12V 1A SMPS tápegység kialakítás: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Hé srácok!

Minden elektronikus eszköz vagy termék működéséhez megbízható tápegységre (PSU) van szükség. Otthonunk szinte minden eszköze, mint például a TV, a nyomtató, a zenelejátszó stb., Egy beépített tápegységből áll, amely a hálózati feszültséget a megfelelő működési szintre alakítja. A tápegység leggyakrabban használt típusa az SMPS (Switching Mode Power Supply), könnyen megtalálhatja ezt a típusú áramkört a 12 V -os adapterben vagy a mobil/laptop töltőben. Ebben az oktatóanyagban megtanuljuk, hogyan kell felépíteni egy 12 V -os SMPS áramkört, amely átalakítja a hálózati tápellátást 12 V egyenáramúvá, 1,25 A maximális áramerősséggel. Ez az áramkör használható kis terhelések táplálására, vagy akár töltőbe is alakítható ólom-sav és lítium akkumulátorok töltésére. Ha ez a 12 V -os 15 wattos tápáramkör nem felel meg az Ön követelményeinek, ellenőrizheti a különböző teljesítményű áramkört, különböző névleges értékekkel.

1. lépés: 12 V -os SMPS áramkör - tervezési szempontok

Mielőtt bármilyen típusú tápegységet terveznénk, el kell végezni a követelményelemzést annak alapján, hogy milyen környezetben fogjuk használni a tápegységet. A különböző típusú tápegységek különböző környezetekben és meghatározott bemeneti-kimeneti határokkal működnek.

Bemeneti specifikáció:

Kezdjük a bemenettel. A bemeneti tápfeszültség az első dolog, amit az SMPS használni fog, és hasznos értékké alakítja a terhelés táplálásához. Mivel ez a kialakítás az AC-DC átalakításra van megadva, a bemenet váltakozó áramú (AC) lesz. India esetében a váltóáramú bemenet 220-230 voltban áll rendelkezésre, az USA-ban 110 volt. Vannak más nemzetek is, amelyek különböző feszültségszinteket használnak. Általában az SMPS univerzális bemeneti feszültségtartományban működik. Ez azt jelenti, hogy a bemeneti feszültség eltérhet a 85V -tól a 265V -os AC -ig. Az SMPS bármely országban használható, és stabil teljesítményt nyújthat teljes terhelés esetén, ha a feszültség 85-265V AC között van. Az SMPS -nek 50 Hz és 60 Hz frekvencia alatt is normálisan kell működnie. Ez az oka annak, hogy bármilyen országban használhatjuk telefon- és laptop -töltőinket.

Kimeneti specifikáció:

A kimeneti oldalon kevés terhelés ellenálló, kevés induktív. A terheléstől függően az SMPS felépítése eltérő lehet. Ehhez az SMPS -hez a terhelést ellenálló terhelésnek kell tekinteni. Azonban nincs semmi olyan, mint az ellenállásos terhelés, minden terhelés legalább valamilyen induktivitásból és kapacitásból áll; itt feltételezzük, hogy a terhelés induktivitása és kapacitása elhanyagolható.

Az SMPS kimeneti specifikációja nagymértékben függ a terheléstől, például attól, hogy mennyi feszültséget és áramot igényel a terhelés minden üzemi körülmények között. Ehhez a projekthez az SMPS 15 W teljesítményt tud biztosítani. 12V és 1,25A. A célzott kimeneti hullámzás a 30 mV-os pk-pk-nál kisebb, 20000 Hz-es sávszélességnél van kiválasztva.

2. lépés: Az energiagazdálkodási IC kiválasztása

Minden SMPS áramkörhöz szükség van egy energiagazdálkodási IC -re, más néven kapcsoló IC -re vagy SMPS IC -re vagy szárító IC -re. Foglaljuk össze a tervezési szempontokat, hogy kiválasszuk az ideális energiagazdálkodási IC -t, amely megfelel a tervezésünknek. Tervezési követelményeink a következők:

1. 15W kimenet. 12V 1,25A, kevesebb, mint 30 mV pk-pk hullámzással, teljes terhelés mellett.
2. Univerzális bemeneti besorolás.
3. Bemeneti túlfeszültség -védelem.
4. Kimeneti rövidzárlat, túlfeszültség és túláramvédelem.
5. Állandó feszültségű műveletek.

A fenti követelmények közül az IC -k széles választéka közül választhat, de ehhez a projekthez a Power integrációt választottuk. A Power Integration egy félvezető cég, amely a teljesítmény-meghajtó IC-k széles skálájával rendelkezik a különböző kimeneti tartományokban. A követelmények és a rendelkezésre állás alapján úgy döntöttünk, hogy apró kapcsolócsaládokból származó TNY268PN -t használunk.

A fenti képen a maximális teljesítmény 15W látható. Az SMPS -t azonban nyitott keretben és az univerzális bemeneti besoroláshoz készítjük. Egy ilyen szegmensben a TNY268PN 15 W teljesítményt tud biztosítani. Nézzük a pin diagramot.

3. lépés: 12 V -os SMPS áramkör diagram és magyarázat

Mielőtt egyenesen a prototípus rész építésébe kezdenénk, vizsgáljuk meg a 12 V -os SMPS kapcsolási rajzot és annak működését. Az áramkör a következő szakaszokkal rendelkezik:

1. Bemeneti túlfeszültség és SMPS hibavédelem
2. AC-DC átalakítás
3. PI szűrő
4. Meghajtó áramkör vagy kapcsoló áramkör
5. Feszültség alatti lezárás elleni védelem.
6. Szorító áramkör
7. Mágnesesség és galvanikus szigetelés
8. EMI szűrő
9. Másodlagos egyenirányító és snubber áramkör
10. Szűrő szakasz

Bemeneti túlfeszültség és SMPS hibavédelem

Ez a rész két összetevőből áll, F1 és RV1. Az F1 egy 1A 250 VAC lassú lefúvású biztosíték, az RV1 pedig egy 7 mm -es 275 V -os MOV (fém -oxid varisztor). Nagyfeszültségű túlfeszültség (több mint 275 VAC) során a MOV rövidre zárult, és lefújja a bemeneti biztosítékot. A lassú fúvás miatt azonban a biztosíték ellenáll a bekapcsolási áramnak az SMPS -en keresztül.

AC-DC átalakítás

Ezt a szakaszt a diódahíd szabályozza. Ez a négy dióda (a DB107 belsejében) teljes híd egyenirányítót alkot. A diódák 1N4006, de a szabványos 1N4007 tökéletesen elvégzi a munkát. Ebben a projektben ezt a négy diódát egy DB107 teljes híd egyenirányítóra cserélik.

PI szűrő

A különböző államok eltérő EMI elutasítási szabványokkal rendelkeznek. Ez a kialakítás megerősíti az EN61000 3. osztályú szabványt, és a PI szűrőt úgy tervezték, hogy csökkentse a közös módú EMI elutasítást. Ez a szakasz a C1, C2 és L1 használatával készült. A C1 és C2 400V 18uF kondenzátorok. Páratlan érték, ezért 22uF 400V van kiválasztva ehhez az alkalmazáshoz. Az L1 egy gyakori üzemmódú fojtószelep, amely differenciális EMI jelet vesz igénybe mindkettő törléséhez.

Meghajtó áramkör vagy kapcsoló áramkör

Ez az SMPS szíve. A transzformátor elsődleges oldalát a TNY268PN kapcsoló áramkör vezérli. A kapcsolási frekvencia 120-132 khz. Ennek a magas kapcsolási frekvenciának köszönhetően kisebb transzformátorok is használhatók. A kapcsoló áramkör két komponensből áll, az U1 és a C3. Az U1 az IC TNY268PN fő meghajtója. A C3 a bypass kondenzátor, amely szükséges a vezető IC működéséhez.

Feszültség alatti lezárás elleni védelem

A feszültség alatti lezárás elleni védelmet az R1 és R2 érzékelő ellenállás biztosítja. Akkor használatos, amikor az SMPS automatikus újraindítási módba lép, és érzékeli a hálózati feszültséget.

Szorító áramkör

D1 és D2 a szorító áramkör. A D1 a TVS dióda, a D2 pedig egy rendkívül gyors helyreállítási dióda. A transzformátor hatalmas induktivitásként működik az IC TNY268PN tápegységben. Ezért a kikapcsolási ciklus során a transzformátor nagyfeszültségű tüskéket hoz létre a transzformátor szivárgási induktivitása miatt. Ezeket a nagyfrekvenciás feszültségcsúcsokat a transzformátoron lévő diódabilincs elnyomja. Az UF4007 az ultragyors helyreállítás miatt van kiválasztva, a P6KE200A pedig a TVS művelethez.

Mágnesesség és galvanikus szigetelés

A transzformátor ferromágneses transzformátor, és nem csak a nagyfeszültségű váltóáramot alakítja át alacsony feszültségű váltakozóárammá, hanem galvanikus leválasztást is biztosít.

EMI szűrő

Az EMI szűrést a C4 kondenzátor végzi. Növeli az áramkör immunitását a magas EMI interferencia csökkentése érdekében.

Másodlagos egyenirányító és Snubber áramkör

A transzformátor kimenetét egyenirányítjuk és DC -vé alakítjuk, D6, Schottky egyenirányító dióda segítségével. A D6 -on keresztül húzódó áramkör biztosítja a feszültség tranziens elnyomását a kapcsolási műveletek során. Az elosztó áramkör egy ellenállásból és egy kondenzátorból áll, R3 és C5.

Szűrő szakasz

A szűrőrész egy C6 szűrőkondenzátorból áll. Ez egy alacsony ESR kondenzátor a jobb hullámzás elutasítás érdekében. Ezenkívül az L2 és C7 -et használó LC -szűrő jobb hullámosság -visszautasítást biztosít a kimeneten.

4. lépés: NYÁK -gyártás

A PCB rajzát tetszőleges szoftverrel rajzolhatja, és elküldheti az Ön által választott NYÁK -gyártónak. Készen áll egy Gerber, megoszthatom.

Ajánlom a LIONCIRCUITS-t, mivel olcsó gyártási szolgáltatást nyújtanak a prototípusokhoz, ami igazán jó az olyan embereknek, mint mi, barkács rajongók. Rendelkeznek automatizált online platformmal, ahol feltöltheti Gerber fájljait, és online rendelést adhat le. A szállítás egész Indiában ingyenes.