Dizajnirajte svoj vlastiti kompaktni sklop od 5v / 3.3v smps za ugrađene i iot projekte

Grubi način napajanja vaših istosmjernih krugova izmjeničnom mrežom je upotreba silaznog transformatora za silazak mrežnog napona od 230 V i dodavanje nekoliko dioda kao ispravljača mosta. Ali zbog velike veličine prostora i drugih nedostataka, ne može se koristiti u sve svrhe. Još jedan najpopularniji i najprofesionalniji način je korištenje krugova napajanja s preklopnim načinom za pretvorbu mrežne izmjenične struje u širok raspon istosmjernog napona prema potrebi, gotovo svaka potrošačka elektronika od uobičajenog 12V adaptera do punjača za laptop ima SMPS krug za pružanje potrebnog istosmjernog izlazna snaga.

U circuitdigest-u smo već izgradili nekoliko popularnih SMPS-sklopovaza različite ocjene, naime krugovi 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS i 12V 1A SMPS, od kojih se svaki može koristiti za različite primjene. Ovaj put ćemo izgraditi SMPS koji se može koristiti za opće svrhe i ima jednostavan oblik modula koji se koristi u situacijama vezanim uz svemir. U današnje vrijeme Internet stvari koristi razne wifi-bazirane procesore poput NodeMCU, ESP32 i ESP12E, itd. Koji rade na 5V ili 3.3V. Ovi su moduli vrlo kompaktni i stoga za napajanje ovih ploča ima smisla koristiti manje SMPS sklopove koji mogu ići na istu ploču, umjesto da se koristi zasebni SMPS sklop. Stoga ćemo u ovom članku naučiti kako izraditi SMPS krug koji može proizvesti 5 V ili 3,3 V (hardverski se može konfigurirati pomoću kratkospojnika), a također je predviđen dizajn sklopa i izgled PCB-a, tako da ga možete jednostavno priključiti u svoj postojeći dizajn.Ovdje naše PCB ploče proizvodi PCBGoGo, kineska jeftina visokokvalitetna prototipa PCB-a i tvrtka za uslugu montaže PCB-a.

Ocjena SMPS-a iznosi 5 V ili 3,3 V 1,5 A, jer većina razvojne ploče koristi napone logičke razine 5 V ili 3,3 V, a 1,5 A bi trebao biti dovoljno dobar za većinu aplikacija temeljenih na IoT-u. No imajte na umu da ovaj SMPS nema filtara u odjeljku za unos kako bi smanjio veličinu i troškove. Stoga se ovaj SMPS može koristiti samo za napajanje ploča mikrokontrolera ili u svrhu punjenja. Pazite da tijekom rada bude pokriven iz dosega korisnika.

Upozorenje: Rad sa SMPS krugovima može biti opasan jer uključuje izmjenični napon koji je potencijalno smrtonosan. Ne pokušavajte to izraditi ako nemate iskustva u radu s izmjeničnom mrežom. Uvijek budite oprezni sa žicama pod naponom i napunjenim kondenzatorima, po potrebi koristite zaštitne alate i nadzor. Upozoren si!!

Specifikacije ploče SMPS 5V / 3.3V

SMPS će imati sljedeće specifikacije.

1. Ulaz od 85VAC do 230VAC.
2. Izlaz od 2A od 5 V ili 3,3 V.
3. Konstrukcija otvorenog okvira
4. Zaštita od kratkog spoja i prenapona
5. Male veličine s jeftinim značajkama.

Materijali potrebni za SMPS krug (BOM)

1. Osigurač 1A 250VAC polako puhanje
2. Diodni most DB107
3. 10uF / 400V
4. P6KE Dioda
5. UF4007
6. 2Meg - 2 kom - 0805 pakiranje
7. 2,2 nF 250 VAC
8. TNY284DG
9. Pakiranje 10uF / 16V - 0805
10. PC817
11. 1k - 0805 paket
12. 22R - 2kom - 0805 pakiranje
13. Pakiranje od 100 nF - 0805
14. TL431
15. SR360
16. 470pF 100V - 0805 paket
17. 1000uF 16V
18. 3,3uH - Jezgra bubnja
19. 2,2 nF 250 VAC

Napomena: Svi su dijelovi odabrani kako bi bili lako dostupni dizajnerima. SMPS transformator mora biti izrađen po mjeri pomoću ove tablice podataka. Možete koristiti dobavljača za izradu ili dizajnirati i namotati svoj SMPS transformator pomoću veze.

Ovaj SMPS dizajniran je pomoću IC integracije napajanja TNY284DG. Ovaj SMPS Diver IC je najprikladniji za ovaj SMPS budući da je IC dostupan u SMD paketu, kao i da je snaga prikladna za tu svrhu. Sljedeća slika prikazuje specifikaciju snage SNY284DG.

Kao što vidimo, TNY284DG je savršen za našu opciju. Kako je konstrukcija otvorenog okvira, odgovarat će izlaznoj snazi ​​od 8,5W. Što znači da lako može osigurati 1,5A na 5V.

Dijagram kruga SMPS 5V / 3.3V

Konstrukcija ovog SMPS-a prilično je jednostavna i jednostavna. Ovaj dizajn koristi čipset Power Integration kao SMPS upravljački program. Shema sklopa može se vidjeti na donjoj slici-

Izgradnja i rad

Prije nego što krenemo ravno u izgradnju prototipskog dijela, istražimo rad sklopa. Sklop ima sljedeće dijelove-

1. Zaštita ulaza
2. AC-DC pretvorba
3. Upravljački sklop ili sklopni krug
4. Zaštita od zaključavanja pod naponom.
5. Strujni krug
6. Magnetika i galvanska izolacija
7. EMI filtriranje
8. Sekundarni ispravljač i prigušivački krug
9. Odjeljak filtra
10. Odjeljak povratnih informacija.

Zaštita ulaza

F1 je osigurač za polagano puhanje koji će zaštititi SMPS od velikog opterećenja i stanja kvara. Odjeljak za unos SMPS-a ne koristi razmatranja EMI filtra. Ovo je osigurač za polako puhanje od 1A 250VAC koji će zaštititi SMPS u uvjetima kvara. Međutim, ovaj se osigurač može promijeniti u stakleni. Također možete pogledati članak o različitim vrstama osigurača.

AC-DC pretvorba

B1 je ispravljač diodnog mosta. Ovo je DB107, diodni most od 1A od 700V. Ovo će pretvoriti izmjenični ulaz u istosmjerni napon. Uz to, kondenzator od 10 uF 400 V bit će presudan za ispravljanje istosmjerne mrešice i pružit će glatki istosmjerni izlaz na pogonski krug kao i na transformator.

Upravljački krug ili sklopni krug

To je glavna komponenta ovog SMPS-a. Primarnom stranom transformatora pravilno se upravlja sklopnim krugom TNY284DG. Uklopna frekvencija je 120-132 kHz. Zbog ove velike frekvencije uključivanja mogu se koristiti manji transformatori.

Gornji dijagram pinouta prikazuje TNY284DG pinouts. Preklopni pokretački program IC1 koji je TNY284DG koristi C2 s kondenzatorom od 10 uF 16V. Ovaj kondenzator pruža glatki istosmjerni izlaz na unutarnji krug TNY284DG.

Zaštita od zaključavanja pod naponom

Transformator djeluje kao golem induktor. Stoga, u svakom komutacijskom ciklusu, transformator inducira visokonaponske skokove zbog induktiviteta propuštanja transformatora. Zener dioda D1 koja je dioda P6KE160, steže krug izlaznog napona i D2 koji je UF4007, ultrabrza dioda blokira ove visokonaponske šiljke i navlaži ih na sigurnu vrijednost što je korisno za spremanje DRAIN pina TNY284DG.

Magnetika i galvanska izolacija

Transformator je feromagnetski i on ne samo da pretvara visokonaponski izmjenični naizmjenični u niskonaponski izmjenični, već također pruža galvansku izolaciju. Transformator je EE16 transformator. Detaljne specifikacije transformatora mogu se vidjeti u tehničkom listu transformatora koji je ranije podijeljen u odjeljku potrebnih materijala.

EMI filtar

EMI filtriranje vrši se kondenzatorom C3. C3 kondenzator je visokonaponski kondenzator od 2,2 nF 250 VAC, koji povećava otpornost kruga i smanjuje velike EMI smetnje.

Sekundarni ispravljač i krug snubera

Izlaz iz transformatora ispravlja se pomoću Schottky diode SR360. Ovo je 60V 3A dioda. Ova Schottky dioda D3 daje istosmjerni izlaz iz transformatora koji se dalje ispravlja velikim kondenzatorom C6 od 1000 uF.

Izlaz transformatora daje mreškanje zvona koje potiskuje prigušivački krug koji stvara otpor male vrijednosti i kondenzator u serijskom spoju koji je paralelan s izlaznim ispravljačem. Otpor male vrijednosti iznosi 22R, a kondenzator male vrijednosti 470 pF. Te dvije komponente R8 i C5 stvaraju prigušivački krug u odsjeku istosmjerne struje.

Odjeljak filtra

Odjeljak filtra stvoren je pomoću LC konfiguracije. C je kondenzator filtra C6. To je kondenzator Low ESR za bolje odbacivanje mreškanja vrijednosti 100uF 16V, a induktivitet L1 je induktor jezgre bubnja 3,3uH.

Odjeljak povratnih informacija

Izlazni napon U1 TL431 osjetnik djeli naponom. Stoga, kad god djelitelj napona proizvodi savršeni napon, TL431 uključuje opt spojnicu koja je PC817, označena kao OK1.

Budući da se mogu odabrati dva naponska pogona 3,3 V i 5 V, postoje dva djelitelja napona stvorena pomoću tri otpornika R3, R4 i R5. R5 je uobičajen za sva dva razdjelnika, ali R3 i R4 su promjenjivi pomoću kratkospojnika. Nakon što je osjetio liniju, U1, upravlja se optičkim sklopnikom koji dalje pokreće TNY284DG i galvanski izolira sekundarni osjetni dio povratne sprege s primarnim bočnim regulatorom.

Tijekom prvog uključivanja, budući da se radi o povratnoj konfiguraciji, vozač uključuje prebacivanje i čeka odgovor optičkog sklopnika. Ako je sve normalno, vozač nastavlja prebacivanje, u protivnom preskačite prekidačke cikluse, osim ako sve nije postalo normalno.

Dizajniranje naše SMPS PCB-a

Nakon što je sklop finaliziran, možete ga testirati na perf ploči, a zatim započeti s dizajnom PCB-a. Za dizajn naše PCB-a koristili smo orao, možete pogledati sliku izgleda dolje. Datoteke dizajna također možete preuzeti s donje poveznice.

• Eagle sheme i dizajn PCB-a za 5V / 3.3V SMPS

Kao što vidite, veličina ploče je 63 mm za 32 mm, što je pristojno mala veličina. Komponente su postavljene na sigurnoj udaljenosti kako bi se osigurao siguran rad. Gornja i donja strana našeg PCB-a prikazane su na donjoj slici. To je dvoslojna PCB ploča s planiranom debljinom od 35 um bakra. Izlazna dioda i IC pokretača trebaju posebno razmatranje topline u svrhe odvođenja topline. Također, na sekundarnoj strani se šivanjem vrši bolja povezanost s tlom.

Također možete primijetiti da je malo SMD komponenata smješteno na stražnjoj strani ploče kako bi veličina modula bila mala. Nekoliko je razloga za dizajn koje morate slijediti ako dizajnirate svoju SMPS PCB, pogledajte ovaj članak u Vodiču za dizajn SMPS PCB-a da biste saznali više.

Izrada PCB-a za 12v 1A SMPS krug

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

• Preuzmite datoteku Gerber za SMPS krug 5V / 3.3V

Sad je naš dizajn spreman, vrijeme je da se izrade pomoću datoteke Gerber. Da biste PCB izveli s PCBGOGO, vrlo je jednostavno, jednostavno slijedite korake u nastavku -

1. korak: Uđite na www.pcbgogo.com, prijavite se ako ste prvi put. Zatim na karticu 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 dolje.

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 i košta samo 5 USD za našu PCB. Tada možete odabrati željeni način otpreme na temelju vaših zahtjeva.

Korak 3: Posljednji korak je prijenos Gerber datoteke i nastavak plaćanja. Da bi osigurao nesmetan postupak, PCBGOGO provjerava je li vaša Gerber datoteka valjana prije nego što nastavi s plaćanjem. 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 je do mene nakon nekoliko dana putem kurira u lijepo označenoj dobro spakiranoj kutiji i kao i uvijek kvaliteta PCB-a bila je nevjerojatna. PCB koji sam primio prikazan je u nastavku. Kao što vidite i gornji i donji sloj ispali su kako se očekivalo.

Sve su šupljine i jastučići bili odgovarajuće veličine. Trebalo mi je oko 15 minuta da se sklopim na PCB ploču u radni krug. Sastavljena ploča prikazana je dolje.

Testiranje našeg SMPS kruga 5V / 3.3V

Komponente i ispitnu infrastrukturu osigurao je Iquesters Solutions. Međutim, Transformer je ručno izrađen, također možete izraditi vlastiti SMPS transformator. Ovdje je za potrebe ispitivanja transformator napravljen za 1A. Može se koristiti odgovarajući omjer okretaja za transformator od 1,5 A prema datim specifikacijama transformatora. Naša SMPS ploča izgleda ovako kada je montaža gotova.

Sada ću testirati našu SMPS ploču, usitnit ću je pomoću Variaca i upotrijebiti elektroničko istosmjerno opterećenje za podešavanje izlazne struje. Slika dolje prikazuje moju staru prilagodljivu postavku istosmjernog opterećenja spojenu na našu SMPS ploču. Možete ga testirati s bilo kojim opterećenjem po vašem izboru, ali korištenje prilagodljivog istosmjernog opterećenja pomoći će vam da procijenite svoje ploče napajanja. Također možete jednostavno izraditi vlastiti podesivi elektronički istosmjerni tok na temelju Arduina slijedeći ovu vezu.

Kao što možete vidjeti na donjoj slici, testirao sam naš SMPS sklop i za 5V i za 3.3V promjenom prespojnog kontakta. Izlazna struja testirana je na do 850mA, ali također možete ići do 1,5A na temelju vašeg dizajna transformatora.

Za više informacija o ispitivanju i konstrukciji, pogledajte video vezu u nastavku. Nadam se da ste uživali u članku i naučili nešto korisno. Ako imate pitanja, ostavite ih u odjeljku za komentare ispod ili koristite naše forume.