12V 1A SMPS ელექტრომომარაგების მიკროსქემის დიზაინი: 4 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

Გამარჯობა ბიჭებო!

ყველა ელექტრონული მოწყობილობა ან პროდუქტი საჭიროებს საიმედო კვების ბლოკს (PSU) მის მუშაობას. ჩვენი სახლის თითქმის ყველა მოწყობილობა, როგორიცაა ტელევიზია, პრინტერი, მუსიკალური პლეერი და ა.შ. შედგება მასში ჩაშენებული კვების ბლოკისგან, რომელიც გარდაქმნის AC ქსელის ძაბვას DC ძაბვის შესაფერის დონეზე. ელექტროენერგიის მიწოდების ყველაზე გავრცელებული ტიპი არის SMPS (გადართვის რეჟიმი კვების წყარო), თქვენ შეგიძლიათ მარტივად იპოვოთ ამ ტიპის სქემები თქვენს 12 ვ ადაპტერში ან მობილური/ლეპტოპის დამტენში. ამ სახელმძღვანელოში ჩვენ შევისწავლით თუ როგორ უნდა ავაშენოთ 12 ვ SMPS წრე, რომელიც AC ქსელს გადააქცევს 12 ვ DC– ზე, მაქსიმალური მიმდინარე რეიტინგით 1.25 ა. ეს წრე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მცირე დატვირთვის დასატენად ან თუნდაც ადაპტირებული იყოს დამტენში, რათა დატენოთ ტყვიის მჟავა და ლითიუმის ბატარეები. თუ ეს 12 ვ 15 ვატიანი კვების ბლოკი არ შეესაბამება თქვენს მოთხოვნებს, შეგიძლიათ შეამოწმოთ კვების ბლოკის სხვადასხვა წრე განსხვავებული რეიტინგებით.

ნაბიჯი 1: 12v SMPS წრე - დიზაინის მოსაზრებები

სანამ რაიმე სახის ელექტრომომარაგების დიზაინს გავაგრძელებთ, მოთხოვნის ანალიზი უნდა გაკეთდეს იმ გარემოს საფუძველზე, რომელშიც ჩვენი კვების ბლოკი იქნება გამოყენებული. სხვადასხვა სახის ელექტრომომარაგება მუშაობს სხვადასხვა გარემოში და სპეციფიკურ შეყვანისა და გამომავალი საზღვრებით.

შეყვანის სპეციფიკაცია:

დავიწყოთ შეყვანით. შეყვანის ძაბვა არის პირველი, რასაც გამოიყენებს SMPS და გადაკეთდება სასარგებლო მნიშვნელობად დატვირთვის შესანახად. რადგან ეს დიზაინი მითითებულია AC-DC კონვერტაციისთვის, შეყვანა იქნება ალტერნატიული დენი (AC). ინდოეთისთვის, შეყვანის AC ხელმისაწვდომია 220-230 ვოლტში, აშშ-სთვის იგი შეფასებულია 110 ვოლტზე. ასევე არსებობს სხვა ერები, რომლებიც იყენებენ ძაბვის სხვადასხვა დონეს. საერთოდ, SMPS მუშაობს უნივერსალური შეყვანის ძაბვის დიაპაზონში. ეს ნიშნავს, რომ შეყვანის ძაბვა შეიძლება განსხვავდებოდეს 85V AC– დან 265V AC– მდე. SMPS შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერ ქვეყანაში და შეუძლია უზრუნველყოს სრული დატვირთვის სტაბილური გამომუშავება, თუ ძაბვა არის 85-265V AC- ს შორის. SMPS ასევე უნდა ფუნქციონირებდეს ჩვეულებრივ 50Hz და 60Hz სიხშირეზე. ეს არის მიზეზი, რის გამოც ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ჩვენი ტელეფონის და ლეპტოპის დამტენები ნებისმიერ ქვეყანაში.

გამოყვანის სპეციფიკაცია:

გამომავალი მხრიდან, რამდენიმე დატვირთვა არის რეზისტენტული, რამდენიმე არის ინდუქციური. დატვირთვის მიხედვით SMPS- ის კონსტრუქცია შეიძლება განსხვავებული იყოს. ამ SMPS– სთვის დატვირთვა ითვლება რეზისტენტულ დატვირთვად. თუმცა, არაფერია რეზისტენტული დატვირთვის მსგავსი, თითოეული დატვირთვა შედგება ინდუქციურობისა და ტევადობის სულ მცირე რაოდენობისგან; აქ ვარაუდობენ, რომ დატვირთვის ინდუქციურობა და ტევადობა უმნიშვნელოა.

SMPS– ის გამომავალი დაზუსტება ძალზედ არის დამოკიდებული დატვირთვაზე, ისევე როგორც რამდენი ძაბვა და დენი იქნება საჭირო დატვირთვისათვის ყველა საოპერაციო პირობებში. ამ პროექტისთვის, SMPS– ს შეუძლია უზრუნველყოს 15W სიმძლავრე. არის 12V და 1.25A. მიზნობრივი გამომავალი ტალღა შერჩეულია 30 მვ-ზე ნაკლები pk-pk 20000 Hz გამტარუნარიანობაზე.

ნაბიჯი 2: ენერგიის მართვის IC- ის შერჩევა

SMPS– ის ყველა წრე მოითხოვს ენერგიის მართვის IC– ს, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც IC– ის გადართვა ან SMPS IC ან Drier IC. მოდით შევაჯამოთ დიზაინის მოსაზრებები, რათა შევარჩიოთ ენერგიის მართვის იდეალური IC, რომელიც შესაფერისი იქნება ჩვენი დიზაინისთვის. ჩვენი დიზაინის მოთხოვნებია:

1. გამომავალი სიმძლავრე 15W. 12V 1.25A ნაკლები 30mV pk-pk ტალღოვანი სრული დატვირთვით.
2. უნივერსალური შეყვანის რეიტინგი.
3. შეყვანის ტალღის დაცვა.
4. გამომავალი მოკლე ჩართვა, ზედმეტი ძაბვა და ზედმეტი დენის დაცვა.
5. მუდმივი ძაბვის ოპერაციები.

ზემოაღნიშნული მოთხოვნებიდან გამომდინარე, არსებობს IC- ების ფართო ასორტიმენტი, მაგრამ ამ პროექტისთვის ჩვენ შევარჩიეთ Power ინტეგრაცია. დენის ინტეგრაცია არის ნახევარგამტარული კომპანია, რომელსაც გააჩნია დენის დრაივერის IC- ების ფართო სპექტრი სიმძლავრის გამომუშავების სხვადასხვა დიაპაზონში. მოთხოვნებიდან და ხელმისაწვდომობიდან გამომდინარე, ჩვენ გადავწყვიტეთ გამოვიყენოთ TNY268PN პატარა გადართვის II ოჯახიდან.

ზემოთ მოცემულ სურათზე ნაჩვენებია მაქსიმალური სიმძლავრე 15W. თუმცა, ჩვენ გავაკეთებთ SMPS ღია ჩარჩოში და უნივერსალური შეყვანის რეიტინგისთვის. ასეთ სეგმენტში TNY268PN– ს შეუძლია უზრუნველყოს 15W სიმძლავრე. ვნახოთ პინ დიაგრამა.

ნაბიჯი 3: 12V SMPS მიკროსქემის დიაგრამა და ახსნა

სანამ პროტოტიპის ნაწილის მშენებლობაში გადავალთ, მოდით შეისწავლოთ 12v SMPS წრიული დიაგრამა და მისი მოქმედება. წრეს აქვს შემდეგი განყოფილებები:

1. შეყვანის ტალღა და SMPS ხარვეზის დაცვა
2. AC-DC კონვერტაცია
3. PI ფილტრი
4. დრაივერის სქემა ან გადართვის წრე
5. ძაბვის დაბლოკვის დაცვა.
6. სამაგრი წრე
7. მაგნიტი და გალვანური იზოლაცია
8. EMI ფილტრი
9. მეორადი მაკორექტირებელი და სნუბერული წრე
10. ფილტრის განყოფილება

შეყვანის ტალღა და SMPS ხარვეზის დაცვა

ეს განყოფილება შედგება ორი კომპონენტისგან, F1 და RV1. F1 არის 1A 250VAC ნელი დარტყმის დაუკრავენ და RV1 არის 7 მმ 275V MOV (ლითონის ოქსიდის ვარიისტორი). მაღალი ძაბვის ტალღის დროს (275VAC- ზე მეტი), MOV მკვდარი გახდა და აფეთქებს შეყვანის დაუკრავს. თუმცა, ნელი დარტყმის მახასიათებლის გამო, დაუკრავს გაუძლებს SMPS– ის მეშვეობით შემომავალ დენს.

AC-DC კონვერტაცია

ეს განყოფილება მართავს დიოდური ხიდით. ეს ოთხი დიოდი (DB107– ის შიგნით) ქმნის სრულ ხიდის მაკორექტირებელს. დიოდები არის 1N4006, მაგრამ სტანდარტულ 1N4007- ს შეუძლია სამუშაოს სრულყოფილად შესრულება. ამ პროექტში ეს ოთხი დიოდი შეიცვალა სრული ხიდის მაკორექტირებელით DB107.

PI ფილტრი

სხვადასხვა სახელმწიფოს აქვს EMI– ს უარყოფის განსხვავებული სტანდარტები. ეს დიზაინი ადასტურებს EN61000-Class 3 სტანდარტს და PI ფილტრი შექმნილია ისე, რომ შეამციროს საერთო რეჟიმის EMI უარყოფა. ეს განყოფილება შექმნილია C1, C2 და L1 გამოყენებით. C1 და C2 არის 400V 18uF კონდენსატორები. ეს არის უცნაური მნიშვნელობა, ამიტომ 22uF 400V არჩეულია ამ პროგრამისთვის. L1 არის ჩვეულებრივი რეჟიმის ჩამხშობი, რომელიც იღებს დიფერენციალურ EMI სიგნალს, რომ ორივე გააუქმოს.

დრაივერის სქემა ან გადართვის წრე

ეს არის SMPS– ის გული. ტრანსფორმატორის პირველადი მხარე კონტროლდება გადართვის სქემით TNY268PN. გადართვის სიხშირეა 120-132 კჰც. გადართვის ამ მაღალი სიხშირის გამო შესაძლებელია მცირე ზომის ტრანსფორმატორების გამოყენება. გადართვის სქემას აქვს ორი კომპონენტი, U1 და C3. U1 არის IC TNY268PN– ის მთავარი მამოძრავებელი. C3 არის შემოვლითი კონდენსატორი, რომელიც საჭიროა ჩვენი მძღოლის IC მუშაობისთვის.

ძაბვის დაბლოკვის დაცვა

ძაბვის დაბლოკვის დაცვა ხდება გრძნობის რეზისტორის R1 და R2 საშუალებით. იგი გამოიყენება მაშინ, როდესაც SMPS გადადის ავტომატური გადატვირთვის რეჟიმში და გრძნობს ხაზის ძაბვას.

სამაგრი წრე

D1 და D2 არის დამჭერი წრე. D1 არის TVS დიოდი და D2 არის ულტრა სწრაფი აღდგენის დიოდი. ტრანსფორმატორი მოქმედებს როგორც უზარმაზარი ინდუქტორი დენის დრაივერზე IC TNY268PN. ამრიგად, ციკლის გამორთვის დროს ტრანსფორმატორი ქმნის მაღალი ძაბვის ვარდნას ტრანსფორმატორის გაჟონვის ინდუქციის გამო. ეს მაღალი სიხშირის ძაბვის ვარდნები ჩახშობილია დიოდური დამჭერით ტრანსფორმატორის გასწვრივ. UF4007 შეირჩევა ულტრა სწრაფი აღდგენის გამო და P6KE200A შერჩეულია TVS ოპერაციისთვის.

მაგნიტი და გალვანური იზოლაცია

ტრანსფორმატორი არის ფერომაგნიტური ტრანსფორმატორი და ის არა მხოლოდ გარდაქმნის მაღალი ძაბვის AC- ს დაბალ ძაბვის AC- ს, არამედ უზრუნველყოფს გალვანურ იზოლაციას.

EMI ფილტრი

EMI გაფილტვრა ხდება C4 კონდენსატორის მიერ. ის ზრდის წრის იმუნიტეტს, რათა შეამციროს მაღალი EMI ჩარევა.

მეორადი მაკორექტირებელი და სნუბერული წრე

ტრანსფორმატორიდან გამოსასვლელი გამოსწორებულია და გარდაიქმნება DC- ში D6- ის გამოყენებით, Schottky მაკორექტირებელი დიოდის გამოყენებით. სნუბერული წრე D6– ის გასწვრივ უზრუნველყოფს ძაბვის გარდამავალ ჩახშობას გადართვის ოპერაციების დროს. სნუბერული წრე შედგება ერთი რეზისტორისა და ერთი კონდენსატორისგან, R3 და C5.

ფილტრის განყოფილება

ფილტრის განყოფილება შედგება ფილტრის კონდენსატორისგან C6. ეს არის დაბალი ESR კონდენსატორი უკეთესი ტალღის უარყოფისთვის. ასევე, LC ფილტრი L2 და C7 გამოყენებით უზრუნველყოფს უკეთესად ტალღის უარყოფას მთელ გამომავალზე.

ნაბიჯი 4: PCB წარმოება

თქვენ შეგიძლიათ დახაზოთ PCB სქემა ნებისმიერი პროგრამული უზრუნველყოფის მიხედვით და გაუგზავნოთ იგი თქვენი არჩევანის PCB მწარმოებელს. მე მაქვს გერბერი მზად, შემიძლია გავაზიარო.

მე გირჩევთ LIONCIRCUITS– ს, რადგან მათ აქვთ დაბალი ღირებულების წარმოების სერვისი პროტოტიპებისთვის, რაც ნამდვილად კარგია ჩვენნაირი წვრილმანების მსგავსად. მათ აქვთ ავტომატური ონლაინ პლატფორმა, სადაც შეგიძლიათ ატვირთოთ თქვენი გერბერის ფაილები და განათავსოთ ონლაინ შეკვეთა. მთელი ინდოეთის მიწოდება უფასოა.