Kā izveidot 5v 2a smps barošanas ķēdi

Barošanas bloks (PSU) ir būtiska jebkura elektroniskā izstrādājuma dizaina sastāvdaļa. Lielākajai daļai sadzīves elektronisko izstrādājumu, piemēram, mobilajiem lādētājiem, Bluetooth skaļruņiem, barošanas bankām, viedajiem pulksteņiem utt., Ir nepieciešama barošanas ķēde, kas to darbināšanai varētu pārveidot maiņstrāvas padevi par 5 V līdzstrāvu. Šajā projektā mēs izveidosim līdzīgu maiņstrāvas un līdzstrāvas barošanas ķēdi ar 10 W jaudu. Tas ir mūsu ķēde pārveidos 220 V maiņstrāvu par 5 V un nodrošinās maksimālo izejas strāvu līdz 2A. Šim jaudas rādītājam vajadzētu būt pietiekamam, lai darbinātu lielāko daļu elektronisko izstrādājumu, kas darbojas ar 5 V. Arī 5V 2A SMPS shēma ir diezgan populāra elektronikā, jo ir daudz mikrokontrolleru, kas darbojas ar 5V.

Projekta ideja ir pēc iespējas vienkāršāka būvēšana, tāpēc mēs izveidosim visu ķēdi pa punktētu dēli (perf plate) un arī izveidosim savu transformatoru, lai ikviens varētu atkārtot šo dizainu vai veidot līdzīgus. Satraukti Pareizi! Tātad ļauj sākt. Iepriekš mēs esam izveidojuši arī 12 V 15 W SMPS shēmu, izmantojot PCB, tāpēc cilvēki, kurus interesē PCB projektēšana PSU projektam (barošanas blokam), to var arī pārbaudīt.

5V 2A SMPS shēma - konstrukcijas specifikācijas

Dažādas barošanas avotu šķirnes dažādās vidēs izturas atšķirīgi. Arī SMPS darbojas noteiktās ievades un izvades robežās. Pirms turpināt projektēšanu, ir jāveic pareiza specifikāciju analīze.

Ievades specifikācija:

Tas būs SMPS maiņstrāvas līdz līdzstrāvas pārveidošanas domēnā. Tāpēc ievade būs maiņstrāva. Ieejas sprieguma vērtībai SMPS ir labi izmantot universālu ieejas vērtējumu. Tādējādi maiņstrāvas spriegums būs 85-265VAC ar 50Hz nominālu. Tādā veidā SMPS var izmantot jebkurā valstī neatkarīgi no to maiņstrāvas sprieguma vērtības.

Izejas specifikācija:

Izejas spriegums tiek izvēlēts kā 5V ar strāvas nominālu 2A. Tādējādi tā būs 10W jauda. Tā kā šis SMPS nodrošinās pastāvīgu spriegumu neatkarīgi no slodzes strāvas, tas darbosies CV (pastāvīgā sprieguma) režīmā. Šim 5 V izejas spriegumam jābūt nemainīgam un stabilam pat pie zemākā ieejas sprieguma maksimālās slodzes (2A) laikā visā izejā.

Ir ļoti vēlams, lai laba barošanas bloka pulsācijas spriegums būtu mazāks par 30mV pk-pk. Mērķa pulsācijas spriegums šim SMPS ir mazāks par 30 mV maksimuma un maksimuma pulsāciju. Tā kā šis SMPS tiks uzbūvēts veroboard, izmantojot roku pārveidošanas transformatoru, mēs varam sagaidīt nedaudz augstākas pulsācijas vērtības. Šo problēmu var novērst, izmantojot PCB.

Aizsardzības funkcijas:

Lai nodrošinātu drošu un uzticamu darbību, SMPS var izmantot dažādas aizsardzības shēmas. Aizsardzības shēma aizsargā SMPS, kā arī ar to saistīto slodzi. Atkarībā no veida aizsardzības ķēdi var savienot caur ieeju vai pāri izejai.

Šim SMPS tiks izmantota ieejas pārsprieguma aizsardzība ar maksimālo darba ieejas spriegumu 275VAC. Turklāt, lai risinātu EMI problēmas, ģenerētā EMI aizpildīšanai tiks izmantots kopēja režīma filtrs. Izejas pusē mēs iekļausim īsslēguma aizsardzība, pārsprieguma aizsardzība, un pār-pašreizējo aizsardzību.

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

1. 10W izeja. 5V 2A ar pilnu slodzi.
2. Universāls ievades vērtējums. 85-265VAC pie 50Hz
3. Ievades aizsardzība pret pārspriegumu. Maksimālais ieejas spriegums 275VAC.
4. Izejas īssavienojums, pārsprieguma un strāvas aizsardzība.
5. 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 mēs izmantojām šo IC, lai izveidotu 12 V SMPS shēmu uz PCB.

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.

5v 2Amp SMPS shēmas projektēšana

Labākais veids, kā izveidot 5V 2A SMPS shēmu, ir izmantot Power integrācijas PI ekspertu programmatūru. Lejupielādējiet PI eksperta programmatūru un izmantojiet 8.6 versiju. Tā ir lieliska barošanas avota projektēšanas programmatūra. Zemāk parādītā shēma ir izveidota, izmantojot Power Integration PI ekspertu programmatūru. Ja esat jauns programmatūras lietotājs, varat uzzināt šīs 12 V SMPS shēmas dizaina sadaļu, lai saprastu, kā izmantot programmatūru.

Pirms ķerties pie prototipa daļas izveidošanas, izpētīsim 5v 2A SMPS shēmas shēmu un tās darbību.

Ķēdei ir šādas sadaļas-

1. Ieejas pārsprieguma un SMPS bojājumu aizsardzība
2. AC-DC pārveidošana
3. PI filtrs
4. Vadītāja shēma vai komutācijas ķēde
5. Aizsardzība pret nepietiekamu spriegumu.
6. Skavas ķēde.
7. Magnētika un galvaniskā izolācija.
8. EMI filtrs
9. Sekundārā taisngrieža un strūklas ķēde
10. Filtrēt sadaļu
11. 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 shēma:

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 zemu spriegumu:

Aizsardzību pret nepietiekamu spriegumu veic jutības rezistori R1 un R2. To lieto, kad SMPS pāriet automātiskās restartēšanas režīmā un izjūt līnijas spriegumu. R1 un R2 vērtība tiek ģenerēta, izmantojot PI ekspertu rīku. Divi rezistori virknē ir drošības pasākums un laba prakse, lai izvairītos no rezistora atteices jautājumiem. Tādējādi sērijā 2M vietā tiek izmantoti divi 1M rezistori.

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 tiek izvēlēts P6KE200A. Saskaņā ar dizainu mērķtiecīgais fiksācijas spriegums (VCLAMP) ir 200 V. Tāpēc tiek atlasīts P6KE200A, un ar ļoti ātru bloķēšanu saistītām problēmām UF4007 tiek izvēlēts kā D2.

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. Tas ir Y klases kondensators ar spriegumu 2kV.

Sekundārais taisngriezis un ķēdes 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 neobjektivitāti visā Optocoupler LED, var kontrolēt Optocoupler tranzistoru, precīzāk - vadītāja shēmu. Šo vadības sistēmu izmanto TL431. Šunta regulators. Tā kā šunta regulatoram ir rezistora dalītājs visā tā atskaites tapā, tas var kontrolēt Optocoupler vadu, kas tam ir savienots. Atgriezeniskās tapas atskaites spriegums ir 2,5 V. Tāpēc TL431 var būt aktīvs tikai tad, ja sadalītājā ir pietiekams spriegums. Mūsu gadījumā sprieguma dalītājs ir iestatīts uz vērtību 5V. Tāpēc, ja izeja sasniedz 5 V, TL431 pāri 2,5 V pāri atskaites tapai un tādējādi aktivizē Optocoupler LED, kas kontrolē Optocoupler 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 tā EN tapu. Ja viss ir kārtībā, tas turpinās pārslēgšanos, ja nē, pēc kāda laika mēģinās vēlreiz. Šī cilpa turpinās, līdz viss kļūst normāls, tādējādi novēršot īssavienojuma vai pārsprieguma problēmas. Tāpēc to sauc par lidojuma topoloģiju, jo izejas spriegums tiek novadīts atpakaļ vadītājam, lai noteiktu ar to saistītas 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.

Komutācijas transformatora izveide mūsu SMPS shēmai

Parasti SMPS shēmai būs nepieciešams komutācijas transformators, šos transformatorus var iegādāties no transformatoru ražotājiem, pamatojoties uz jūsu dizaina prasībām. Bet šeit problēma ir tāda, ka, apgūstot prototipa veidošanas darbus, jūs nevarat atrast precīzu transformatoru pie sava dizaina plauktiem. Tātad mēs iemācīsimies izveidot komutācijas transformatoru, pamatojoties uz mūsu PI ekspertu programmatūras noteiktajām projektēšanas prasībām.

Apskatīsim ģenerēto transformatoru uzbūves shēmu.

Tā kā iepriekš minētajā attēlā ir norādīts, mums primārajā pusē jāveic 103 vienreizējas 32 AWG stieples pagriezieni un sekundārajā pusē 5 25 AWG stieples pagriezieni.

Iepriekš redzamajā attēlā tinumu sākuma punkts un tinuma virziens ir aprakstīts kā mehāniska diagramma. Lai izveidotu šo transformatoru, ir nepieciešamas šādas lietas:

1. EE19 kodols, NC-2H vai līdzvērtīga specifikācija un atstarpe attiecībā uz ALG 79 nH / T ²
2. Spole ar 5 tapām primārajā un sekundārajā pusē.
3. Barjeras lente ar 1 mil biezumu. Nepieciešama 9 mm plata lente.
4. 32 AWG lodējams pārklāts emaljēts vara vads.
5. 25AWG lodējams pārklāts emaljēts vara vads.
6. LCR mērītājs.

Ir nepieciešams EE19 kodols ar NC-2H ar atstarpētu kodolu 79nH / T2; parasti tas ir pieejams pa pāriem. Spole ir vispārīga ar 4 primārajām un 5 sekundārajām tapām. Tomēr šeit tiek izmantota spole ar 5 tapām abās pusēs.

Barrier lentei tiek izmantota standarta līmlente, kuras pamatnes biezums ir lielāks par 1 milj. (Parasti 2 milj.). Veicot ar pieskārienu saistītas darbības, lente tiek sagriezta ar šķērēm, lai iegūtu perfektu platumu. Vara vadi tiek iegūti no veciem transformatoriem, un tos var iegādāties arī vietējos veikalos. Kodols un spole, kuru izmantoju, ir parādīta zemāk

1. solis: Pievienojiet lodmetālu 1. un 5. tapā primārajā pusē. Lodējiet 32 ​​AWG vadu pie tapas 5, un tinuma virziens ir pulksteņrādītāja virzienā. Turpiniet līdz 103 pagriezieniem, kā parādīts zemāk

Tas veido mūsu transformatora primāro pusi, kad būs pabeigti 103 tinumu pagriezieni, mans transformators izskatījās šādi zemāk.

2. solis: izolācijas nolūkā uzklājiet līmlenti, ir nepieciešami 3 līmlentes pagriezieni. Tas arī palīdz saglabāt spoli pozīcijā.

3. solis: Sāciet sekundāro tinumu no tapām 9 un 10. Sekundārā puse ir izgatavota, izmantojot divus 25AWG emaljēta vara stiepļu pavedienus. Lodējiet vienu vara stiepli pie tapas 9, bet otru - 10. tapā. Tīšanas virziens atkal ir pulksteņrādītāja virzienā. Turpiniet līdz 5 pagriezieniem un pielodējiet galus uz tapām 5 un 6. Pievienojiet izolācijas lenti, pielīmējot līmlenti tāpat kā iepriekš.

Kad ir izdarīti gan primārie, gan sekundārie tinumi un tiek izmantota līmlente, mans transformators izskatījās kā parādīts zemāk

4. solis: Tagad mēs varam cieši nostiprināt abus serdeņus, izmantojot līmlenti. Pēc pabeigšanas pabeigtajam transformatoram vajadzētu izskatīties šādi.

5. solis: Pārliecinieties arī, lai aplīmētu līmlenti blakus. Tas samazinās vibrāciju augsta blīvuma plūsmas pārneses laikā.

Pēc iepriekš minēto darbību veikšanas un transformatora testēšanas, izmantojot LCR skaitītāju, kā parādīts zemāk. Skaitītājs rāda 1,125 mH vai 1125 uh induktivitāti.

SMPS shēmas izveide:

Kad transformators ir gatavs, mēs varam turpināt montēt pārējos komponentus uz punktētā paneļa. Apgrozībai nepieciešamās detaļas var atrast zemāk esošajā materiālu sarakstā

• BOM daļas informācija par 5V 2A SMPS shēmu

Kad komponenti ir pielodēti, mana dēlis izskatās apmēram šādi.

5V 2A SMPS shēmas pārbaude

Lai pārbaudītu ķēdi, es pievienoju ievades pusi elektrotīklam, izmantojot VARIAC, lai kontrolētu ieejas maiņstrāvas tīkla spriegumu. Izejas spriegums pie 85VAC un 230VAC ir parādīts zemāk-

Kā redzat abos gadījumos, izejas spriegums tiek uzturēts pie 5V. Bet tad es savienoju izvadi ar savu darbības jomu un pārbaudīju, vai nav pulsāciju. Viļņu mērījums ir parādīts zemāk

Izvades pulsācija ir diezgan augsta, tā parāda 150mV pk-pk pulsācijas izvadi. Tas pilnīgi nav labs barošanas ķēdei. Pamatojoties uz analīzi, augstais pulsācija ir saistīta ar faktoriem, kas

1. Nepareiza PCB projektēšana.
2. Zemes atlēciena jautājums.
3. PCB siltuma izlietne ir nepareiza.
4. Trokšņainām piegādes līnijām nav atslēguma.
5. Palielinātas transformatora pielaides rokas tinuma dēļ. Transformatoru ražotāji mašīnu tinumu laikā pielieto iemērcamo laku, lai nodrošinātu labāku transformatoru stabilitāti.

Ja ķēde tiek pārveidota par pareizu PCB, mēs varam sagaidīt strāvas padeves pulsācijas jaudu 50mV pk-pk robežās pat ar transformatoru ar roku. Tomēr, tā kā verbords nav droša iespēja komutācijas režīma strāvas padeves nodrošināšanai maiņstrāvas līdz līdzstrāvas domēnā, pastāvīgi tiek ierosināts, ka pirms augstsprieguma ķēžu pielietošanas praktiskos scenārijos ir jāizveido pareiza PCB. Šīs lapas beigās varat pārbaudīt video, lai pārbaudītu ķēdes veiktspēju slodzes apstākļos.

Ceru, ka jūs sapratāt apmācību un uzzinājāt, kā izveidot savas SMPS shēmas ar rokām izveidotu transformatoru. Ja jums ir kādi jautājumi, atstājiet tos komentāru sadaļā zemāk vai izmantojiet mūsu forumus, lai iegūtu citus jautājumus.