12V 1A SMPS Strujni krug napajanja: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Ćao društvo!

Za rad svakog elektroničkog uređaja ili proizvoda potrebna je pouzdana jedinica za napajanje (PSU). Gotovo svi uređaji u našem domu, poput televizora, pisača, muzičkog playera itd., Sastoje se od ugrađene jedinice za napajanje koja pretvara mrežni napon na odgovarajući nivo istosmjernog napona za njihov rad. Najčešće korištena vrsta napajanja je SMPS (Switching Mode Power Supply), ovu vrstu kola lako možete pronaći u svom 12V adapteru ili punjaču za mobitel/prijenosno računalo. U ovom ćemo vodiču naučiti kako izgraditi 12V SMPS kolo koje bi pretvorilo mrežno napajanje u 12V DC s maksimalnom strujom od 1,25A. Ovaj krug se može koristiti za napajanje malih opterećenja ili se čak može prilagoditi punjaču za punjenje olovnih i litijumskih baterija. Ako ovaj krug napajanja 12v 15watt ne odgovara vašim zahtjevima, možete provjeriti različita kola napajanja s različitim nazivima.

Korak 1: 12v SMPS krug - razmatranja o dizajnu

Prije nego što nastavite s bilo kakvim dizajnom napajanja, potrebno je izvršiti analizu potreba na osnovu okruženja u kojem će se naše napajanje koristiti. Različite vrste napajanja rade u različitim okruženjima i sa specifičnim ulazno-izlaznim granicama.

Specifikacija ulaza:

Počnimo s unosom. Ulazni napon napajanja je prva stvar koju će koristiti SMPS i koja će se pretvoriti u korisnu vrijednost za napajanje opterećenja. Kako je ovaj dizajn predviđen za AC-DC konverziju, ulaz će biti naizmjenične struje (AC). Za Indiju je ulazni izmjenični napon dostupan u 220-230 volti, za SAD je ocijenjen na 110 volti. Postoje i druge zemlje koje koriste različite nivoe napona. Općenito, SMPS radi s univerzalnim rasponom ulaznog napona. 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 pri punom opterećenju ako je napon između 85-265V AC. SMPS bi također trebao normalno funkcionirati pod frekvencijama od 50Hz i 60Hz. To je razlog zašto naše punjače za telefone i laptopove možemo koristiti u bilo kojoj zemlji.

Specifikacija izlaza:

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

Specifikacija izlaza SMPS -a uvelike ovisi o opterećenju, primjerice o tome koliko će napona i struje biti potrebno opterećenju u svim radnim uvjetima. Za ovaj projekt, SMPS bi mogao osigurati izlaz od 15W. Napon je 12V i 1.25A. Ciljana izlazna valovitost je odabrana kao manja od 30mV pk-pk pri propusnosti od 20000 Hz.

Korak 2: Odabir IC -a za upravljanje napajanjem

Svaki SMPS krug zahtijeva IC za upravljanje napajanjem poznat i kao komutacijska IC ili SMPS IC ili Drier IC. Sumirajmo razmatranja dizajna kako bismo odabrali idealnu IC jedinicu za upravljanje napajanjem koja će odgovarati našem dizajnu. Naši zahtjevi za dizajn su:

1. 15W izlaz. 12V 1.25A sa manje od 30mV pk-pk talasa pri punom opterećenju.
2. Univerzalna ocjena ulaza.
3. Ulazna zaštita od prenapona.
4. Izlazna zaštita od kratkog spoja, prenapona i prenapona.
5. Rad sa konstantnim naponom.

Iz gore navedenih zahtjeva postoji širok raspon IC -ova za odabir, ali za ovaj projekt odabrali smo integraciju napajanja. Power Integracija je poluvodička kompanija koja ima širok raspon IC upravljačkih programa u različitim rasponima izlazne snage. Na temelju zahtjeva i dostupnosti odlučili smo se za upotrebu TNY268PN iz malih porodica prekidača II.

Na gornjoj slici prikazana je maksimalna snaga od 15W. Međutim, SMPS ćemo napraviti u otvorenom okviru i za univerzalnu ocjenu ulaza. U takvom segmentu, TNY268PN bi mogao dati izlaz od 15W. Pogledajmo pin dijagram.

Korak 3: 12V SMPS dijagram i objašnjenje

Prije nego što krenemo izravno u izradu prototipnog dijela, istražimo dijagram sklopa 12V SMPS i njegov rad. Krug ima sljedeće odjeljke:

1. Ulazni udar i zaštita od greške SMPS -a
2. AC-DC konverzija
3. PI filter
4. Upravljački krug ili sklopni krug
5. Zaštita od blokiranja pod naponom.
6. Stezni krug
7. Magneti i galvanska izolacija
8. EMI filter
9. Sekundarni ispravljač i krug prigušivača
10. Odeljak filtera

Ulazni udar i zaštita od greške SMPS -a

Ovaj odjeljak sastoji se od dvije komponente, F1 i RV1. F1 je 1A 250VAC tromi osigurač, a RV1 je 7 mm 275V MOV (Varistor za metalni oksid). Tijekom visokog napona (više od 275VAC), MOV je postao krajnji kratki i pregorio je ulazni osigurač. Međutim, zbog funkcije sporog puhanja, osigurač podnosi udarnu struju kroz SMPS.

AC-DC konverzija

Ovom dionicom upravlja diodni most. Ove četiri diode (unutar DB107) čine puni ispravljač mosta. Diode su 1N4006, ali standardne 1N4007 mogu savršeno obaviti posao. U ovom projektu ove četiri diode zamjenjuju se ispravljačem s punim mostom DB107.

PI filter

Različite države imaju različite standarde odbijanja EMI. Ovaj dizajn potvrđuje standard EN61000-Klase 3, a PI filter je dizajniran na takav način da smanji odbijanje EMI-ja u zajedničkom načinu rada. Ovaj odjeljak je kreiran pomoću C1, C2 i L1. C1 i C2 su 400V 18uF kondenzatori. To je neparna vrijednost pa je za ovu aplikaciju odabrano 22uF 400V. L1 je prigušnica uobičajenog načina rada koja uzima diferencijalni EMI signal za poništavanje oba.

Upravljačko kolo ili sklopni krug

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

Stezni krug

D1 i D2 su stezni krug. D1 je TVS dioda, a D2 je ultra brza dioda za oporavak. Transformator djeluje kao veliki induktor preko upravljačkog programa IC TNY268PN. Zbog toga tijekom ciklusa isključivanja transformator stvara visokonaponske skokove zbog induktivnosti propuštanja transformatora. Ove visokofrekventne skokove napona potiskuje stezaljka diode preko transformatora. UF4007 je odabran zbog ultra brzog oporavka, a P6KE200A je odabran za TVS operaciju.

Magneti i galvanska izolacija

Transformator je feromagnetni transformator i ne samo da pretvara visokonaponski AC u niskonaponski, već također pruža galvansku izolaciju.

EMI filter

EMI filtriranje vrši se pomoću kondenzatora C4. Povećava imunitet kola kako bi se smanjile visoke EMI smetnje.

Sekundarni ispravljač i prigušivač

Izlaz iz transformatora se ispravlja i pretvara u DC pomoću D6, Schottkyjeve ispravljačke diode. Snubber krug preko D6 osigurava potiskivanje prijelaznog napona tijekom operacija prebacivanja. Krug prigušivača sastoji se od jednog otpornika i jednog kondenzatora, R3 i C5.

Odeljak filtera

Filterski dio sastoji se od kondenzatora filtera C6. To je kondenzator s niskim ESR -om za bolje odbijanje valovitosti. Takođe, LC filter koji koristi L2 i C7 omogućava bolje odbijanje talasa na izlazu.

Korak 4: Proizvodnja PCB -a

Shemu PCB -a možete nacrtati s bilo kojim softverom po želji i poslati ga proizvođaču PCB -a po vašem izboru. Imam spreman Gerber, mogu ga podijeliti.

Ja bih preporučio LIONCIRCUITS jer imaju jeftine proizvodne usluge za prototipove što je zaista dobro za ljude poput nas DIY entuzijasta. Imaju automatiziranu internetsku platformu na koju možete postaviti svoje Gerber datoteke i izvršiti online narudžbu. Dostava po cijeloj Indiji je besplatna.