12V 1A SMPS захранваща верига Дизайн: 4 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Хей момчета!

Всяко електронно устройство или продукт изисква надежден захранващ блок (PSU), за да работи с него. Почти всички устройства в нашия дом, като телевизор, принтер, музикален плейър и др., Се състоят от вграден в него захранващ блок, който преобразува мрежовото напрежение в променливотоково напрежение в подходящо ниво на DC напрежение, за да работят. Най -често използваният тип захранваща верига е SMPS (захранване в режим на превключване), лесно можете да намерите този тип вериги във вашия 12V адаптер или зарядно за мобилни устройства/лаптопи. В този урок ще научим как да изградим 12v SMPS верига, която да преобразува захранващата мрежа от AC в 12V DC с максимален токов ток 1.25A. Тази схема може да се използва за захранване на малки товари или дори да се адаптира в зарядно устройство за зареждане на оловно-кисели и литиеви батерии. Ако тази 12v 15watt захранваща верига не отговаря на вашите изисквания, можете да проверите различни захранващи вериги с различни стойности.

Стъпка 1: 12v SMPS верига - Съображения за проектиране

Преди да се пристъпи към какъвто и да е вид захранване, трябва да се направи анализ на изискванията въз основа на средата, в която ще се използва нашето захранване. Различните видове захранване работят в различни среди и със специфични граници вход-изход.

Спецификация на входа:

Нека започнем с въвеждането. Входното захранващо напрежение е първото нещо, което ще се използва от SMPS и ще се трансформира в полезна стойност за захранване на товара. Тъй като този дизайн е специфициран за AC-DC преобразуване, входът ще бъде променлив ток (AC). За Индия входният променлив ток се предлага в 220-230 волта, за САЩ е оценен на 110 волта. Има и други държави, които използват различни нива на напрежение. Като цяло SMPS работи с универсален диапазон на входното напрежение. Това означава, че входното напрежение може да се различава от 85V AC до 265V AC. SMPS може да се използва във всяка страна и може да осигури стабилен изход при пълно натоварване, ако напрежението е между 85-265V AC. SMPS също трябва да функционира нормално под честота 50Hz и 60Hz. Това е причината да можем да използваме нашите зарядни устройства за телефони и лаптопи във всяка страна.

Спецификация на изхода:

От изходната страна малко натоварвания са резистивни, малко са индуктивни. В зависимост от натоварването конструкцията на SMPS може да бъде различна. За този SMPS натоварването се приема като резистивен товар. Въпреки това, няма нищо подобно на резистивен товар, всеки товар се състои от поне известно количество индуктивност и капацитет; тук се приема, че индуктивността и капацитетът на товара са незначителни.

Спецификацията на изхода на SMPS е силно зависима от натоварването, например колко напрежение и ток ще бъдат необходими при натоварване при всички работни условия. За този проект SMPS може да осигури 15W мощност. Той е 12V и 1.25A. Целевото изходно вълнение се избира като по-малко от 30mV pk-pk при честотна лента 20000 Hz.

Стъпка 2: Избор на IC за управление на захранването

Всяка SMPS верига изисква IC за управление на захранването, известен също като превключваща IC или SMPS IC или Drier IC. Нека обобщим съображенията относно дизайна, за да изберем идеалната ИС за управление на захранването, която ще бъде подходяща за нашия дизайн. Нашите изисквания за дизайн са:

1. 15W изход. 12V 1.25A с по-малко от 30mV pk-pk пулсации при пълно натоварване.
2. Универсален входен рейтинг.
3. Входна защита от пренапрежение.
4. Изходна защита от късо съединение, пренапрежение и свръхток.
5. Операции с постоянно напрежение.

От горните изисквания има широк спектър от интегрални схеми, от които да избирате, но за този проект сме избрали интеграция на захранване. Интеграцията на захранване е полупроводникова компания, която има широк спектър от интегрални схеми на драйвери за захранване в различни диапазони на изходна мощност. Въз основа на изискванията и наличността решихме да използваме TNY268PN от малки семейства switch II.

На горното изображение е показана максималната мощност 15W. Въпреки това, ние ще направим SMPS в отворена рамка и за универсален входен рейтинг. В такъв сегмент TNY268PN може да осигури 15W изход. Нека да видим диаграмата на щифтовете.

Стъпка 3: Схема и обяснение на 12V SMPS

Преди да преминем директно към изграждането на прототипната част, нека разгледаме схемата на 12v SMPS и нейната работа. Веригата има следните секции:

1. Защита от повреда на входа и SMPS
2. AC-DC преобразуване
3. PI филтър
4. Схема на драйвера или верига за превключване
5. Защита от блокиране под напрежение.
6. Затягаща верига
7. Магнити и галванична изолация
8. EMI филтър
9. Вторичен токоизправител и гасител
10. Филтърна секция

Защита от повреда на входа и SMPS

Този раздел се състои от два компонента, F1 и RV1. F1 е предпазител с бавно издухване 1A 250VAC, а RV1 е 7 мм 275V MOV (варистор с метален оксид). По време на скок на високо напрежение (повече от 275VAC), MOV стана мъртъв и изгори входния предпазител. Въпреки това, поради функцията за бавен удар, предпазителят издържа на пусковия ток през SMPS.

AC-DC преобразуване

Този участък се управлява от диодния мост. Тези четири диода (вътре в DB107) правят пълномостов токоизправител. Диодите са 1N4006, но стандартният 1N4007 може да се справи перфектно с работата. В този проект тези четири диода се заменят с пълномостов токоизправител DB107.

PI филтър

Различните държави имат различни стандарти за отхвърляне на EMI. Този дизайн потвърждава стандарта EN61000-Class 3, а PI филтърът е проектиран по такъв начин, че да намали отхвърлянето на EMI в обикновен режим. Този раздел е създаден с помощта на C1, C2 и L1. C1 и C2 са 400V 18uF кондензатори. Това е нечетна стойност, така че 22uF 400V е избрано за това приложение. L1 е обикновен дросел, който приема диференциален EMI сигнал, за да анулира и двете.

Схема на водача или верига за превключване

Това е сърцето на SMPS. Първичната страна на трансформатора се управлява от превключващата верига TNY268PN. Честотата на превключване е 120-132khz. Поради тази висока честота на превключване могат да се използват по -малки трансформатори. Превключващата верига има два компонента, U1 и C3. U1 е основният двигател на IC TNY268PN. C3 е байпас кондензатор, който е необходим за работата на нашия драйвер IC.

Защита от блокиране под напрежение

Защитата от блокиране под напрежение се извършва от сензорния резистор R1 и R2. Използва се, когато SMPS преминава в режим на автоматично рестартиране и усеща мрежовото напрежение.

Затягаща верига

D1 и D2 са затягащата верига. D1 е диодът на TVS, а D2 е ултра-бърз диод за възстановяване. Трансформаторът действа като огромен индуктор в драйвера за захранване IC TNY268PN. Следователно по време на цикъла на изключване, трансформаторът създава скокове с високо напрежение поради индуктивността на изтичане на трансформатора. Тези скокове на високочестотно напрежение се потискат от диодната скоба през трансформатора. UF4007 е избран поради свръхбързото възстановяване и P6KE200A е избран за операцията TVS.

Магнити и галванична изолация

Трансформаторът е феромагнитен трансформатор и не само преобразува променливотоковото напрежение с високо напрежение в променливо напрежение с ниско напрежение, но също така осигурява галванична изолация.

EMI филтър

EMI филтрирането се извършва от кондензатора C4. Той увеличава имунитета на веригата, за да намали високите EMI смущения.

Вторичен токоизправител и гасител

Изходът от трансформатора се коригира и преобразува в DC с помощта на D6, токоизправител на Шотки. Веригата за гасене в D6 осигурява потискане на преходното напрежение по време на превключващи операции. Веригата за гасене се състои от един резистор и един кондензатор, R3 и C5.

Филтърна секция

Филтърната секция се състои от филтър кондензатор С6. Това е кондензатор с ниска ESR за по -добро отхвърляне на вълните. Също така, LC филтър, използващ L2 и C7, осигурява по -добро отхвърляне на вълни в изхода.

Стъпка 4: Производство на печатни платки

Можете да нарисувате схемата на печатната платка с всеки софтуер според вашето удобство и да я изпратите до производител на печатни платки по ваш избор. Имам готов Gerber, мога да го споделя.

Бих препоръчал LIONCIRCUITS, тъй като те предлагат евтини производствени услуги за прототипи, което е наистина добро за хора като нас, ентусиасти за „направи си сам“. Те имат автоматизирана онлайн платформа, където можете да качите вашите Gerber файлове и да направите онлайн поръчка. Доставката в цяла Индия е безплатна.