Napajalno vezje napajalnika 12V 1A SMPS: 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Hej fantje!

Vsaka elektronska naprava ali izdelek za delovanje potrebuje zanesljivo napajalno enoto (PSU). Skoraj vse naprave v našem domu, kot so televizija, tiskalnik, predvajalnik glasbe itd., So sestavljene iz vgrajene napajalne enote, ki pretvarja omrežno napetost v izmenični tok v primerno raven enosmerne napetosti za njihovo delovanje. Najpogosteje uporabljena vrsta napajalnega vezja je SMPS (Switching Mode Power Supply), to vrsto vezja lahko preprosto najdete v svojem 12V adapterju ali polnilniku za prenosni računalnik/prenosnik. V tej vadnici se bomo naučili, kako sestaviti 12V SMPS vezje, ki bi pretvorilo napajalno omrežje AC v 12V DC z največjo močjo toka 1,25A. To vezje lahko uporabite za napajanje majhnih obremenitev ali celo prilagodite v polnilnik za polnjenje svinčevih in litijevih baterij. Če to napajalno vezje 12v 15watt ne ustreza vašim zahtevam, lahko preverite različne napajalne tokokroge z različnimi ocenami.

Korak 1: 12V SMPS vezje - oblikovalski premisleki

Preden nadaljujete s kakršno koli zasnovo napajalnika, je treba opraviti analizo zahtev glede na okolje, v katerem se bo uporabljal naš napajalnik. Različne vrste napajalnikov delujejo v različnih okoljih in s posebnimi mejami vhod-izhod.

Vhodna specifikacija:

Začnimo z vnosom. Vhodna napajalna napetost je prva stvar, ki jo bo uporabil SMPS in se bo spremenila v uporabno vrednost za napajanje tovora. Ker je ta zasnova namenjena pretvorbi AC-DC, bo vhod izmenični tok (AC). Za Indijo je vhodni AC na voljo v napetosti 220-230 voltov, za ZDA je ocenjen na 110 voltov. Obstajajo tudi drugi narodi, ki uporabljajo različne napetostne ravni. Na splošno SMPS deluje z univerzalnim območjem vhodne napetosti. To pomeni, da se lahko vhodna napetost razlikuje od 85V AC do 265V AC. SMPS se lahko uporablja v kateri koli državi in bi lahko zagotovil stabilen izhod pri polni obremenitvi, če je napetost med 85-265V AC. SMPS bi moral normalno delovati tudi pri frekvencah 50Hz in 60Hz. To je razlog, zakaj lahko polnilnike za telefone in prenosnike uporabljamo v kateri koli državi.

Specifikacija izhoda:

Na izhodni strani je nekaj obremenitev uporovnih, nekaj je induktivnih. Glede na obremenitev je lahko konstrukcija SMPS drugačna. Pri tem SMPS se obremenitev predpostavlja kot uporovna obremenitev. Vendar pa ni nič podobnega uporovni obremenitvi, vsaka obremenitev je sestavljena iz vsaj neke količine induktivnosti in kapacitivnosti; tukaj se domneva, da sta induktivnost in kapacitivnost bremena zanemarljiva.

Specifikacija izhoda SMPS je zelo odvisna od obremenitve, na primer, koliko napetosti in toka bo potrebno za obremenitev v vseh pogojih delovanja. Za ta projekt bi lahko SMPS zagotovil 15W izhoda. Je 12V in 1,25A. Ciljno izhodno valovanje je izbrano kot 30mV pk-pk pri pasovi 20000 Hz.

2. korak: Izbira IC za upravljanje porabe energije

Vsako vezje SMPS zahteva IC za upravljanje porabe energije, znan tudi kot preklopna IC ali SMPS IC ali Drier IC. Če povzamemo premisleke o načrtovanju, da izberemo idealno IC za upravljanje porabe energije, ki bo primerna za našo zasnovo. Naše oblikovalske zahteve so:

1. 15W izhod. 12V 1,25A z manj kot 30 mV pk-pk valovanje pri polni obremenitvi.
2. Univerzalna vhodna ocena.
3. Vhodna zaščita pred prenapetostjo.
4. Izhodna zaščita pred kratkim stikom, prenapetostjo in pretokom.
5. Delovanje s konstantno napetostjo.

Med zgornjimi zahtevami lahko izbirate med široko paleto IC -jev, vendar smo za ta projekt izbrali integracijo napajanja. Power Integracija je polprevodniško podjetje, ki ima široko paleto IC-jev gonilnikov moči v različnih območjih izhodne moči. Na podlagi zahtev in razpoložljivosti smo se odločili za uporabo TNY268PN iz majhnih družin stikal II.

Na zgornji sliki je prikazana največja moč 15W. Vendar bomo SMPS naredili v odprtem okviru in za univerzalno vhodno oceno. V takem segmentu bi lahko TNY268PN zagotovil 15W izhoda. Poglejmo pin diagram.

3. korak: Shema 12V SMPS in razlaga

Preden se lotimo izdelave prototipnega dela, raziščimo diagram vezja 12V SMPS in njegovo delovanje. Vezje ima naslednje odseke:

1. Vhodni prenapetost in zaščita pred napakami SMPS
2. Pretvorba AC-DC
3. PI filter
4. Gonilniško vezje ali preklopno vezje
5. Zaščita pred blokado pod napetostjo.
6. Vpenjalni tokokrog
7. Magneti in galvanska izolacija
8. EMI filter
9. Sekundarni usmernik in vezje vezja
10. Odsek filtra

Vhodni prenapetost in zaščita pred napakami SMPS

Ta razdelek je sestavljen iz dveh komponent, F1 in RV1. F1 je 1A 250VAC počasna varovalka, RV1 pa 7mm 275V MOV (Varistor za kovinski oksid). Med visokonapetostnim sunkom (več kot 275VAC) je MOV postal kratek in pregori vhodno varovalko. Vendar pa zaradi funkcije počasnega udarca varovalka vzdrži vpadni tok skozi SMPS.

Pretvorba AC-DC

Ta odsek upravlja diodni most. Te štiri diode (znotraj DB107) tvorijo polni mostični usmernik. Diode so 1N4006, vendar standardni 1N4007 lahko odlično opravi delo. V tem projektu se te štiri diode zamenjajo s polnomostičnim usmernikom DB107.

PI filter

Različne države imajo različne standarde zavračanja EMI. Ta zasnova potrjuje standard EN61000 razreda 3, filter PI pa je zasnovan tako, da zmanjša zavrnitev EMI v običajnem načinu. Ta razdelek je ustvarjen z uporabo C1, C2 in L1. C1 in C2 sta 400V 18uF kondenzatorja. To je liha vrednost, zato je za to aplikacijo izbrano 22uF 400V. L1 je pogosta dušilna naprava, ki sprejme diferencialni EMI signal za preklic obeh.

Gonilniško vezje ali stikalno vezje

Je srce SMPS. Primarno stran transformatorja nadzira stikalno vezje TNY268PN. Preklopna frekvenca je 120-132kHz. Zaradi te visoke preklopne frekvence je mogoče uporabiti manjše transformatorje. Stikalno vezje ima dve komponenti, U1 in C3. U1 je glavni gonilnik IC TNY268PN. C3 je obvodni kondenzator, ki je potreben za delovanje našega gonilnika IC.

Zaščita pred pod napetostjo

Zaščito pred blokado pod napetostjo izvede senzorski upor R1 in R2. Uporablja se, ko SMPS preide v način samodejnega ponovnega zagona in zazna omrežno napetost.

Vpenjalni tokokrog

D1 in D2 sta vpenjalni tokokrog. D1 je dioda TVS, D2 pa ultra hitra obnovitvena dioda. Transformator deluje kot velik induktor preko gonilnika IC TNY268PN. Zato med ciklom izklopa transformator ustvari visokonapetostne konice zaradi uhajanja transformatorja. Te visokofrekvenčne napetostne konice potisne diodna spona na transformatorju. UF4007 je izbran zaradi ultra hitrega okrevanja, za delovanje TVS pa P6KE200A.

Magneti in galvanska izolacija

Transformator je feromagnetni transformator in ne samo pretvarja visokonapetostni AC v nizkonapetostni izmenični tok, ampak tudi zagotavlja galvansko izolacijo.

EMI filter

EMI filtriranje poteka s kondenzatorjem C4. Poveča odpornost vezja za zmanjšanje motenj EMI.

Sekundarni usmernik in vezje vezja

Izhod iz transformatorja se popravi in pretvori v enosmerni tok s pomočjo D6, usmerniške diode Schottky. Snubber vezje na D6 zagotavlja zatiranje napetostnega prehoda med preklapljanjem. Snubber vezje je sestavljeno iz enega upora in enega kondenzatorja, R3 in C5.

Odsek filtra

Odsek filtra je sestavljen iz filtrirnega kondenzatorja C6. Je kondenzator z nizko ESR za boljšo zavrnitev valovanja. Prav tako filter LC z uporabo L2 in C7 zagotavlja boljšo zavrnitev valovanja na izhodu.

4. korak: Proizvodnja PCB

Shemo PCB lahko narišete s katero koli programsko opremo, ki vam ustreza, in jo pošljete proizvajalcu PCB po vaši izbiri. Pripravil sem Gerber, lahko ga delim.

Priporočam LIONCIRCUITS, saj imajo nizkocenovne proizvodne storitve za prototipe, kar je zelo dobro za ljudi, kot smo mi, ljubitelji DIY. Imajo avtomatizirano spletno platformo, kamor lahko naložite svoje datoteke Gerber in oddate spletno naročilo. Dostava po vsej Indiji je brezplačna.