12V 1A SMPS toiteahela disain: 4 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Hei poisid!

Iga elektroonilise seadme või toote kasutamiseks on vaja usaldusväärset toiteplokki (PSU). Peaaegu kõik meie kodus olevad seadmed, nagu teler, printer, muusikamängija jne, koosnevad sisseehitatud toiteplokist, mis muundab vahelduvvoolupinge nende toimimiseks sobivale alalispinge tasemele. Kõige sagedamini kasutatav toiteahela tüüp on SMPS (lülitusrežiimi toiteallikas), seda tüüpi vooluahelad leiate hõlpsalt oma 12 V adapterist või mobiil-/sülearvuti laadijast. Selles õpetuses õpime, kuidas ehitada 12 V SMPS -ahelat, mis muundaks vahelduvvoolu toite 12 V alalisvooluks maksimaalse voolutugevusega 1,25 A. Seda vooluahelat saab kasutada väikeste koormuste toitmiseks või isegi kohandada laadijaks, et laadida plii- ja liitiumakusid. Kui see 12v 15vatine toiteahel ei vasta teie nõuetele, saate kontrollida erinevaid erineva nimiväärtusega toiteahelaid.

1. samm: 12v SMPS -ahel - disaini kaalutlused

Enne mis tahes toiteploki projekteerimise jätkamist tuleb nõuete analüüs läbi viia, lähtudes keskkonnast, kus meie toiteallikat kasutatakse. Erinevad toiteallikad töötavad erinevates keskkondades ja teatud sisend-väljundpiiridega.

Sisendi spetsifikatsioon:

Alustame sisendist. Sisendtoitepinge on esimene asi, mida SMPS kasutab ja see muudetakse koormuse toitmiseks kasulikuks väärtuseks. Kuna see disain on ette nähtud vahelduvvoolu-alalisvoolu muundamiseks, on sisendiks vahelduvvool (AC). India jaoks on vahelduvvoolu võimsus 220–230 volti, USA puhul on see 110 volti. On ka teisi riike, kes kasutavad erinevaid pingetasemeid. Üldiselt töötab SMPS universaalse sisendpingevahemikuga. See tähendab, et sisendpinge võib erineda vahelduvvoolust 85V kuni 265V. SMPS-i saab kasutada igas riigis ja see võib tagada stabiilse väljundi täiskoormusel, kui pinge on vahemikus 85–265 V vahelduvvoolu. SMPS peaks normaalselt toimima ka sagedustel 50Hz ja 60Hz. See on põhjus, miks me saame oma telefoni ja sülearvuti laadijaid kasutada igas riigis.

Väljundi spetsifikatsioon:

Väljundi poolel on mõned koormused takistavad, vähesed induktiivsed. Sõltuvalt koormusest võib SMPS -i konstruktsioon olla erinev. Selle SMPS -i puhul eeldatakse, et koormus on takistuslik koormus. Siiski pole midagi takistusliku koormuse sarnast, iga koormus koosneb vähemalt mingist induktiivsusest ja mahtuvusest; siin eeldatakse, et koormuse induktiivsus ja mahtuvus on tühised.

SMPS -i väljundi spetsifikatsioon on koormusest väga sõltuv, näiteks kui palju pinget ja voolu koormus nõuab kõikides töötingimustes. Selle projekti jaoks võiks SMPS pakkuda 15W väljundit. See on 12V ja 1,25A. Sihtväljundi pulsatsioon valitakse väiksemaks kui 30 mV pk-pk sagedusel 20000 Hz.

2. samm: toitehalduse IC valimine

Iga SMPS -ahel vajab toitehaldus -IC -d, mida tuntakse ka kui lülitus -IC -d või SMPS -i IC -d või kuivati -IC -d. Võtame kokku disaini kaalutlused, et valida ideaalne toitehalduse IC, mis sobib meie disainiga. Meie disaininõuded on järgmised:

1. 15W väljund. 12V 1,25A, vähem kui 30mV pk-pk pulsatsioon täiskoormusel.
2. Universaalne sisendreiting.
3. Sisendpingekaitse.
4. Väljundi lühis, ülepinge ja ülevoolu kaitse.
5. Pideva pingega toimingud.

Ülaltoodud nõuete hulgast on valida lai valik IC -sid, kuid selle projekti jaoks oleme valinud toiteintegratsiooni. Toiteintegratsioon on pooljuhtfirma, millel on lai valik toiteallika IC-sid erinevates väljundvahemikes. Tuginedes nõuetele ja saadavusele, oleme otsustanud kasutada pisikeste lülitite II perekondade TNY268PN -i.

Ülaltoodud pildil on näidatud maksimaalne võimsus 15W. Kuid me teeme SMPS -i avatud raamis ja universaalse sisendreitingu jaoks. Sellises segmendis võiks TNY268PN pakkuda 15 W väljundit. Vaatame pin diagrammi.

3. samm: 12 V SMPS vooluahela skeem ja selgitus

Enne prototüübiosa ehitamisse asumist uurime 12 V SMPS -i skeemi ja selle toimimist. Ahelal on järgmised sektsioonid:

1. Sisendpinge ja SMPS rikkekaitse
2. AC-DC muundamine
3. PI filter
4. Juhi vooluahel või lülitusahel
5. Alapinge lukustuskaitse.
6. Klambriahel
7. Magnetika ja galvaaniline isolatsioon
8. EMI filter
9. Sekundaarne alaldi ja snubberi ahel
10. Filtri sektsioon

Sisendpinge ja SMPS rikkekaitse

See jaotis koosneb kahest komponendist, F1 ja RV1. F1 on 1A 250VAC aeglase puhumise kaitse ja RV1 on 7mm 275V MOV (metallioksiidi varistor). Kõrgepinge tõusu ajal (üle 275 VAC) muutus MOV lühikeseks ja puhub sisse sisendkaitsme. Kuid aeglase puhumise funktsiooni tõttu peab kaitse vastu SMPS -i kaudu toimuvale sissetungivoolule.

AC-DC muundamine

Seda sektsiooni juhib dioodsild. Need neli dioodi (DB107 sees) moodustavad täieliku silla alaldi. Dioodid on 1N4006, kuid standard 1N4007 saab selle ülesandega suurepäraselt hakkama. Selles projektis asendatakse need neli dioodi täissilla alaldiga DB107.

PI filter

Erinevatel osariikidel on erinevad EMI tagasilükkamisstandardid. See disain kinnitab EN61000-klassi 3 standardit ja PI-filter on konstrueeritud nii, et vähendada ühisrežiimi EMI tagasilükkamist. See jaotis on loodud C1, C2 ja L1 abil. C1 ja C2 on 400 V 18uF kondensaatorid. See on paaritu väärtus, nii et selle rakenduse jaoks on valitud 22uF 400V. L1 on tavalise režiimi õhuklapp, mille mõlema tühistamiseks kulub erinev EMI signaal.

Juhi vooluahel või lülitusahel

See on SMPSi süda. Trafo primaarset külge juhib lülitusahel TNY268PN. Lülitamissagedus on 120-132 khz. Selle kõrge lülitussageduse tõttu saab kasutada väiksemaid trafosid. Lülitusahelal on kaks komponenti, U1 ja C3. U1 on IC TNY268PN peamine draiver. C3 on möödavoolukondensaator, mida on vaja meie juhi IC tööks.

Alapinge lukustuskaitse

Alarõhulülituse kaitset teostavad tunnetakistid R1 ja R2. Seda kasutatakse siis, kui SMPS lülitub automaatse taaskäivituse režiimi ja tajub liinipinget.

Klambriahel

D1 ja D2 on klambriahel. D1 on TVS diood ja D2 ülikiire taastamise diood. Trafo toimib tohutu induktorina kogu jõuallika IC TNY268PN kaudu. Seetõttu tekitab trafo väljalülitustsükli ajal trafo lekkeinduktiivsuse tõttu kõrgepinge naelu. Need kõrgsageduslikud pingepiigid summutatakse dioodi klambriga üle trafo. UF4007 on valitud ülikiire taastamise tõttu ja TV6 toiminguks on valitud P6KE200A.

Magnetika ja galvaaniline isolatsioon

Trafo on ferromagnetiline trafo ja see mitte ainult ei muuda kõrgepinge vahelduvvoolu madalpinge vahelduvvooluks, vaid tagab ka galvaanilise isolatsiooni.

EMI filter

EMI filtreerimine toimub kondensaatori C4 abil. See suurendab ahela immuunsust, et vähendada kõrgeid EMI häireid.

Sekundaarne alaldi ja Snubberi ahel

Trafo väljund rektifitseeritakse ja muundatakse alalisvooluks, kasutades Schottky alaldi dioodi D6. D6 -s olev ahela lülitus summutab lülitustoimingute ajal pinge ülemineku. Nuputusahel koosneb ühest takistist ja ühest kondensaatorist, R3 ja C5.

Filtri sektsioon

Filtriosa koosneb filtrikondensaatorist C6. See on madala ESR -ga kondensaator paremaks pulsatsioonide tagasilükkamiseks. Samuti pakub L2 ja C7 kasutav LC -filter väljundis paremat pulsatsioonide tagasilükkamist.

4. samm: trükkplaatide tootmine

PCB skeemi saate joonistada mis tahes tarkvaraga vastavalt oma mugavusele ja saata see teie valitud trükkplaatide tootjale. Mul on Gerber valmis, võin seda jagada.

Ma soovitaksin LIONCIRCUITS-i, kuna neil on prototüüpide jaoks odav tootmisteenus, mis on tõesti hea inimestele nagu meie ise tegemise entusiastid. Neil on automatiseeritud veebiplatvorm, kuhu saate oma Gerberi failid üles laadida ja veebitellimuse esitada. Kohaletoimetamine kogu Indias on tasuta.