12V 1A SMPS strømforsyningskredsløb: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Hej gutter!

Hver elektronisk enhed eller produkt kræver en pålidelig strømforsyningsenhed (PSU) for at betjene den. Næsten alle enheder i vores hjem, som tv, printer, musikafspiller osv. Består af en indbygget strømforsyningsenhed, der konverterer vekselstrømsspændingen til et passende DC -spændingsniveau, så de kan fungere. Den mest almindeligt anvendte type strømforsyningskredsløb er SMPS (Switching Mode Power Supply), du kan let finde denne type kredsløb i din 12V adapter eller mobil/bærbar oplader. I denne vejledning lærer vi, hvordan man opbygger et 12v SMPS -kredsløb, der konverterer vekselstrøm til 12V DC med en maksimal strømværdi på 1,25A. Dette kredsløb kan bruges til at drive små belastninger eller endda tilpasses til en oplader til at oplade dig bly- og lithiumbatterier. Hvis dette 12v 15watt strømforsyningskredsløb ikke matcher dine krav, kan du kontrollere forskellige strømforsyningskredsløb med forskellige ratings.

Trin 1: 12v SMPS -kredsløb - designovervejelser

Inden nogen form for strømforsyningsdesign fortsættes, skal kravanalyse udføres baseret på det miljø, hvor vores strømforsyning vil blive brugt. Forskellige former for strømforsyning fungerer i forskellige miljøer og med specifikke input-output grænser.

Indgangsspecifikation:

Lad os starte med input. En indgangsforsyningsspænding er det første, der vil blive brugt af SMPS og vil blive omdannet til en nyttig værdi til at fodre belastningen. Da dette design er specificeret til AC-DC-konvertering, vil indgangen være vekselstrøm (AC). For Indien er input AC tilgængelig i 220-230 volt, for USA er den klassificeret til 110 volt. Der er også andre nationer, der bruger forskellige spændingsniveauer. Generelt fungerer SMPS med et universelt indgangsspændingsområde. Dette betyder, at indgangsspændingen kan variere fra 85V AC til 265V AC. SMPS kan bruges i ethvert land og kan give en stabil effekt af fuld belastning, hvis spændingen er mellem 85-265V AC. SMPS'en skal også fungere normalt under 50Hz og 60Hz frekvens. Dette er grunden til, at vi er i stand til at bruge vores telefon- og bærbare opladere i ethvert land.

Output specifikation:

På output -siden er få belastninger resistive, få er induktive. Afhængigt af belastningen kan konstruktionen af en SMPS være anderledes. For denne SMPS antages belastningen som en resistiv belastning. Der er imidlertid intet som en resistiv belastning, hver belastning består af mindst en vis grad af induktans og kapacitans; her antages det, at belastningens induktans og kapacitans er ubetydelig.

Udgangsspecifikationen for en SMPS er meget pålidelig for belastningen, ligesom hvor meget spænding og strøm der kræves ved belastning under alle driftsbetingelser. Til dette projekt kunne SMPS levere 15W output. Det er 12V og 1,25A. Den målrettede udgangsrippel er valgt som mindre 30mV pk-pk ved 20000 Hz båndbredde.

Trin 2: Valg af strømstyrings -IC

Hvert SMPS -kredsløb kræver en Power Management IC, også kendt som switch IC eller SMPS IC eller Drier IC. Lad os opsummere designovervejelserne for at vælge den ideelle Power Management IC, der passer til vores design. Vores designkrav er:

1. 15W effekt. 12V 1,25A med mindre end 30mV pk-pk krusning ved fuld belastning.
2. Universal input rating.
3. Input overspændingsbeskyttelse.
4. Output kortslutning, overspænding og overstrømsbeskyttelse.
5. Konstant spændingsdrift.

Fra ovenstående krav er der en bred vifte af IC'er at vælge imellem, men til dette projekt har vi valgt Power integration. Power integration er en halvledervirksomhed, der har en bred vifte af power driver IC'er i forskellige effektudgangsområder. Baseret på krav og tilgængelighed har vi besluttet at bruge TNY268PN fra små switch II -familier.

På billedet ovenfor vises den maksimale effekt 15W. Vi vil dog lave SMPS i den åbne ramme og til den universelle inputvurdering. I et sådant segment kunne TNY268PN levere 15W output. Lad os se stiftdiagrammet.

Trin 3: 12V SMPS kredsløbsdiagram og forklaring

Inden vi går direkte i gang med at bygge prototypedelen, lad os undersøge 12v SMPS kredsløbsdiagrammet og dets funktion. Kredsløbet har følgende sektioner:

1. Inputbølge og SMPS fejlbeskyttelse
2. AC-DC konvertering
3. PI filter
4. Driver kredsløb eller koblingskredsløb
5. Underspændingsbeskyttelse.
6. Klemme kredsløb
7. Magnetik og galvanisk isolation
8. EMI filter
9. Sekundær ensretter og snubber kredsløb
10. Filter sektion

Inputbølge og SMPS fejlbeskyttelse

Dette afsnit består af to komponenter, F1 og RV1. F1 er en 1A 250VAC langsom sikring, og RV1 er en 7 mm 275V MOV (Metal Oxide Varistor). Under en højspændingsbølge (mere end 275VAC) blev MOV død kort og blæser indgangssikringen. På grund af den langsomme slagfunktion modstår sikringen imidlertid startstrøm gennem SMPS.

AC-DC konvertering

Dette afsnit styres af diodebroen. Disse fire dioder (inde i DB107) udgør en fuldbro -ensretter. Dioderne er 1N4006, men standard 1N4007 kan udføre jobbet perfekt. I dette projekt erstattes disse fire dioder med en fuldbro -ensretter DB107.

PI filter

Forskellige stater har forskellige EMI -afvisningsstandarder. Dette design bekræfter EN61000-klasse 3-standarden, og PI-filteret er designet på en sådan måde, at det reducerer den almindelige EMI-afvisning. Dette afsnit oprettes ved hjælp af C1, C2 og L1. C1 og C2 er 400V 18uF kondensatorer. Det er en ulige værdi, så 22uF 400V vælges til denne applikation. L1 er en common -mode choker, der tager differentielt EMI -signal for at annullere begge.

Driver kredsløb eller koblingskredsløb

Det er hjertet i en SMPS. Transformatorens primære side styres af koblingskredsløbet TNY268PN. Skiftefrekvensen er 120-132khz. På grund af denne høje koblingsfrekvens kan mindre transformere bruges. Omskifterkredsløbet har to komponenter, U1 og C3. U1 er hoveddriveren for IC TNY268PN. C3 er bypass -kondensatoren, som er nødvendig for at fungere i vores driver -IC.

Underspændingsbeskyttelse

Underspændingsbeskyttelse udføres af følelsesmodstanden R1 og R2. Det bruges, når SMPS går i automatisk genstartstilstand og registrerer netspændingen.

Klemme kredsløb

D1 og D2 er klemkredsløbet. D1 er TVS-dioden, og D2 er en ultrahurtig genoprettelsesdiode. Transformatoren fungerer som en enorm induktor på tværs af driveren IC TNY268PN. Derfor skaber transformatoren under afbrydelsescyklussen højspændingsspidser på grund af transformatorens lækageinduktans. Disse højfrekvente spændingsspidser undertrykkes af diodeklemmen på tværs af transformatoren. UF4007 vælges på grund af den ultrahurtige gendannelse, og P6KE200A vælges til TVS-betjeningen.

Magnetik og galvanisk isolation

Transformatoren er en ferromagnetisk transformer, og den konverterer ikke kun højspændings -vekselstrøm til en lavspændings -vekselstrøm, men giver også galvanisk isolation.

EMI filter

EMI -filtrering udføres af C4 -kondensatoren. Det øger kredsløbets immunitet for at reducere den høje EMI -interferens.

Sekundær ensretter og Snubber kredsløb

Outputtet fra transformeren rettes og konverteres til DC ved hjælp af D6, en Schottky -ensretterdiode. Snubberkredsløbet over D6 giver undertrykkelse af spændingstransienten under koblingsoperationer. Snubberkredsløbet består af en modstand og en kondensator, R3 og C5.

Filter sektion

Filterdelen består af en filterkondensator C6. Det er en lav ESR -kondensator til bedre afstødning af krusninger. Et LC -filter ved hjælp af L2 og C7 giver også bedre afvisning af krusninger på tværs af output.

Trin 4: PCB -fremstilling

Du kan tegne PCB -skematikken med enhver software efter din bekvemmelighed og sende den til en PCB -producent efter eget valg. Jeg har en Gerber klar, jeg kan dele den.

Jeg vil anbefale LIONCIRCUITS, da de har en billig fremstillingsservice til prototyper, hvilket er virkelig godt for folk som os DIY-entusiaster. De har en automatiseret online platform, hvor du kan uploade dine Gerber -filer og afgive en online -ordre. Forsendelse i hele Indien er gratis.