עיצוב מעגל אספקת חשמל 12V 1A SMPS: 4 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

היי חבר'ה!

כל מכשיר או מוצר אלקטרוני דורש יחידת אספקת חשמל אמינה (PSU) כדי להפעיל אותו. כמעט כל המכשירים בביתנו, כמו טלוויזיה, מדפסת, נגן מוזיקה וכו 'מורכבים מיחידת אספקת חשמל מובנית בתוכה אשר ממירה את מתח החשמל לרמת מתח DC המתאימה להם לפעולה. הסוג הנפוץ ביותר של מעגל אספקת החשמל הוא SMPS (Powering Mode Mode Power Supply), אתה יכול למצוא סוג מעגלים זה בקלות במתאם 12V שלך או במטען נייד/מחשב נייד. במדריך זה נלמד כיצד לבנות מעגל SMPS של 12V שימיר את מתח החשמל ל- 12V DC עם דירוג זרם מקסימלי של 1.25A. ניתן להשתמש במעגל זה להפעלת מטענים קטנים או אפילו להתאים אותו למטען כדי לטעון סוללות חומצה עופרת וליתיום. אם מעגל אספקת החשמל של 12 וולט של 15 וואט אינו תואם את הדרישה שלך, תוכל לבדוק מעגל אספקת חשמל שונים עם דירוגים שונים.

שלב 1: מעגל SMPS 12v - שיקולי עיצוב

לפני שתמשיך עם כל סוג של עיצוב אספקת חשמל, יש לבצע ניתוח דרישות על סמך הסביבה שבה ישתמש אספקת החשמל שלנו. סוגים שונים של אספקת חשמל עובדים בסביבות שונות ועם גבולות קלט-פלט ספציפיים.

מפרט קלט:

נתחיל בקלט. מתח אספקת כניסה הוא הדבר הראשון שישמש את ה- SMPS ויהפוך לערך שימושי להזנת העומס. מכיוון שעיצוב זה צוין להמרת AC-DC, הקלט יהיה זרם חילופין (AC). עבור הודו, כניסת AC זמינה ב 220-230 וולט, בארה ב היא מדורגת על 110 וולט. יש גם מדינות אחרות שמשתמשות ברמות מתח שונות. באופן כללי, SMPS עובד עם טווח מתח כניסה אוניברסלי. המשמעות היא שמתח הכניסה יכול להיות שונה מ- 85V AC ל- 265V AC. ניתן להשתמש ב- SMPS בכל מדינה ויכול לספק תפוקה יציבה של עומס מלא אם המתח הוא בין 85-265V AC. גם ה- SMPS צריך לפעול כרגיל בתדר של 50 הרץ ו -60 הרץ. זו הסיבה מדוע אנו מסוגלים להשתמש במטעי הטלפון והמחשב הנייד שלנו בכל מדינה.

מפרט פלט:

בצד הפלט, מעט עומסים הם התנגדותיים, מעטים הם אינדוקטיביים. בהתאם לעומס הבנייה של SMPS יכולה להיות שונה. עבור SMPS זה העומס נחשב לעומס התנגדותי. עם זאת, אין כמו עומס התנגדותי, כל עומס מורכב לפחות מכמות מסוימת של השראות וקיבול; כאן ההנחה היא שהשראות והקיבול של העומס זניחים.

מפרט הפלט של SMPS מאוד אמין על העומס, כמו כמה מתח וזרם יידרשו על ידי עומס בכל תנאי ההפעלה. עבור פרויקט זה, ה- SMPS יכול לספק פלט של 15W. הוא 12V ו 1.25A. אדוות הפלט הממוקדות נבחרות כפחות 30mV pk-pk ברוחב פס של 20000 הרץ.

שלב 2: בחירת ה- IC לניהול צריכת חשמל

כל מעגל SMPS דורש IC ניהול צריכת חשמל המכונה גם החלפת IC או SMPS IC או IC מייבש. בואו נסכם את שיקולי העיצוב לבחירת ה- IC האידיאלי לניהול צריכת חשמל שיתאים לעיצוב שלנו. דרישות העיצוב שלנו הן:

1. תפוקה של 15W. 12V 1.25A עם אדוות pk-pk פחות מ 30mV בעומס מלא.
2. דירוג כניסה אוניברסלי.
3. הגנת נחשול כניסה.
4. פלט קצר, הגנת מתח יתר וזרם יתר.
5. פעולות מתח קבועות.

מהדרישות שלעיל יש מגוון רחב של מחשבי IC לבחירה, אך עבור פרויקט זה בחרנו אינטגרציה של Power. אינטגרציית חשמל הינה חברת מוליכים למחצה בעלת מגוון רחב של מחשבי IC של מנהלי התקנים בטווחי הספק שונים. בהתבסס על הדרישות והזמינות החלטנו להשתמש ב- TNY268PN ממשפחות זעירות של מתג II.

בתמונה למעלה מוצגת ההספק המרבי של 15W. עם זאת, נכין את ה- SMPS במסגרת הפתוחה ולדירוג הקלט האוניברסלי. בקטע כזה, TNY268PN יכול לספק תפוקה של 15W. בואו לראות את תרשים הסיכה.

שלב 3: תרשים מעגל SMPS 12V והסבר

לפני שנכנס ישר לבניית חלק האב -טיפוס, בואו לחקור את תרשים מעגלי ה- SMPS 12V ואת פעולתו. המעגל כולל את הסעיפים הבאים:

1. נחשול קלט והגנה על תקלות SMPS
2. המרת AC-DC
3. מסנן PI
4. מעגלי נהג או מעגל מיתוג
5. הגנת נעילה תחת מתח.
6. מעגל מהדק
7. מגנטיקה ובידוד גלווני
8. מסנן EMI
9. מיישר משני ומעגל סנוברים
10. קטע מסנן

נחשול קלט והגנה על תקלות SMPS

חלק זה מורכב משני מרכיבים, F1 ו- RV1. F1 הוא נתיך מכה איטית 1A 250VAC ו- RV1 הוא 7 מ מ 275V MOV (Varistor Metall Oxide). במהלך נחשול במתח גבוה (יותר מ 275VAC), ה- MOV הפך לקצר ומפוצץ את נתיך הקלט. עם זאת, בשל תכונת המכה האיטית, הנתיך עומד בפני זרם הפעלה דרך ה- SMPS.

המרת AC-DC

קטע זה נשלט על ידי גשר הדיודה. ארבע הדיודות הללו (בתוך DB107) יוצרות מיישר גשר מלא. הדיודות הן 1N4006, אך תקן 1N4007 יכול לבצע את העבודה בצורה מושלמת. בפרויקט זה, ארבע הדיודות הללו מוחלפות במתקן גשר מלא DB107.

מסנן PI

למדינות שונות יש סטנדרטים שונים לדחיית EMI. עיצוב זה מאשר את תקן EN61000 Class 3 ומסנן ה- PI מתוכנן להפחית את דחיית ה- EMI במצב רגיל. קטע זה נוצר באמצעות C1, C2 ו- L1. C1 ו- C2 הם קבלים 400V 18uF. זהו ערך מוזר ולכן 22uF 400V נבחר ליישום זה. ה- L1 הוא חנק במצב נפוץ הדורש אות EMI דיפרנציאלי כדי לבטל את שניהם.

מעגלי נהג או מעגל מיתוג

זהו הלב של SMPS. הצד העיקרי של השנאי נשלט על ידי מעגל המיתוג TNY268PN. תדר המיתוג הוא 120-132khz. בשל תדר מיתוג גבוה זה, ניתן להשתמש בשנאים קטנים יותר. מעגל המיתוג כולל שני רכיבים, U1 ו- C3. U1 הוא מנהל ההתקן העיקרי של IC TNY268PN. C3 הוא קבל המעקף הדרוש לעבודה של IC הנהג שלנו.

הגנת נעילה תחת מתח

הגנת נעילה תחת מתח מתבצעת על ידי הנגד החוש R1 ו- R2. הוא משמש כאשר ה- SMPS נכנס למצב הפעלה מחדש אוטומטית ומרגיש את מתח הקו.

מעגל מהדק

D1 ו- D2 הם מעגל המהדק. D1 היא דיודת TVS ו- D2 היא דיודת שחזור מהירה במיוחד. השנאי פועל כמשרן ענק על פני מנהל ההתקן IC TNY268PN. לכן במהלך מחזור הכיבוי, השנאי יוצר קוצים במתח גבוה עקב השראת הדליפות של השנאי. קוצים מתח אלה בתדירות גבוהה מודחקים על ידי מהדק הדיודה על פני השנאי. UF4007 נבחר בשל ההתאוששות המהירה במיוחד ו- P6KE200A נבחר לפעולת ה- TVS.

מגנטיקה ובידוד גלווני

השנאי הוא שנאי פרומגנטי והוא לא רק ממיר את מתח AC גבוה למתח AC נמוך אלא גם מספק בידוד גלווני.

מסנן EMI

סינון EMI מתבצע על ידי קבל C4. זה מגביר את חסינות המעגל כדי להפחית את הפרעות ה- EMI הגבוהות.

מעגל משני ומעגל Snubber

הפלט מהשנאי מתוקן והומר ל- DC באמצעות D6, דיודת מיישר Schottky. מעגל ה- snubber ברחבי D6 מספק דיכוי של המתח החולף במהלך פעולות מיתוג. מעגל ה- snubber מורכב מנגד אחד וקבל אחד, R3 ו- C5.

קטע מסנן

קטע המסנן מורכב מקבל מסנן C6. זהו קבל ESR נמוך לדחיית אדוות טובה יותר. כמו כן, מסנן LC באמצעות L2 ו- C7 מספק דחיית אדוות טובה יותר על פני הפלט.

שלב 4: ייצור PCB

אתה יכול לצייר את ה- PCB סכמטי עם כל תוכנה לפי הנוחות שלך ולשלוח אותו ליצרן PCB לפי בחירתך. יש לי גרבר מוכן, אני יכול לשתף אותו.

אני ממליץ על LIONCIRCUITS מכיוון שיש להם שירות ייצור בעלות נמוכה לאבות טיפוס וזה ממש טוב לאנשים כמונו חובבי עשה זאת בעצמך. יש להם פלטפורמה מקוונת אוטומטית שבה תוכל להעלות את קבצי Gerber שלך ולבצע הזמנה מקוונת. המשלוח לכל הודו הוא חינם.