12V 1A SMPS цахилгаан хангамжийн хэлхээний дизайн: 4 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Сайн уу найзуудаа!

Цахим төхөөрөмж эсвэл бүтээгдэхүүн бүр үүнийг ажиллуулахын тулд найдвартай тэжээлийн хангамжийн нэгж (PSU) шаарддаг. ТВ, Принтер, Хөгжим тоглуулагч гэх мэт манай гэрт байдаг бараг бүх төхөөрөмжүүд нь түүнд суурилуулсан тэжээлийн төхөөрөмжөөс бүрддэг бөгөөд энэ нь АС -ийн хүчдэлийг тогтмол ажиллахад шаардлагатай тогтмол гүйдлийн хүчдэл болгон хувиргадаг. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг цахилгаан хангамжийн хэлхээ бол SMPS (Switching Mode Power Supply) бөгөөд та энэ төрлийн хэлхээг 12V адаптер эсвэл гар утас/зөөврийн компьютерын цэнэглэгчээс хялбархан олох боломжтой. Энэхүү гарын авлагад бид AC -ийн сүлжээний хүчийг 12 В тогтмол гүйдлийн хамгийн их гүйдэл 1.25А болгон хувиргадаг 12V SMPS хэлхээг хэрхэн бүтээх талаар сурах болно. Энэ хэлхээг жижиг ачааг тэжээх эсвэл хар тугалга, литийн батерейг цэнэглэх зориулалтаар ашиглаж болно. Хэрэв энэ 12 ватт 15 ватт цахилгаан хангамжийн хэлхээ нь таны шаардлагад нийцэхгүй бол та өөр өөр үнэлгээтэй янз бүрийн цахилгаан хангамжийн хэлхээг шалгаж болно.

Алхам 1: 12V SMPS хэлхээ - Дизайн анхаарах зүйлс

Цахилгаан хангамжийн аливаа хэлбэрийн дизайныг үргэлжлүүлэхийн өмнө манай цахилгаан хангамжийг ашиглах орчинд үндэслэн шаардлагын шинжилгээг хийх шаардлагатай. Төрөл бүрийн цахилгаан хангамж нь өөр өөр орчинд, оролт гаралтын тодорхой хил хязгаартай ажилладаг.

Оруулах үзүүлэлт:

Оролтоос эхэлье. Оролтын тэжээлийн хүчдэл нь SMPS -ийн ашигладаг хамгийн эхний зүйл бөгөөд ачааллыг тэжээх ашигтай утга болгон хувиргах болно. Энэ загварыг AC-DC хувиргалтанд зориулагдсан тул оролт нь Хувьсах гүйдэл (AC) байх болно. Энэтхэгт AC оролтыг 220-230 вольт, АНУ-д 110 вольтоор үнэлдэг. Өөр өөр хүчдэлийн түвшинг ашигладаг бусад үндэстнүүд бас байдаг. Ерөнхийдөө SMPS нь бүх нийтийн оролтын хүчдэлийн хүрээтэй ажилладаг. Энэ нь оролтын хүчдэл 85 ВС -аас 265 В хувьсах гүйдлийн хооронд хэлбэлзэж болно гэсэн үг юм. SMPS-ийг аль ч улсад ашиглах боломжтой бөгөөд 85-265В хувьсах гүйдлийн хүчдэлтэй бол бүрэн ачааллын тогтвортой гаралтыг хангах боломжтой. SMPS нь 50 Гц ба 60 Гц давтамжтай хэвийн ажиллах ёстой. Энэ бол бид утас, зөөврийн компьютерын цэнэглэгчээ аль ч улсад ашиглах боломжтой болсон шалтгаан юм.

Гаралтын тодорхойлолт:

Гаралтын тал дээр цөөн тооны ачаалал эсэргүүцэлтэй, цөөн нь индуктив байдаг. Ачаалалаас хамааран SMPS -ийн бүтэц өөр байж болно. Энэ SMPS -ийн хувьд ачааллыг эсэргүүцэх ачаалал гэж үзнэ. Гэсэн хэдий ч эсэргүүцэх ачаалал гэж байдаггүй, ачаалал бүр дор хаяж тодорхой хэмжээний индуктив ба багтаамжаас бүрдэнэ; Энд ачааллын индуктив ба багтаамжийг ач холбогдол багатай гэж үзнэ.

SMPS -ийн гаралтын тодорхойлолт нь Ачаалалаас ихээхэн хамаардаг, жишээлбэл, бүх ажлын нөхцөлд ачаалал хэр их хүчдэл, гүйдэл шаардагдах болно. Энэхүү төслийн хувьд SMPS нь 15W гаралтыг хангах боломжтой. Энэ нь 12V ба 1.25A байна. Зорилтот гаралтын долгионыг 20000 Гц зурвасын өргөнөөр 30 мВ pk-pk-ээс бага гэж сонгосон.

Алхам 2: Цахилгаан менежментийн IC -ийг сонгох

SMPS хэлхээ бүр нь IC эсвэл SMPS IC эсвэл Drier IC гэж нэрлэгддэг Power Management IC шаарддаг. Бидний дизайнд тохирох хамгийн тохиромжтой Цахилгаан Удирдлагын IC -ийг сонгохын тулд дизайны талаархи ойлголтуудыг нэгтгэн үзье. Манай дизайны шаардлагад дараахь зүйлс орно.

1. 15W гаралт. 12V 1.25A нь бүрэн ачаалалтай үед 30 мВ-аас бага pk-pk долгионтой.
2. Бүх нийтийн оролтын үнэлгээ.
3. Оролтын хэт халалтаас хамгаалах.
4. Гаралтын богино холболт, хэт хүчдэл ба хэт гүйдлийн хамгаалалт.
5. Тогтмол хүчдэлийн үйл ажиллагаа.

Дээрх шаардлагуудаас харахад IC -ийн өргөн сонголттой байдаг боловч энэ төслийн хувьд бид Power интеграцийг сонгосон. Цахилгаан интеграци нь янз бүрийн цахилгаан гаралтын хүрээний олон төрлийн цахилгаан драйвер IC бүхий хагас дамжуулагч компани юм. Шаардлага, бэлэн байдалд үндэслэн бид II жижиг гэр бүлийн TNY268PN ашиглахаар шийдсэн.

Дээрх зураг дээр хамгийн их хүч чадал 15W байна. Гэсэн хэдий ч бид SMPS -ийг нээлттэй хүрээ болон бүх нийтийн оролтын зэрэглэлд оруулах болно. Ийм сегментэд TNY268PN нь 15 Вт гаралт өгөх боломжтой. Пин диаграмыг үзье.

Алхам 3: 12V SMPS хэлхээний диаграм ба тайлбар

Прототипийн хэсгийг бүтээхээс өмнө 12V SMPS хэлхээний диаграм ба түүний ажиллагааг судалж үзье. Хэлхээ нь дараахь хэсгүүдтэй байна.

1. Оролтын өсөлт ба SMPS алдааны хамгаалалт
2. AC-DC хувиргалт
3. PI шүүлтүүр
4. Жолоочийн хэлхээ эсвэл шилжих хэлхээ
5. Бага хүчдэлийн түгжээний хамгаалалт.
6. Хавчаарын хэлхээ
7. Соронзон ба гальваник тусгаарлалт
8. EMI шүүлтүүр
9. Хоёрдогч Шулуутгагч ба тагны хэлхээ
10. Шүүлтүүрийн хэсэг

Оролтын өсөлт ба SMPS алдааны хамгаалалт

Энэ хэсэг нь F1 ба RV1 гэсэн хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ. F1 бол 1А 250VAC -ийн удаан үлээгч гал хамгаалагч бөгөөд RV1 нь 7мм -ийн 275V MOV (Метал оксид Варистор) юм. Өндөр хүчдэлийн (275VAC -ээс дээш) хүчдэлийн үед MOV нь үхэж, оролтын гал хамгаалагчийг цохив. Гэсэн хэдий ч удаан цохилтын шинж чанараас шалтгаалан гал хамгаалагч нь SMPS -ээр дамжих урсгалыг тэсвэрлэдэг.

AC-DC хувиргалт

Энэ хэсгийг диодын гүүрээр удирддаг. Эдгээр дөрвөн диод (DB107 дотор) нь бүрэн гүүр Шулуутгагч болгодог. Диодууд нь 1N4006 боловч стандарт 1N4007 нь ажлыг төгс хийж чаддаг. Энэхүү төсөлд эдгээр дөрвөн диодыг бүрэн гүүр Шулуутгагч DB107 -оор сольсон болно.

PI шүүлтүүр

Өөр өөр мужууд EMI -ээс татгалзах өөр өөр стандарттай байдаг. Энэхүү загвар нь EN61000-Ангилал 3 стандартыг баталгаажуулсан бөгөөд PI шүүлтүүр нь EMI-ийн нийтлэг горимоос татгалзах байдлыг багасгах зорилгоор хийгдсэн болно. Энэ хэсгийг C1, C2, L1 ашиглан бүтээсэн болно. C1 ба C2 нь 400V 18uF конденсатор юм. Энэ нь сондгой утга учир 22uF 400V -ийг энэ програмд сонгосон болно. L1 нь хоёуланг нь цуцлахын тулд дифференциал EMI дохиог шаарддаг нийтлэг горим багалзуур юм.

Жолоочийн хэлхээ эсвэл шилжих хэлхээ

Энэ бол SMPS -ийн зүрх юм. Трансформаторын үндсэн талыг TNY268PN шилжих хэлхээгээр хянадаг. Шилжүүлэх давтамж нь 120-132 кГц байна. Энэхүү өндөр давтамжийн ачаар жижиг трансформаторыг ашиглаж болно. Шилжүүлэгч хэлхээ нь U1 ба C3 гэсэн хоёр бүрэлдэхүүн хэсэгтэй. U1 бол IC TNY268PN -ийн гол драйвер юм. C3 бол манай драйвер IC -ийн ажилд шаардлагатай тойрог замын конденсатор юм.

Бага хүчдэлийн түгжээний хамгаалалт

Хүчдэл багатай түгжигдэх хамгаалалтыг R1 ба R2 мэдрэгч резистороор гүйцэтгэдэг. Энэ нь SMPS автоматаар дахин асаах горимд шилжиж, шугамын хүчдэлийг мэдрэх үед хэрэглэгддэг.

Хавчаарын хэлхээ

D1 ба D2 нь хавчаарын хэлхээ юм. D1 бол TVS диод, D2 бол хэт хурдан сэргээх диод юм. Трансформатор нь IC TNY268PN цахилгаан драйвер дээр асар том ороомгийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Тиймээс унтраах мөчлөгийн үед трансформаторын алдагдал индукцийн улмаас трансформатор нь өндөр хүчдэлийн үсрэлтийг бий болгодог. Эдгээр өндөр давтамжийн хүчдэлийн өсөлтийг трансформаторын диод хавчаараар дардаг. UF4007 нь хэт хурдан сэргэлтийн улмаас сонгогдсон бөгөөд TVS-ийн үйл ажиллагаанд P6KE200A сонгогдсон байна.

Соронзон ба гальваник тусгаарлалт

Трансформатор нь ферромагнет трансформатор бөгөөд өндөр хүчдэлийн хувьсах гүйдлийг бага хүчдэлийн хувьсах гүйдэл болгон хувиргахаас гадна гальваник тусгаарлагч болдог.

EMI шүүлтүүр

EMI шүүлтүүрийг C4 конденсатороор хийдэг. Энэ нь EMI -ийн өндөр хөндлөнгийн оролцоог багасгахын тулд хэлхээний дархлааг нэмэгдүүлдэг.

Хоёрдогч Шулуутгагч ба Snubber хэлхээ

Трансформаторын гаралтыг Шоткийн Шулуутгагч диод болох D6 ашиглан засч, DC болгон хөрвүүлнэ. D6 дээрх хөндлөн огтлолын хэлхээ нь сэлгэн залгах явцад хүчдэлийн түр зуурын даралтыг хангадаг. Хөшүүргийн хэлхээ нь нэг эсэргүүцэл, нэг конденсатор, R3 ба C5 -ээс бүрдэнэ.

Шүүлтүүрийн хэсэг

Шүүлтүүрийн хэсэг нь шүүлтүүр конденсатор C6 -ээс бүрдэнэ. Энэ нь долгионоос илүү сайн татгалзах ESR багатай конденсатор юм. Түүнчлэн, L2 ба C7 -ийг ашигладаг LC шүүлтүүр нь гаралт дээр долгионоос илүү сайн татгалзах боломжийг олгодог.

Алхам 4: ПХБ -ийн үйлдвэрлэл

Та ПХБ -ийн бүдүүвчийг хүссэн програмынхаа дагуу зурж, өөрийн хүссэн ПХБ үйлдвэрлэгч рүү илгээж болно. Надад Gerber бэлэн байгаа, би үүнийг хуваалцаж болно.

LIONCIRCUITS-ийг прототип үйлдвэрлэх хямд өртөгтэй үйлчилгээтэй тул бидэн шиг DIY сонирхогчдод үнэхээр сайн санал болгож байна. Тэд танд Gerber файлуудаа байршуулж, онлайн захиалга өгөх автомат онлайн платформтой. Энэтхэг даяар хүргэлт үнэгүй.