12V 1A Disenyo ng Power Supply Circuit ng SMPS: 4 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Hey guys!

Ang bawat elektronikong aparato o produkto ay nangangailangan ng maaasahang unit ng power supply (PSU) upang mapatakbo ito. Halos lahat ng mga aparato sa aming tahanan, tulad ng TV, Printer, Music Player, atbp ay binubuo ng isang power supply unit na nakapaloob dito na nagko-convert sa boltahe ng AC mains sa isang naaangkop na antas ng boltahe ng DC para sa kanila upang gumana. Ang pinaka-karaniwang ginagamit na uri ng power supply circuit ay ang SMPS (Switching Mode Power Supply), madali mong mahahanap ang ganitong uri ng mga circuit sa iyong 12V adapter o Mobile / Laptop charger. Sa tutorial na ito, matututunan namin kung paano bumuo ng isang 12v SMPS circuit na magko-convert sa AC mains power sa 12V DC na may maximum na kasalukuyang rating na 1.25A. Ang circuit na ito ay maaaring magamit upang bigyan ng lakas ang maliliit na karga o kahit na maiakma sa isang charger upang singilin ka ng mga baterya ng lead-acid at lithium. Kung ang 12v 15watt power supply circuit na ito ay hindi tumutugma sa iyong kinakailangan, maaari mong suriin ang iba't ibang circuit ng power supply na may iba't ibang mga rating.

Hakbang 1: 12v SMPS Circuit - Mga Pagsasaalang-alang sa Disenyo

Bago magpatuloy sa anumang uri ng disenyo ng supply ng kuryente, kailangang gawin ang pagtatasa ng kinakailangan batay sa kapaligiran kung saan gagamitin ang aming supply ng Lakas. Gumagawa ang iba't ibang mga uri ng power supply sa iba't ibang mga kapaligiran at may tukoy na mga hangganan ng input-output.

Pagtukoy ng Input:

Magsimula tayo sa input. Ang isang boltahe ng suplay ng pag-input ay ang unang bagay na gagamitin ng SMPS at ibabago sa isang kapaki-pakinabang na halaga upang mapakain ang karga. Tulad ng disenyo na ito ay tinukoy para sa AC-DC conversion, ang input ay magiging alternating kasalukuyang (AC). Para sa India, ang input AC ay magagamit sa 220-230 volt, para sa USA na-rate ito para sa 110 volts. Mayroon ding ibang mga bansa na gumagamit ng iba't ibang mga antas ng boltahe. Pangkalahatan, gumagana ang SMPS na may isang unibersal na saklaw ng boltahe ng pag-input. Nangangahulugan ito na ang boltahe ng pag-input ay maaaring magkakaiba mula sa 85V AC hanggang 265V AC. Maaaring gamitin ang SMPS sa anumang bansa at maaaring magbigay ng isang matatag na output ng buong pagkarga kung ang boltahe ay nasa pagitan ng 85-265V AC. Ang SMPS ay dapat ding gumana nang normal sa ilalim ng 50Hz at 60Hz dalas din. Ito ang dahilan kung bakit nagagamit namin ang aming mga charger ng telepono at laptop sa anumang bansa.

Pagtutukoy ng Output:

Sa panig ng output, ilang mga naglo-load ang resistive, kaunti ang hindi nagpapahiwatig. Nakasalalay sa pag-load ang konstruksyon ng isang SMPS ay maaaring magkakaiba. Para sa SMPS na ito, ang pagkarga ay ipinapalagay bilang isang resistive load. Gayunpaman, walang katulad ng isang resistive load, ang bawat pag-load ay binubuo ng hindi bababa sa ilang halaga ng inductance at capacitance; dito ipinapalagay na ang inductance at capacitance ng load ay bale-wala.

Ang detalye ng output ng isang SMPS ay lubos na maaasahan sa Load, tulad ng kung magkano ang boltahe at kasalukuyang kinakailangan ng pag-load sa ilalim ng lahat ng mga kondisyon sa pagpapatakbo. Para sa proyektong ito, maaaring magbigay ang SMPS ng 15W output. Ito ay 12V at 1.25A. Ang naka-target na output ripple ay napili nang mas mababa sa 30mV pk-pk sa 20000 Hz bandwidth.

Hakbang 2: Pagpili ng Power Management IC

Ang bawat circuit ng SMPS ay nangangailangan ng isang Power Management IC na kilala rin bilang switching IC o SMPS IC o Drier IC. Lagom natin ang mga pagsasaalang-alang sa disenyo upang mapili ang perpektong Power Management IC na angkop sa aming disenyo. Ang aming mga kinakailangan sa Disenyo ay:

1. 15W output. 12V 1.25A na may mas mababa sa 30mV pk-pk ripple sa buong karga.
2. Universal rating ng pag-input.
3. Input proteksyon ng paggulong.
4. Output maikling circuit, labis na boltahe at labis na kasalukuyang proteksyon.
5. Patuloy na pagpapatakbo ng boltahe.

Mula sa mga kinakailangan sa itaas ay may isang malawak na hanay ng mga IC upang pumili mula, ngunit para sa proyektong ito, pinili namin ang pagsasama-sama ng Power. Ang pagsasama-sama ng kuryente ay isang kumpanya ng semi-conductor na mayroong isang malawak na hanay ng mga power driver IC sa iba't ibang mga saklaw ng output ng kapangyarihan. Batay sa mga kinakailangan at kakayahang magpasya nagpasya kaming gamitin ang TNY268PN mula sa maliliit na pamilya ng switch II.

Sa imahe sa itaas, ipinapakita ang maximum na lakas na 15W. Gayunpaman, gagawin namin ang SMPS sa bukas na frame at para sa pangkalahatang rating ng pag-input. Sa nasabing segment, maaaring magbigay ang TNY268PN ng 15W output. Tingnan natin ang diagram ng pin.

Hakbang 3: 12V SMPS Circuit Diagram at Paliwanag

Bago dumiretso sa pagbuo ng bahagi ng prototype, tuklasin natin ang 12v SMPS circuit diagram at ang operasyon nito. Ang circuit ay may mga sumusunod na seksyon:

1. Input surge at proteksyon sa kasalanan ng SMPS
2. Pagbabago ng AC-DC
3. Filter ng PI
4. Driver circuitry o Switching circuit
5. Proteksyon sa ilalim ng boltahe na lockout.
6. Clamp circuit
7. Mga magnetiko at paghihiwalay ng galvanic
8. Filter ng EMI
9. Pangalawang Rectifier at snubber circuit
10. Filter Seksyon

Input surge at proteksyon sa kasalanan ng SMPS

Ang seksyon na ito ay binubuo ng dalawang bahagi, F1 at RV1. Ang F1 ay isang 1A 250VAC mabagal na blow fuse at ang RV1 ay isang 7mm 275V MOV (Metal Oxide Varistor). Sa panahon ng isang mataas na boltahe paggulong (higit sa 275VAC), ang MOV ay naging patay maikli at blows ang input Fuse. Gayunpaman, dahil sa mabagal na tampok na suntok, ang piyus ay makatiis ng kasalukuyang pag-inrush sa pamamagitan ng SMPS.

Pagbabago ng AC-DC

Ang seksyon na ito ay pinamamahalaan ng tulay ng diode. Ang apat na mga diode na ito (sa loob ng DB107) ay gumagawa ng isang buong tulay na pagwawasto. Ang mga diode ay 1N4006, ngunit ang pamantayang 1N4007 ay maaaring gawin ang trabaho nang perpekto. Sa proyektong ito, ang apat na mga diode na ito ay pinalitan ng isang buong tulay na rectifier DB107.

Filter ng PI

Iba't ibang mga estado ay may iba't ibang mga pamantayan sa pagtanggi ng EMI. Kinukumpirma ng disenyo na ito ang pamantayan ng EN61000-Class 3 at ang filter ng PI ay idinisenyo sa isang paraan upang mabawasan ang pagtanggi ng karaniwang-mode na EMI. Ang seksyon na ito ay nilikha gamit ang C1, C2, at L1. Ang C1 at C2 ay 400V 18uF capacitors. Ito ay isang kakaibang halaga kaya napili ang 22uF 400V para sa application na ito. Ang L1 ay isang pangkaraniwang mode na mabulunan na tumatagal ng pagkakaiba-iba ng signal ng EMI upang kanselahin ang pareho.

Driver circuitry o switching circuit

Ito ang puso ng isang SMPS. Ang pangunahing bahagi ng transpormer ay kinokontrol ng switching circuit TNY268PN. Ang dalas ng paglipat ay 120-132khz. Dahil sa mataas na dalas ng paglipat na ito, maaaring magamit ang mas maliit na mga transformer. Ang switching circuit ay may dalawang bahagi, U1, at C3. Ang U1 ang pangunahing driver ng IC TNY268PN. Ang C3 ay ang bypass capacitor na kinakailangan para sa pagtatrabaho ng aming driver na IC.

Proteksyon sa ilalim ng boltahe na lockout

Ang proteksyon ng under-voltage lockout ay ginagawa ng sense resistor R1 at R2. Ginagamit ito kapag ang SMPS ay pumupunta sa mode na auto-restart at maunawaan ang boltahe ng linya.

Clamp circuit

Ang D1 at D2 ay ang clamp circuit. Ang D1 ay ang diode ng TVS at ang D2 ay isang napakabilis na pagbawi ng diode. Ang transpormer ay gumaganap bilang isang malaking inductor sa kabuuan ng driver ng kuryente na IC TNY268PN. Samakatuwid sa panahon ng switching off-cycle, ang transpormer ay lumilikha ng mga spike ng mataas na boltahe dahil sa leakage inductance ng transpormer. Ang mga high-frequency voltage spike na ito ay pinipigilan ng diode clamp sa buong transpormer. Napili ang UF4007 dahil sa ultra-fast recovery at P6KE200A ang napili para sa operasyon ng TVS.

Mga magnetiko at paghihiwalay ng galvanic

Ang transpormer ay isang ferromagnetic transpormer at hindi lamang nito pinapalitan ang mataas na boltahe AC sa isang mababang boltahe ac ngunit nagbibigay din ng paghihiwalay ng galvanic.

Filter ng EMI

Ang pag-filter ng EMI ay ginagawa ng C4 capacitor. Pinapataas nito ang kaligtasan sa sakit ng circuit upang mabawasan ang mataas na pagkagambala ng EMI.

Pangalawang Sektor ng Rectifier at Snubber

Ang output mula sa transpormer ay naitama at na-convert sa DC gamit ang D6, isang Schottky rectifier diode. Ang snubber circuit sa kabuuan ng D6 ay nagbibigay ng pagpigil sa boltahe na pansamantala sa panahon ng pagpapatakbo ng paglipat. Ang snubber circuit ay binubuo ng isang risistor at isang kapasitor, R3, at C5.

Filter Seksyon

Ang seksyon ng filter ay binubuo ng isang filter capacitor C6. Ito ay isang Low ESR capacitor para sa mas mahusay na pagtanggi ng ripple. Gayundin, ang isang filter ng LC na gumagamit ng L2 at C7 ay nagbibigay ng mas mahusay na pagtanggi ng ripple sa kabuuan ng output.

Hakbang 4: Paggawa ng PCB

Maaari mong iguhit ang PCB Schematic sa anumang software ayon sa iyong kaginhawaan at ipadala ito sa isang Tagagawa ng PCB na iyong pinili. Mayroon akong handa na Gerber, maibabahagi ko ito.

Inirerekumenda ko ang LIONCIRCUITS dahil mayroon silang serbisyong pagmamanupaktura ng murang halaga para sa mga prototype na talagang mabuti para sa mga taong tulad sa amin ng mga taong mahilig sa DIY. Mayroon silang isang awtomatikong online platform kung saan maaari mong i-upload ang iyong mga Gerber file at maglagay ng isang online na order. Ang pagpapadala sa buong India ay libre.