12V 1A SMPS strömförsörjningskretsdesign: 4 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Hej killar!

Varje elektronisk enhet eller produkt kräver en pålitlig strömförsörjningsenhet (PSU) för att driva den. Nästan alla enheter i vårt hem, som TV, skrivare, musikspelare, etc. består av en inbyggd strömförsörjningsenhet som omvandlar växelströmsspänningen till en lämplig likspänningsnivå för dem att fungera. Den vanligaste typen av strömförsörjningskrets är SMPS (Switching Mode Power Supply), du kan enkelt hitta den här typen av kretsar i din 12V -adapter eller mobil/bärbar datorladdare. I denna handledning kommer vi att lära oss hur man bygger en 12V SMPS -krets som skulle omvandla växelström till 12V DC med en maximal strömstyrka på 1,25A. Denna krets kan användas för att driva små laster eller till och med anpassas till en laddare för att ladda dig bly- och litiumbatterier. Om denna 12v 15watt strömförsörjningskrets inte matchar dina krav kan du kontrollera olika strömförsörjningskretsar med olika betyg.

Steg 1: 12v SMPS -krets - designhänsyn

Innan du fortsätter med någon form av strömförsörjningsdesign måste kravanalys göras utifrån den miljö där vår strömförsörjning kommer att användas. Olika typer av strömförsörjning fungerar i olika miljöer och med specifika input-output-gränser.

Ingångsspecifikation:

Låt oss börja med inmatningen. En ingångsspänning är det första som kommer att användas av SMPS och kommer att omvandlas till ett användbart värde för att mata lasten. Eftersom denna design är specificerad för AC-DC-konvertering kommer ingången att vara växelström (AC). För Indien är ingången AC tillgänglig i 220-230 volt, för USA är den märkt till 110 volt. Det finns också andra nationer som använder olika spänningsnivåer. Generellt fungerar SMPS med ett universellt ingångsspänningsområde. Detta innebär att ingångsspänningen kan skilja sig från 85V AC till 265V AC. SMPS kan användas i alla länder och kan ge en stabil effekt av full belastning om spänningen är mellan 85-265V AC. SMPS bör också fungera normalt under 50Hz och 60Hz frekvens också. Detta är anledningen till att vi kan använda våra telefon- och bärbara laddare i vilket land som helst.

Utgångsspecifikation:

På utgångssidan är få belastningar resistiva, få är induktiva. Beroende på belastningen kan konstruktionen av en SMPS vara annorlunda. För denna SMPS antas belastningen som en resistiv belastning. Det finns dock inget som en resistiv belastning, varje last består av åtminstone en viss mängd induktans och kapacitans; här antas det att lastens induktans och kapacitans är försumbar.

Utgångsspecifikationen för en SMPS är mycket pålitlig för lasten, precis som hur mycket spänning och ström som krävs för belastning under alla driftförhållanden. För detta projekt kan SMPS ge 15W uteffekt. Det är 12V och 1,25A. Den riktade utmatningsrippen väljs som mindre 30mV pk-pk vid 20000 Hz bandbredd.

Steg 2: Val av Power Management IC

Varje SMPS -krets kräver en Power Management IC, även känd som switch IC eller SMPS IC eller Drier IC. Låt oss sammanfatta designövervägandena för att välja den ideala Power Management IC som passar för vår design. Våra designkrav är:

1. 15W uteffekt. 12V 1.25A med mindre än 30mV pk-pk-krusning vid full belastning.
2. Universell ingångsklassificering.
3. Ingångsstötskydd.
4. Utgång kortslutning, överspänning och överströmskydd.
5. Konstant spänning.

Från ovanstående krav finns det ett brett utbud av IC: er att välja mellan, men för detta projekt har vi valt Power integration. Power integration är ett halvledarföretag som har ett brett utbud av drivrutins-IC: er i olika uteffektområden. Baserat på krav och tillgänglighet har vi beslutat att använda TNY268PN från små switch II -familjer.

I bilden ovan visas maximal effekt 15W. Vi kommer dock att göra SMPS i den öppna ramen och för den universella ingångsklassificeringen. I ett sådant segment kan TNY268PN ge 15W effekt. Låt oss se stiftdiagrammet.

Steg 3: 12V SMPS -kretsschema och förklaring

Innan vi går direkt in på att bygga prototypdelen, låt oss utforska 12v SMPS -kretsschemat och dess funktion. Kretsen har följande avsnitt:

1. Ingångsström och SMPS -felskydd
2. AC-DC-omvandling
3. PI -filter
4. Förarkretsar eller omkopplingskretsar
5. Underspänningsskydd.
6. Klämkrets
7. Magnetik och galvanisk isolering
8. EMI -filter
9. Sekundär likriktare och snubberkrets
10. Filteravsnitt

Ingångsström och SMPS -felskydd

Detta avsnitt består av två komponenter, F1 och RV1. F1 är en 1A 250VAC långsam säkring och RV1 är en 7 mm 275V MOV (metalloxidvaristor). Under en högspänningsspänning (mer än 275VAC) blev MOV: n kort och blåser ingångssäkringen. På grund av den långsamma slagfunktionen tål dock säkringen startström genom SMPS.

AC-DC-omvandling

Detta avsnitt styrs av diodbron. Dessa fyra dioder (inuti DB107) gör en hel brygglikriktare. Dioderna är 1N4006, men standard 1N4007 kan göra jobbet perfekt. I detta projekt ersätts dessa fyra dioder med en fullständig brygglikriktare DB107.

PI -filter

Olika stater har olika EMI -avvisningsstandarder. Denna konstruktion bekräftar standarden EN61000-klass 3 och PI-filtret är utformat på ett sådant sätt att minska det vanliga EMI-avvisandet. Detta avsnitt skapas med C1, C2 och L1. C1 och C2 är 400V 18uF kondensatorer. Det är ett udda värde så 22uF 400V väljs för denna applikation. L1 är en vanlig choke som tar differentiell EMI -signal för att avbryta båda.

Förarkretsar eller omkopplingskretsar

Det är hjärtat i en SMPS. Transformatorns primära sida styrs av omkopplingskretsen TNY268PN. Växlingsfrekvensen är 120-132khz. På grund av denna höga omkopplingsfrekvens kan mindre transformatorer användas. Kopplingskretsen har två komponenter, U1 och C3. U1 är huvuddrivrutinen för IC TNY268PN. C3 är förbikopplingskondensatorn som behövs för att fungera i vår förar -IC.

Underspänningsskydd

Underspänningsskydd görs av avkänningsmotståndet R1 och R2. Den används när SMPS går in i autostartläget och känner av nätspänningen.

Klämkrets

D1 och D2 är klämkretsen. D1 är TVS-dioden och D2 är en ultrasnabb återhämtningsdiod. Transformatorn fungerar som en enorm induktor över drivrutinen IC TNY268PN. Därför skapar transformatorn under avstängningscykeln högspänningspikar på grund av transformatorns läckinduktans. Dessa högfrekventa spänningspikar undertrycks av diodklämman över transformatorn. UF4007 väljs på grund av den extremt snabba återhämtningen och P6KE200A väljs för TVS-operationen.

Magnetik och galvanisk isolering

Transformatorn är en ferromagnetisk transformator och den omvandlar inte bara högspänningen AC till en lågspännings AC utan ger också galvanisk isolering.

EMI -filter

EMI -filtrering görs av C4 -kondensatorn. Det ökar kretsens immunitet för att minska den höga EMI -störningen.

Sekundär likriktare och snubberkrets

Utsignalen från transformatorn rättas och konverteras till DC med D6, en Schottky -likriktardiod. Snubberkretsen över D6 ger undertryckande av spänningstransienten under omkopplingsoperationer. Snubberkretsen består av ett motstånd och en kondensator, R3 och C5.

Filteravsnitt

Filterdelen består av en filterkondensator C6. Det är en låg ESR -kondensator för bättre rippelavstötning. Dessutom ger ett LC -filter med L2 och C7 bättre avslag på krusning över utgången.

Steg 4: PCB -tillverkning

Du kan rita PCB -schemat med vilken programvara som helst efter behov och skicka den till en PCB -tillverkare du väljer. Jag har en Gerber redo, jag kan dela den.

Jag skulle rekommendera LIONCIRCUITS eftersom de har en billig tillverkningstjänst för prototyper som är riktigt bra för människor som oss DIY-entusiaster. De har en automatiserad onlineplattform där du kan ladda upp dina Gerber -filer och beställa online. Frakt i hela Indien är gratis.