12V 1a smps barošanas ķēdes dizains pcb

Katrai elektroniskajai ierīcei vai izstrādājumam tās darbībai ir nepieciešams uzticams barošanas bloks (PSU). Gandrīz visas mūsu mājās esošās ierīces, piemēram, televizors, printeris, mūzikas atskaņotājs utt., Sastāv no tajā iebūvēta barošanas avota, kas pārveido maiņstrāvas tīkla spriegumu piemērotā līdzstrāvas sprieguma līmenī, lai tās varētu darboties. Visbiežāk izmantotais barošanas ķēdes veids ir SMPS (pārslēgšanas režīma barošanas avots), šāda veida shēmas varat viegli atrast 12 V adapterī vai mobilā / klēpjdatora lādētājā. Šajā apmācībā mēs uzzināsim, kā izveidot 12v SMPS shēmukas pārveidotu maiņstrāvas strāvu par 12V DC ar maksimālo strāvas stiprumu 1,25A. Šo ķēdi var izmantot nelielu slodžu darbināšanai vai pat pielāgot lādētājā, lai uzlādētu svina un skābes akumulatorus. Ja šī 12v 15 vatu barošanas ķēde neatbilst jūsu prasībām, varat pārbaudīt dažādas barošanas ķēdes ar dažādiem vērtējumiem.

12v SMPS shēma - dizaina apsvērumi

Pirms jebkura veida barošanas avota projektēšanas jāveic prasību analīze, pamatojoties uz vidi, kurā tiks izmantota mūsu barošanas avota. Dažāda veida strāvas padeve darbojas dažādās vidēs un ar noteiktām ieejas-izejas robežām.

Ievades specifikācija

Sāksim ar ievadi. Ieejas barošanas spriegums ir pirmā lieta, ko izmantos SMPS, un tā tiks pārveidota par noderīgu vērtību slodzes padevei. Tā kā šī konstrukcija ir paredzēta maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidošanai, ieeja būs maiņstrāva (maiņstrāva). Indijai ieejas maiņstrāva ir pieejama 220-230 voltu, ASV - 110 voltu. Ir arī citas valstis, kas izmanto dažādus sprieguma līmeņus. Parasti SMPS darbojas ar universālu ieejas spriegumudiapazons. Tas nozīmē, ka ieejas spriegums var atšķirties no 85 V līdz 265 V maiņstrāvas. SMPS var izmantot jebkurā valstī un tas varētu nodrošināt stabilu pilnas slodzes izvadi, ja spriegums ir starp 85–265 V maiņstrāvu. SMPS vajadzētu normāli darboties arī zem 50Hz un 60Hz frekvencēm. Tas ir iemesls, kāpēc mēs varam izmantot savus tālruņu un klēpjdatoru lādētājus jebkurā valstī.

Izejas specifikācija

Izvades pusē maz slodžu ir pretestības, maz ir induktīvas. Atkarībā no slodzes SMPS konstrukcija var būt atšķirīga. Šim SMPS slodze tiek pieņemta kā pretestīga slodze. Tomēr nekas nav tāds kā pretestības slodze, katra slodze sastāv vismaz no kaut kādas induktivitātes un kapacitātes; šeit tiek pieņemts, ka slodzes induktivitāte un kapacitāte ir nenozīmīga.

SMPS izejas specifikācija ir ļoti atkarīga no slodzes, piemēram, cik liels spriegums un strāva būs nepieciešama slodzei visos darbības apstākļos. Šim projektam SMPS varētu nodrošināt 15 W izeju. Tas ir 12V un 1,25A. Mērķtiecīgais izejas pulsācija tiek izvēlēta kā mazāka par 30 mV pk-pk pie 20000 Hz joslas platuma.

Pamatojoties uz izejas slodzi, mums ir jāizlemj arī par pastāvīga sprieguma SMPS vai pastāvīgas strāvas SMPS projektēšanu. Pastāvīgs spriegums nozīmē, ka spriegums visā slodzē būs nemainīgs, un strāva tiks attiecīgi mainīta, mainoties slodzes pretestībai. No otras puses, pastāvīgas strāvas režīms ļaus strāvai būt nemainīgai, bet attiecīgi mainīs spriegumu ar izmaiņām slodzes pretestībā. Gan CV, gan CC var būt pieejami SMPS, taču tie nevar darboties vienā reizē. Kad SMPS pastāv abas opcijas, ir jābūt diapazonam, kad SMPS izejas darbību mainīs no CV uz CC un otrādi. Parasti svina skābes vai litija akumulatoru uzlādēšanai izmanto CC un CV režīma lādētājus.

Ieejas un izejas aizsardzības funkcijas

Lai nodrošinātu drošāku un uzticamāku darbību, SMPS var izmantot dažādas aizsardzības shēmas. Aizsardzības ķēde aizsargā SMPS, kā arī pievienoto slodzi. Atkarībā no vietas aizsardzības ķēdi var savienot caur ieeju vai pāri izejai. Visizplatītākā ievades aizsardzība ir Pārsprieguma aizsardzība un EMI filtri. Pārsprieguma aizsardzība aizsargā SMPS no ieejas pārsprieguma vai maiņstrāvas pārsprieguma. EMI filtrs aizsargā SMPS no EMI ģenerēšanas visā ievades līnijā. Šajā projektā būs pieejamas abas funkcijas. Izejas aizsardzība ietver īsslēguma aizsardzība, pārsprieguma aizsardzība, un vairāk nekā pašreizējā aizsardzība. Šajā SMPS projektā tiks iekļautas arī visas šīs aizsardzības shēmas.

Enerģijas pārvaldības IC izvēle

Katrai SMPS shēmai ir nepieciešams enerģijas pārvaldības IC, kas pazīstams arī kā komutācijas IC vai SMPS IC vai Drier IC. Apkoposim dizaina apsvērumus, lai izvēlētos ideālo enerģijas pārvaldības IC, kas būs piemērots mūsu dizainam. Mūsu prasības attiecībā uz dizainu ir

15W jauda. 12V 1,25A ar mazāk nekā 30mV pk-pk pulsāciju ar pilnu slodzi.
Universāls ievades vērtējums.
Ievades aizsardzība pret pārspriegumu.
Izejas īssavienojums, pārsprieguma un strāvas aizsardzība.
Pastāvīgas sprieguma darbības.

No iepriekšminētajām prasībām ir plašs IC, no kuriem izvēlēties, taču šim projektam mēs esam izvēlējušies Power integrāciju. Enerģijas integrācija ir pusvadītāju uzņēmums, kuram ir plašs strāvas draivera IC dažādos jaudas izvades diapazonos. Pamatojoties uz prasībām un pieejamību, mēs esam nolēmuši izmantot TNY268PN no mazajām II slēdžu ģimenēm.

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

12v 1Amp SMPS shēmas projektēšana

Labākais veids, kā izveidot shēmu, ir izmantot Power integrācijas PI ekspertu programmatūru. Tā ir lieliska barošanas avota projektēšanas programmatūra. Shēma ir izveidota, izmantojot strāvas integrācijas IC. Projektēšanas procedūra ir paskaidrota zemāk, kā arī jūs varat ritināt uz leju, lai videoklips paskaidrotu to pašu.

-1. Solis: atlasiet Tiny slēdzi II un atlasiet arī vēlamo paketi. Mēs izvēlējāmies DIP paketi. Atlasiet korpusa veidu, adapteri vai atvērto rāmi. Šeit ir atlasīts Open Frame.

Pēc tam atlasiet Atsauksmju veidu. Tas ir būtiski, jo tiek izmantota Flyback topoloģija. TL431 ir lieliska atsauksmju izvēle. TL431 ir šunta regulators, un tas nodrošinās lielisku aizsardzību pret pārspriegumu un precīzu izejas spriegumu.

2. solis: izvēlieties ieejas sprieguma diapazonu. Tā kā tas būs universāls ieejas SMPS, ieejas spriegums tiek izvēlēts kā 85-265V AC. Līnijas frekvence ir 50 Hz.

3. solis:

Atlasiet izejas spriegumu, strāvu un jaudu. SMPS vērtējums būs 12V 1,25A. Jauda rāda 15W. Darbības režīms tiek izvēlēts arī kā CV, tas nozīmē pastāvīga sprieguma darbības režīmu. Visbeidzot, viss tiek darīts trīs vienkāršos soļos, un tiek izveidota shēma.

12 V SMPS shēmas shēma un skaidrojums

Zemāk esošā shēma ir nedaudz pārveidota, lai tā atbilstu mūsu projektam.

Pirms ķerties pie prototipa daļas izveidošanas, izpētīsim 12v SMPS shēmu un tās darbību. Shēmai ir šādas sadaļas

Ieejas pārsprieguma un SMPS bojājumu aizsardzība
AC-DC pārveidošana
PI filtrs
Vadītāja shēma vai komutācijas ķēde
Aizsardzība pret nepietiekamu spriegumu.
Skavas ķēde
Magnētika un galvaniskā izolācija
EMI filtrs
Sekundārā taisngrieža un strūklas ķēde
Filtrēt sadaļu
Atsauksmju sadaļa.

Ieejas pārsprieguma un SMPS bojājumu aizsardzība

Šī sadaļa sastāv no divām sastāvdaļām, F1 un RV1. F1 ir 1A 250VAC lēna drošinātājs un RV1 ir 7mm 275V MOV (metāla oksīda varistors). Augsta sprieguma pārsprieguma laikā (vairāk nekā 275 VAC) MOV kļuva īslaicīgi un izpūš ievades drošinātāju. Tomēr lēnā trieciena funkcijas dēļ drošinātājs iztur ieslēgšanas strāvu caur SMPS.

AC-DC pārveidošana

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

PI filtrs

Dažādiem stāvokļiem ir atšķirīgs EMI noraidīšanas standarts. Šis dizains apstiprina EN61000-Class 3 standartu, un PI filtrs ir veidots tā, lai mazinātu kopējā režīma EMI noraidījumu. 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 parastā režīma droselis, kas prasa diferenciālu EMI signālu, lai atceltu abus.

Vadītāja shēma vai komutācijas ķēde

Tā ir SMPS sirds. Transformatora primāro pusi kontrolē komutācijas ķēde TNY268PN. Pārslēgšanās frekvence ir 120-132 khz. Šīs augstās komutācijas frekvences dēļ var izmantot mazākus transformatorus. Komutācijas ķēdē ir divi komponenti - U1 un C3. U1 ir galvenais IC IC TNY268PN vadītājs. C3 ir apvedceļa kondensators, kas nepieciešams mūsu draivera IC darbībai.

Aizsardzība pret nepietiekamu spriegumu

Aizsardzību pret nepietiekamu spriegumu veic jutības rezistori R1 un R2. To lieto, kad SMPS pāriet automātiskās restartēšanas režīmā un izjūt līnijas spriegumu.

Skavas ķēde

D1 un D2 ir skavas ķēde. D1 ir TVS diode un D2 ir īpaši ātrs atkopšanas diode. Transformators darbojas ar milzīgu induktoru visā strāvas draiverī IC TNY268PN. Tāpēc izslēgšana cikla laikā transformators rada lielas sprieguma tapas, jo noplūdes induktivitāte transformatora. Šīs augstfrekvences sprieguma tapas nomāc diodes skava pāri transformatoram. UF4007 ir izvēlēts īpaši ātras atkopšanas dēļ, un TVS darbībai ir izvēlēts P6KE200A.

Magnētika un galvaniskā izolācija

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

EMI filtrs

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

Sekundārā taisngrieža un Snubber ķēde

Transformatora izeja tiek izlīdzināta un pārveidota par līdzstrāvu, izmantojot D6, Schottky taisngrieža diode. Sarkanā ķēde pāri D6 nodrošina pārejoša sprieguma nomākšanu komutācijas darbību laikā. Snubbera ķēde sastāv no viena rezistora un viena kondensatora R3 un C5.

Filtrēt sadaļu

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 izvadē.

Atsauksmju sadaļa

Izejas spriegumu uztver U3 TL431 un R6 un R7. Pēc līnijas U2 uztveršanas optronu kontrolē un sekundāri atgriezeniskās saites sensoru galvaniski izolē ar primāro sānu kontrolieri. Optosavienotājam ir tranzistors un tā iekšpusē ir LED. Vadot LED, tiek kontrolēts tranzistors. Tā kā komunikācija notiek optiski, tai nav tieša elektriskā savienojuma, tādējādi apmierinot arī atgriezeniskās saites ķēdes galvanisko izolāciju.

Tagad, kad gaismas diode tieši kontrolē tranzistoru, nodrošinot pietiekamu aizspriedumu pāri optrona LED, var kontrolēt optronu tranzistoru, precīzāk - vadītāja shēmu. Šo vadības sistēmu izmanto TL431. Tā kā šunta regulatoram ir rezistora dalītājs visā tā atskaites tapā, tas var kontrolēt opu savienotāja vadu, kas tam ir savienots. Atsauksmju pin ir atsauces spriegums 2.5V. Tāpēc TL431 var būt aktīvs tikai tad, ja sadalītājā ir pietiekams spriegums. Mūsu gadījumā sprieguma dalītājs ir iestatīts uz vērtību 12V. Tāpēc, ja izeja sasniedz 12 V, TL431 pāri 2,5 V pāri atskaites tapai un tādējādi aktivizē optrona LED, kas kontrolē optrona tranzistoru un netieši kontrolē TNY268PN. Ja izejā spriegums nav pietiekams, pārslēgšanas cikls tiek nekavējoties apturēts.

Pirmkārt, TNY268PN aktivizē pirmo pārslēgšanās ciklu un pēc tam nojauš, ka tas ir EN. Ja viss ir kārtībā, tas turpinās pārslēgšanos, ja nē, pēc dažreiz mēģinās vēlreiz. Šī cilpa tiek turpināta, līdz viss kļūst normāls, tādējādi novēršot īssavienojuma vai pārsprieguma problēmas. Tāpēc to sauc par atgriezenisko topoloģiju, jo izejas spriegums tiek novadīts atpakaļ vadītājam, lai noteiktu saistītās darbības. Arī mēģinošo cilpu sauc par žagas darbības režīmu kļūmes stāvoklī.

D3 ir Šotka barjeras diode. Šis diode pārveido augstfrekvences maiņstrāvas izeju par līdzstrāvu. 3A 60V Schottky diode ir izvēlēts drošai darbībai. R4 un R5 izvēlas un aprēķina PI eksperts. Tas izveido sprieguma dalītāju un nodod strāvu Optocoupler LED no TL431.

R6 un R7 ir vienkāršs sprieguma dalītājs, ko aprēķina pēc formulas TL431 REF spriegums = (Vout x R7) / R6 + R7. Atskaites spriegums ir 2,5 V, un Vout ir 12 V. Atlasot R6 vērtību 23,7k, R7 kļuva aptuveni 9,09k.

PCB izgatavošana 12v 1A SMPS shēmai

Tagad, kad mēs saprotam, kā darbojas shēmas, mēs varam turpināt veidot mūsu SMPS PCB. Tā kā šī ir SMPS shēma, ieteicams izmantot PCB, jo tas varētu tikt galā ar trokšņa un izolācijas problēmu. Iepriekš minētās shēmas PCB izkārtojums ir pieejams arī lejupielādei kā saite Gerber

Lejupielādējiet Gerber failu 15W SMPS shēmai

Kad mūsu dizains ir gatavs, ir pienācis laiks tos izgatavot, izmantojot Gerber failu. Lai paveiktu PCB, ir diezgan viegli, vienkārši veiciet tālāk norādītās darbības

1. darbība: iekļūstiet vietnē www.pcbgogo.com, reģistrējieties, ja tā ir jūsu pirmā reize. Pēc tam cilnē PCB Prototype ievadiet sava PCB izmērus, slāņu skaitu un nepieciešamo PCB skaitu. Pieņemot, ka PCB ir 80 cm × 80 cm, jūs varat iestatīt izmērus, kā parādīts zemāk.

2. solis: turpiniet, noklikšķinot uz pogas Citēt tūlīt . Jūs tiksiet novirzīts uz lapu, kur, ja nepieciešams, iestatīsit dažus papildu parametrus, piemēram, izmantoto materiālu sliežu atstarpi utt. Bet galvenokārt noklusējuma vērtības darbosies labi. Vienīgais, kas mums šeit jāņem vērā, ir cena un laiks. Kā redzat, būvēšanas laiks ir tikai 2-3 dienas, un tas mūsu PSB maksā tikai 5 USD. Pēc tam jūs varat izvēlēties vēlamo nosūtīšanas metodi, pamatojoties uz jūsu prasībām.

3. solis: pēdējais solis ir Gerber faila augšupielāde un maksājuma veikšana. Lai pārliecinātos, ka process ir vienmērīgs, pirms maksājuma turpināšanas PCBGOGO pārbauda, vai jūsu Gerber fails ir derīgs. Tādā veidā jūs varat pārliecināties, ka jūsu PCB ir izgatavošanai draudzīgs un ar jums sazināsies kā apņēmies.

PCB montāža

Pēc tam, kad dēlis tika pasūtīts, tas mani sasniedza pēc dažām dienām, kaut arī kurjers glīti etiķetētā, labi iesaiņotā kastē, un tāpat kā vienmēr PCB kvalitāte bija lieliska. PCB, ko saņēmu es, ir parādīts zemāk

Es ieslēdzu savu lodēšanas stieni un sāku montēt dēli. Tā kā pēdas, spilventiņi, flakoni un sietspiede ir ideāli piemērotas formas un izmēra, man nebija problēmu montēt dēli. Mana PCB, kas piestiprināta pie lodēšanas sprauslas, ir parādīta zemāk.

Komponentu iepirkums

Visi šīs 12v 15w SMPS shēmas komponenti tiek iegūti saskaņā ar shēmu. Sīkāka informācija par BOM ir atrodama lejupielādējamajā Excel failā.

15W SMPS dizains - materiālu saraksts

Gandrīz visas sastāvdaļas ir viegli pieejamas, lai tās varētu izmantot ārpus plaukta. Jums varētu rasties problēmas atrast pareizo transformatoru šim projektam. Parasti SMPS ķēdes komutācijas flyback transformators nav pieejams tieši no pārdevējiem, vairumā gadījumu jums ir jāvelk savs transformators, ja jums ir nepieciešami efektīvi rezultāti. Tomēr ir arī pareizi izmantot līdzīgu lidojuma transformatoru, un jūsu ķēde joprojām darbosies. Ideālu mūsu transformatora specifikāciju nodrošinās PI Expert programmatūra, kuru mēs izmantojām iepriekš.

Transformatora mehāniskā un elektriskā diagramma, kas iegūta no PI Expert, ir parādīta zemāk.

Ja jūs nevarat atrast pareizo pārdevēju, varat izglābt transformatoru no 12 V adaptera vai citām SMPS shēmām. Alternatīvi jūs varat arī izveidot pats savu transformatoru, izmantojot šādus materiālus un tinumu instrukcijas.

Kad visas sastāvdaļas ir iegādātas, to montāžai vajadzētu būt vienkāršai. Jūs varat izmantot Gerber failu un BOM atsaucei un samontēt PCB plāksni. Kad tas ir izdarīts, mana PCB priekšējā un aizmugurējā puse izskatās apmēram šādi

Pārbauda mūsu 15 W SMPS ķēdi

Tagad, kad mūsu ķēde ir gatava, ir pienācis laiks to ņemt uz griezienu. Mēs pievienosim plati mūsu maiņstrāvai caur VARIAC un ielādēsim izejas pusi ar slodzes mašīnu un izmērīsim pulsācijas spriegumu, lai pārbaudītu mūsu ķēdes darbību. Pilns testēšanas procedūras video ir atrodams arī šīs lapas beigās. Zemāk redzamajā attēlā parādīta ķēde, kas pārbaudīta ar ieejas maiņstrāvas spriegumu 230 V maiņstrāvu, kurai mēs iegūstam 12,08 V izeju

Ripple sprieguma mērīšana, izmantojot osciloskopu

Lai mērītu pulsācijas spriegumu ar osciloskopu, mainiet darbības diapazona ievadi uz AC ar 1x pastiprinājumu. Pēc tam pievienojiet mazvērtīgu elektrolītisko kondensatoru un mazvērtīgu keramisko kondensatoru, lai uztvertu trokšņu samazinājumus vadu dēļ. Lai iegūtu papildinformāciju par šo procedūru, varat skatīt šī Power Integration RDR-295 dokumenta 40. lpp.

Zemāk redzamais momentuzņēmums tika uzņemts bez slodzes gan 85V, gan 230VAC. Mērogs ir iestatīts uz 10mV vienā dalījumā, un, kā redzat, pulsācija ir gandrīz 10mV pk-pk.

Pie 90VAC ieejas un ar pilnu slodzi pulsāciju var redzēt aptuveni 20mV pk-pk

230 VAC un pilnas slodzes pulsācijas spriegumu mēra aptuveni 30 mV pk-pk, kas ir sliktākais scenārijs

Tas ir viss; šādi jūs varat izveidot savu 12v SMPS shēmu. Kad esat sapratis darbu, varat mainīt 12v SMPS shēmu, lai tā atbilstu jūsu sprieguma un jaudas prasībām. Ceru, ka sapratāt apmācību un jums patika uzzināt kaut ko noderīgu. Ja jums ir kādi jautājumi, atstājiet tos komentāru sadaļā vai izmantojiet mūsu forumus tehniskām diskusijām. Tiksimies vēlreiz ar citu interesantu SMPS dizainu, līdz tam parakstoties…