Reka litar smps 5v / 3.3v kompak anda sendiri untuk projek terbenam dan iot

Cara kasar untuk menghidupkan litar DC anda dengan arus AC adalah dengan menggunakan transformer step-down untuk menurunkan voltan utama 230V dan menambahkan beberapa diod sebagai penyearah jambatan. Tetapi kerana ukuran ruang yang besar dan kekurangan lain, ia tidak dapat digunakan untuk semua tujuan. Kaedah lain yang paling popular dan profesional adalah menggunakan Litar Bekalan Kuasa Mod Suis untuk menukar rangkaian AC anda menjadi pelbagai voltan DC seperti yang diperlukan, hampir setiap elektronik pengguna dari penyesuai 12V biasa ke Pengecas Laptop mempunyai litar SMPS untuk menyediakan DC yang diperlukan kuasa output.

Di circuitdigest, kami telah membina beberapa litar SMPS yang popularuntuk penilaian yang berbeza, iaitu litar 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS, dan 12V 1A SMPS yang masing-masing dapat digunakan untuk aplikasi yang berbeza. Kali ini, kami akan membina SMPS yang dapat digunakan untuk tujuan umum dan mempunyai bentuk modul yang mudah untuk digunakan dalam situasi yang berkaitan dengan ruang. Pada masa kini, Internet of Things menggunakan pelbagai pemproses berasaskan wifi seperti NodeMCU, ESP32, dan ESP12E, dan lain-lain yang beroperasi pada 5V atau 3.3V. Modul ini sangat padat dan oleh itu untuk memberi kuasa pada papan ini, masuk akal untuk menggunakan litar SMPS yang lebih kecil yang dapat menggunakan papan yang sama, dan bukannya menggunakan litar SMPS yang terpisah. Oleh itu, dalam artikel ini, kita akan belajar bagaimana membina litar SMPS yang boleh menghasilkan output 5V atau 3.3V (perkakasan yang boleh dikonfigurasi menggunakan pelompat), reka bentuk litar dan susun atur PCB juga disediakan, jadi anda boleh memasukkannya ke reka bentuk yang ada.Di sini papan PCB kami dihasilkan oleh PCBGoGo, sebuah syarikat prototaip PCB berkualiti tinggi berkualiti tinggi dan syarikat pemasangan PCB.

Penarafan SMPS adalah 5V atau 3.3V 1.5A kerana kebanyakan papan pengembangan menggunakan voltan tahap logik 5V atau 3.3V dan 1.5A semestinya cukup baik untuk kebanyakan aplikasi berasaskan IoT. Tetapi perhatikan bahawa SMPS ini tidak mempunyai penapis di bahagian input untuk mengurangkan saiz dan kos. Oleh itu, SMPS ini hanya dapat digunakan untuk menghidupkan papan mikrokontroler atau tujuan pengecasan. Pastikan ia akan dilindungi dari jangkauan pengguna ketika beroperasi.

Amaran: Bekerja dengan litar SMPS boleh membahayakan kerana ia melibatkan voltan utama AC yang berpotensi mematikan. Jangan cuba membina ini jika anda tidak mempunyai pengalaman bekerja dengan rangkaian AC. Sentiasa berhati-hati dengan wayar langsung dan kapasitor yang dicas, gunakan alat pelindung dan pengawasan jika diperlukan. Anda telah diberi amaran !!

Spesifikasi Papan SMPS 5V / 3.3V

SMPS akan mempunyai spesifikasi berikut.

1. 85VAC hingga 230VAC input.
2. Output 2A yang boleh dipilih 5V atau 3.3V.
3. Pembinaan bingkai terbuka
4. Perlindungan litar pintas dan Overvoltage
5. Bersaiz kecil dengan ciri kos rendah.

Bahan yang Diperlukan untuk Litar SMPS (BOM)

1. Fuse 1A 250VAC Slow Blow
2. Jambatan Diod DB107
3. 10uF / 400V
4. Diod P6KE
5. UF4007
6. Pakej 2Meg - 2 Pcs - 0805
7. 2.2nF 250VAC
8. TNY284DG
9. Pakej 10uF / 16V - 0805
10. PC817
11. Pakej 1k - 0805
12. Pakej 22R - 2pcs - 0805
13. Pakej 100 nF - 0805
14. TL431
15. SR360
16. Pakej 470pF 100V - 0805
17. 1000uF 16V
18. 3.3uH - Inti dram
19. 2.2nF 250VAC

Catatan: Semua bahagian dipilih agar mudah didapati untuk pereka. Transformer SMPS harus dibuat khas menggunakan lembar data ini. Anda boleh menggunakan vendor untuk membina satu atau merancang dan menggulung pengubah SMPS anda menggunakan pautan.

SMPS ini direka menggunakan integrasi kuasa IC TNY284DG. Ini SMPS Diver IC adalah yang terbaik sesuai untuk ini SMPS sebagai IC boleh didapati dalam pakej SMD serta watt adalah sesuai untuk tujuan tersebut. Gambar di bawah menunjukkan spesifikasi watt TNY284DG.

Seperti yang kita lihat, TNY284DG sangat sesuai untuk pilihan kita. Oleh kerana pembinaannya adalah bingkai terbuka, ia akan sesuai dengan watt keluaran 8.5W. Bermakna ia dapat memberikan 1.5A dengan mudah pada 5V.

Rajah Litar SMPS 5V / 3.3V

Pembinaan SMPS ini cukup mudah dan lurus ke hadapan. Reka bentuk ini menggunakan chipset Power Integration sebagai IC pemacu SMPS. Skema litar dapat dilihat pada gambar di bawah-

Pembinaan dan Kerja

Sebelum terus membina bahagian prototaip, mari kita meneroka operasi litar. Litar mempunyai bahagian berikut-

1. Perlindungan Input
2. Penukaran AC-DC
3. Litar pemandu atau litar Switching
4. Perlindungan penguncian voltan bawah.
5. Litar pengapit
6. Magnetik dan pengasingan galvanik
7. Penapisan EMI
8. Rectifier Sekunder dan litar snubber
9. Bahagian Penapis
10. Bahagian maklum balas.

Perlindungan Input

F1 adalah sekering perlahan yang akan melindungi SMPS dari keadaan beban dan kerosakan yang tinggi. Bahagian input SMPS tidak menggunakan pertimbangan penapis EMI. Ini adalah sekering perlahan 1A 250VAC dan yang akan melindungi SMPS dalam keadaan kerosakan. Walau bagaimanapun, sekering ini boleh diubah menjadi sekering kaca. Anda juga boleh melihat artikel mengenai pelbagai jenis fius.

Penukaran AC-DC

B1 adalah penerus jambatan dioda. Ini adalah DB107, jambatan dioda 1A 700V. Ini akan menukar input AC ke voltan DC. Selain itu, kapasitor 10uF 400V sangat penting untuk membetulkan riak DC dan ia akan memberikan output DC yang lancar ke litar pemacu dan juga Transformer.

Litar Pemandu atau Litar Beralih

Ia adalah komponen utama SMPS ini. Bahagian utama pengubah dikendalikan dengan betul oleh litar pensuisan TNY284DG. Frekuensi pensuisan adalah 120-132 kHz. Oleh kerana frekuensi pensuisan tinggi ini, transformer yang lebih kecil dapat digunakan.

Gambarajah pinout di atas menunjukkan pinout TNY284DG. Pemacu beralih IC1 iaitu TNY284DG menggunakan kapasitor C2 a 10uF 16V. Kapasitor ini memberikan output DC yang lancar ke litar dalaman TNY284DG.

Perlindungan Penguncian Bawah Voltan

Transformer bertindak sebagai induktor besar. Oleh itu, dalam setiap kitaran pensuisan, pengubah menyebabkan lonjakan voltan tinggi kerana induktor kebocoran pengubah. Diod Zener D1 yang merupakan diod P6KE160, menjepit litar voltan keluaran dan D2 yang UF4007, dioda Ultra-Cepat menyekat lonjakan voltan tinggi ini dan melembapkannya ke nilai selamat yang bermanfaat untuk menyelamatkan pin DRAIN TNY284DG.

Magnetik dan Pengasingan Galvanik

Transformer adalah feromagnetik dan ia bukan sahaja menukar AC voltan tinggi menjadi ac voltan rendah tetapi juga memberikan pengasingan galvanik. Transformer adalah Transformer EE16. Spesifikasi transformer terperinci dapat dilihat dalam lembar data pengubah yang telah dikongsi lebih awal di bahagian bahan yang diperlukan.

Penapis EMI

Penapisan EMI dilakukan oleh kapasitor C3. Kapasitor C3 adalah kapasitor 2.2nF 250VAC voltan tinggi, yang meningkatkan kekebalan litar dan mengurangkan gangguan EMI yang tinggi.

Rectifier Sekunder dan Litar Snubber

Output dari pengubah diperbaiki menggunakan Schottky diode SR360. Ini adalah Diod 60V 3A. Dott Schottky D3 ini memberikan output DC dari transformer yang selanjutnya diperbaiki oleh kapasitor C6 1000uF 16V yang besar.

Output transformer memberikan riak dering yang ditekan oleh litar snubber yang dibuat oleh perintang dan kapasitor bernilai rendah dalam sambungan siri yang selari dengan penerus output. Perintang nilai rendah ialah 22R dan kapasitor nilai rendah ialah 470 pF. Kedua-dua komponen R8 dan C5 ini membuat litar snubber di bahagian output DC.

Bahagian Penapis

Bahagian penapis dibuat menggunakan konfigurasi LC. C adalah kapasitor penapis C6. Ia adalah kapasitor ESR Rendah untuk penolakan riak yang lebih baik dengan nilai 100uF 16V dan induktor L1 adalah induktor teras dram 3.3uH.

Bahagian Maklumbalas

Voltan keluaran dirasakan oleh U1 TL431 oleh pembahagi voltan. Oleh itu, setiap kali pembahagi voltan menghasilkan voltan yang sempurna, TL431 menghidupkan pengganding optik yang PC817, dilambangkan sebagai OK1.

Oleh kerana terdapat dua operasi voltan 3.3V dan 5V yang boleh dipilih, terdapat dua pembahagi voltan yang dibuat menggunakan tiga perintang R3, R4, dan R5. R5 adalah biasa untuk kedua-dua pembahagi tetapi R3 dan R4 boleh diubah menggunakan pelompat. Setelah merasakan garisan, U1, optocoupler dikendalikan yang seterusnya mencetuskan TNY284DG dan secara galvanis mengasingkan bahagian pengesan maklum balas sekunder dengan pengawal sisi utama.

Semasa power-up pertama, kerana ini adalah konfigurasi flyback, pemandu menghidupkan dan menunggu tindak balas dari optocoupler. Sekiranya semuanya normal, pemandu meneruskan peralihan, jika tidak, lompat kitaran beralih kecuali semuanya menjadi normal.

Merancang SMPS PCB Kami

Setelah litar selesai, anda boleh mengujinya pada papan perf dan mulakan dengan reka bentuk PCB anda. Kami telah menggunakan helang untuk merancang PCB kami, anda boleh melihat gambar susun atur di bawah. Anda juga boleh memuat turun fail reka bentuk dari pautan di bawah.

• Skema Helang dan Reka Bentuk PCB untuk 5PS / 3.3V SMPS

Seperti yang anda lihat, ukuran papan adalah 63mm untuk 32mm, yang merupakan ukuran yang kecil. Komponen diletakkan pada jarak yang selamat untuk memastikan operasi yang selamat. Bahagian atas dan bawah PCB kami ditunjukkan dalam gambar di bawah. Ia adalah papan PCB lapisan dua dengan ketebalan tembaga yang dirancang sebanyak 35um. Diod keluaran dan IC pemandu memerlukan pertimbangan haba khas untuk tujuan yang berkaitan dengan pelesapan haba. Juga, di bahagian sekunder melalui jahitan dilakukan untuk penyambungan tanah yang lebih baik.

Anda juga dapat melihat bahawa beberapa komponen SMD diletakkan di bahagian belakang papan untuk memastikan ukuran modul dalam dimensi kecil. Terdapat beberapa pertimbangan reka bentuk yang harus anda ikuti jika anda merancang SMPS PCB anda, baca artikel ini di Panduan Tata Letak Reka Bentuk SMPS PCB untuk mengetahui lebih lanjut.

Membuat PCB untuk Litar SMPS 12v 1A

Sekarang 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 5V / 3.3V

Sekarang reka bentuk kami sudah siap, sudah tiba masanya mereka dibuat menggunakan fail Gerber. Untuk menyelesaikan PCB dari PCBGOGO agak mudah, ikuti langkah-langkah di bawah-

Langkah 1: Masuk ke www.pcbgogo.com, daftar jika ini pertama kali anda. Kemudian di tab Prototaip PCB, masukkan dimensi PCB anda, jumlah lapisan, dan jumlah PCB yang anda perlukan. Dengan mengandaikan PCB 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 PCB 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 melalui kurier dalam kotak kemas yang berlabel kemas, dan seperti biasa, kualiti PCBnya sangat mengagumkan. PCB yang saya terima ditunjukkan di bawah. Seperti yang anda lihat, lapisan atas dan bawah telah berubah seperti yang diharapkan.

Vias dan alas semuanya dalam ukuran yang betul. Saya mengambil masa sekitar 15 minit untuk memasang papan PCB ke litar kerja. Papan yang dipasang ditunjukkan di bawah.

Menguji Litar SMPS 5V / 3.3V kami

Komponen dan infrastruktur ujian disediakan oleh Iquesters Solutions. Walau bagaimanapun, Transformer adalah buatan tangan, anda juga boleh membina pengubah SMPS anda sendiri. Di sini untuk tujuan ujian, pengubah dibuat untuk 1A. Seseorang boleh menggunakan nisbah putaran yang tepat untuk transformer 1.5A mengikut spesifikasi transformer yang diberikan. Papan SMPS kami kelihatan seperti ini semasa pemasangan selesai.

Sekarang untuk menguji papan SMPS kami, saya akan menggerakkannya menggunakan Variac dan menggunakan beban DC Elektronik untuk menyesuaikan arus keluaran. Gambar di bawah menunjukkan susunan beban DC Laras lama saya yang dihubungkan ke papan SMPS kami. Anda boleh mengujinya dengan beban pilihan anda, tetapi menggunakan beban DC Laras akan membantu anda menilai papan bekalan kuasa anda. Anda juga boleh membina Beban DC Elektronik Laras berasaskan Arduino anda sendiri dengan mudah dengan mengikuti pautan ini.

Seperti yang anda lihat dalam gambar di bawah, saya menguji litar SMPS kami untuk kedua-dua 5V dan 3.3V dengan menukar pin pelompat. Arus keluaran diuji hingga 850mA tetapi anda juga boleh mencapai 1.5A berdasarkan reka bentuk pengubah anda.

Untuk maklumat lebih lanjut mengenai ujian dan pembinaan, sila lihat pautan video di bawah. Saya harap anda menikmati artikel dan mempelajari sesuatu yang berguna. Sekiranya anda mempunyai pertanyaan, sila tinggalkan di bahagian komen di bawah atau gunakan forum kami.