- Az 5V 1A tápegység tervezési szempontjai
- Az 5V 1A SMPS áramkörhöz szükséges alkatrészek
- 5V 1A SMPS áramkör diagram
- 5V-1A SMPS áramkör működik
- Az SMPS áramkör kiépítése
- 5V-1A SMPS áramkör kialakításának fejlesztései
Egy S boszorkány M ODE P ower S upply (SMPS) elengedhetetlen része minden elektronikus tervezés. Arra használják, hogy a hálózati nagyfeszültségű váltakozó áramot alacsony feszültségű egyenárammá alakítsák át, és ezt először a hálózati váltakozó áram nagyáramúvá alakításával, majd a nagyfeszültségű egyenáram kapcsolásával hozzák létre a kívánt feszültséget. Korábban már készítettünk néhány SMPS áramkört, például ezt az 5V 2A SMPS áramkört és 12V 1A TNY268 SMPS áramkört. Még saját SMPS transzformátort is építettünk, amely felhasználható SMPS tervezéseinkben, a meghajtó IC-vel együtt.
Lehet, hogy nem veszi észre, de a legtöbb háztartási termék, például a mobil töltő, a laptop töltő, a Wi-Fi útválasztók működéséhez kapcsolóüzemű tápegységre van szükség, és ezek többsége 5 V-os. Tehát ezt szem előtt tartva, ebben a cikkben megmutatjuk, hogyan lehet 5V, 1A SMPS áramkört építeni úgy, hogy megment egy alkatrészt egy régi kidobható PC ATX tápegységből.
Figyelem: A váltóáramú hálózatokkal való munkavégzéshez előzetes képességek és felügyelet szükséges. Ne nyisson meg egy régi SMPS-t, és ne próbáljon újat építeni tapasztalat nélkül. Legyen óvatos a feltöltött kondenzátorok és feszültség alatt lévő vezetékek körül. Figyelmeztetést kapott, járjon el körültekintően, és mindenhol vegyen igénybe szakértői útmutatást.
Az 5V 1A tápegység tervezési szempontjai
Mielőtt tovább folytatnánk, tisztázzuk néhány alapvető tervezési szempontot és védelmi jellemzőt.
Miért építsen SMPS áramkört a számítógép tápegységéből?
Számomra olcsó, akkor megint az olcsó nagyon drága szó, szó szerint ingyenes. Megkérdezheti, hogyan? Csak beszéljen a helyi PC szervizekkel, ők ingyen adják Önnek, legalábbis nekem ez volt a helyzet. Kérdezd meg a barátaidat is, hogy vannak-e ezek a töröttek?
A transzformátor felépítése / beszerzése az áramkörhöz az SMPS tervezés legfontosabb része, de ez a módszer teljesen elkerüli ezt a lépést a transzformátor megmentésével, és nagyon jó tanulási tapasztalattal is jár, ha olyan elektronikus junk vagy, mint én. Az ATX tápegységem a szükséges alkatrészek megmentése után az alábbiakban látható.
Ezzel a kialakítással hozzáadhat egy potenciométert, és kissé változtathatja a kimeneti feszültséget. ez bizonyos esetekben jól jöhet, és az áramkör legérdekesebb része az, hogy nagyon általános alkatrészekkel készül, így ha valami felrobbant, akkor nagyon könnyű feladat megtalálni és kicserélni őket.
Az SMPS áramkörök különböző körülmények között eltérő módon működnek, ha ezt az áramkört építik, tudva, hogy a tényleges bemeneti-kimeneti jellemzők segítenek az áramkör hibakeresésében, ha bármilyen problémát találnak vele.
Bemeneti feszültség:
Mivel a szokásos PC PSU bemeneti feszültsége 220V, a megmentett áramkörünk is ezen a feszültségen működik. De a jelenlegi asztali beállításommal megpróbálom 85 V bemeneti feszültséggel is működtetni az áramkört.
Kimeneti feszültség:
Az áramkör kimeneti feszültsége 5 V, 1 A névleges áramértékkel, ami azt jelenti, hogy ez az áramkör 5 W teljesítményt képes kezelni. Ez az áramkör állandó feszültség üzemmódban működik, így a kimeneti feszültségnek nagyjából azonosnak kell maradnia, függetlenül a terhelés áramától.
Kimeneti hullám:
Az áramkör transzformátorát professzionális gyártó készíti, így alacsony hullámosságra számíthatunk. Pontozott táblába építése óta a szokásosnál kissé nagyobb hullámzásra számíthatunk.
Védelmi jellemzők:
Általánosságban elmondható, hogy számos SMPS védelmi áramkör létezik, de áramkörünk egy régi PC PSU-ból készül, így hozzáadhatunk vagy kivonhatunk védelmi funkciókat a végső alkalmazás követelményeinek megfelelően. Megnézheti a következő védelmi áramköröket is, amelyeket korábban építettünk.
- Túlfeszültség-védelmi áramkör
- Fordított polaritásvédelmi áramkör
- Rövidzárlat-védelmi áramkör
- Bemeneti áramvédelem
Ezt az áramkört fogom használni az IoT-projektjeim áramellátására. Ezért úgy döntöttem, hogy egy minimális védelmi tulajdonságot választok, amely egy olvadó ellenállás a bemeneten, és egy túlfeszültség-védelmi áramkör a kimeneti résznél.
Összefoglalva tehát, a tápegységünk hálózati feszültsége 220 V AC, a kimeneti feszültség 5 V DC lesz, 1A maximális kimeneti árammal. Igyekszünk minél alacsonyabbá tenni a kimeneti hullámfeszültséget, és rendelkezünk egy bemeneti olvadó ellenállással, kimeneti túlfeszültség-védelmi áramkörrel.
Az 5V 1A SMPS áramkörhöz szükséges alkatrészek
Sl. Nem |
Alkatrészek |
típus |
Mennyiség |
Rész vázlatos |
1 |
4,7R |
Ellenállás |
1 |
R1 |
2 |
39R |
Ellenállás |
1 |
R10 |
3 |
56R, 1W |
Ellenállás |
1 |
R9 |
4 |
100R |
Ellenállás |
2 |
R7, R6 |
5. |
220R |
Ellenállás |
1 |
R5 |
6. |
100K |
Ellenállás |
1 |
R2 |
7 |
560K, 1W |
Ellenállás |
2 |
R3, R4 |
8. |
1N4007 |
Dióda |
4 |
D2, D3, D4, D5 |
9. |
UF4007 |
Dióda |
1 |
D6 |
10. |
1N5819 |
Dióda |
1 |
D1 |
11. |
1N4148 |
Dióda |
1 |
D7 |
12. |
103,50V |
Kondenzátor |
C4 |
|
13. |
102, 1KV |
Kondenzátor |
2 |
C3 |
14 |
10uF, 400V |
Kondenzátor |
1 |
C1 |
15 |
100uF, 16V |
Kondenzátor |
1 |
C6 |
16. |
470uF |
Kondenzátor |
2 |
C7, C8 |
17. |
222pF, 50V |
Kondenzátor |
1 |
C5 |
18. |
3,3uH, 2,66A |
Induktor |
1 |
L2 |
19. |
2SC945 |
Tranzisztor |
1 |
T1 |
20 |
C5353 |
Tranzisztor |
1 |
Q1 |
21 |
PC817 |
Optocsatoló |
1 |
OK1 |
22. |
TL431CLP |
Feszültség referencia |
1 |
VR1 |
23 |
10K |
Trim Pot |
1 |
R11 |
24. |
Csavaros terminál |
5mm |
2 |
S1, S2 |
25 |
1N5908 |
Dióda |
1 |
D9 |
26. |
Transzformátor |
A PC PSU-ból |
1 |
TR1 |
5V 1A SMPS áramkör diagram
Az alábbi képen látható az 5V 1A SMPS tápegység vázlata, amelyet ebben az oktatóanyagban építünk fel.
Az áramkört egy kenyérlapra építettem, és így nézett ki, amikor elkészült.
Értsük meg az áramkört sok funkcionális blokkra bontva, és értsük meg az egyes blokkokat.
Az olvadó ellenállás:
Először is van R1, amely két célt szolgál. Először olvadó ellenállásként működik. Másodszor áramkorlátozó ellenállóként működik.
A hídirányító és a szűrő:
Ezután 1N4007 diódánk van, D2, D3, D4, D5, amelyek közül négy alkotja a híd egyenirányítóját, valamint egy 10uF-os szűrőkondenzátorral az AC DC-vé alakítására.
Felhívjuk figyelmét, hogy eltávolítottam a PI szűrőt, mert ezt az áramellátást csak akkumulátor töltésénél fogom használni tápegység. Ha nem biztos abban, hogy mi a PI szűrő, vagy hogyan működik, akkor nézze meg a linkelt cikket. Megtekinthet más terveket is az EMI csökkentésére az SMPS áramkörben, amelyekről korábban tárgyaltunk.
Induló ellenállások:
R3 és R4 alkotják az indító ellenállásokat, az áramellátáskor az indító ellenállások felelősek az elsődleges kapcsoló tranzisztor bázisának táplálásáért, az ellenállásról a cikk későbbi részében fogok többet beszélni .
Gyűjtőfeszültség korlátozó bilincs:
A Q1 elsődleges kapcsoló tranzisztor kollektorfeszültségének korlátozására a C3, R2 és D6 szorító áramkört képez, és ez nagyon jó példa arra, hogy egy snubber hálózatot használunk a csúcsfeszültség kikapcsolásakor és a csengés csillapítására. A legtöbb esetben nagyon egyszerű tervezési technika használható a snubber alkatrészek (Rs és Cs) megfelelő értékeinek meghatározására. Azokban az esetekben, amikor optimálisabb kialakításra van szükség, valamivel összetettebb eljárást alkalmaznak.
Elsődleges és kiegészítő kapcsoló tranzisztor:
A Q1, C5353 tranzisztor a főkapcsoló tranzisztor, a T1 pedig az áramkör segédkapcsoló tranzisztora. C4 és R5 alkotják az elsődleges oszcillátort, amely a fő kapcsolási jelet generálja.
Visszajelzés és vezérlő áramkör:
Az OK1 PC817 optocsatoló, a VR1 feszültségreferencia és a 4148 dióda alkotják a visszacsatoló és vezérlő áramkört, ebben a részben más ellenállások csak feszültségosztóként, áramkorlátozó ellenállóként és szűrőkondenzátorként működnek. Ezen kívül hozzáadtam az R11 potenciométert a feszültség levágásához a követelményeknek megfelelően.
Transzformátor, kimeneti egyenirányító és szűrő:
A T1 transzformátor ferromágneses anyagból készül, amely nemcsak átalakítja a nagyfeszültségű váltakozó áramot alacsony feszültségű váltakozó áramúvá, hanem galvánikus szigetelést is biztosít. Jelenleg 4 tekercsek a T1 transzformátor Pin 1, 2, és 3. a szekunder tekercs, Pin nem 4, 5 a segédtekercs, TŰSZÁM 6. és 7. a primer tekercs.
A D1 és D9 dióda az áramkör egyenirányító diódája. A C8 kondenzátor felelős a 12 V szűréséért, a C6 és C7 kondenzátor pedig az L2-vel együtt alkotja a PI szűrőt a kimeneti szakaszhoz.
Túlfeszültség-védelmi áramkör:
Kiegészítő túlfeszültség-védelmi áramkör is hozzáadható, hogy megvédje alkalmazási eszközét a sérülésektől. Ez egy nagyon egyszerű áramkör, amely biztosítékból és a fent látható Zener-diódából áll. Ha túlfeszültségi állapot lép fel, a Zener-dióda felrobbant, így felrobbantja vele a gyors ütközés biztosítékot.
5V-1A SMPS áramkör működik
Most, hogy ez tisztázott, értsük meg, hogyan működik az áramkör. Amikor az áramellátás áramellátására kerül, a hálózati váltakozó áramú egyenirányító diódák és kondenzátor kijavítja és megszűri. Ezt követően a két R3, R4 indítóellenállás korlátozza az áramot a tranzisztor bázisára, ezért az elsődleges tranzisztor kissé bekapcsol, most egy kis áram folyik át a transzformátor elsődleges tekercsén, amely a tranzisztor 6. és 7. csapja.
Ez a kis mennyiségű áram táplálja a segédtekercset, ez a segédtekercs elkezdi tölteni a 103pF C4 kondenzátort az 220 Ohmos R5 ellenálláson keresztül. A segédoldali feszültség ismét 1N4148 egyenirányító diódával csatlakozik az optocsatoló kollektorához, ez a feszültség kijut az optocsatoló emitteréből és megoszlik egy feszültségosztóval. Most a C5, a 222PF kondenzátor elkezd töltődni. Ha ezt a kondenzátort egy bizonyos szintre töltjük, a T1 segédtranzisztor bekapcsol, az elsődleges tranzisztor kikapcsol, és a C5 kondenzátor lemerül
És a ciklus ismét megismétlődik, így kapcsolójel keletkezik. Amint a kapcsolási folyamat elkezdődik, a feszültség a transzformátor szekunderében indukálódik a szekunderből, a VR1 segítségével visszacsatoló áramkör készül a Tl431 feszültségreferenciára, a referenciafeszültség beállításával beállíthatjuk a bekapcsolási és kikapcsolási időt segédtranzisztor, így vezérelhetjük a kimeneti feszültséget.
Az SMPS áramkör kiépítése
Ehhez a bemutatáshoz az áramkört egy szaggatott táblába építjük a vázlat segítségével; kérjük, vegye figyelembe, hogy az áramkört a padon tesztelem bemutatás céljából, ezért nem sok olyan védelmi funkciót vontam be, mint a túlfeszültség elleni védelem és a rövidzárlat elleni védelem. Ha ezt valami másra használja, akkor ajánlott azoknak a védelmi és szűrő áramköröknek, amelyek be vannak kapcsolva.
A fenti tesztelrendezést használták az áramkör tesztelésére, a tápegység kimeneti feszültségét a potenciométer segítségével 5,1 V-ra állították be, és ez egy 1A-os tápegység, így csúcskörülmények között 1A áramot tud húzni.
Amint a fenti képen látható, a terheléssel történő teszteléshez néhány ellenállást használtam terhelésként, amely kb. 1.157A-t emésztett fel az SMPS áramkörünkből 5 V-on. A teljes tesztvideó a cikk alján található.
5V-1A SMPS áramkör kialakításának fejlesztései
Jó néhány dolgot lehet javítani ebben az áramkörben, például egy EMI-szűrőt lehet hozzáadni a bemeneten, hogy javítsuk az áramkör EMI-válaszát. Ezután kimeneti túláram és rövidzárlat elleni védelem adható az áramkör általános teljesítményének javítása érdekében. Ezenkívül egy bemeneti túlfeszültség és túlfeszültség-védelem is hozzáadható, hogy megvédje a bemeneti túlfeszültségektől. És végül, ha az áramkört egy NYÁK-alaplapba építik fel, az EMI válasza drasztikusan javítható.
Remélem, megértette az oktatóanyagot és megtanulta, hogyan kell felépíteni az SMPS áramköröket. Ha bármilyen kérdése van, hagyja őket az alábbi megjegyzés részben, vagy további kérdésekhez használja fórumunkat.