12V 1A SMPS Proiectare circuit de alimentare: 4 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Bună băieți!

Fiecare dispozitiv sau produs electronic necesită o unitate de alimentare de energie fiabilă (PSU) pentru al utiliza. Aproape toate dispozitivele din casa noastră, cum ar fi televizorul, imprimanta, playerul muzical etc. constau dintr-o unitate de alimentare încorporată, care convertește tensiunea de rețea alternativă la un nivel adecvat de tensiune continuă pentru ca acestea să funcționeze. Cel mai frecvent utilizat tip de circuit de alimentare este SMPS (Switching Mode Power Supply), puteți găsi cu ușurință acest tip de circuite în adaptorul de 12V sau încărcătorul mobil / laptop. În acest tutorial, vom învăța cum să construim un circuit SMPS de 12v care să convertească puterea de rețea alternativă la 12V DC cu un curent maxim de 1,25A. Acest circuit poate fi utilizat pentru a alimenta sarcini mici sau chiar poate fi adaptat într-un încărcător pentru a vă încărca baterii cu plumb-acid și litiu. Dacă acest circuit de alimentare de 12v 15watt nu corespunde cerințelor dvs., puteți verifica diferite circuite de alimentare cu ratinguri diferite.

Pasul 1: Circuitul SMV 12v - Considerații de proiectare

Înainte de a continua cu orice tip de proiectare a sursei de alimentare, analiza cerințelor trebuie făcută pe baza mediului în care va fi utilizată sursa noastră de alimentare. Diferite tipuri de surse de alimentare funcționează în medii diferite și cu limite specifice de intrare-ieșire.

Specificații de intrare:

Să începem cu intrarea. O tensiune de alimentare de intrare este primul lucru care va fi utilizat de SMPS și va fi transformat într-o valoare utilă pentru alimentarea sarcinii. Deoarece acest design este specificat pentru conversia AC-DC, intrarea va fi curent alternativ (AC). Pentru India, intrarea CA este disponibilă în 220-230 volți, pentru SUA este evaluată pentru 110 volți. Există, de asemenea, alte națiuni care utilizează niveluri de tensiune diferite. În general, SMPS funcționează cu un interval universal de tensiune de intrare. Aceasta înseamnă că tensiunea de intrare poate diferi de la 85V AC la 265V AC. SMPS poate fi utilizat în orice țară și ar putea oferi o ieșire stabilă a sarcinii maxime dacă tensiunea este între 85-265V AC. SMPS ar trebui, de asemenea, să funcționeze în mod normal sub frecvența de 50Hz și 60Hz. Acesta este motivul pentru care suntem capabili să folosim încărcătoarele noastre de telefon și laptop în orice țară.

Specificații de ieșire:

Pe partea de ieșire, puține sarcini sunt rezistive, puține sunt inductive. În funcție de sarcină, construcția unui SMPS poate fi diferită. Pentru acest SMPS, sarcina este asumată ca o sarcină rezistivă. Cu toate acestea, nu există nimic ca o sarcină rezistivă, fiecare sarcină constă din cel puțin o cantitate de inductanță și capacitate; aici se presupune că inductanța și capacitatea sarcinii sunt neglijabile.

Specificațiile de ieșire ale unui SMPS sunt extrem de fiabile de încărcare, cum ar fi cât de multă tensiune și curent va fi necesară încărcării în toate condițiile de funcționare. Pentru acest proiect, SMPS ar putea furniza ieșiri de 15W. Are 12V și 1.25A. Ondulația de ieșire vizată este selectată ca fiind mai mică cu 30mV pk-pk la o lățime de bandă de 20000 Hz.

Pasul 2: Selectarea IC-ului de gestionare a energiei

Fiecare circuit SMPS necesită un IC de gestionare a energiei, cunoscut și sub numele de IC de comutare sau IC SMPS sau IC mai uscat. Să rezumăm considerațiile de proiectare pentru a selecta IC-ul ideal de gestionare a energiei care va fi potrivit pentru proiectarea noastră. Cerințele noastre de proiectare sunt:

1. Iesire 15W. 12V 1.25A cu ondulație pk-pk sub 30mV la încărcare maximă.
2. Rating universal de intrare.
3. Protecție la supratensiune de intrare.
4. Protecție la scurtcircuit de ieșire, supratensiune și supracurent.
5. Operații de tensiune constantă.

Din cerințele de mai sus există o gamă largă de circuite integrate din care să selectați, dar pentru acest proiect am selectat integrarea energiei. Integrarea energiei este o companie cu semiconductori care are o gamă largă de circuite integrate pentru driverele de putere în diverse game de putere. Pe baza cerințelor și a disponibilității, am decis să folosim TNY268PN din familiile mici switch II.

În imaginea de mai sus, este afișată puterea maximă de 15W. Cu toate acestea, vom face SMPS în cadru deschis și pentru ratingul de intrare universal. Într-un astfel de segment, TNY268PN ar putea furniza ieșire de 15W. Să vedem diagrama pin.

Pasul 3: Diagrama și explicația circuitului SMPS de 12V

Înainte de a intra direct în construcția piesei prototip, să explorăm schema circuitului SMPS de 12v și funcționarea acesteia. Circuitul are următoarele secțiuni:

1. Protecția împotriva supratensiunii de intrare și SMPS
2. Conversie AC-DC
3. Filtru PI
4. Circuitul driverului sau circuitul de comutare
5. Protecție de blocare sub tensiune.
6. Circuit de prindere
7. Magnetică și izolarea galvanică
8. Filtru EMI
9. Redresor secundar și circuit snubber
10. Secțiunea de filtrare

Protecția împotriva supratensiunii de intrare și SMPS

Această secțiune este formată din două componente, F1 și RV1. F1 este o siguranță de suflare lentă 1A 250VAC, iar RV1 este un MOV de 27 mm de 275V (Varistor de oxid de metal). În timpul unei supratensiuni de înaltă tensiune (mai mult de 275VAC), MOV a devenit scurt și aruncă siguranța de intrare. Cu toate acestea, datorită funcției de suflare lentă, siguranța rezistă curentului de intrare prin SMPS.

Conversie AC-DC

Această secțiune este guvernată de puntea diodei. Aceste patru diode (în interiorul DB107) fac un redresor cu punte completă. Diodele sunt 1N4006, dar standardul 1N4007 poate face treaba perfect. În acest proiect, aceste patru diode sunt înlocuite cu un redresor cu punte complet DB107.

Filtru PI

Diferite state au standarde de respingere EMI diferite. Acest design confirmă standardul EN61000-Class 3, iar filtrul PI este proiectat în așa fel încât să reducă respingerea EMI în modul comun. Această secțiune este creată folosind C1, C2 și L1. C1 și C2 sunt condensatori de 400V 18uF. Este o valoare ciudată, astfel încât 22uF 400V este selectat pentru această aplicație. L1 este un choke în mod obișnuit care necesită semnal diferențial EMI pentru a le anula pe ambele.

Circuitul driverului sau circuitul de comutare

Este inima unui SMPS. Partea primară a transformatorului este controlată de circuitul de comutare TNY268PN. Frecvența de comutare este de 120-132khz. Datorită acestei frecvențe mari de comutare, pot fi utilizate transformatoare mai mici. Circuitul de comutare are două componente, U1 și C3. U1 este principalul driver al IC TNY268PN. C3 este condensatorul de bypass necesar pentru funcționarea driverului IC.

Protecție de blocare sub tensiune

Protecția de blocare sub tensiune se face prin rezistorul de sens R1 și R2. Este utilizat atunci când SMPS intră în modul de repornire automată și detectează tensiunea de linie.

Circuit de prindere

D1 și D2 sunt circuitul de prindere. D1 este dioda TVS și D2 este o diodă de recuperare ultrarapidă. Transformatorul acționează ca un inductor imens pe driverul de putere IC TNY268PN. Prin urmare, în timpul ciclului de oprire, transformatorul creează vârfuri de înaltă tensiune datorită inductanței de scurgere a transformatorului. Aceste vârfuri de tensiune de înaltă frecvență sunt suprimate de clema de diodă peste transformator. UF4007 este selectat datorită recuperării ultra-rapide, iar P6KE200A este selectat pentru operația TVS.

Magnetică și izolarea galvanică

Transformatorul este un transformator feromagnetic și nu numai că transformă tensiunea alternativă de înaltă tensiune într-o tensiune alternativă de joasă tensiune, dar oferă și izolare galvanică.

Filtru EMI

Filtrarea EMI se face de către condensatorul C4. Crește imunitatea circuitului pentru a reduce interferența EMI ridicată.

Redresor secundar și circuit Snubber

Ieșirea din transformator este rectificată și convertită în curent continuu folosind D6, o diodă redresoare Schottky. Circuitul snubber de pe D6 asigură suprimarea tensiunii tranzitorii în timpul operațiilor de comutare. Circuitul snubber este format dintr-un rezistor și un condensator, R3 și C5.

Secțiunea de filtrare

Secțiunea de filtrare constă dintr-un condensator de filtrare C6. Este un condensator ESR scăzut pentru o respingere mai bună a ondulației. De asemenea, un filtru LC care folosește L2 și C7 oferă o respingere mai bună a ondulației pe ieșire.

Pasul 4: Fabricarea PCB-urilor

Puteți desena schema PCB cu orice software după cum vă convine și să o trimiteți la un producător de PCB la alegere. Am un Gerber gata, îl pot împărtăși.

Aș recomanda LIONCIRCUITS deoarece au servicii de fabricație la prețuri reduse pentru prototipuri, ceea ce este foarte bun pentru oameni ca noi, pasionații de bricolaj. Au o platformă online automatizată, unde puteți încărca fișierele dvs. Gerber și plasa o comandă online. Expedierea în toată India este gratuită.