12V 1A SMPS maitinimo grandinės dizainas: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Sveiki vaikinai!

Kiekvienam elektroniniam įrenginiui ar gaminiui valdyti reikalingas patikimas maitinimo blokas (PSU). Beveik visus mūsų namuose esančius įrenginius, pvz., Televizorių, spausdintuvą, muzikos grotuvą ir kt., Sudaro į jį įmontuotas maitinimo blokas, kuris paverčia kintamosios srovės tinklo įtampą iki tinkamo nuolatinės įtampos lygio. Dažniausiai naudojamas maitinimo grandinės tipas yra SMPS (perjungimo režimo maitinimo šaltinis), tokio tipo grandines galite lengvai rasti savo 12 V adapteryje arba mobiliojo/nešiojamojo kompiuterio įkroviklyje. Šioje pamokoje mes išmoksime sukurti 12 V SMPS grandinę, kuri pakeistų kintamosios srovės maitinimą į 12 V nuolatinę srovę, kai maksimali srovės vertė yra 1,25 A. Ši grandinė gali būti naudojama mažoms apkrovoms maitinti arba netgi pritaikyta įkroviklyje, kad įkrautų švino rūgšties ir ličio baterijas. Jei ši 12 voltų 15 vatų maitinimo grandinė neatitinka jūsų reikalavimų, galite patikrinti įvairias maitinimo grandines su skirtingais vardais.

1 žingsnis: 12 V SMPS grandinė - projektavimo aspektai

Prieš pradedant bet kokio tipo maitinimo šaltinio projektavimą, reikia atlikti poreikių analizę, atsižvelgiant į aplinką, kurioje bus naudojamas mūsų maitinimo šaltinis. Skirtingi maitinimo šaltiniai veikia skirtingose aplinkose ir turi tam tikras įvesties ir išvesties ribas.

Įvesties specifikacija:

Pradėkime nuo įvesties. Įvesties maitinimo įtampa yra pirmasis dalykas, kurį naudos SMPS ir kuris bus paverstas naudinga verte apkrovai maitinti. Kadangi ši konstrukcija yra skirta kintamosios srovės keitimui, įvestis bus kintamoji srovė (AC). Indijoje kintamosios srovės įtampa yra 220–230 voltų, JAV-110 voltų. Taip pat yra kitų tautų, kurios naudoja skirtingus įtampos lygius. Paprastai SMPS veikia su universaliu įėjimo įtampos diapazonu. Tai reiškia, kad įėjimo įtampa gali skirtis nuo 85 V iki 265 V kintamosios srovės. SMPS gali būti naudojamas bet kurioje šalyje ir gali užtikrinti stabilų visos apkrovos išėjimą, jei įtampa yra tarp 85–265 V kintamosios srovės. SMPS taip pat turėtų normaliai veikti esant 50 Hz ir 60 Hz dažniui. Dėl šios priežasties bet kurioje šalyje galime naudoti telefonų ir nešiojamųjų kompiuterių įkroviklius.

Išvesties specifikacija:

Išėjimo pusėje kelios apkrovos yra varžinės, nedaugelis yra indukcinės. Priklausomai nuo apkrovos, SMPS konstrukcija gali būti skirtinga. Šiam SMPS apkrova laikoma varžine apkrova. Tačiau nėra nieko panašaus į varžinę apkrovą, kiekvieną apkrovą sudaro bent tam tikras induktyvumas ir talpa; čia daroma prielaida, kad apkrovos induktyvumas ir talpa yra nereikšmingi.

SMPS išvesties specifikacija labai priklauso nuo apkrovos, pavyzdžiui, kiek įtampos ir srovės reikės apkrovai visomis darbo sąlygomis. Šiam projektui SMPS gali suteikti 15 W galią. Tai yra 12V ir 1,25A. Tikslinis išvesties pulsavimas pasirenkamas kaip mažesnis nei 30 mV pk-pk esant 20000 Hz dažnių juostos pločiui.

2 veiksmas: energijos valdymo IC pasirinkimas

Kiekvienai SMPS grandinei reikalingas maitinimo valdymo IC, taip pat žinomas kaip perjungimo IC arba SMPS IC arba džiovintuvo IC. Apibendrinkime projektavimo samprotavimus, kad pasirinktume idealų energijos valdymo IC, kuris bus tinkamas mūsų dizainui. Mūsų projektavimo reikalavimai yra šie:

1. 15W išvestis. 12V 1.25A su mažesniu nei 30mV pk-pk pulsavimu esant pilnai apkrovai.
2. Universalus įvesties įvertinimas.
3. Įėjimo viršįtampių apsauga.
4. Išėjimo trumpasis jungimas, apsauga nuo viršįtampių ir viršįtampių.
5. Pastovios įtampos operacijos.

Iš aukščiau pateiktų reikalavimų galima rinktis iš įvairių IC, tačiau šiam projektui pasirinkome „Power Integration“. „Power Integration“yra puslaidininkių įmonė, turinti platų galios tvarkyklės IC spektrą įvairiuose galios diapazonuose. Remdamiesi reikalavimais ir prieinamumu, nusprendėme naudoti TNY268PN iš mažų II jungiklių šeimų.

Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodyta maksimali galia 15W. Tačiau mes padarysime SMPS atviru rėmu ir universaliu įvesties reitingu. Tokiame segmente TNY268PN gali suteikti 15 W galią. Pažiūrėkime kaiščio schemą.

3 žingsnis: 12 V SMPS grandinės schema ir paaiškinimas

Prieš pradėdami kurti prototipo dalį, panagrinėkime 12 V SMPS grandinės schemą ir jos veikimą. Grandinę sudaro šie skyriai:

1. Įvesties viršįtampis ir apsauga nuo SMPS gedimų
2. AC-DC konvertavimas
3. PI filtras
4. Vairuotojo grandinė arba perjungimo grandinė
5. Apsauga nuo žemos įtampos.
6. Gnybtų grandinė
7. Magnetika ir galvaninė izoliacija
8. EMI filtras
9. Antrinis lygintuvas ir šnipinėjimo grandinė
10. Filtro skyrius

Įvesties viršįtampis ir apsauga nuo SMPS gedimų

Šį skyrių sudaro du komponentai: F1 ir RV1. F1 yra 1A 250 VAC lėto pūtimo saugiklis, o RV1 - 7 mm 275 V MOV (metalo oksido varistorius). Aukštos įtampos šuolio metu (daugiau nei 275 VAC) MOV tapo trumpas ir sudegė įvesties saugiklis. Tačiau dėl lėto pūtimo funkcijos saugiklis atlaiko įsibrovimo srovę per SMPS.

AC-DC konvertavimas

Šią sekciją valdo diodinis tiltas. Šie keturi diodai (DB107 viduje) sudaro visą tilto lygintuvą. Diodai yra 1N4006, tačiau standartiniai 1N4007 gali puikiai atlikti šį darbą. Šiame projekte šie keturi diodai pakeičiami visu tilto lygintuvu DB107.

PI filtras

Skirtingos valstybės turi skirtingus EMI atmetimo standartus. Ši konstrukcija patvirtina EN61000 3 klasės standartą, o PI filtras suprojektuotas taip, kad sumažintų bendro režimo EMI atmetimą. Šis skyrius sukurtas naudojant C1, C2 ir L1. C1 ir C2 yra 400 V 18uF kondensatoriai. Tai nelyginė vertė, todėl šiai programai pasirinktas 22uF 400V. L1 yra įprasto režimo droselis, kuriam reikia skirtingo EMI signalo, kad būtų atšaukti abu.

Vairuotojo grandinė arba perjungimo grandinė

Tai SMPS širdis. Transformatoriaus pirminę pusę valdo perjungimo grandinė TNY268PN. Perjungimo dažnis yra 120-132 kHz. Dėl šio didelio perjungimo dažnio galima naudoti mažesnius transformatorius. Perjungimo grandinę sudaro du komponentai: U1 ir C3. U1 yra pagrindinis IC TNY268PN variklis. C3 yra aplinkkelio kondensatorius, reikalingas mūsų vairuotojo IC veikimui.

Apsauga nuo žemos įtampos

Apsaugą nuo įtampos blokavimo atlieka jutimo rezistoriai R1 ir R2. Jis naudojamas, kai SMPS pereina į automatinio paleidimo režimą ir pajunta linijos įtampą.

Gnybtų grandinė

D1 ir D2 yra spaustuko grandinė. D1 yra TVS diodas, o D2-itin greito atkūrimo diodas. Transformatorius veikia kaip didžiulis induktorius per galios tvarkyklę IC TNY268PN. Todėl išjungimo ciklo metu transformatorius sukuria aukštos įtampos šuolius dėl transformatoriaus nuotėkio induktyvumo. Šiuos aukšto dažnio įtampos šuolius slopina diodų spaustukas per transformatorių. UF4007 yra pasirinktas dėl itin greito atkūrimo, o P6KE200A-TVS operacijai.

Magnetika ir galvaninė izoliacija

Transformatorius yra feromagnetinis transformatorius ir ne tik paverčia aukštos įtampos kintamąją srovę į žemos įtampos kintamąją, bet ir užtikrina galvaninę izoliaciją.

EMI filtras

EMI filtravimą atlieka C4 kondensatorius. Tai padidina grandinės atsparumą, kad sumažintų didelius EMI trukdžius.

Antrinis lygintuvas ir „Snubber“grandinė

Transformatoriaus išvestis ištaisoma ir konvertuojama į nuolatinę srovę naudojant D6, Schottky lygintuvo diodą. Sujungimo grandinė per D6 slopina pereinamojo laikotarpio įtampos perjungimo operacijas. Sniego grandinę sudaro vienas rezistorius ir vienas kondensatorius, R3 ir C5.

Filtro skyrius

Filtro sekciją sudaro filtro kondensatorius C6. Tai mažo ESR kondensatorius, skirtas geresniam pulsavimo atmetimui. Be to, LC filtras, naudojant L2 ir C7, užtikrina geresnį pulsavimo atmetimą išvestyje.

4 žingsnis: PCB gamyba

Galite piešti PCB schemą naudodami bet kurią programinę įrangą, kaip jums patogiau, ir nusiųsti ją pasirinktam PCB gamintojui. Turiu paruoštą Gerberį, galiu juo pasidalinti.

Aš rekomenduočiau LIONCIRCUITS, nes jie siūlo nebrangią prototipų gamybos paslaugą, kuri yra tikrai gera žmonėms, tokiems kaip mes, pasidaryk pats. Jie turi automatizuotą internetinę platformą, kurioje galite įkelti savo „Gerber“failus ir pateikti užsakymą internetu. Siuntimas visoje Indijoje nemokamas.