طراحی مدار منبع تغذیه 12 ولت 1 آمپر SMPS: 4 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

سلام بچه ها!

هر دستگاه یا محصول الکترونیکی برای کارکردن به یک منبع تغذیه قابل اعتماد (PSU) نیاز دارد. تقریباً همه دستگاههای خانه ما مانند تلویزیون ، چاپگر ، پخش کننده موسیقی و غیره شامل یک منبع تغذیه داخلی است که ولتاژ اصلی AC را به سطح مناسب ولتاژ DC برای عملکرد آنها تبدیل می کند. متداول ترین نوع مدار تغذیه SMPS (منبع تغذیه سوئیچینگ) است ، به راحتی می توانید این نوع مدارها را در آداپتور 12 ولت یا شارژر موبایل/لپ تاپ خود بیابید. در این آموزش ، ما نحوه ساخت یک مدار 12 ولت SMPS را یاد می گیریم که برق AC را به 12 ولت DC با حداکثر جریان 1.25 آمپر تبدیل می کند. از این مدار می توان برای تغذیه بارهای کوچک استفاده کرد یا حتی می توان آن را به شارژر متصل کرد تا باتری های سربی-اسیدی و لیتیومی را شارژ کند. اگر این مدار تغذیه 12 ولت 15 وات با نیاز شما مطابقت ندارد ، می توانید مدارهای مختلف منبع تغذیه را با درجه بندی های مختلف بررسی کنید.

مرحله 1: مدار SMV 12 ولت - ملاحظات طراحی

قبل از انجام هر نوع طراحی منبع تغذیه ، تجزیه و تحلیل نیازها باید بر اساس محیطی که منبع تغذیه ما در آن استفاده می شود ، انجام شود. انواع مختلف منبع تغذیه در محیط های مختلف و با مرزهای ورودی-خروجی خاص کار می کنند.

مشخصات ورودی:

بیایید با ورودی شروع کنیم. ولتاژ منبع ورودی اولین چیزی است که توسط SMPS استفاده می شود و برای تغذیه بار به یک مقدار مفید تبدیل می شود. از آنجا که این طرح برای تبدیل AC-DC مشخص شده است ، ورودی جریان متناوب (AC) خواهد بود. برای هند ، AC ورودی 220-230 ولت ، برای ایالات متحده 110 ولت است. کشورهای دیگری نیز وجود دارند که از سطوح مختلف ولتاژ استفاده می کنند. به طور کلی ، SMPS با محدوده ولتاژ ورودی جهانی کار می کند. این بدان معناست که ولتاژ ورودی می تواند از AC 85V تا 265V AC متفاوت باشد. SMPS را می توان در هر کشوری استفاده کرد و اگر ولتاژ بین 85-265V AC باشد ، می تواند خروجی پایدار از بار کامل را ارائه دهد. SMPS همچنین باید به طور معمول تحت فرکانس 50Hz و 60Hz کار کند. به همین دلیل است که می توانیم از شارژرهای تلفن و لپ تاپ خود در هر کشوری استفاده کنیم.

مشخصات خروجی:

در سمت خروجی ، بارهای کمی مقاومتی ، تعداد کمی استقرایی هستند. بسته به بار ، ساختار SMPS می تواند متفاوت باشد. برای این SMPS بار به عنوان یک بار مقاومتی فرض می شود. با این حال ، هیچ چیزی مانند یک بار مقاومتی وجود ندارد ، هر بار حداقل شامل مقداری از سلف و خازن است. در اینجا فرض بر این است که سلف و ظرفیت بار ناچیز است.

مشخصات خروجی SMPS به میزان زیادی به بار وابسته است ، مانند مقدار ولتاژ و جریان مورد نیاز در هر شرایط عملیاتی. برای این پروژه ، SMPS می تواند خروجی 15 وات را ارائه دهد. 12 ولت و 1.25 آمپر است. موج خروجی هدفمند کمتر از 30mV pk-pk با پهنای باند 20000 هرتز است.

مرحله 2: انتخاب IC مدیریت توان

هر مدار SMPS نیاز به IC مدیریت توان دارد که به آن IC سوئیچینگ یا SMPS IC یا Drier IC نیز گفته می شود. بیایید ملاحظات طراحی را برای انتخاب IC مدیریت توان ایده آل که برای طراحی ما مناسب است جمع بندی کنیم. الزامات طراحی ما عبارتند از:

1. خروجی 15 وات 12 ولت 1.25 آمپر با موج کمتر از 30 میلی ولت pk-pk در بار کامل.
2. رتبه ورودی جهانی
3. حفاظت از ورودی
4. اتصال کوتاه خروجی ، حفاظت از ولتاژ و جریان بیش از حد.
5. عملیات ولتاژ ثابت

از بین الزامات فوق طیف گسترده ای از IC ها برای انتخاب وجود دارد ، اما برای این پروژه ، ما Power Integration را انتخاب کرده ایم. Power Integration یک شرکت نیمه هادی است که دارای طیف گسترده ای از IC های درایور قدرت در محدوده های مختلف توان خروجی است. بر اساس الزامات و در دسترس بودن ، ما تصمیم گرفته ایم از TNY268PN از خانواده های سوئیچ II کوچک استفاده کنیم.

در تصویر بالا ، حداکثر توان 15W نشان داده شده است. با این حال ، ما SMPS را در قاب باز و برای رتبه ورودی جهانی ایجاد می کنیم. در چنین قسمتی ، TNY268PN می تواند خروجی 15 وات را ارائه دهد. بیایید نمودار پین را ببینیم.

مرحله 3: نمودار و توضیحات مدار SMPS 12 ولت

قبل از شروع مستقیم به ساخت نمونه اولیه ، اجازه دهید نمودار مدار 12 ولت SMPS و عملکرد آن را بررسی کنیم. مدار دارای بخشهای زیر است:

1. افزایش ورودی و حفاظت از خطای SMPS
2. تبدیل AC-DC
3. فیلتر PI
4. مدار راننده یا مدار سوئیچینگ
5. حفاظت از قفل شدن تحت ولتاژ
6. مدار گیره
7. مغناطیس و جداسازی گالوانیک
8. فیلتر EMI
9. یکسو کننده ثانویه و مدار snubber
10. بخش فیلتر

افزایش ورودی و حفاظت از خطای SMPS

این بخش از دو جزء F1 و RV1 تشکیل شده است. F1 یک فیوز ضربه ای آهسته 1A 250VAC و RV1 یک MOV 7mm 275V MOV (واریستور اکسید فلز) است. در جریان افزایش ولتاژ بالا (بیش از 275VAC) ، MOV کوتاه شده و فیوز ورودی را می وزد. با این حال ، به دلیل ویژگی ضربه آهسته ، فیوز در برابر جریان هجوم از طریق SMPS مقاومت می کند.

تبدیل AC-DC

این بخش توسط پل دیود اداره می شود. این چهار دیود (داخل DB107) یک یکسو کننده کامل پل ایجاد می کند. دیودها 1N4006 هستند ، اما استاندارد 1N4007 می تواند کار را کاملاً انجام دهد. در این پروژه ، این چهار دیود با یک اصلاح کننده کامل پل DB107 جایگزین شده است.

فیلتر PI

ایالت های مختلف دارای استانداردهای مختلف رد EMI هستند. این طراحی استاندارد EN61000-Class 3 را تأیید می کند و فیلتر PI به گونه ای طراحی شده است که رد کردن EMI حالت معمول را کاهش دهد. این بخش با استفاده از C1 ، C2 و L1 ایجاد شده است. C1 و C2 خازن های 400V 18uF هستند. این مقدار فرد است بنابراین 22uF 400V برای این برنامه انتخاب شده است. L1 یک حالت خفگی معمولی است که برای لغو هر دو سیگنال EMI دیفرانسیل می گیرد.

مدار درایور یا مدار سوئیچینگ

این قلب SMPS است. طرف اصلی ترانسفورماتور توسط مدار سوئیچینگ TNY268PN کنترل می شود. فرکانس سوئیچ 120-132 کیلو هرتز است. با توجه به این فرکانس سوئیچینگ بالا ، می توان از ترانسفورماتورهای کوچکتر استفاده کرد. مدار سوئیچینگ دارای دو جزء U1 و C3 است. U1 راننده اصلی IC TNY268PN است. C3 خازن بای پس است که برای کار IC راننده مورد نیاز است.

حفاظت از قفل شدن تحت ولتاژ

حفاظت از قفل شدن تحت ولتاژ توسط مقاومت حسی R1 و R2 انجام می شود. زمانی استفاده می شود که SMPS به حالت راه اندازی مجدد خودکار برود و ولتاژ خط را حس کند.

مدار گیره

D1 و D2 مدار گیره هستند. D1 دیود TVS و D2 یک دیود بازیابی بسیار سریع است. ترانسفورماتور به عنوان یک سلف بزرگ در درایور قدرت IC TNY268PN عمل می کند. بنابراین هنگام خاموش شدن چرخه ، ترانسفورماتور به دلیل سلف نشتی ترانسفورماتور ، ولتاژ بالایی ایجاد می کند. این افزایش ولتاژ فرکانس بالا توسط گیره دیود در ترانسفورماتور سرکوب می شود. UF4007 به دلیل بازیابی بسیار سریع و P6KE200A برای عملکرد TVS انتخاب شده است.

مغناطیس و جداسازی گالوانیک

ترانسفورماتور یک ترانسفورماتور مغناطیسی است و نه تنها AC ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین AC تبدیل می کند ، بلکه عایق گالوانیکی را نیز فراهم می کند.

فیلتر EMI

فیلترینگ EMI توسط خازن C4 انجام می شود. برای کاهش تداخل بالای EMI ، ایمنی مدار را افزایش می دهد.

یکسو کننده ثانویه و مدار Snubber

خروجی ترانسفورماتور با استفاده از D6 ، یک دیود یکسو کننده Schottky ، اصلاح شده و به DC تبدیل می شود. مدار snubber در سراسر D6 باعث مهار ولتاژ گذرا در حین عملیات سوئیچینگ می شود. مدار snubber از یک مقاومت و یک خازن R3 و C5 تشکیل شده است.

بخش فیلتر

قسمت فیلتر شامل یک خازن فیلتر C6 است. این یک خازن ESR پایین برای رد موج بهتر است. همچنین ، یک فیلتر LC با استفاده از L2 و C7 رد موج بهتر را در خروجی فراهم می کند.

مرحله 4: تولید PCB

شما می توانید PCB Schematic را با هر نرم افزاری به دلخواه خود ترسیم کرده و آن را به سازنده PCB دلخواه ارسال کنید. من یک Gerber آماده دارم ، می توانم آن را به اشتراک بگذارم.

من LIONCIRCUITS را توصیه می کنم زیرا خدمات تولید کم هزینه ای برای نمونه های اولیه دارند که واقعاً برای افرادی مانند ما علاقه مندان به DIY خوب است. آنها یک پلت فرم آنلاین خودکار دارند که در آن می توانید فایل های Gerber خود را بارگذاری کرده و سفارش آنلاین دهید. ارسال به سراسر هند رایگان است.