Tervezzen saját kompakt 5v / 3.3v smps áramkört beágyazott és iot projektekhez

Az egyenáramú áramkörök váltóáramú áramellátásának nyers módja egy leengedő transzformátor használata a 230 V-os hálózati feszültség csökkentéséhez és pár dióda hozzáadásához hídirányítóként. De a hatalmas térméret és egyéb hátrányok miatt nem használható minden célra. Egy másik legnépszerűbb és professzionális módszer a kapcsoló üzemmódú tápfeszültség áramkörök használata az AC hálózati átalakításához szükség esetén az egyenfeszültség széles tartományába, szinte minden fogyasztói elektronika a normál 12 V-os adaptertől a laptop-töltőig rendelkezik SMPS áramkörrel a szükséges DC biztosításához kimeneti teljesítmény.

A circuitdigestnél már kevés népszerű SMPS áramkört építettünkkülönböző besorolásokhoz, nevezetesen a 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS és 12V 1A SMPS áramkörök, amelyek mindegyike különböző alkalmazásokhoz használható. Ezúttal egy olyan SMPS-t építünk, amely általános célokra használható és egyszerű modul alakkal rendelkezik, amelyet az űrhöz kapcsolódó helyzetekben lehet használni. Manapság a tárgyak internete különféle wifi alapú processzorokat használ, mint például a NodeMCU, az ESP32 és az ESP12E stb., Amelyek 5 V vagy 3,3 V feszültséggel működnek. Ezek a modulok nagyon kompaktak, és ezért ezeknek a tábláknak az áramellátásához különálló SMPS áramkör használata helyett érdemes kisebb SMPS áramköröket használni, amelyek ugyanarra a kártyára mehetnek. Ezért ebben a cikkben megtanuljuk, hogyan kell létrehozni egy SMPS áramkört, amely képes 5V vagy 3.3V kimenetre (hardver konfigurálható jumper segítségével), az áramköri tervezés és a NYÁK-elrendezés is rendelkezésre áll, így egyszerűen beillesztheti ezt a meglévő tervbe.Itt a NYÁK-tábláinkat a PCBGoGo gyártja, amely egy kínai alapú, olcsó, kiváló minőségű NYÁK-prototípus és NYÁK-összeszerelő szolgáltató cég.

Az SMPS besorolása 5 V vagy 3,3 V 1,5 A, mivel a fejlesztői kártya nagy része 5 V vagy 3,3 V logikai feszültséget használ, és az 1,5 A-nak elég jónak kell lennie az IoT-alapú alkalmazások többségéhez. De vegye figyelembe, hogy ennek az SMPS-nek nincsenek szűrői a bemeneti szakaszban a méret és a költségek csökkentése érdekében. Ezért ez az SMPS csak mikrokontroller táblák áramellátására vagy töltési célokra használható. Ügyeljen arra, hogy működés közben a felhasználó elől elérhető legyen.

Figyelem: Az SMPS áramkörökkel történő munkavégzés veszélyes lehet, mivel váltakozó áramú hálózati feszültséget jelent, amely potenciálisan halálos. Ne próbálja meg ezt megépíteni, ha nincs tapasztalata az AC hálózatról. Mindig legyen óvatos feszültség alatt álló vezetékekkel és feltöltött kondenzátorokkal, szükség esetén használjon védőeszközöket és felügyeletet. Figyelmeztetve lettél!!

5V / 3.3V SMPS kártya specifikációk

Az SMPS a következő specifikációkkal rendelkezik.

1. 85VAC - 230VAC bemenet.
2. 5 V vagy 3,3 V választható 2A kimenet.
3. Nyitott vázszerkezet
4. Rövidzárlat és túlfeszültség elleni védelem
5. Kis méret, olcsó funkciókkal.

Az SMPS áramkörhöz (BOM) szükséges anyagok

1. 1A biztosíték 250VAC lassú fújás
2. Dióda híd DB107
3. 10uF / 400V
4. P6KE dióda
5. UF4007
6. 2Meg - 2 db - 0805 csomag
7. 2,2 nF 250 VAC
8. TNY284DG
9. 10uF / 16V - 0805 csomag
10. PC817
11. 1k - 0805 csomag
12. 22R - 2db - 0805 csomag
13. 100 nF - 0805 csomag
14. TL431
15. SR360
16. 470pF 100V - 0805 csomag
17. 1000uF 16V
18. 3.3uH - dobmag
19. 2,2 nF 250 VAC

Megjegyzés: Az összes alkatrészt úgy választották meg, hogy a tervezők számára könnyen elérhető legyen. Az SMPS transzformátornak egyedi felépítésűnek kell lennie ennek az adatlapnak a felhasználásával. Vagy építhet egy szállítót, vagy megtervezheti és feltekerheti az SMPS transzformátort a link használatával.

Ezt az SMPS-t az energiaintegrációs IC TNY284DG IC használatával tervezték. Ez az SMPS Diver IC a legalkalmasabb ehhez az SMPS-hez, mivel az IC SMD csomagban kapható, valamint a teljesítmény megfelelő a célhoz. Az alábbi kép a TNY284DG teljesítmény specifikációját mutatja.

Mint láthatjuk, a TNY284DG tökéletes választásunkhoz. Mivel a szerkezet nyitott keret, akkor meg fogja egyezni a 8,5 W teljesítményt. Ez azt jelenti, hogy könnyen képes 1,5 A feszültséget szolgáltatni 5 V feszültség mellett.

5V / 3.3V SMPS áramkör diagram

Ennek az SMPS-nek a felépítése meglehetősen egyszerű és egyszerű. Ez a kialakítás a Power Integration chipsetet használja SMPS illesztőprogram IC-ként. Az áramkör vázlata látható az alábbi kép-

Építés és munka

Mielőtt egyenesen belekezdenénk a prototípus felépítésébe, vizsgáljuk meg az áramkör működését. Az áramkör a következő szakaszokkal rendelkezik:

1. Bemeneti védelem
2. AC-DC átalakítás
3. Vezérlő áramkör vagy kapcsoló áramkör
4. Feszültség alatti reteszelés elleni védelem.
5. Bilincs áramkör
6. Mágnes és galvánszigetelés
7. EMI szűrés
8. Másodlagos egyenirányító és snubber áramkör
9. Szűrő szakasz
10. Visszajelzés szakasz.

Bemeneti védelem

Az F1 lassú ütésű biztosíték, amely megvédi az SMPS-t a nagy terheléstől és a meghibásodástól. Az SMPS bemeneti szakasz nem használ EMI szűrő szempontokat. Ez egy 1A 250VAC lassú ütésű biztosíték, amely védi az SMPS-t hibás körülmények között. Ez a biztosíték azonban üvegbiztosítékra cserélhető. Megtekintheti a különféle típusú biztosítékokról szóló cikket is.

AC-DC átalakítás

B1 a diódahíd egyenirányító. Ez a DB107, egy 1A 700 V-os diódahíd. Ez átalakítja az AC bemenetet egyenfeszültséggé. Ezenkívül a 10uF 400V kondenzátor elengedhetetlen lesz az egyenáram hullámának kijavításához, és egyenletes kimenetet biztosít a meghajtó áramkörnek, valamint a transzformátornak.

Vezérlő áramkör vagy kapcsoló áramkör

Ez az SMPS fő ​​alkotóeleme. A transzformátor elsődleges oldalát a TNY284DG kapcsoló áramkör szabályozza megfelelően. A kapcsolási frekvencia 120-132 kHz. Ennek a magas kapcsolási frekvenciának köszönhetően kisebb transzformátorok is használhatók.

A fenti kivezetési ábra a TNY284DG csatlakozókat mutatja. Az IC1 kapcsoló meghajtó, amely TNY284DG, C2-et egy 10uF 16V-os kondenzátort használ. Ez a kondenzátor egyenletes egyenáramú kimenetet biztosít a TNY284DG belső áramköréhez.

Feszültség alatti reteszelő védelem

A transzformátor hatalmas induktorként működik. Ezért minden kapcsolási ciklusban a transzformátor magas feszültségű tüskéket indukál a transzformátor szivárgási induktora miatt. A Dener Z1 dióda, amely egy P6KE160 dióda, szorítja a kimeneti feszültség áramkört és a D2, amely UF4007, egy ultragyors dióda blokkolja ezt a nagyfeszültségű tüskét és biztonságos értékre csillapítja, ami előnyös a TNY284DG DRAIN csapjának megmentéséhez..

Mágneses és galvanikus szigetelés

A transzformátor ferromágneses és nemcsak átalakítja a nagyfeszültségű váltakozó áramot alacsony feszültségű váltakozó áramúvá, hanem galvánikus szigetelést is biztosít. A transzformátor egy EE16 transzformátor. A transzformátor részletes specifikációja látható a transzformátor adatlapján, amelyet korábban megosztottunk a szükséges anyagok részben.

EMI szűrő

Az EMI szűrést a C3 kondenzátor végzi. A C3 kondenzátor egy nagyfeszültségű, 2,2 nF 250 VAC kondenzátor, amely növeli az áramkör immunitását és csökkenti a magas EMI interferenciát.

Másodlagos egyenirányító és Snubber áramkör

A transzformátor kimenetét egy Schottky SR360 diódával javítják. Ez egy 60V 3A dióda. Ez a D3 Schottky dióda egyenáramú kimenetet szolgáltat a transzformátorból, amelyet tovább javít a nagy 1000uF 16V C6 kondenzátor.

A transzformátor kimenete egy csengő hullámot biztosít, amelyet elnyom az az áramkör, amelyet az alacsony értékű ellenállás és a kimeneti egyenirányítóval párhuzamosan párhuzamosan kapcsolt kondenzátor hoz létre. Az alacsony értékű ellenállás 22R, az alacsony értékű kondenzátor 470 pF. Ez a két R8 és C5 komponens hozza létre a szétválasztó áramkört az egyenáramú kimeneti szakaszban.

Szűrő szakasz

A szűrő szakasz egy LC konfiguráció segítségével jön létre. A C a C6 szűrőkondenzátor. Alacsony ESR kapacitású kondenzátor a jobb hullámzási elutasításhoz, 100uF 16V értékkel, az L1 induktivitás pedig 3.3uH dobmag induktivitás.

Visszajelzés szakasz

A kimeneti feszültséget az U1 TL431 érzékeli egy feszültségosztóval. Ezért amikor a feszültségosztó tökéletes feszültséget produkál, a TL431 bekapcsol egy opt csatolót, amely PC817, amelyet OK1-nek jelölnek.

Mivel két választható feszültségüzem 3,3 V és 5 V, két feszültségosztó jön létre három R3, R4 és R5 ellenállás felhasználásával. Az R5 mind a két elválasztónál közös, de az R3 és R4 egy jumper segítségével változtatható. Az U1 vonal érzékelése után az optocsatolót vezérlik, amely tovább beindítja a TNY284DG-t, és galvánosan izolálja a másodlagos visszacsatolás-érzékelő részt az elsődleges oldali vezérlővel.

Az első bekapcsoláskor, mivel ez egy visszacsatolási konfiguráció, a meghajtó bekapcsolja a kapcsolást és várja az optocsatoló válaszát. Ha minden normális, a vezető folytatja az átkapcsolást, különben hagyja ki a kapcsolási ciklusokat, hacsak nem lesz minden normális.

SMPS NYÁK tervezése

Miután az áramkör befejeződött, tesztelheti egy tökéletes táblán, majd elkezdheti a NYÁK-tervét. Sas felhasználásával terveztük meg a NYÁK-t, az alábbi elrendezési képet megnézheti. A tervfájlokat az alábbi linkről is letöltheti.

• Eagle vázlatok és NYÁK-tervezés 5V / 3.3V SMPS-hez

Amint láthatja, a tábla mérete 63 mm 32 mm-re, ami tisztességesen kicsi. Az alkatrészeket biztonságos távolságra helyezik a biztonságos működés érdekében. A NYÁK felső és alsó oldala az alábbi képen látható. Ez egy kétrétegű NYÁK-lemez, amelynek tervezett vastagsága 35um réz. A kimeneti diódának és a meghajtó IC-nek külön hőgondolatra van szüksége a hőelvezetéssel kapcsolatos célokból. Ezenkívül a szekunder oldalon varrással történik a jobb földi csatlakozás.

Azt is észreveheti, hogy kevés SMD alkatrész van a kártya hátoldalán elhelyezve, hogy a modul mérete kis méretben maradjon. Kevés olyan tervezési szempont van, amelyet be kell tartania, ha az SMPS NYÁK-t tervezi. A további információkért olvassa el ezt a cikket az SMPS NYÁK tervezési elrendezési útmutatóról.

NYÁK gyártása 12v 1A SMPS áramkörhöz

Most már megértettük a vázlatok működését, folytathatjuk az SMPS-hez tartozó PCB felépítését. Mivel ez egy SMPS áramkör, egy NYÁK ajánlott, mivel ez kezelheti a zaj- és szigetelési problémákat. A fenti áramkör NYÁK-elrendezése Gerber néven is letölthető a linkről.

• Töltse le Gerber fájlt az 5V / 3.3V SMPS áramkörhöz

Most elkészült a tervünk, itt az ideje, hogy a Gerber fájl segítségével elkészítsük őket. Ahhoz, hogy a nyomtatott áramköri lapot a PCBGOGO-ból elég könnyű elvégezni, egyszerűen kövesse az alábbi lépéseket

1. lépés: Keresse fel a www.pcbgogo.com oldalt, regisztráljon, ha ez az első alkalom. Ezután a NYÁK prototípus fülön adja meg a NYÁK méreteit, a rétegek számát és a szükséges NYÁK számát. Feltéve, hogy a NYÁK 80cm × 80cm, a méreteket az alábbiak szerint állíthatja be.

2. lépés: Folytassa az Idézés most gombra kattintva. Ön egy olyan oldalra kerül, ahol szükség esetén beállíthat néhány további paramétert, például a használt anyag sávközét stb. De többnyire az alapértelmezett értékek működnek jól. Az egyetlen dolog, amit itt figyelembe kell vennünk, az az ár és az idő. Amint láthatja, a gyártási idő csak 2-3 nap, és csak 5 dollárba kerül a nyomtatott áramköri lapunkért. Ezután kiválaszthatja a kívánt szállítási módot az igényei alapján.

3. lépés: Az utolsó lépés a Gerber fájl feltöltése és a fizetés folytatása. Annak érdekében, hogy a folyamat zökkenőmentes legyen, a PCBGOGO a fizetés folytatása előtt ellenőrzi, hogy Gerber fájlja érvényes-e. Így biztos lehet abban, hogy a NYÁK gyártásbarát és elkötelezetten eljut hozzád.

A NYÁK összeállítása

A tábla megrendelése után néhány nap múlva futárral érkezett hozzám egy szépen címkézett, jól csomagolt dobozban, és mint mindig, a NYÁK minősége fantasztikus volt. Az általam kapott PCB az alábbiakban látható. Amint látja, a felső és az alsó réteg is a várakozásoknak megfelelően alakult.

A fiolák és a betétek mind megfelelő méretűek voltak. Körülbelül 15 percbe tellett, amíg összeszereltem egy NYÁK-alaplapra egy működő áramkörbe. Az összeszerelt tábla az alábbiakban látható.

5V / 3.3V SMPS áramkör tesztelése

Az alkatrészeket és a tesztelési infrastruktúrát az Iquesters Solutions biztosította. A Transformer azonban kézzel készült, saját SMPS transzformátort is készíthet. Itt tesztelési célból a transzformátor 1A-ra készül. Az 1.5A transzformátor megfelelő fordulatszám-arányát használhatjuk a megadott transzformátor specifikációk szerint. SMPS táblánk így néz ki, amikor az összeszerelés megtörtént.

Most, hogy teszteljem az SMPS kártyánkat, Variac segítségével hajtom végre, és egy elektronikus egyenáramú terheléssel állítom be a kimeneti áramot. Az alábbi képen a régi állítható DC terhelés beállításomat láthatom, amely az SMPS kártyánkhoz csatlakozik. Kipróbálhatja tetszőleges tetszőleges terheléssel, de az állítható egyenáramú terhelés használata segít az áramellátási táblák értékelésében. Ezt a linket követve könnyedén elkészítheti saját Arduino alapú, állítható elektronikus egyenáramú terhelését is.

Amint az alábbi képen látható, teszteltem az SMPS áramkörünket 5 V-ra és 3,3 V-ra mind az áthidaló csap megváltoztatásával. A kimeneti áramot 850 mA-ig tesztelték, de a transzformátor kialakítása alapján 1,5 A-ig is eljuthat.

A teszteléssel és a kivitelezéssel kapcsolatos további információkért nézze meg az alábbi videó linket. Remélem, tetszett a cikk, és valami hasznosat tanult. Ha bármilyen kérdése van, kérjük, hagyja őket az alábbi megjegyzés részben, vagy használja fórumunkat.