Izstrādājiet savu kompakto 5v / 3.3v smps ķēdi iegultiem un daudzveidīgiem projektiem

Neapstrādāts veids, kā darbināt līdzstrāvas ķēdes ar maiņstrāvu, ir izmantot pazeminošo transformatoru, lai samazinātu 230 V tīkla spriegumu un pievienotu pāris diodes kā tilta taisngriezi. Bet milzīgā kosmosa lieluma un citu trūkumu dēļ to nevar izmantot visiem mērķiem. Vēl viens populārākais un profesionālākais veids ir izmantot pārslēgšanas režīma barošanas ķēdes, lai pēc vajadzības pārveidotu maiņstrāvu plašā līdzstrāvas sprieguma diapazonā. Gandrīz katrai plaša patēriņa elektronikai, sākot no parastā 12 V adaptera līdz klēpjdatora lādētājam, ir SMPS ķēde, lai nodrošinātu nepieciešamo līdzstrāvu izejas jauda.

Circdigest mēs jau esam izveidojuši dažas populāras SMPS shēmasdažādiem reitingiem, proti, 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS un 12V 1A SMPS ķēdi, kurus katru var izmantot dažādām lietojumprogrammām. Šoreiz mēs izveidosim SMPS, ko var izmantot vispārīgām vajadzībām un kuram ir vienkārša moduļa forma, ko izmantot ar kosmosu saistītās situācijās. Mūsdienās lietu internetā tiek izmantoti dažādi procesori, kuru pamatā ir wifi, piemēram, NodeMCU, ESP32 un ESP12E utt., Kas darbojas ar 5V vai 3.3V. Šie moduļi ir ļoti kompakti, un tāpēc, lai darbinātu šīs plates, ir lietderīgi izmantot mazākas SMPS shēmas, kas var iet uz vienu un to pašu plāksni, nevis izmantot atsevišķu SMPS shēmu. Tādējādi šajā rakstā mēs uzzināsim, kā izveidot SMPS shēmu, kas var izvadīt 5 V vai 3,3 V (aparatūru var konfigurēt, izmantojot džemperi), tiek nodrošināts arī ķēdes dizains un PCB izkārtojums, lai jūs to varētu vienkārši ievietot esošajā dizainā.Šeit mūsu PCB plāksnes ražo PCBGoGo, porcelāna bāzes zemu izmaksu augstas kvalitātes PCB prototips un PCB montāžas pakalpojumu uzņēmums.

SMPS vērtējums ir 5 V vai 3,3 V 1,5 A, jo lielākā daļa izstrādes paneļa izmanto 5 V vai 3,3 V loģiskā līmeņa spriegumus, un 1,5 A vajadzētu būt pietiekami labam lielākajai daļai IoT balstītu lietojumu. Bet ņemiet vērā, ka šim SMPS ievades sadaļā nav filtru, lai samazinātu izmēru un izmaksas. Tādēļ šo SMPS var izmantot tikai mikrokontrolleru plātņu barošanai vai uzlādes vajadzībām. Pārliecinieties, ka tas ir aizsegts no lietotāja puses, kad tas darbojas.

Brīdinājums: Darbs ar SMPS ķēdēm var būt bīstams, jo tas ietver maiņstrāvas tīkla spriegumu, kas ir potenciāli letāls. Nemēģiniet to izveidot, ja jums nav pieredzes darbā ar maiņstrāvu. Vienmēr esiet piesardzīgs ar strāvas vadiem un uzlādētiem kondensatoriem, ja nepieciešams, izmantojiet aizsardzības rīkus un uzraudzību. Tu esi ticis brīdināts!!

5V / 3,3 V SMPS plates specifikācijas

SMPS būs šādas specifikācijas.

1. 85VAC līdz 230VAC ieeja.
2. 5V vai 3.3V izvēlēta 2A izeja.
3. Atvērta rāmja konstrukcija
4. Īssavienojums un pārsprieguma aizsardzība
5. Mazs izmērs ar zemu izmaksu funkcijām.

Nepieciešamie materiāli SMPS shēmai (BOM)

1. 1. drošinātājs 250 VAC lēns trieciens
2. Diodu tilts DB107
3. 10uF / 400V
4. P6KE diode
5. UF4007
6. 2Meg - 2 gab - 0805 iepakojums
7. 2,2 nF 250 VAC
8. TNY284DG
9. 10uF / 16V - 0805 iepakojums
10. PC817
11. 1k - 0805 iepakojums
12. 22R - 2gab - 0805 iepakojums
13. 100 nF - 0805 iepakojums
14. TL431
15. SR360
16. 470pF 100V - 0805 pakete
17. 1000uF 16V
18. 3.3uH - bungas kodols
19. 2,2 nF 250 VAC

Piezīme. Visas detaļas tika atlasītas tā, lai tās būtu viegli pieejamas dizaineriem. SMPS transformatoram jābūt pielāgotam, izmantojot šo datu lapu. Varat vai nu izmantot pārdevēju, lai izveidotu vienu, vai noformēt un vīt SMPS transformatoru, izmantojot saiti.

Šis SMPS ir izstrādāts, izmantojot enerģijas integrācijas IC TNY284DG. Šis SMPS Diver IC ir vispiemērotākais šim SMPS, jo IC ir pieejams SMD paketē, kā arī jauda ir piemērota šim mērķim. Zemāk redzamajā attēlā parādīta TNY284DG jaudas specifikācija.

Kā redzam, TNY284DG ir lieliski piemērots mūsu izvēlei. Tā kā konstrukcija ir atvērts rāmis, tā atbilst izejas jaudai 8,5 W. Tas nozīmē, ka tas var viegli nodrošināt 1,5A pie 5V.

5V / 3.3V SMPS shēmas shēma

Šī SMPS uzbūve ir diezgan vienkārša un tieša. Šis dizains izmanto Power Integration mikroshēmu kā SMPS draivera IC. Shēmas shēmu var redzēt zemāk esošajā attēlā

Celtniecība un darbs

Pirms doties taisni uz prototipa daļas izveidi, izpētīsim ķēdes darbību. Ķēdei ir šādas sadaļas-

1. Ievades aizsardzība
2. AC-DC pārveidošana
3. Vadītāja shēma vai komutācijas ķēde
4. Aizsardzība pret nepietiekamu spriegumu.
5. Skavas ķēde
6. Magnētika un galvaniskā izolācija
7. EMI filtrēšana
8. Sekundārā taisngrieža un strūklas ķēde
9. Filtrēt sadaļu
10. Atsauksmju sadaļa.

Ievades aizsardzība

F1 ir lēna drošinātāja drošinātājs, kas pasargās SMPS no lielas slodzes un bojājumu apstākļiem. SMPS ievades sadaļā netiek izmantoti EMI filtru apsvērumi. Šis ir 1A 250VAC lēna drošinātāja drošinātājs, kas aizsargās SMPS bojājuma apstākļos. Tomēr šo drošinātāju var mainīt uz stikla drošinātāju. Varat arī izlasīt rakstu par dažādiem drošinātāju veidiem.

AC-DC pārveidošana

B1 ir diodes tilta taisngriezis. Tas ir DB107, 1A 700V diodes tilts. Tas pārveidos maiņstrāvas ieeju par līdzstrāvas spriegumu. Turklāt 10uF 400V kondensators būs būtisks, lai izlīdzinātu līdzstrāvas pulsāciju, un tas nodrošinās vienmērīgu līdzstrāvas izvadi draivera ķēdei, kā arī transformatoram.

Vadītāja shēma vai komutācijas shēma

Tā ir šī SMPS galvenā sastāvdaļa. Transformatora primāro pusi pareizi kontrolē komutācijas ķēde TNY284DG. Pārslēgšanās frekvence ir 120-132 kHz. Šīs augstās komutācijas frekvences dēļ var izmantot mazākus transformatorus.

Iepriekš sniegtā shēma parāda TNY284DG spraudņus. Komutācijas draiveris IC1, kas ir TNY284DG, izmanto C2 10uF 16V kondensatoru. Šis kondensators nodrošina vienmērīgu līdzstrāvas izeju TNY284DG iekšējai ķēdei.

Aizsardzība pret nepietiekamu spriegumu

Transformators darbojas kā milzīgs induktors. Tāpēc katrā komutācijas ciklā transformators izraisa augstsprieguma tapas transformatora noplūdes induktora dēļ. Zenera diode D1, kas ir P6KE160 diode, saspiež izejas sprieguma ķēdi un D2, kas ir UF4007, īpaši ātrs diode bloķē šos augstsprieguma tapas un samitrina to līdz drošai vērtībai, kas ir izdevīgi, lai saglabātu TNY284DG DRAIN tapu.

Magnētika un galvaniskā izolācija

Transformators ir feromagnētisks, un tas ne tikai pārveido augstsprieguma maiņstrāvu par zema sprieguma maiņstrāvu, bet arī nodrošina galvanisko izolāciju. Transformators ir EE16 transformators. Detalizētu transformatora specifikāciju var redzēt transformatora datu lapā, kas iepriekš tika kopīgota nepieciešamo materiālu sadaļā.

EMI filtrs

EMI filtrēšanu veic C3 kondensators. C3 kondensators ir augstsprieguma 2,2 nF 250 VAC kondensators, kas palielina ķēdes imunitāti un samazina augstos EMI traucējumus.

Sekundārais taisngriezis un ķēde

Transformatora izeja tiek iztaisnota, izmantojot Schottky diode SR360. Tas ir 60V 3A diode. Šis Schottky diode D3 nodrošina līdzstrāvas izeju no transformatora, ko vēl vairāk izlīdzina lielais 1000uF 16V kondensators C6.

Transformatora izeja nodrošina zvana viļņošanos, ko nomāc īslaicīgā ķēde, ko rada mazvērtīgs rezistors un kondensators virknē, kas atrodas paralēli izejas taisngriezim. Mazvērtīgs rezistors ir 22R un mazvērtīgs kondensators ir 470 pF. Šie divi komponenti R8 un C5 izveido strāvas ķēdi DC izejas sadaļā.

Filtrēt sadaļu

Filtru sadaļa tiek izveidota, izmantojot LC konfigurāciju. C ir filtra kondensators C6. Tas ir zema ESR kondensators labākai pulsācijas noraidīšanai ar vērtību 100uF 16V, un induktors L1 ir 3.3uH bungas kodola induktors.

Atsauksmju sadaļa

Izejas spriegumu U1 TL431 nosaka ar sprieguma dalītāju. Tāpēc ikreiz, kad sprieguma dalītājs rada nevainojamu spriegumu, TL431 ieslēdz optisko savienotāju, kas ir PC817, apzīmēts kā OK1.

Tā kā ir divas izvēlētas sprieguma darbības 3,3 V un 5 V, ir divi sprieguma dalītāji, kas izveidoti, izmantojot trīs rezistorus R3, R4 un R5. R5 ir kopīgs visiem diviem dalītājiem, bet R3 un R4 ir maināmi, izmantojot džemperi. Pēc līnijas U1 uztveršanas optronu kontrolē, kas vēl vairāk iedarbina TNY284DG un galvaniski izolē sekundārās atgriezeniskās saites daļu ar primāro sānu kontrolieri.

Pirmās ieslēgšanās laikā, tā kā šī ir atgriezeniskā konfigurācija, vadītājs ieslēdz pārslēgšanos un gaida atbildi no optrona. Ja viss ir normāli, vadītājs turpina pārslēgšanos, citādi izlaidiet pārslēgšanās ciklus, ja vien viss nav kļuvis normāli.

Mūsu SMPS PCB projektēšana

Kad ķēde ir pabeigta, jūs varat to pārbaudīt uz perf plāksnes un pēc tam sākt ar savu PCB dizainu. Mēs izmantojām ērgli, lai izstrādātu mūsu PCB, jūs varat apskatīt izkārtojuma attēlu zemāk. Dizaina failus varat arī lejupielādēt no šīs saites.

• Eagle shēmas un PCB dizains 5V / 3.3V SMPS

Kā redzat, dēļa izmērs ir 63 mm 32 mm, kas ir pienācīgi mazs izmērs. Lai nodrošinātu drošu darbību, komponenti ir novietoti drošā attālumā. Mūsu PCB augšējā un apakšējā puse ir parādīta zemāk esošajā attēlā. Tā ir divslāņu PCB plāksne, kuras plānotais biezums ir 35um vara. Izejas diode un draivera IC ir īpaši jāapsver siltuma izkliedēšanai. Arī sekundārajā pusē tiek veikta sašūšana, lai nodrošinātu labāku zemes savienojamību.

Varat arī pamanīt, ka paneļa aizmugurē ir ievietoti daži SMD komponenti, lai moduļa izmērs būtu mazs. Ir daži dizaina apsvērumi, kas jums jāievēro, ja projektējat savu SMPS PCB. Lai uzzinātu vairāk, skatiet šo rakstu par SMPS PCB dizaina izkārtojuma rokasgrāmatu.

PCB izgatavošana 12v 1A SMPS shēmai

Tagad 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 problēmām. Iepriekš minētās shēmas PCB izkārtojums ir pieejams arī lejupielādei kā saite Gerber.

• Lejupielādējiet Gerber failu 5V / 3.3V SMPS shēmai

Tagad mūsu dizains ir gatavs, ir pienācis laiks tos izgatavot, izmantojot Gerber failu. Lai PCB veiktu no PCBGOGO, 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 PCB 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 raits, PCBGOGO pirms maksājuma turpināšanas pārbauda, ​​vai jūsu Gerber fails ir derīgs. Tādā veidā jūs varat būt pārliecināts, ka jūsu PCB ir izgatavošanai draudzīgs un ar jums sazināsies kā apņēmies.

PCB montāža

Pēc tam, kad dēlis tika pasūtīts, tas mani pēc dažām dienām sasniedza caur kurjeru glīti marķētā, labi iesaiņotā kastē, un, tāpat kā vienmēr, PCB kvalitāte bija lieliska. PCB, kuru saņēmu es, ir parādīts zemāk. Kā redzat, augšējais un apakšējais slānis ir izrādījies kā paredzēts.

Vias un spilventiņi visi bija pareizajā izmērā. Man vajadzēja apmēram 15 minūtes, lai samontētu PCB plāksni pie darba ķēdes. Saliktais dēlis ir parādīts zemāk.

Mūsu 5V / 3.3V SMPS shēmas pārbaude

Komponentus un testēšanas infrastruktūru nodrošināja Iquesters Solutions. Tomēr transformators ir roku darbs, jūs varat arī izveidot savu SMPS transformatoru. Pārbaudes nolūkos transformators ir paredzēts 1A. 1.5A transformatoram var izmantot pareizo pagriezienu attiecību atbilstoši norādītajām transformatoru specifikācijām. Kad tiek veikta montāža, mūsu SMPS dēlis izskatās šādi.

Tagad, lai pārbaudītu mūsu SMPS plāksni, es to darbināšu, izmantojot Variac, un izejas strāvas pielāgošanai izmantoju elektronisko līdzstrāvas slodzi. Zemāk redzamajā attēlā redzams mans vecais regulējamā līdzstrāvas slodzes iestatījums, kas savienots ar mūsu SMPS dēli. Jūs to varat pārbaudīt ar jebkuru izvēlēto slodzi, taču, izmantojot regulējamu līdzstrāvas slodzi, jūs varēsit novērtēt barošanas blokus. Izmantojot šo saiti, jūs varat arī viegli izveidot savu regulējamo elektronisko līdzstrāvas slodzi uz Arduino bāzes.

Kā redzat zemāk esošajā attēlā, es pārbaudīju mūsu SMPS shēmu gan 5V, gan 3.3V, mainot džempera tapu. Izvades strāva tika pārbaudīta līdz 850mA, bet jūs varat arī pāriet līdz 1,5A, pamatojoties uz jūsu transformatora konstrukciju.

Lai iegūtu vairāk informācijas par testēšanu un uzbūvi, lūdzu, skatiet tālāk redzamo video saiti. Es ceru, ka jums patika raksts un uzzinājāt kaut ko noderīgu. Ja jums ir kādi jautājumi, lūdzu, atstājiet tos komentāru sadaļā zemāk vai izmantojiet mūsu forumus.