Како дизајнирати струјни круг напајања од 5в 2а смпс

Јединица за напајање (ПСУ) је витални део сваког електронског дизајна производа. Већина кућних електронских производа попут мобилних пуњача, Блуетоотх звучника, напајања, паметних сатова итд. Захтева круг напајања који би могао да претвори наизменичну струју у 5В једносмерне струје да би могао да их користи. У овом пројекту ћемо направити сличан круг за напајање наизменичном и једносмерном струјом снаге 10 В. То је наш круг који ће 220В АЦ мрежу претворити у 5В и обезбедити максималну излазну струју до 2А. Ова снага би требала бити довољна за напајање већине електронских производа који раде на 5В. Такође 5В 2А СМПС коло је прилично популарно у електроници, јер постоји пуно микроконтролера који раде на 5В.

Идеја пројекта је да израда буде што једноставнија, стога ћемо дизајнирати комплетан склоп преко тачкасте плоче (перф одбора), а такође ћемо направити свој властити трансформатор како би свако могао да понови овај дизајн или направи сличан. Узбуђен у праву! Па кренимо. Раније смо такође изградили 12В СМПС коло помоћу ПЦБ-а, тако да људи који су заинтересовани за то како да дизајнирају ПЦБ за пројекат ПСУ (јединице за напајање) могу и то да провере.

СМПС круг 5В 2А - Спецификације дизајна

Различите врсте напајања се различито понашају у различитим окружењима. Такође, СМПС ради у одређеним улазно-излазним границама. Потребно је извршити одговарајућу анализу спецификација пре него што кренемо према стварном дизајну.

Спецификација улаза:

Ово ће бити СМПС у домену конверзије наизменичног у једносмерну струју. Стога ће улаз бити АЦ. За вредност улазног напона добро је користити универзалну улазну оцену за СМПС. Тако ће наизменични напон бити 85-265ВАЦ са 50Хз. На овај начин СМПС се може користити у било којој земљи, без обзира на њихову вредност мрежног напона.

Спецификација излаза:

Излазни напон је изабран као 5В са 2А тренутне вредности. Дакле, то ће бити 10В снаге. Пошто ће овај СМПС пружати константан напон без обзира на струју оптерећења, радиће у режиму ЦВ (константни напон). Овај излазни напон од 5В треба да буде сталан и стабилан чак и при најнижем улазном напону током максималног оптерећења (2А) на излазу.

Веома је пожељно да добра јединица за напајање има напон таласа мањи од 30мВ пк-пк. Циљани напон таласа за овај СМПС је мањи од 30мВ вршно-таласног таласа. Будући да ће овај СМПС бити уграђен у веробоард помоћу ручно рађеног комутационог трансформатора, можемо очекивати нешто веће вредности мрешкања. Овај проблем се може избећи коришћењем ПЦБ-а.

Карактеристике заштите:

Постоје различити заштитни кругови који се у СМПС могу користити за сигуран и поуздан рад. Заштитни круг штити СМПС као и припадајуће оптерећење. У зависности од типа, заштитно коло може бити повезано преко улаза или преко излаза.

За овај СМПС користиће се улазна заштита од пренапона са максималним радним улазним напоном од 275ВАЦ. Такође, за решавање ЕМИ проблема користиће се уобичајени филтер режима за уклањање генерисаних ЕМИ. На излазној страни ћемо укључити кратког споја, заштита од високог напона, као и преко-тренутну заштиту.

Избор ИЦ за управљање напајањем

Свако СМПС коло захтева ИЦ за управљање напајањем, такође познато као склопна ИЦ или СМПС ИЦ или ИЦ сушач. Хајде да сумирамо разматрања дизајна да бисмо изабрали идеалну ИЦ за управљање напајањем која ће бити погодна за наш дизајн. Наши захтеви за дизајн су

1. 10В излаз. 5В 2А при пуном оптерећењу.
2. Универзална оцена уноса. 85-265ВАЦ на 50Хз
3. Заштита од пренапона на улазу. Максимални улазни напон 275ВАЦ.
4. Излазна заштита од кратког споја, пренапона и прекомерне струје.
5. Операције са константним напоном.

Међу горе наведеним захтевима постоји широк спектар ИЦ-а за одабир, али за овај пројекат смо изабрали Повер повер. Интеграција напајања је полупроводничка компанија која има широк распон ИЦ управљачких програма у различитим опсезима излазне снаге. На основу захтева и доступности, одлучили смо да користимо ТНИ268ПН из мале породице Свитцх ИИ. Раније смо користили овај ИЦ за изградњу 12В СМПС кола на ПЦБ-у.

На горњој слици приказана је максимална снага 15В. Међутим, направићемо СМПС у отвореном оквиру и за универзалну улазну оцену. У таквом сегменту, ТНИ268ПН би могао да обезбеди 15В снаге. Да видимо пин дијаграм.

Дизајнирање СМПС круга 5в 2Амп

Најбољи начин за изградњу 5В 2А СМПС шеме је коришћење ПИ стручног софтвера Повер интеграције. Преузмите софтвер ПИ екперт и користите верзију 8.6. То је одличан софтвер за дизајн напајања. Састав приказан доле направљен је помоћу софтверског софтвера ПИ Повер Интегратион. Ако сте нови у овом софтверу, можете погледати одељак о дизајну овог 12В СМПС кола да бисте разумели како се користи софтвер.

Пре него што кренемо директно у прављење дела прототипа, истражимо дијаграм кола 5в 2А СМПС и његов рад.

Коло има следеће одељке-

1. Заштита од пренапона на улазу и СМПС
2. АЦ-ДЦ конверзија
3. ПИ филтер
4. Возачко коло или склопно коло
5. Заштита од закључавања под напоном.
6. Струјни круг.
7. Магнетика и галванска изолација.
8. ЕМИ филтер
9. Секундарни исправљач и снубер круг
10. Одељак филтера
11. Одељак повратних информација.

Заштита од пренапона на улазу и СМПС:

Овај одељак се састоји од две компоненте, Ф1 и РВ1. Ф1 је 1А осигурач од 250ВАЦ, а РВ1 је 7 мм 275В МОВ (метал оксидни варистор). Током пренапона високог напона (више од 275ВАЦ), МОВ се кратко угасио и дува улазни осигурач. Међутим, због функције спорог пухања, осигурач подноси ударну струју кроз СМПС.

АЦ-ДЦ конверзија:

Овим одељком управља диодни мост. Ове четири диоде (унутар ДБ107) чине пун исправљач моста. Диоде су 1Н4006, али стандард 1Н4007 може савршено обавити посао. У овом пројекту, ове четири диоде су замењене пуним исправљачем моста ДБ107.

ПИ филтер:

Различита стања имају различит стандард ЕМИ одбијања. Овај дизајн потврђује ЕН61000-Цласс 3 стандард, а ПИ филтер је дизајниран на такав начин да смањи одбијање ЕМИ у уобичајеном режиму. Овај одељак је креиран помоћу Ц1, Ц2 и Л1. Ц1 и Ц2 су 400В 18уФ кондензатори. То је непарна вредност, па је за ову апликацију изабрано 22уФ 400В. Л1 је уобичајена пригушница која узима диференцијални ЕМИ сигнал за поништавање оба.

Струјни круг или склопка возача:

То је срце СМПС-а. Примарном страном трансформатора управља се склопним кругом ТНИ268ПН. Фреквенција комутације је 120-132кхз. Због ове велике фреквенције пребацивања могу се користити мањи трансформатори. Прекидачки круг има две компоненте, У1 и Ц3. У1 је главни покретач ИЦ ТНИ268ПН. Ц3 је премосни кондензатор који је потребан за рад наше управљачке јединице.

Заштита закључавања под напоном:

Заштита од закључавања под напоном врши се сензорским отпорницима Р1 и Р2. Користи се када СМПС пређе у режим аутоматског поновног покретања и осети мрежни напон. Вредност Р1 и Р2 се генерише помоћу алата ПИ Екперт. Два отпорника у серији су сигурносна мера и добра пракса да се избегну проблеми с отпором отпорника. Тако се уместо 2М у серији користе два 1М отпорника.

Струјни круг:

Д1 и Д2 су стезна кола. Д1 је ТВС диода, а Д2 је ултрабрза диода за опоравак. Трансформатор делује на велику индуктивност у управљачком програму ИЦ ТНИ268ПН. Због тога током циклуса искључивања, трансформатор ствара високонапонске скокове због индуктивности цурења трансформатора. Ове високофреквентне скокове напона потискује диодна стезаљка преко трансформатора. УФ4007 је изабран због ултра брзог опоравка, а П6КЕ200А је одабран за рад ТВС-а. Према дизајну, циљани напон стезања (ВЦЛАМП) је 200В. Због тога је изабран П6КЕ200А, а за проблеме брзе блокаде, УФ4007 је изабран као Д2.

Магнетика и галванска изолација:

Трансформатор је феромагнетни трансформатор и он не само да претвара високонапонски наизменични наизменични у нисконапонски наизменични, већ такође пружа и галванску изолацију.

ЕМИ филтер:

ЕМИ филтрирање се врши помоћу кондензатора Ц4. Повећава имунитет кола да би се смањиле велике ЕМИ сметње. То је кондензатор И-класе напона од 2кВ.

Секундарни исправљачки и снуберски круг:

Излаз из трансформатора се исправља и претвара у једносмерну струју помоћу Д6, Сцхоттки исправљачке диоде. Снуббер круг преко Д6 обезбеђује потискивање прелазног напона током операција пребацивања. Снуббер круг се састоји од једног отпорника и једног кондензатора, Р3 и Ц5.

Одељак филтера:

Одељак филтера састоји се од кондензатора филтера Ц6. То је кондензатор са ниским ЕСР за боље одбијање таласа. Такође, ЛЦ филтер који користи Л2 и Ц7 пружа боље одбијање таласа на излазу.

Одељак повратних информација:

Излазни напон се осећа на У3 ТЛ431 и Р6 и Р7. Након очитавања линије У2, оптички спрежник се контролише и галвански изолује секундарни део осетљиве повратне спреге примарним бочним контролером. Оптоцоуплер има транзистор и ЛЕД диоду у себи. Контролом ЛЕД диоде контролише се транзистор. Пошто се комуникација врши оптички, она нема директну електричну везу, што задовољава и галванску изолацију на повратном кругу.

Сада, док ЛЕД директно контролише транзистор, пружајући довољно пристрасности преко Оптоцоуплер ЛЕД-а, може се контролисати Оптоцоуплер-транзистор, тачније управљачки круг. Овај систем управљања користи ТЛ431. Регулатор шанта. Како регулатор ранжирања има отпорнички преградник преко референтног пина, он може да контролише оптоцоуплер лед који је повезан преко њега. Повратни пин има референтни напон од 2,5В. Према томе, ТЛ431 може бити активан само ако је напон на прегради довољан. У нашем случају, делилац напона је подешен на вредност од 5В. Према томе, када излаз достигне 5В, ТЛ431 добија 2,5В преко референтног пина и на тај начин активира ЛЕД оптопарника који контролише транзистор оптопарника и индиректно контролише ТНИ268ПН. Ако напон није довољан на излазу, прекидачки циклус се одмах прекида.

Прво, ТНИ268ПН активира први циклус пребацивања, а затим осети свој ЕН пин. Ако је све у реду, наставиће са пребацивањем, ако не, покушаће поново након неког времена. Ова петља се наставља све док се све не нормализира, чиме се спречавају проблеми са кратким спојем или пренапоном. Због тога се назива повратна топологија, јер се излазни напон пребацује натраг у управљачки програм за детекцију сродних операција. Такође, покушајна петља се назива начином штуцања у случају квара.

Д3 је Сцхоттки диода баријере. Ова диода претвара високофреквентни излаз наизменичне струје у једносмерну струју. 3А 60В Сцхоттки диода је изабрана за поуздан рад. Р4 и Р5 бира и израчунава ПИ експерт. Ствара делилац напона и преноси струју на оптоцоуплер ЛЕД са ТЛ431.

Р6 и Р7 је једноставан делилац напона израчунат по формули ТЛ431 РЕФ напон = (Воут к Р7) / Р6 + Р7. Референтни напон је 2,5В, а излазни излаз 12В. Одабиром вредности Р6 23,7к, Р7 је отприлике постао 9,09к.

Израда преклопног трансформатора за наш СМПС круг

Обично је за СМПС коло потребан преклопни трансформатор, који се могу набавити од произвођача трансформатора на основу ваших захтева за пројектовање. Али проблем је овде ако научите ствари о изради прототипа, не можете пронаћи тачан трансформатор са полица за свој дизајн. Тако ћемо научити како да направимо преклопни трансформатор на основу захтева за дизајн које даје наш стручни софтвер ПИ.

Погледајмо генерисани дијаграм конструкције трансформатора.

Као што горња слика наводи, морамо да изведемо 103 завоја појединачне 32 АВГ жице на примарној страни и 5 завоја две 25 АВГ жице на секундарној страни.

На горњој слици, почетна тачка намотаја и смер намотаја описани су као механички дијаграм. За израду овог трансформатора потребне су следеће ствари-

1. Језгро ЕЕ19, НЦ-2Х или еквивалентна спецификација и празно за АЛГ 79 нХ / Т ²
2. Калем са 5 пинова на примарној и секундарној страни.
3. Преградна трака дебљине 1 мил. Потребна је трака ширине 9 мм.
4. 32 АВГ емајлирана бакарна жица пресвучена премазом за лемљење.
5. 25АВГ емајлирана бакарна жица пресвучена лемилом.
6. ЛЦР метар.

Потребно је језгро ЕЕ19 са НЦ-2Х са празним језгром од 79нХ / Т2; генерално је доступан у паровима. Калем је генерички са 4 примарна и 5 секундарних пинова. Међутим, овде се користи калем са 5 пинова са обе стране.

За Барриер траку користи се стандардна селотејп трака која има основну дебљину већу од 1 мил (обично 2 мил). Током активности везаних за тапкање, маказама се користи трака за резање савршених ширина. Бакрене жице се набављају из старих трансформатора, а могу се купити и у локалним продавницама. Језгро и шпулица које користим приказани су испод

Корак 1: Додајте лем у 1. и 5. иглу на примарној страни. Залемите 32 АВГ жицу на пин 5 и смер намотаја је у смеру казаљке на сату. Наставите до 103 завоја као што је приказано доле

Ово чини примарну страну нашег трансформатора, када се заврше 103 завоја намотаја, мој трансформатор је изгледао овако доле.

Корак 2: Нанети селотејп за изолацију, потребна су 3 окрета селотејпа. Такође помаже у одржавању завојнице у положају.

Корак 3: Покрените секундарни намотај са иглица 9 и 10. Секундарна страна је направљена помоћу две жице бакарних жица емајлираних 25АВГ. Залемите једну бакарну жицу на иглицу 9, а другу на иглу 10. Смер намотаја је поново у смеру казаљке на сату. Наставите до 5 окретаја и залемите завршетке на иглице 5 и 6. Додајте изолацијску траку наношењем селотејпа као и раније.

Једном када се заврше и примарни и секундарни намотаји и употреби селотејп, мој трансформатор је изгледао као што је приказано доле

Корак 4: Сада можемо чврсто причврстити две језгре помоћу селотејпа. Када заврши, довршени трансформатор треба да изгледа овако доле.

Корак 5: Обавезно умотајте селотејп траку једну до друге. Ово ће смањити вибрације током преноса флукса велике густине.

Након што се направе горњи кораци и трансформатор се тестира помоћу ЛЦР мерача, као што је приказано доле. Мерач показује индуктивности од 1.125 мХ или 1125 ух.

Изградња СМПС круга:

Једном када је трансформатор спреман, можемо наставити са састављањем осталих компонената на тачкастој плочи. Подаци о деловима потребни за струјно коло могу се наћи на доњој листи материјала

• Детаљи БОМ дела за СМП коло 5В 2А

Једном када се компоненте леме, моја плоча изгледа отприлике овако.

Тестирање 5В 2А СМПС кола

Да бих тестирао коло, спојио сам улазну страну на мрежно напајање преко ВАРИАЦ-а за контролу улазног наизменичног мрежног напона. Излазни напон при 85ВАЦ и 230ВАЦ приказан је у наставку

Као што видите у оба случаја, излазни напон се одржава на 5В. Али онда сам спојио излаз на свој опсег и проверио да ли има мрешкања. Мерење таласа приказано је испод

Излазно валовитост је прилично велика, показује 150мВ пк-пк валовитост. Ово у потпуности није добро за круг напајања. На основу анализе, велико таласање је због фактора испод

1. Неправилно пројектовање ПЦБ-а.
2. Гроунд боунцинг иссуе.
3. Расхладно тело ПЦБ-а није правилно.
4. Нема искључења на бучним линијама за напајање.
5. Повећане толеранције на трансформатору због ручног намотаја. Произвођачи трансформатора наносе намочени лак током намотаја машина ради веће стабилности трансформатора.

Ако се склоп претвори у одговарајућу ПЦБ, можемо очекивати таласни излаз напајања унутар 50мВ пк-пк чак и са трансформатором за ручно навијање. Ипак, с обзиром да веробоард није сигурна опција за израду напајања у режиму прекидача у наизменичном на истосмерном домену, стално се предлаже да се пре примене високонапонских кола у практичним сценаријима мора успоставити одговарајућа ПЦБ. Можете да проверите видео на крају ове странице да провери како се у функционише склоп под условима оптерећења.

Надам се да сте разумели туторијал и научили како да направите сопствене СМПС склопове помоћу ручно рађеног трансформатора. Ако имате било каквих питања, оставите их у одељку за коментаре испод или за више питања користите наше форуме.