12V 1a smps dizajn kruga napajanja na pločici

Za rad svakog elektroničkog uređaja ili proizvoda potrebna je pouzdana jedinica za napajanje (PSU). Gotovo svi uređaji u našem domu, poput TV-a, pisača, glazbenog uređaja itd., Sastoje se od ugrađene jedinice napajanja koja pretvara izmjenični mrežni napon u prikladnu razinu istosmjernog napona za njihov rad. Najčešće korišten tip napajanja je SMPS (napajanje s preklopnim načinom rada), ovu vrstu sklopova možete lako pronaći u svom adapteru od 12 V ili punjaču za mobitel / laptop. U ovom uputstvu naučit ćemo kako izraditi 12v SMPS krugkoji bi pretvorio izmjeničnu struju u 12V istosmjerne struje s maksimalnom strujom od 1,25A. Ovaj se krug može koristiti za napajanje malih opterećenja ili čak prilagoditi punjaču za punjenje olovnih i litijevih baterija. Ako ovaj krug napajanja od 12v 15watt ne odgovara vašim zahtjevima, možete provjeriti različite krugove napajanja s različitim ocjenama.

12v SMPS krug - razmatranja dizajna

Prije nastavka bilo koje vrste dizajna napajanja, potrebno je izvršiti analizu zahtjeva na temelju okruženja u kojem će se koristiti naše napajanje. Različite vrste napajanja rade u različitim okruženjima i sa određenim ulazno-izlaznim granicama.

Specifikacija ulaza

Krenimo od unosa. Ulazni napon napajanja prva je stvar koju će SMPS koristiti i pretvorit će se u korisnu vrijednost za napajanje tereta. Kako je ovaj dizajn specificiran za pretvorbu AC-DC, ulaz će biti izmjenična struja (AC). Za Indiju je ulazni izmjenični napon dostupan na 220-230 volti, a u SAD-u je na 110 volti. Postoje i druge države koje koriste različite razine napona. Općenito, SMPS radi s univerzalnim ulaznim naponomdomet. To znači da se ulazni napon može razlikovati od 85V AC do 265V AC. SMPS se može koristiti u bilo kojoj zemlji i mogao bi osigurati stabilan izlaz punog opterećenja ako je napon između 85-265V AC. SMPS bi također trebao normalno funkcionirati na frekvencijama od 50Hz i 60Hz. To je razlog zašto smo u mogućnosti koristiti punjače za telefone i prijenosnike u bilo kojoj zemlji.

Izlazna specifikacija

Na izlaznoj strani, malo je opterećenja otpornih, malo induktivnih. Ovisno o opterećenju, konstrukcija SMPS-a može biti različita. Za ovaj SMPS opterećenje se pretpostavlja kao otporno opterećenje. Međutim, ne postoji ništa poput otpornog opterećenja, svako opterećenje sastoji se od barem neke količine induktiviteta i kapacitivnosti; ovdje se pretpostavlja da su induktivitet i kapacitet opterećenja zanemarivi.

Izlazna specifikacija SMPS-a vrlo je pouzdana o opterećenju, poput količine napona i struje koja će biti potrebna opterećenju u svim radnim uvjetima. Za ovaj projekt, SMPS mogao dati 15W izlaz. To je 12V i 1,25A. Ciljano izlazno valovanje odabrano je manje od 30mV pk-pk pri propusnosti 20000 Hz.

Na temelju izlaznog opterećenja, također se moramo odlučiti između projektiranja SMPS- a konstantnog napona ili SMPS-a konstantne struje. Stalni napon znači da će napon na opterećenju biti konstantan i da će se struja mijenjati u skladu s promjenama otpora opterećenja. S druge strane, režim konstantne struje omogućit će da struja bude konstantna, ali mijenjati napon u skladu s promjenama otpora opterećenja. Također, i CV i CC mogu biti dostupni u SMPS-u, ali ne mogu raditi u jednom trenutku. Kada obje mogućnosti postoje u SMPS-u, mora postojati raspon kada će SMPS promijeniti svoj izlazni rad iz CV u CC i obrnuto. Uobičajeno se punjači u CC i CV načinu rada koriste za punjenje olovnih kiselina ili litijevih baterija.

Značajke zaštite ulaza i izlaza

Postoje različiti zaštitni krugovi koji se mogu koristiti na SMPS-u za sigurnije i pouzdanije operacije. Zaštitni krug štiti SMPS kao i priključeno opterećenje. Ovisno o mjestu, zaštitni krug može se povezati preko ulaza ili preko izlaza. Najčešća ulazna zaštita su prenaponska zaštita i EMI filtri. Prenaponska zaštita štiti SMPS od ulaznih prenapona ili AC prenapona. EMI filtar štiti SMPS od stvaranja EMI preko ulaznog voda. U ovom će projektu biti dostupne obje značajke. Izlaz zaštita uključuje Zaštita od kratkog spoja, zaštita nad-napona i preko struje zaštite. Ovaj SMPS dizajn također će uključivati sve ove zaštitne krugove.

Izbor IC-a za upravljanje napajanjem

Svaki SMPS krug zahtijeva IC za upravljanje napajanjem poznat i kao preklopna IC ili SMPS IC ili IC za sušenje. Zbrojimo razmatranja dizajna kako bismo odabrali idealnu IC za upravljanje napajanjem koja će biti prikladna za naš dizajn. Naši zahtjevi za dizajn su

Izlaz od 15 W. 12V 1,25A s manje od 30mV pk-pk mreškanja pri punom opterećenju.
Univerzalna ocjena unosa.
Zaštita od prenapona na ulazu.
Izlazni kratki spoj, zaštita od prenapona i prekomjerne struje.
Operacije s konstantnim naponom.

Iz gornjih zahtjeva postoji širok raspon IC-a za odabir, ali za ovaj smo projekt odabrali Power power. Integracija napajanja je poluvodička tvrtka koja ima širok raspon IC upravljačkih programa u različitim rasponima izlazne snage. Na temelju zahtjeva i dostupnosti odlučili smo koristiti TNY268PN iz malenih obitelji Switch II.

Na gornjoj je slici prikazana maksimalna snaga 15W. Međutim, SMPS ćemo napraviti u otvorenom okviru i za univerzalnu ulaznu ocjenu. U takvom segmentu TNY268PN mogao bi pružiti 15W snage. Pogledajmo dijagram pin-a.

Dizajniranje SMPS kruga 12v 1Amp

Najbolji način za izgradnju sklopa je korištenje softverskog softvera PI expert za integraciju napajanja. To je izvrstan softver za dizajn napajanja. Krug je konstruiran pomoću IC integracije napajanja. Postupak dizajniranja objašnjen je u nastavku, a možete se i pomaknuti prema dolje za video koji objašnjava isto.

Korak -1: Odaberite Tiny switch II i također odaberite željeni paket. Odabrali smo DIP paket. Odaberite vrstu kućišta, adapter ili otvoreni okvir. Ovdje je odabran Open Frame.

Zatim odaberite vrstu Povratne informacije. To je neophodno jer se koristi Flyback topologija. TL431 je izvrstan izbor za povratne informacije. TL431 je regulator ranžiranja i pružit će izvrsnu zaštitu od prenapona i točan izlazni napon.

Korak-2: Odaberite opseg ulaznog napona. Kako će to biti univerzalni ulazni SMPS, ulazni napon odabran je kao 85-265V AC. Frekvencija linije je 50 Hz.

Korak 3:

Odaberite izlazni napon, struju i snagu. SMPS ocjena bit će 12V 1,25A. Snaga pokazuje 15W. Način rada je također odabran kao CV, što znači način rada s konstantnim naponom. Napokon, sve se radi u tri jednostavna koraka i generira se shema.

Dijagram i objašnjenje 12V SMPS kruga

Donji krug je malo modificiran kako bi odgovarao našem projektu.

Prije nego što krenemo izravno u izradu prototipskog dijela, istražimo shemu kruga SMPS od 12 v i njegov rad. Krug ima sljedeće dijelove

Zaštita od prenapona na ulazu i SMPS
AC-DC pretvorba
PI filtar
Upravljački sklop ili sklopni krug
Zaštita od zaključavanja pod naponom.
Strujni krug
Magnetika i galvanska izolacija
EMI filtar
Sekundarni ispravljač i prigušivački krug
Odjeljak filtra
Odjeljak povratnih informacija.

Zaštita od prenapona na ulazu i SMPS

Ovaj se odjeljak sastoji od dvije komponente, F1 i RV1. F1 je osigurač za polako puhanje od 1A 250VAC, a RV1 je MOV od 7 mm 275V (metalni oksidni varistor). Tijekom prenaponskog udara visokog napona (više od 275 VAC), MOV se kratko ugasio i pregazi ulazni osigurač. Međutim, zbog značajke polaganog puhanja, osigurač podnosi udarnu struju kroz SMPS.

AC-DC pretvorba

Ovim dijelom upravlja diodni most. Te četiri diode (unutar DB107) čine pun ispravljač mosta. Diode su 1N4006, ali standardni 1N4007 može savršeno obaviti posao. U ovom su projektu ove četiri diode zamijenjene punim ispravljačem mosta DB107.

PI filtar

Različita stanja imaju različit standard EMI odbijanja. Ovaj dizajn potvrđuje standard EN61000-Class 3, a PI filtar dizajniran je na takav način da smanjuje EMI odbacivanje u uobičajenom načinu rada. Ovaj je odjeljak kreiran pomoću C1, C2 i L1. C1 i C2 su kondenzatori od 400V od 18uF. Neparna je vrijednost pa je za ovu aplikaciju odabrano 22uF 400V. L1 je uobičajena prigušnica koja uzima diferencijalni EMI signal za poništavanje oba.

Pogonski sklop ili sklopni krug

To je srce SMPS-a. Primarnom stranom transformatora upravlja sklopni krug TNY268PN. Frekvencija prebacivanja je 120-132khz. Zbog ove velike frekvencije uključivanja mogu se koristiti manji transformatori. Preklopni krug ima dvije komponente, U1 i C3. U1 je glavni pokretač IC TNY268PN. C3 je premosni kondenzator koji je potreban za rad našeg upravljačkog programa.

Zaštita od zaključavanja pod naponom

Zaštita od zaključavanja pod naponom vrši se osjetnim otpornikom R1 i R2. Koristi se kada SMPS pređe u način automatskog ponovnog pokretanja i osjeti mrežni napon.

Strujni krug

D1 i D2 su stezni krug. D1 je TVS dioda, a D2 ultrabrza dioda za oporavak. Transformator djeluje na veliku induktivnost preko pogonskog sklopa IC TNY268PN. Stoga tijekom ciklusa isključivanja transformator stvara visokonaponske skokove zbog induktivnosti propuštanja transformatora. Ove visokofrekventne napone skokova potiskuje diodna stezaljka preko transformatora. UF4007 je odabran zbog ultra brzog oporavka, a P6KE200A je odabran za rad TVS-a.

Magnetika i galvanska izolacija

Transformator je feromagnetski transformator i on ne samo da pretvara visokonaponski izmjenični naizmjenični u niskonaponski naizmjenični, već također pruža galvansku izolaciju.

EMI filtar

EMI filtriranje vrši se kondenzatorom C4. Povećava imunost kruga kako bi se smanjile velike EMI smetnje.

Sekundarni ispravljač i krug snubera

Izlaz iz transformatora ispravlja se i pretvara u istosmjernu struju pomoću D6, Schottky ispravljačke diode. Prigušivački krug na D6 osigurava potiskivanje prijelaznog napona tijekom preklopnih operacija. Snubber krug sastoji se od jednog otpora i jednog kondenzatora, R3 i C5.

Odjeljak filtra

Odjeljak filtra sastoji se od kondenzatora filtra C6. To je kondenzator s niskim ESR-om za bolje odbijanje mreškanja. Također, LC filtar koji koristi L2 i C7 pruža bolje odbijanje mreškanja na izlazu.

Odjeljak povratnih informacija

Izlazni napon osjećaju U3 TL431 i R6 i R7. Nakon što je osjetio vod U2, optički sprežnik se kontrolira i galvanski izolira sekundarni osjetni dio povratne sprege s primarnim bočnim regulatorom. Optocoupler ima tranzistor i LED diodu unutar sebe. Upravljanjem LED diodom kontrolira se tranzistor. Budući da se komunikacija vrši optički, ona nema izravnu električnu vezu, što zadovoljava i galvansku izolaciju na povratnom krugu.

Sada, dok LED izravno kontrolira tranzistor, pružajući dovoljno pristranosti preko LED optičkog sprežnika, može se kontrolirati tranzistor optičkog para, točnije upravljačkog kruga. Ovaj sustav upravljanja koristi TL431. Kako regulator šanta ima otpornički razdjelnik preko referentnog pina, on može upravljati optičkim vodičem koji je povezan preko njega. Povratni pin ima referentni napon od 2,5V. Stoga TL431 može biti aktivan samo ako je napon na razdjelniku dovoljan. U našem slučaju, razdjelnik napona postavljen je na vrijednost od 12V. Stoga, kada izlaz dosegne 12V, TL431 dobiva 2,5V preko referentnog pina i tako aktivira LED optoparnika koji kontrolira tranzistor optičkog sklopnika i neizravno kontrolira TNY268PN. Ako napon nije dovoljan na izlazu, sklopni ciklus se odmah prekida.

Prvo, TNY268PN aktivira prvi ciklus prebacivanja, a zatim osjeti da je EN pin. Ako je sve u redu, nastavit će s prebacivanjem, ako ne, pokušat će još jednom nakon. Ova se petlja nastavlja sve dok se sve ne normalizira, čime se sprječavaju problemi s prekidom ili prenaponom. Zbog toga se naziva povratna topologija, jer se izlazni napon vraća natrag prema pokretaču za otkrivanje povezanih operacija. Također, pokušajna petlja naziva se načinom štucanja u slučaju kvara.

D3 je Schottkyjeva barijerna dioda. Ova dioda pretvara visokofrekventni izmjenični izlaz u istosmjerni. 3A 60V Schottky dioda odabrana je za pouzdan rad. R4 i R5 odabire i izračunava PI Expert. Stvara razdjelnik napona i prenosi struju na optički sprežnik LED s TL431.

R6 i R7 su jednostavni djelitelji napona izračunati po formuli TL431 REF napon = (Vout x R7) / R6 + R7. Referentni napon je 2,5V, a Vout 12V. Odabirom vrijednosti R6 23,7k, R7 je otprilike postao 9,09k.

Izrada PCB-a za 12v 1A SMPS krug

Sad kad razumijemo kako sheme funkcioniraju, možemo nastaviti s izradom PCB-a za naš SMPS. Budući da je ovo SMPS krug, preporučuje se PCB jer bi se mogao nositi s problemom buke i izolacije. Izgled PCB-a za gornji sklop također je dostupan za preuzimanje kao Gerber s veze

Preuzmite datoteku Gerber za SMPS krug od 15 W

Sad, kad je naš Dizajn spreman, vrijeme je da se oni izgrade pomoću datoteke Gerber. Dovršiti PCB prilično je jednostavno, jednostavno slijedite korake u nastavku

1. korak: Uđite na www.pcbgogo.com, prijavite se ako ste prvi put. Zatim, na kartici PCB Prototype unesite dimenzije vaše PCB-a, broj slojeva i broj PCB-a koji vam je potreban. Pod pretpostavkom da je PCB 80 cm × 80 cm, možete postaviti dimenzije kao što je prikazano u nastavku.

Korak 2: Nastavite klikom na gumb Quote Now . Bit ćete preusmjereni na stranicu na kojoj možete postaviti nekoliko dodatnih parametara ako je potrebno, poput razmaka trase itd. Ali uglavnom će zadane vrijednosti raditi u redu. Ovdje moramo uzeti u obzir jedino cijenu i vrijeme. Kao što vidite, vrijeme izrade je samo 2-3 dana, a samo košta 5 USD za naš PSB. Tada možete odabrati željeni način otpreme na temelju vaših zahtjeva.

Korak 3: Posljednji korak je prijenos Gerber datoteke i nastavak plaćanja. Da bi bio siguran da je postupak nesmetan, PCBGOGO provjerava je li vaša Gerber datoteka valjana prije nastavka plaćanja. Na ovaj način možete biti sigurni da je vaša PCB pogodna za proizvodnju i da će vas kontaktirati kao da ste predani.

Sastavljanje PCB-a

Nakon što je ploča naručena, stigla me nakon nekoliko dana, iako je kurir u lijepo označenoj dobro spakiranoj kutiji i kao i uvijek kvaliteta PCB-a bila nevjerojatna. PCB koji sam primio prikazan je u nastavku

Uključio sam štap za lemljenje i počeo sastavljati ploču. Budući da su otisci stopala, jastučići, pločice i sitotisak savršeno pravilnog oblika i veličine, nisam imao problema sa sastavljanjem ploče. Moja PCB stegnuta za lemljenje prikazana je dolje.

Nabava komponenata

Sve komponente za ovaj 12v 15w SMPS krug nabavljene su prema shemi. Pojedinosti o tehničkoj specifikaciji mogu se pronaći u donjoj excel datoteci za preuzimanje.

Dizajn SMPS od 15 W - prijedlog materijala

Gotovo sve komponente lako su dostupne za upotrebu s polica. Možda ćete naći problema s pronalaženjem pravog transformatora za ovaj projekt. Uobičajeno za SMPS sklopni povratni transformator nije dostupan izravno od dobavljača, u većini slučajeva morate namotati vlastiti transformator ako su vam potrebni učinkoviti rezultati. Međutim, također je u redu koristiti sličan povratni transformator i vaš će krug i dalje raditi. Idealne specifikacije za naš transformator pružit će softver PI Expert koji smo ranije koristili.

Mehanički i električni dijagram transformatora dobiven od PI Expert prikazan je u nastavku.

Ako ne možete pronaći pravog dobavljača, možete spasiti transformator od 12V adaptera ili drugih SMPS sklopova. Također možete sami izraditi vlastiti transformator koristeći sljedeće materijale i upute za navijanje.

Nakon što se nabave sve komponente, njihovo sastavljanje trebalo bi biti jednostavno. Datoteku Gerber i specifikacijsku specifikaciju možete koristiti za referencu i sastavili ploču PCB-a. Kad završim, moja PCB prednja i stražnja strana izgledaju otprilike ovako u nastavku

Testiranje našeg SMPS kruga od 15 W

Sad kad je naš krug spreman, vrijeme je da ga okrenemo. Spojit ćemo ploču na našu izmjeničnu mrežu preko VARIAC-a i učitati izlaznu stranu uređajem za opterećenje i izmjeriti napon mreškanja kako bismo provjerili rad našeg kruga. Potpuni videozapis postupka testiranja također se može naći na kraju ove stranice. Slika dolje prikazuje ispitni krug s ulaznim izmjeničnim naponom od 230 V izmjeničnog napona za koji dobivamo izlaz od 12,08 V

Mjerenje valovitog napona pomoću osciloskopa

Da biste izmjerili napon mreškanja osciloskopom, promijenite ulaz opsega na izmjenični uz pojačanje od 1x. Zatim spojite elektrolitski kondenzator male vrijednosti i keramički kondenzator male vrijednosti za pojačavanje smanjenja buke zbog ožičenja. Dodatne informacije o ovom postupku potražite na stranici 40 ovog RDR-295 dokumenta tvrtke Power Integration.

Snimka u nastavku snimljena je u praznom hodu na 85 VAC i 230 VAC. Skala je postavljena na 10mV po odjelu, a kao što vidite talasanje je gotovo 10mV pk-pk.

Na ulazu od 90 VAC i pri punom opterećenju, mreškanje se može vidjeti na oko 20mV pk-pk

U 230VAC i na punjenju pulsa napon mjeri se na oko 30mV pk-pk što je najgori scenarij

To je to; ovo je način na koji možete dizajnirati vlastiti 12v SMPS krug. Nakon što shvatite rad, možete izmijeniti shemu kruga SMPS od 12 v kako bi odgovarao vašim potrebama za naponom i snagom. Nadam se da ste razumjeli tutorial i uživali ste naučiti nešto korisno. Ako imate pitanja, ostavite ih u odjeljku za komentare ili koristite naše forume za tehničke rasprave. Srest ćemo se opet s još jednim zanimljivim SMPS dizajnom, do tada odjava….