Схема живлення 12V 1a SMPS на друкованій платі

Для роботи кожного електронного пристрою або виробу потрібен надійний блок живлення (БП). Майже всі пристрої в нашому домі, такі як телевізор, принтер, музичний програвач тощо, складаються з вбудованого в нього блоку живлення, який перетворює мережеву напругу змінного струму на відповідний рівень постійної напруги для їх роботи. Найбільш часто використовуваним типом ланцюга живлення є SMPS (імпульсний режим живлення), ви можете легко знайти цей тип ланцюгів у своєму адаптері 12 В або зарядному пристрої для мобільних пристроїв / ноутбуків. У цьому підручнику ми дізнаємось, як побудувати схему SMPS на 12 Вщо перетворило б мережеве живлення змінного струму на 12 В постійного струму з максимальним струмом 1,25 А. Цю схему можна використовувати для живлення невеликих навантажень або навіть адаптувати до зарядного пристрою для заряджання свинцево-кислотних та літієвих батарей. Якщо ця схема живлення 12 В 15 Вт не відповідає вашим вимогам, ви можете перевірити різні схеми живлення з різними номіналами.

12V SMPS Circuit - Міркування щодо проектування

Перш ніж приступати до будь-якого типу проектування джерела живлення, необхідно провести аналіз вимог, виходячи із середовища, в якому буде використовуватися наш блок живлення. Різні типи джерел живлення працюють в різних середовищах і з певними межами вводу-виводу.

Вхідна специфікація

Почнемо з вводу. Вхідна напруга живлення - це перше, що буде використовуватися SMPS і буде перетворено в корисне значення для подачі навантаження. Оскільки ця конструкція визначена для перетворення змінного та постійного струму, вхід буде змінним струмом (змінного струму). Для Індії вхідний змінний струм доступний в напрузі 220-230 вольт, для США він розрахований на 110 вольт. Є також інші країни, які використовують різні рівні напруги. Як правило, SMPS працює з універсальною вхідною напругоюдіапазон. Це означає, що вхідна напруга може відрізнятися від 85 В змінного струму до 265 В змінного струму. SMPS можна використовувати в будь-якій країні і може забезпечити стабільний вихід повного навантаження, якщо напруга знаходиться в діапазоні від 85 до 265 В змінного струму. SMPS також повинен нормально функціонувати на частотах 50 Гц та 60 Гц. Ось чому ми можемо користуватися зарядними пристроями для телефонів та ноутбуків у будь-якій країні.

Вихідна специфікація

На вихідній стороні мало навантажень є резистивними, мало індуктивними. Залежно від навантаження конструкція СМПС може бути різною. Для цього SMPS навантаження приймається як резистивне навантаження. Однак немає нічого подібного до резистивного навантаження, кожне навантаження складається щонайменше з деякої кількості індуктивності та ємності; тут передбачається, що індуктивність і ємність навантаження незначні.

Вихідні характеристики SMPS дуже залежать від навантаження, наприклад, скільки напруги та струму буде потрібно навантаженню за будь-яких робочих умов. Для цього проекту SMPS може забезпечити потужність 15 Вт. Це 12В і 1,25А. Цільова вихідна пульсація вибрана як менше 30 мВ pk-pk при смузі пропускання 20000 Гц.

Виходячи з вихідного навантаження, ми також повинні прийняти рішення між проектуванням постійної напруги постійної напруги або постійної струмової СМПС. Постійна напруга означає, що напруга на навантаженні буде постійною, і сила струму буде відповідно змінюватися зі змінами опору навантаження. З іншого боку, режим постійного струму дозволить струму бути постійним, але відповідно змінювати напругу зі змінами опору навантаження. Крім того, як CV, так і CC можуть бути доступні в SMPS, але вони не можуть працювати за один раз. Коли обидва варіанти існують в SMPS, повинен бути діапазон, коли SMPS змінить свою вихідну операцію з CV на CC і навпаки. Зазвичай зарядні пристрої в режимах CC та CV використовуються для зарядки свинцево-кислотних або літієвих акумуляторів.

Особливості захисту вхідних та вихідних даних

Існують різні схеми захисту, які можна використовувати на SMPS для більш безпечної та надійної роботи. Захисна схема захищає SMPS, а також підключене навантаження. Залежно від місця розташування, ланцюг захисту може бути підключений через вхід або через вихід. Найпоширеніший захист вхідного сигналу - це фільтри захисту від перенапруги та EMI. Захист від перенапруги захищає SMPS від перенапруг на вході або перенапруги змінного струму. EMI-фільтр захищає SMPS від генерації EMI через вхідну лінію. У цьому проекті будуть доступні обидві функції. Вихідна захист включає захист від короткого замикання, захист від перенапруги і перевантаження по струму захисту. Ця конструкція SMPS також включатиме всі ці схеми захисту.

Вибір ІС управління енергією

Кожна схема SMPS вимагає мікросхеми управління живленням, також відомої як комутаційна мікросхема або мікросхема SMPS або мікросхема сушіння Давайте підведемо підсумки дизайну, щоб вибрати ідеальну ІС для управління живленням, яка буде підходити для нашого проекту. Наші вимоги до дизайну такі

Потужність 15 Вт. 12 В 1,25 А з пульсацією pk-pk менше 30 мВ при повному навантаженні.
Універсальний рейтинг введення.
Захист від перенапруги на вході.
Вихідне коротке замикання, захист від перенапруги та струму.
Операції з постійною напругою.

З вищевказаних вимог можна вибрати широкий спектр ІС, але для цього проекту ми вибрали інтеграцію живлення. Інтеграція енергії - це напівпровідникова компанія, яка має широкий спектр ІС драйверів живлення в різних діапазонах вихідної потужності. Виходячи з вимог та доступності, ми вирішили використовувати TNY268PN із крихітних сімейств комутаторів II.

На зображенні вище показано максимальну потужність 15 Вт. Однак ми зробимо SMPS у відкритому кадрі та для універсального вхідного рейтингу. У такому сегменті TNY268PN може забезпечити потужність 15 Вт. Давайте подивимося схему штифтів.

Проектування схеми SMPS 12v 1Amp

Найкращий спосіб побудови схеми - це використання програмного забезпечення PI expert інтеграції Power. Це відмінне програмне забезпечення для проектування джерел живлення. Схема побудована з використанням інтегральної схеми живлення. Процедура проектування пояснюється нижче, ви також можете прокрутити вниз відео, що пояснює те саме.

Крок -1: Виберіть Крихітний перемикач II, а також виберіть бажаний пакет. Ми вибрали пакет DIP. Виберіть тип корпусу, адаптер або відкриту рамку. Тут вибрано Open Frame.

Потім виберіть тип Відгуку. Це важливо, оскільки використовується топологія Flyback. TL431 - чудовий вибір для зворотного зв'язку. TL431 - це шунтовий регулятор, який забезпечить чудовий захист від перенапруги та точну вихідну напругу.

Крок 2: Виберіть діапазон вхідної напруги. Оскільки це буде універсальна вхідна SMPS, вхідна напруга вибирається як 85-265V змінного струму. Частота лінії становить 50 Гц.

Крок 3:

Виберіть вихідну напругу, струм і потужність. Рейтинг SMPS становитиме 12 В 1,25 А. Потужність показує 15 Вт. Режим роботи також обраний як CV, означає режим роботи з постійною напругою. Нарешті, все робиться у три простих кроки, і генерується схема.

Схема схеми та пояснення 12V SMPS

Наведена нижче схема трохи модифікована відповідно до нашого проекту.

Перш ніж переходити безпосередньо до побудови прототипу, давайте дослідимо схему схеми SMPS 12v та її роботу. Схема має такі розділи

Захист від перенапруги на вході та SMPS
Перетворення змінного та постійного струму
PI-фільтр
Схема драйвера або схема перемикання
Захист від блокування під напругою.
Схема затиску
Магнетика та гальванічна ізоляція
EMI-фільтр
Вторинний випрямляч і глушник
Розділ фільтра
Розділ зворотного зв’язку.

Захист від перенапруги на вході та SMPS

Цей розділ складається з двох компонентів, F1 та RV1. F1 - це запобіжник повільного розрядження 1А на 250 В змінного струму, а RV1 - це 7-міліметровий 275 В MOV (варистор з оксиду металу). Під час перенапруги високої напруги (більше 275 В змінного струму), MOV короткочасно замкнувся і спрацьовує вхідний запобіжник. Однак, завдяки функції повільного роздування, запобіжник витримує пусковий струм через SMPS.

Перетворення змінного та постійного струму

Цей розділ регулюється діодним мостом. Ці чотири діоди (всередині DB107) складають повний мостовий випрямляч. Діоди 1N4006, але стандартний 1N4007 може чудово виконати цю роботу. У цьому проекті ці чотири діоди замінені повноцінним мостовим випрямлячем DB107.

PI-фільтр

Різні штати мають різний стандарт відхилення EMI. Ця конструкція підтверджує стандарт EN61000-Class 3, а фільтр PI сконструйований таким чином, щоб зменшити загальний режим відхилення EMI. Цей розділ створений за допомогою C1, C2 та L1. С1 і С2 - конденсатори 400 В 18 мкФ. Це непарне значення, тому для цієї програми вибрано 22 мкФ 400 В. L1 є дроселем загального режиму, який приймає диференціальний сигнал EMI для скасування обох.

Схема драйвера або схема перемикання

Це серце ДМЗП. Первинна сторона трансформатора управляється ланцюгом комутації TNY268PN. Частота комутації становить 120-132 кГц. Завдяки цій високій частоті комутації можна використовувати менші трансформатори. Схема комутації складається з двох компонентів - U1 і C3. U1 - основний драйвер IC TNY268PN. С3 - це байпасний конденсатор, який необхідний для роботи нашого драйвера ІС.

Захист від блокування під напругою

Захист від блокування під напругою здійснюється сенсорним резистором R1 і R2. Він використовується, коли SMPS переходить у режим автоматичного перезапуску та визначає напругу мережі.

Схема затиску

D1 і D2 - це затискна схема. D1 - це діод TVS, а D2 - надшвидкий діод відновлення. Трансформатор діє на величезну індуктивність через драйвер живлення IC TNY268PN. Тому під час циклу вимкнення трансформатор створює стрибки високої напруги через індуктивність витоку трансформатора. Ці високочастотні стрибки напруги пригнічуються діодним затискачем на трансформаторі. UF4007 обрано завдяки надшвидкому відновленню, а P6KE200A обрано для роботи TVS.

Магнетика та гальванічна ізоляція

Трансформатор є феромагнітним трансформатором, і він не тільки перетворює високовольтний змінний струм на низьковольтний, але також забезпечує гальванічну розв'язку.

EMI-фільтр

Фільтрація ЕМІ здійснюється конденсатором С4. Це підвищує імунітет схеми, щоб зменшити високі перешкоди ЕМІ.

Вторинний випрямляч і снубер-схема

Вихід трансформатора випрямляється і перетворюється на постійний струм за допомогою D6, випрямного діода Шотткі. Снубер-схема на D6 забезпечує придушення перехідної напруги під час операцій перемикання. Снубер-схема складається з одного резистора та одного конденсатора, R3 та C5.

Розділ фільтра

Фільтруюча секція складається з фільтруючого конденсатора С6. Це конденсатор із низьким коефіцієнтом ESR для кращого відбракування пульсацій. Крім того, LC-фільтр, що використовує L2 і C7, забезпечує кращу відмову пульсацій на виході.

Розділ зворотного зв’язку

Вихідна напруга визначається U3 TL431 і R6 і R7. Після зондування лінії U2, оптроном керують та гальванічно ізолюють вторинну частину зондування зворотного зв'язку за допомогою первинного бічного контролера. Оптопар має транзистор і всередині нього світлодіод. Керуючи світлодіодом, управляється транзистором. Оскільки зв'язок здійснюється оптично, він не має прямого електричного з'єднання, отже, задовольняючи гальванічну розв'язку на ланцюзі зворотного зв'язку.

Тепер, оскільки світлодіод безпосередньо керує транзистором, забезпечуючи достатнє зміщення через світлодіод оптрони, можна керувати транзистором оптрони, точніше схеми драйвера. Ця система управління використовується TL431, оскільки шунтовий регулятор має резисторний дільник через опорний штифт, він може управляти світлодіодом оптрона, який підключений через нього. Контактна зворотний зв'язок має опорна напруга 2.5V. Отже, TL431 може бути активним, лише якщо напруга на дільнику достатня. У нашому випадку дільник напруги встановлений на значення 12В. Отже, коли вихідний сигнал досягає 12 В, TL431 отримує 2,5 В через опорний штифт і, таким чином, активує світлодіод оптрони, який управляє транзистором оптрони і опосередковано управляє TNY268PN. Якщо напруги на виході недостатньо, цикл перемикання негайно припиняється.

Спочатку TNY268PN активує перший цикл перемикання, а потім відчуває, що це EN-штифт. Якщо все гаразд, він продовжить перемикання, якщо ні, то спробує ще раз через іноді. Цей цикл продовжується, поки все не нормалізується, таким чином запобігаючи проблемам короткого замикання або перенапруги. Ось чому це називається зворотною топологією, оскільки вихідна напруга повертається назад до драйвера для зондування пов'язаних операцій. Крім того, цикл спроб називається режимом гикавки за умови відмови.

D3 є бар'єрним діодом Шотткі. Цей діод перетворює високочастотний вихід змінного струму в постійний. Діод Шотткі 3А 60 В обраний для надійної роботи. R4 та R5 вибираються та обчислюються експертом PI. Він створює дільник напруги і передає струм на світлодіод оптопари від TL431.

R6 і R7 - це простий дільник напруги, розрахований за формулою TL431 REF напруги = (Vout x R7) / R6 + R7. Опорна напруга становить 2,5 В, а Vout - 12 В. Вибравши значення R6 23,7k, R7 став приблизно 9,09k.

Виготовлення друкованої плати для схеми SMPS 12v 1A

Тепер, коли ми зрозуміли, як працюють схеми, ми можемо приступити до створення друкованої плати для нашої SMPS. Оскільки це схема SMPS, рекомендується друкована плата, оскільки вона може вирішити проблему шуму та ізоляції. Схема друкованої плати для вищезазначеної схеми також доступна для завантаження як Gerber за посиланням

Завантажте файл Gerber для схеми SMPS на 15 Вт

Тепер, коли наш Дизайн готовий, настав час змусити їх виготовити за допомогою файлу Гербера. Зробити друковану плату досить просто, просто виконайте наведені нижче дії

Крок 1: Зайдіть на www.pcbgogo.com, підпишіться, якщо це ваш перший раз. Потім на вкладці «Прототип друкованої плати» введіть розміри вашої друкованої плати, кількість шарів та кількість необхідної вам друкованої плати. Припускаючи, що друкована плата становить 80 см × 80 см, ви можете встановити розміри, як показано нижче.

Крок 2: Продовжуйте, натискаючи кнопку Quote Now . Ви потрапите на сторінку, де за необхідності можна встановити кілька додаткових параметрів, наприклад, використовуваний інтервал доріжок тощо. Але в основному значення за замовчуванням будуть працювати нормально. Єдине, що ми маємо тут врахувати, це ціна та час. Як бачите, час побудови складає всього 2-3 дні, а коштує лише 5 доларів для нашого PSB. Потім ви можете вибрати бажаний спосіб доставки відповідно до ваших вимог.

Крок 3: Останнім кроком є завантаження файлу Gerber і продовження платежу. Щоб переконатися, що процес безперебійний, PCBGOGO перевіряє, чи справжній ваш файл Gerber, перш ніж продовжувати оплату. Таким чином ви можете бути впевнені, що ваша друкована плата є зручною для виготовлення і зв’яжеться з вами як докладена.

Складання друкованої плати

Після того, як плату замовили, вона дійшла до мене через кілька днів, хоча кур’єр у акуратно поміченій добре упакованій коробці, як і завжди, якість друкованої плати була надзвичайною. Отримана мною друкована плата показана нижче

Я включив паяльний стрижень і почав збирати дошку. Оскільки сліди ніг, прокладки, шовковий екран абсолютно правильної форми та розміру, у мене не було проблем зі складанням дошки. Моя друкована плата, притиснута до паяльного тиску, показана нижче.

Закупівля компонентів

Всі компоненти для цієї схеми SMPS 12v 15w закупляються відповідно до схеми. Детальну специфікацію можна знайти у файлі Excel для завантаження нижче.

Дизайн SMPS 15 Вт - технічний документ

Майже всі компоненти легко доступні для використання з полиці. Ви можете знайти проблеми з пошуком відповідного трансформатора для цього проекту. Зазвичай для схеми SMPS комутаційний трансформатор зворотного зв'язку не доступний безпосередньо від постачальників, в більшості випадків вам доводиться обмотувати власний трансформатор, якщо вам потрібні ефективні результати. Однак також добре використовувати подібний трансформатор зворотного зв'язку, і ваша схема все одно буде працювати. Ідеальна специфікація нашого трансформатора буде надана програмним забезпеченням PI Expert, яке ми використовували раніше.

Механічна та електрична схема трансформатора, отримана від PI Expert, наведена нижче.

Якщо вам не вдається знайти потрібного постачальника, ви можете врятувати трансформатор від адаптера 12 В або інших схем SMPS. Ви також можете побудувати власний трансформатор, придбавши наступні матеріали та інструкції з намотування.

Як тільки всі компоненти будуть заготовлені, їх складання повинно бути простим. Ви можете використовувати файл Гербера та специфікацію для довідки та зібраної плати друкованої плати. Після завершення моя передня та задня сторона друкованої плати виглядає приблизно так нижче

Тестування нашої схеми SMPS на 15 Вт

Тепер, коли наша схема готова, настав час взяти її на обертання. Ми підключимо плату до нашої мережі змінного струму через VARIAC і завантажимо вихідну сторону навантажувальною машиною та виміряємо напругу пульсацій, щоб перевірити роботу нашої схеми. Повне відео про процедуру тестування також можна знайти в кінці цієї сторінки. На зображенні нижче показано схему, протестовану з вхідною напругою змінного струму 230 В змінного струму, для якої ми отримуємо вихід 12,08 В

Вимірювання пульсаційної напруги за допомогою осцилографа

Щоб виміряти напругу пульсацій осцилографом, змініть вхід датчика на змінний з коефіцієнтом посилення 1х. Потім підключіть малоцінний електролітичний конденсатор та малоцінний керамічний конденсатор для підсилення шумозаглушення через електропроводки. Ви можете переглянути сторінку 40 цього документа RDR-295 від Power Integration для отримання додаткової інформації щодо цієї процедури.

Наведений нижче знімок зроблено в режимі без навантаження як на 85 В, так і на 230 В змінного струму. Шкала встановлена на рівні 10 мВ на поділ, і, як ви можете бачити, пульсація становить майже 10 мВ pk-pk.

На вході 90 В змінного струму та при повному навантаженні пульсації можна спостерігати приблизно на рівні 20 мВ pk-pk

При напрузі 230 В змінного струму та при повному навантаженні пульсація напруги вимірюється приблизно в 30 мВ pk-pk, що є найгіршим сценарієм

Це все; ось як ви можете розробити власну схему 12В SMPS. Після того, як ви зрозуміли роботу, ви можете змінити схему схеми 12 В SMPS відповідно до ваших вимог до напруги та потужності. Сподіваюся, ви зрозуміли підручник і вам сподобалось вивчати щось корисне. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у розділі коментарів або скористайтеся нашими форумами для технічних дискусій. Зустрінемось ще раз з іншим цікавим дизайном СМПС, до тих пір підписавшись….