jo tiem ir zemu izmaksu prototipu ražošanas pakalpojums, kas ir patiešām labs tādiem cilvēkiem kā mēs, DIY entuziasti. Viņiem ir automatizēta tiešsaistes platforma, kurā varat augšupielādēt savus Gerber failus un veikt tiešsaistes pasūtījumu. Piegāde visā Indijā ir bezmaksas.