Reka bentuk litar bekalan kuasa 12V 1a smps pada pcb

Setiap peranti atau produk Elektronik memerlukan unit bekalan kuasa (PSU) yang boleh dipercayai untuk mengendalikannya. Hampir semua peranti di rumah kita, seperti TV, Pencetak, Pemain Muzik dan lain-lain terdiri daripada unit bekalan kuasa yang dibina di dalamnya yang menukar voltan utama AC ke tahap voltan DC yang sesuai untuk mereka beroperasi. Jenis litar bekalan kuasa yang paling biasa digunakan ialah SMPS (Switching Mode Power Supply), anda boleh mendapatkan litar jenis ini dengan mudah dalam penyesuai 12V atau pengecas Mudah Alih / Komputer riba anda. Dalam tutorial ini kita akan belajar bagaimana membina litar SMPS 12vyang akan menukar kuasa utama AC ke 12V DC dengan nilai arus maksimum 1.25A. Litar ini dapat digunakan untuk menggerakkan muatan kecil atau bahkan dapat disesuaikan dengan pengecas untuk mengecas bateri asid plumbum dan litium. Sekiranya litar bekalan kuasa 12v 15watt ini tidak memenuhi keperluan anda, anda boleh memeriksa pelbagai litar bekalan kuasa dengan penilaian yang berbeza.

Litar SMPS 12v - Pertimbangan Reka Bentuk

Sebelum melakukan apa-apa jenis reka bentuk bekalan kuasa, analisis keperluan harus dilakukan berdasarkan lingkungan di mana bekalan Daya kita akan digunakan. Berbagai jenis bekalan kuasa berfungsi di persekitaran yang berbeza dan dengan had input-output tertentu.

Spesifikasi Input

Mari mulakan dengan input. Voltan bekalan input adalah perkara pertama yang akan digunakan oleh SMPS dan akan diubah menjadi nilai yang berguna untuk memberi makan beban. Oleh kerana reka bentuk ini ditentukan untuk penukaran AC-DC, input akan menjadi arus bolak-balik (AC). Untuk India, input AC tersedia dalam 220-230 volt, untuk AS dinilai 110 volt. Terdapat juga negara lain yang menggunakan tahap voltan yang berbeza. Secara amnya, SMPS berfungsi dengan voltan input sejagatjulat. Ini bermaksud voltan input boleh berbeza dari AC 85V hingga AC 265V. SMPS dapat digunakan di mana-mana negara dan dapat memberikan output beban penuh yang stabil jika voltan antara 85-265V AC. SMPS juga harus berfungsi normal di bawah frekuensi 50Hz dan 60Hz juga. Inilah sebab mengapa kami dapat menggunakan pengecas telefon dan komputer riba kami di mana-mana negara.

Spesifikasi Keluaran

Di sisi keluaran, beberapa beban bersifat resistif, beberapa beban bersifat induktif. Bergantung pada beban, pembinaan SMPS boleh berbeza. Untuk SMPS ini beban dianggap sebagai beban resistif. Walau bagaimanapun, tidak ada beban resistif, setiap beban terdiri daripada sekurang-kurangnya sejumlah aruhan dan kapasitansi; di sini diandaikan bahawa induktansi dan kapasitansi beban diabaikan.

Spesifikasi output SMPS sangat bergantung pada Beban, seperti berapa banyak voltan dan arus yang diperlukan oleh beban dalam semua keadaan operasi. Untuk projek ini, SMPS dapat memberikan output 15W. Ia adalah 12V dan 1.25A. Riak output yang disasarkan dipilih sebagai kurang 30mV pk-pk pada lebar jalur 20000 Hz.

Berdasarkan beban output, kita juga harus memutuskan antara merancang SMPS Voltan Konstan atau SMPS Arus Konstan. Voltan malar bermaksud voltan merentasi beban akan tetap dan arus akan berubah sesuai dengan perubahan rintangan beban. Sebaliknya, mod arus malar akan membolehkan arus menjadi tetap tetapi mengubah voltan sesuai dengan perubahan rintangan beban. CV dan CC juga boleh didapati di SMPS tetapi tidak dapat berfungsi dalam satu masa. Apabila kedua-dua pilihan ada di SMPS, perlu ada rentang ketika SMPS akan mengubah operasi outputnya dari CV menjadi CC dan sebaliknya. Biasanya pengecas mod CC dan CV digunakan untuk mengecas bateri asid plumbum atau litium.

Ciri-ciri Perlindungan Input dan Output

Terdapat pelbagai rangkaian perlindungan yang dapat digunakan pada SMPS untuk operasi yang lebih selamat dan boleh dipercayai. Litar perlindungan melindungi SMPS serta beban yang disambungkan. Bergantung pada lokasi, litar perlindungan dapat dihubungkan melalui input atau di seluruh output. Perlindungan input yang paling biasa adalah Surge Protection dan EMI filter. Perlindungan lonjakan melindungi SMPS dari lonjakan input atau voltan berlebihan AC. Penapis EMI melindungi SMPS dari generasi EMI melintasi garis input. Dalam projek ini, kedua-dua ciri akan tersedia. Perlindungan output merangkumi perlindungan litar pintas, perlindungan voltan berlebihan dan perlindungan arus lebih. Reka bentuk SMPS ini juga akan merangkumi semua litar perlindungan ini.

Pemilihan IC Pengurusan Kuasa

Setiap litar SMPS memerlukan IC Pengurusan Daya yang juga dikenali sebagai IC beralih atau IC IC atau Drier IC. Mari kita ringkaskan pertimbangan reka bentuk untuk memilih IC Pengurusan Kuasa yang sesuai untuk reka bentuk kami. Keperluan Reka Bentuk kami adalah

Keluaran 15W. 12V 1.25A dengan riak pk-pk kurang dari 30mV pada beban penuh.
Peringkat input sejagat.
Perlindungan lonjakan input.
Litar pintas keluaran, voltan lebihan dan perlindungan arus lebih.
Operasi voltan berterusan.

Dari keperluan di atas terdapat banyak IC untuk dipilih, tetapi untuk projek ini kami telah memilih integrasi Power. Power integrasi adalah syarikat semi-konduktor yang mempunyai pelbagai IC pemacu kuasa dalam pelbagai julat output kuasa. Berdasarkan keperluan dan ketersediaan, kami telah memutuskan untuk menggunakan TNY268PN dari keluarga suis II yang kecil.

Dalam gambar di atas, kuasa maksimum 15W ditunjukkan. Walau bagaimanapun, kami akan menjadikan SMPS dalam bingkai terbuka dan untuk penilaian input sejagat. Dalam segmen seperti itu, TNY268PN dapat memberikan output 15W. Mari lihat rajah pin.

Merancang Litar SMPS 12v 1Amp

Kaedah terbaik untuk membina litar adalah dengan menggunakan perisian pakar PI integrasi Power. Ia adalah perisian reka bentuk bekalan kuasa yang sangat baik. Litar dibina menggunakan IC Integrasi Daya. Prosedur reka bentuk dijelaskan di bawah, sebagai alternatif anda juga boleh menatal ke bawah untuk video yang menjelaskan perkara yang sama.

Langkah -1: Pilih suis Tiny II dan pilih juga pakej yang diinginkan. Kami memilih pakej DIP. Pilih jenis Enclosure, Adapter atau Open Frame. Di sini Open Frame dipilih.

Kemudian pilih jenis Maklum Balas. Ini penting kerana topologi Flyback digunakan. TL431 adalah pilihan terbaik untuk maklum balas. TL431 adalah pengatur shunt dan ia akan memberikan perlindungan voltan berlebihan yang sangat baik dan voltan keluaran yang tepat.

Langkah-2: Pilih julat voltan input. Oleh kerana ia akan menjadi input universal SMPS, voltan input dipilih sebagai 85-265V AC. Frekuensi Garis ialah 50 Hz.

Langkah- 3:

Pilih voltan output, arus, dan watt. Peringkat SMPS adalah 12V 1.25A. Watt menunjukkan 15W. Mod operasi juga dipilih sebagai CV, bermaksud mod operasi voltan malar. Akhirnya, semuanya dilakukan dalam tiga langkah mudah, dan skema dihasilkan.

Gambarajah dan Penjelasan Litar SMPS 12V

Litar di bawah sedikit diubahsuai untuk disesuaikan dengan projek kami.

Sebelum terus membina bahagian prototaip, mari kita meneroka rajah litar SMPS 12v dan operasinya. Litar mempunyai bahagian berikut

Lonjakan input dan perlindungan kesalahan SMPS
Penukaran AC-DC
Penapis PI
Litar pemandu atau litar Switching
Perlindungan penguncian voltan bawah.
Litar pengapit
Magnetik dan pengasingan galvanik
Penapis EMI
Rectifier Sekunder dan litar snubber
Bahagian Penapis
Bahagian maklum balas.

Lonjakan input dan perlindungan kesalahan SMPS

Bahagian ini terdiri daripada dua komponen, F1 dan RV1. F1 adalah sekering perlahan 1A 250VAC dan RV1 adalah MOV 7mm 275V (Metal Oxide Varistor). Semasa lonjakan voltan tinggi (lebih daripada 275VAC), MOV menjadi pendek dan meletupkan input Fuse. Namun, kerana ciri hembusan perlahan, fius menahan arus masuk melalui SMPS.

Penukaran AC-DC

Bahagian ini ditadbir oleh jambatan dioda. Keempat-empat diod ini (di dalam DB107) membuat penyearah jambatan penuh. Diodnya adalah 1N4006, tetapi 1N4007 standard dapat melakukan tugas dengan sempurna. Dalam projek ini, keempat-empat diod ini diganti dengan penerus jambatan penuh DB107.

Penapis PI

Keadaan yang berbeza mempunyai standard penolakan EMI yang berbeza. Reka bentuk ini mengesahkan standard EN61000-Class 3 dan penapis PI direka sedemikian rupa untuk mengurangkan penolakan EMI mod biasa. Bahagian ini dibuat menggunakan C1, C2, dan L1. C1 dan C2 adalah kapasitor 400V 18uF. Ini adalah nilai ganjil sehingga 22uF 400V dipilih untuk aplikasi ini. L1 adalah choke mod biasa yang mengambil isyarat EMI pembezaan untuk membatalkan keduanya.

Litar pemacu atau litar pensuisan

Ini adalah nadi SMPS. Bahagian utama pengubah dikendalikan oleh litar pensuisan TNY268PN. Frekuensi pensuisan adalah 120-132khz. Oleh kerana frekuensi pensuisan tinggi ini, transformer yang lebih kecil dapat digunakan. Litar pensuisan mempunyai dua komponen, U1, dan C3. U1 adalah pemacu utama IC TNY268PN. C3 adalah kapasitor pintasan yang diperlukan untuk kerja IC pemandu kami.

Perlindungan penguncian voltan bawah

Perlindungan penguncian bawah voltan dilakukan oleh perintang rasa R1 dan R2. Ia digunakan ketika SMPS masuk ke mod restart automatik dan merasakan voltan saluran.

Litar pengapit

D1 dan D2 adalah litar pengapit. D1 adalah diod TVS dan D2 adalah diod pemulihan yang sangat pantas. Transformer bertindak sebagai induktor besar di seluruh pemacu kuasa IC TNY268PN. Oleh itu semasa putaran mati, pengubah menghasilkan lonjakan voltan tinggi kerana aruhan kebocoran pengubah. Lonjakan voltan frekuensi tinggi ini ditekan oleh pengapit diod melintasi pengubah. UF4007 dipilih kerana pemulihan yang sangat cepat dan P6KE200A dipilih untuk operasi TVS.

Magnetik dan pengasingan galvanik

Transformer adalah transformer feromagnetik dan ia bukan sahaja menukar AC voltan tinggi menjadi ac voltan rendah tetapi juga memberikan pengasingan galvanik.

Penapis EMI

Penapisan EMI dilakukan oleh kapasitor C4. Ia meningkatkan daya tahan litar untuk mengurangkan gangguan EMI yang tinggi.

Litar Pengubah Sekunder dan Snubber

Output dari transformer diperbaiki dan ditukar menjadi DC menggunakan D6, diod penyearah Schottky. Litar snubber melintasi D6 memberikan penekanan voltan sementara semasa operasi beralih. Litar snubber terdiri daripada satu perintang dan satu kapasitor, R3, dan C5.

Bahagian Penapis

Bahagian penapis terdiri daripada kapasitor penapis C6. Ia adalah kapasitor ESR Rendah untuk penolakan riak yang lebih baik. Juga, penapis LC menggunakan L2 dan C7 memberikan penolakan riak yang lebih baik di seluruh output.

Bahagian maklum balas

Voltan keluaran dirasakan oleh U3 TL431 dan R6 dan R7. Setelah mengesan talian, U2, optocoupler dikawal dan mengasingkan secara galvanis bahagian pengesan maklum balas sekunder dengan pengawal sisi utama. Optocoupler mempunyai transistor dan LED di dalamnya. Dengan mengawal LED, transistor dikawal. Oleh kerana komunikasi dilakukan secara optik, ia tidak mempunyai sambungan elektrik langsung, oleh itu memuaskan pengasingan galvanik pada litar maklum balas juga.

Sekarang, kerana LED secara langsung mengendalikan transistor, dengan memberikan bias yang mencukupi melintasi LED optocoupler, seseorang dapat mengawal transistor optocoupler, lebih khusus litar pemacu. Sistem kawalan ini digunakan oleh TL431. Oleh kerana pengatur shunt mempunyai pembahagi perintang di pin rujukannya, ia dapat mengawal led optocoupler yang disambungkan di seberang. Pin maklum balas mempunyai voltan rujukan 2.5V. Oleh itu, TL431 boleh aktif hanya jika voltan di bahagian pembahagi mencukupi. Dalam kes kami, pembahagi voltan ditetapkan pada nilai 12V. Oleh itu, apabila output mencapai 12V, TL431 mendapat 2.5V melintasi pin rujukan dan dengan itu mengaktifkan LED optocoupler yang mengawal transistor optocoupler dan secara tidak langsung mengawal TNY268PN. Sekiranya voltan tidak mencukupi di seluruh output, kitaran pensuisan segera dihentikan.

Pertama, TNY268PN mengaktifkan kitaran pertama beralih dan kemudian merasakan itu pin EN. Sekiranya semuanya baik-baik saja, ia akan terus beralih, jika tidak, ia akan mencuba sekali lagi sesekali. Gelung ini berterusan sehingga semuanya menjadi normal, sehingga mengelakkan masalah pintasan atau voltan berlebihan. Inilah sebabnya mengapa ia disebut topologi flyback, kerana voltan output diturunkan kembali ke pemacu untuk mengesan operasi yang berkaitan. Juga, gelung mencuba dipanggil mod operasi cegukan pada keadaan kegagalan.

D3 adalah diod penghalang Schottky. Diod ini menukar output AC frekuensi tinggi menjadi DC. 3A 60V Schottky Diode dipilih untuk operasi yang boleh dipercayai. R4 dan R5 dipilih dan dikira oleh Pakar PI. Ia membuat pembahagi voltan dan mengalirkan arus ke LED Optocoupler dari TL431.

R6 dan R7 adalah pembahagi voltan sederhana yang dikira dengan formula TL431 REF voltan = (Vout x R7) / R6 + R7. Voltan rujukan ialah 2.5V dan Vout adalah 12V. Dengan memilih nilai R6 23.7k, R7 menjadi 9.09k lebih kurang.

Membuat PCB untuk Litar SMPS 12v 1A

Sekarang setelah kita memahami bagaimana skema berfungsi, kita dapat terus membangun PCB untuk SMPS kita. Oleh kerana ini adalah rangkaian SMPS, PCB disarankan kerana dapat mengatasi masalah kebisingan dan pengasingan. Susun atur PCB untuk litar di atas juga boleh dimuat turun sebagai Gerber dari pautan

Muat turun fail Gerber untuk litar SMPS 15W

Kini, setelah Reka Bentuk kami siap, inilah masanya untuk membuatnya dibuat menggunakan fail Gerber. Untuk menyelesaikan PCB agak mudah, ikuti langkah-langkah di bawah

Langkah 1: Masuk ke www.pcbgogo.com, daftar jika ini pertama kali anda. Kemudian, pada tab Prototaip PCB masukkan dimensi PCB anda, jumlah lapisan dan jumlah PCB yang anda perlukan. Dengan andaian PCB adalah 80cm × 80cm, anda boleh menetapkan dimensi seperti gambar di bawah.

Langkah 2: Teruskan dengan mengklik pada butang Quote Now . Anda akan dibawa ke halaman di mana untuk menetapkan beberapa parameter tambahan jika diperlukan seperti bahan jarak trek yang digunakan dll. Tetapi kebanyakan nilai lalai akan berfungsi dengan baik. Satu-satunya perkara yang harus kita pertimbangkan di sini adalah harga dan masa. Seperti yang anda lihat Masa Membangun hanya 2-3 hari dan harganya hanya $ 5 untuk PSB kami. Anda kemudian boleh memilih kaedah penghantaran pilihan berdasarkan keperluan anda.

Langkah 3: Langkah terakhir adalah memuat naik fail Gerber dan meneruskan pembayaran. Untuk memastikan prosesnya lancar PCBGOGO mengesahkan apakah fail Gerber anda sah sebelum meneruskan pembayaran. Dengan cara ini anda dapat memastikan bahawa PCB anda mesra fabrikasi dan akan menghubungi anda sebagai komited.

Pemasangan PCB

Setelah papan pesanan dipesan, saya sampai beberapa hari walaupun kurier dalam kotak kemas yang berlabel kemas dan seperti biasa, kualiti PCB sangat mengagumkan. PCB yang saya terima ditunjukkan di bawah

Saya menghidupkan batang pemateri saya dan mula memasang Papan. Oleh kerana Jejak Kaki, pad, vias dan layar sutera sesuai dengan bentuk dan ukuran yang betul, saya tidak mempunyai masalah untuk memasang papan. PCB saya yang terpaku pada pemateri pematerian ditunjukkan di bawah.

Perolehan Komponen

Semua komponen untuk litar SMPS 12v 15w ini diperoleh mengikut skema. Perincian BOM boleh didapati di fail excel di bawah untuk dimuat turun.

Reka Bentuk SMPS 15W - Bil Bahan

Hampir semua komponen tersedia untuk digunakan di luar rak. Anda mungkin menghadapi masalah mencari pengubah yang tepat untuk projek ini. Biasanya untuk litar SMPS pengubah flyback transformer tidak tersedia dari vendor secara langsung, dalam kebanyakan kes anda harus menggulung pengubah anda sendiri jika anda memerlukan hasil yang cekap. Walau bagaimanapun, adalah baik untuk menggunakan pengubah flyback yang serupa dan litar anda tetap berfungsi. Spesifikasi ideal untuk transformer kami akan diberikan oleh perisian PI Expert yang kami gunakan sebelumnya.

Gambarajah Mekanikal dan Elektrik pengubah yang diperoleh daripada Pakar PI ditunjukkan di bawah.

Sekiranya anda tidak dapat mencari vendor yang tepat, anda boleh menyelamatkan pengubah dari penyesuai 12V atau litar SMPS lain. Sebagai alternatif anda juga boleh membina pembelian transformer anda sendiri dengan menggunakan bahan dan arahan penggulungan berikut.

Setelah semua komponen diperoleh, pemasangannya mudah. Anda boleh menggunakan fail Gerber dan BOM untuk rujukan dan memasang papan PCB. Setelah selesai bahagian depan dan belakang PCB saya kelihatan seperti di bawah ini

Menguji litar SMPS 15W kami

Sekarang litar kami sudah siap, inilah masanya untuk mengambil putaran. Kami akan menyambungkan papan ke rangkaian AC kami melalui VARIAC dan memuatkan sisi output dengan mesin beban dan mengukur voltan riak untuk memeriksa prestasi litar kami. Video prosedur ujian penuh juga boleh didapati di hujung halaman ini. Gambar di bawah menunjukkan litar yang diuji dengan voltan AC input 230V AC yang mana kita mendapat output 12.08V

Mengukur Voltan Ripple menggunakan Osiloskop

Untuk mengukur voltan riak dengan osiloskop, ubah input skop ke AC dengan kenaikan 1x. Kemudian sambungkan kapasitor Elektrolitik bernilai rendah dan kapasitor seramik bernilai rendah untuk mengambil pengurangan bunyi kerana pendawaian. Anda boleh merujuk ke halaman 40 dokumen RDR-295 ini dari Power Integration untuk maklumat lebih lanjut mengenai prosedur ini.

Gambar di bawah diambil pada keadaan tanpa beban pada 85VAC dan 230VAC. Skala ditetapkan pada 10mV setiap bahagian dan seperti yang anda lihat, riaknya hampir 10mV pk-pk.

Pada input 90VAC dan dengan beban penuh, riak dapat dilihat pada sekitar 20mV pk-pk

Pada 230VAC dan voltan riak beban penuh diukur sekitar 30mV pk-pk yang merupakan senario terburuk

Iaitu ia; ini adalah bagaimana anda boleh merancang litar SMPS 12v anda sendiri. Setelah anda memahami cara kerjanya, anda boleh mengubah gambarajah litar SMPS 12v agar sesuai dengan keperluan voltan dan kuasa anda. Semoga anda memahami tutorial dan menikmati pembelajaran sesuatu yang berguna. Sekiranya anda mempunyai pertanyaan, tinggalkan di ruangan komen atau gunakan forum kami untuk perbincangan teknikal. Akan bertemu lagi dengan reka bentuk SMPS yang menarik, sehingga kemudian log keluar….