12V 1A SMPS strømforsyningskretsdesign: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Hei folkens!

Hver elektronisk enhet eller produkt krever en pålitelig strømforsyningsenhet (PSU) for å betjene den. Nesten alle enheter i hjemmet vårt, som TV, skriver, musikkspiller, etc. består av en innebygd strømforsyningsenhet som konverterer AC -nettspenningen til et passende DC -spenningsnivå for dem å fungere. Den mest brukte typen strømforsyningskrets er SMPS (Switching Mode Power Supply), du kan enkelt finne denne typen kretser i din 12V adapter eller mobil/bærbar lader. I denne opplæringen lærer vi hvordan du bygger en 12V SMPS -krets som konverterer vekselstrøm til 12V DC med en maksimal strømstyrke på 1,25A. Denne kretsen kan brukes til å drive små belastninger eller til og med tilpasses til en lader for å lade deg bly- og litiumbatterier. Hvis denne 12v 15watt strømforsyningskretsen ikke samsvarer med kravet ditt, kan du sjekke forskjellige strømforsyningskretser med forskjellige karakterer.

Trinn 1: 12v SMPS -krets - designhensyn

Før du fortsetter med noen form for strømforsyningsdesign, må kravanalyse gjøres basert på miljøet der strømforsyningen vår skal brukes. Ulike typer strømforsyning fungerer i forskjellige miljøer og med spesifikke inngang-utgangsgrenser.

Inngangsspesifikasjon:

La oss starte med input. En inngangsspenning er det første som vil bli brukt av SMPS og vil bli transformert til en nyttig verdi for å mate lasten. Siden dette designet er spesifisert for AC-DC-konvertering, vil inngangen være vekselstrøm (AC). For India er inngangen AC tilgjengelig i 220-230 volt, for USA er den vurdert til 110 volt. Det er også andre nasjoner som bruker forskjellige spenningsnivåer. Vanligvis fungerer SMPS med et universelt inngangsspenningsområde. Dette betyr at inngangsspenningen kan variere fra 85V AC til 265V AC. SMPS kan brukes i alle land og kan gi en stabil effekt av full belastning hvis spenningen er mellom 85-265V AC. SMPS bør også fungere normalt under 50Hz og 60Hz frekvens. Dette er grunnen til at vi kan bruke telefon- og bærbare ladere i alle land.

Utgangsspesifikasjon:

På utgangssiden er få belastninger resistive, få er induktive. Avhengig av belastningen kan konstruksjonen til en SMPS være annerledes. For denne SMPS er lasten antatt som en resistiv belastning. Imidlertid er det ingenting som en resistiv belastning, hver last består av minst en viss grad av induktans og kapasitans; her antas det at induktansen og kapasitansen til lasten er ubetydelig.

Utgangsspesifikasjonen til en SMPS er svært pålitelig for lasten, som hvor mye spenning og strøm som kreves av last under alle driftsforhold. For dette prosjektet kan SMPS levere 15W utgang. Den er 12V og 1,25A. Målrettet utgangsrippel er valgt som mindre 30mV pk-pk ved 20000 Hz båndbredde.

Trinn 2: Valg av strømstyrings -IC

Hver SMPS -krets krever en Power Management IC, også kjent som switch IC eller SMPS IC eller Drier IC. La oss oppsummere designhensynene for å velge den ideelle strømstyrings -IC som vil passe for vårt design. Våre designkrav er:

1. 15W utgang. 12V 1.25A med mindre enn 30mV pk-pk-krusning ved full belastning.
2. Universell inngangsklassifisering.
3. Inngangsspenningsbeskyttelse.
4. Utgangskort, overspenning og overstrømsbeskyttelse.
5. Konstant spenningsoperasjon.

Fra kravene ovenfor er det et bredt spekter av IC -er å velge mellom, men for dette prosjektet har vi valgt Power -integrasjon. Power integration er et halvlederfirma som har et bredt spekter av strømdriver-ICer i forskjellige effektutgangsområder. Basert på krav og tilgjengelighet har vi besluttet å bruke TNY268PN fra små switch II -familier.

På bildet ovenfor vises maksimal effekt 15W. Imidlertid vil vi lage SMPS i den åpne rammen og for den universelle inngangsklassen. I et slikt segment kan TNY268PN gi 15W effekt. La oss se pin -diagrammet.

Trinn 3: 12V SMPS kretsdiagram og forklaring

Før vi går rett i gang med å bygge prototypedelen, la oss utforske 12v SMPS -kretsdiagrammet og dets drift. Kretsen har følgende seksjoner:

1. Inngangsspenning og SMPS feilbeskyttelse
2. AC-DC konvertering
3. PI -filter
4. Driverkretser eller bryterkretser
5. Underspenningsbeskyttelse.
6. Klemmekrets
7. Magnetikk og galvanisk isolasjon
8. EMI filter
9. Sekundær likeretter og snubberkrets
10. Filter seksjon

Inngangsspenning og SMPS feilbeskyttelse

Denne delen består av 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 høyspenningsbølge (mer enn 275VAC) ble MOV død kort og blåser inngangssikringen. På grunn av funksjonen for sakte slag, tåler imidlertid sikringen startstrøm gjennom SMPS.

AC-DC konvertering

Denne delen styres av diodebroen. Disse fire dioder (inne i DB107) lager en fullbro -likeretter. Diodene er 1N4006, men standard 1N4007 kan gjøre jobben perfekt. I dette prosjektet erstattes disse fire dioder med en fullbro -likeretter DB107.

PI -filter

Ulike stater har forskjellige EMI -avvisningsstandarder. Denne konstruksjonen bekrefter EN61000-klasse 3-standarden, og PI-filteret er utformet på en slik måte å redusere EMI-avvisning i vanlig modus. Denne delen er opprettet ved hjelp av C1, C2 og L1. C1 og C2 er 400V 18uF kondensatorer. Det er en merkelig verdi, så 22uF 400V er valgt for denne applikasjonen. L1 er en vanlig drossel som krever differensielt EMI -signal for å avbryte begge.

Førerkrets eller bryterkrets

Det er hjertet i en SMPS. Transformatorens hovedside styres av bryterkretsen TNY268PN. Koblingsfrekvensen er 120-132khz. På grunn av denne høye koblingsfrekvensen kan mindre transformatorer brukes. Bryterkretsen har to komponenter, U1 og C3. U1 er hoveddriveren for IC TNY268PN. C3 er bypass -kondensatoren som er nødvendig for driften av vår driver -IC.

Underspenningsbeskyttelse

Spenningsbeskyttelse for underspenning utføres av sensormotstanden R1 og R2. Den brukes når SMPS går inn i automatisk omstartsmodus og registrerer linjespenningen.

Klemmekrets

D1 og D2 er klemmekretsen. D1 er TVS-dioden og D2 er en ultra-rask gjenopprettingsdiode. Transformatoren fungerer som en stor induktor på tvers av driveren IC TNY268PN. Derfor, under utkoblingen av syklusen, skaper transformatoren høye spennings pigger på grunn av lekkasjeinduktansen til transformatoren. Disse høyfrekvente spenningsspissene undertrykkes av diodeklemmen over transformatoren. UF4007 er valgt på grunn av den ultra raske gjenopprettingen, og P6KE200A er valgt for TVS-operasjonen.

Magnetikk og galvanisk isolasjon

Transformatoren er en ferromagnetisk transformator, og den konverterer ikke bare høyspenningen AC til en lavspennings AC, men gir også galvanisk isolasjon.

EMI filter

EMI -filtrering utføres av C4 -kondensatoren. Det øker kretsens immunitet for å redusere den høye EMI -forstyrrelsen.

Sekundær likeretter og snubberkrets

Utgangen fra transformatoren blir utbedret og konvertert til DC ved bruk av D6, en Schottky likeretterdiode. Snubberkretsen over D6 gir undertrykkelse av spenningstransienten under koblingsoperasjoner. Snubberkretsen består av en motstand og en kondensator, R3 og C5.

Filter seksjon

Filterdelen består av en filterkondensator C6. Det er en lav ESR -kondensator for bedre ringvirkning. Et LC -filter ved bruk av L2 og C7 gir også bedre ringavvisning på tvers av utgangen.

Trinn 4: PCB -produksjon

Du kan tegne PCB -skjemaet med hvilken som helst programvare etter din bekvemmelighet og sende den til en PCB -produsent du ønsker. Jeg har en Gerber klar, jeg kan dele den.

Jeg vil anbefale LIONCIRCUITS ettersom de har en billig produksjonsservice for prototyper som er veldig bra for folk som oss DIY-entusiaster. De har en automatisert online plattform der du kan laste opp Gerber -filene dine og legge inn en bestilling online. Frakt til hele India er gratis.