- Specifikacije plošče SMPS 5V / 3.3V
- Materiali, potrebni za vezje SMPS (BOM)
- 5V / 3.3V SMPS vezja
- Gradbeništvo in delo
- Zaščita vhoda
- Pretvorba AC-DC
- Voznikovo vezje ali preklopno vezje
- Zaščita pred blokado pod napetostjo
- Magnetika in galvanska izolacija
- EMI filter
- Sekundarni usmernik in snubber vezje
- Oddelek za filtriranje
- Oddelek za povratne informacije
- Oblikovanje našega tiskanega vezja SMPS
- Izdelava tiskanega vezja za 12v 1A SMPS vezje
- Sestavljanje PCB
- Testiranje našega 5V / 3.3V SMPS vezja
Surov način za napajanje enosmernih tokokrogov z izmeničnim omrežjem je uporaba navzdol transformatorja za znižanje 230 V omrežne napetosti in dodajanje nekaj diod kot mostični usmernik. Toda zaradi velike velikosti prostora in drugih pomanjkljivosti je ni mogoče uporabiti za vse namene. Drug najbolj priljubljen in profesionalen način je uporaba stikalnih napajalnih vezij za pretvorbo omrežja izmeničnega toka v širok spekter enosmerne napetosti, kot je potrebno, skoraj vsaka potrošniška elektronika od običajnega 12V adapterja do polnilnika za prenosni računalnik ima vezje SMPS, ki zagotavlja potreben enosmerni tok izhodna moč.
V circuitdigest smo že zgradili nekaj priljubljenih vezij SMPSza različne ocene, in sicer 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS in 12V 1A SMPS vezje, ki se lahko uporablja za različne aplikacije. Tokrat bomo zgradili sistem SMPS, ki se bo uporabljal za splošne namene in ima preprosto obliko modula za uporabo v situacijah, povezanih z vesoljem. Danes Internet of Things uporablja različne wifi procesorje, kot so NodeMCU, ESP32 in ESP12E itd., Ki delujejo na 5 V ali 3,3 V. Ti moduli so zelo kompaktni in zato je za napajanje teh plošč smiselno uporabiti manjša vezja SMPS, ki lahko gredo na isto ploščo, namesto da bi uporabili ločeno vezje SMPS. V tem članku se bomo naučili, kako zgraditi vezje SMPS, ki lahko oddaja 5V ali 3,3V (strojno nastavljivo z mostičkom), na voljo sta tudi zasnova vezja in postavitev PCB-ja, tako da lahko to preprosto prenesete v obstoječo zasnovo.Tu naše PCB plošče izdeluje podjetje PCBGoGo, kitajsko poceni visokokakovostni prototip PCB in podjetje za montažo PCB.
Ocena SMPS je 5 V ali 3,3 V 1,5 A, saj večina razvojne plošče uporablja napetosti 5 V ali 3,3 V logičnega nivoja, 1,5 A pa bi moral biti dovolj dober za večino aplikacij, ki temeljijo na IoT. Vendar upoštevajte, da ta SMPS v vhodnem odseku nima filtrov za zmanjšanje velikosti in stroškov. Zato se ta SMPS lahko uporablja samo za napajanje plošč mikrokrmilnikov ali za polnjenje. Poskrbite, da bo med uporabo zaščiten izven dosega uporabnika.
Opozorilo: Delo z vezji SMPS je lahko nevarno, saj vključuje omrežno napetost, ki je potencialno smrtonosna. Tega ne poskušajte zgraditi, če nimate izkušenj z delom z električnim omrežjem. Vedno bodite previdni pri žičnih žicah in napolnjenih kondenzatorjih, po potrebi uporabite zaščitna orodja in nadzor. Bili ste opozorjeni!!
Specifikacije plošče SMPS 5V / 3.3V
SMPS bo imel naslednje specifikacije.
- 85VAC do 230VAC vhod.
- 5V ali 3.3V izbirni izhod 2A.
- Konstrukcija odprtega okvirja
- Zaščita pred kratkim stikom in prenapetostjo
- Majhna velikost z poceni funkcijami.
Materiali, potrebni za vezje SMPS (BOM)
- Varovalka 1A 250VAC Slow Blow
- Diodni most DB107
- 10uF / 400V
- Dioda P6KE
- UF4007
- 2Meg - 2 kosa - 0805 paket
- 2,2 nF 250 VAC
- TNY284DG
- Paket 10uF / 16V - 0805
- PC817
- 1k - 0805 paket
- 22R - 2pcs - 0805 paket
- 100 nF - 0805 paket
- TL431
- SR360
- 470pF 100V - 0805 paket
- 1000uF 16V
- 3,3 uH - Jedro bobna
- 2,2 nF 250 VAC
Opomba: Vsi deli so bili izbrani, da so lahko na voljo oblikovalcem. Transformator SMPS je treba izdelati po meri z uporabo tega obrazca. Za izdelavo lahko uporabite prodajalca ali pa s pomočjo povezave oblikujete in navijate svoj SMPS transformator.
Ta SMPS je zasnovan s pomočjo integrirane moči IC TNY284DG. Ta SMPS Diver IC je najbolj primeren za ta SMPS, saj je IC na voljo v paketu SMD, pa tudi moč je primerna za ta namen. Spodnja slika prikazuje specifikacijo moči TNY284DG.
Kot vidimo, je TNY284DG kot nalašč za našo možnost. Ker je konstrukcija odprt okvir, bo ustrezala izhodni moči 8,5 W. To pomeni, da lahko zlahka zagotovi 1,5A pri 5V.
5V / 3.3V SMPS vezja
Konstrukcija tega SMPS je precej preprosta in neposredna. Ta zasnova uporablja nabor čipov Power Integration kot vmesnik IC gonilnika SMPS. Shemo vezja lahko vidite na spodnji sliki -
Gradbeništvo in delo
Preden gremo naravnost v izdelavo prototipnega dela, raziščimo delovanje vezja. Vezje ima naslednje odseke -
- Zaščita vhoda
- Pretvorba AC-DC
- Gonilniško vezje ali preklopno vezje
- Zaščita pred blokado pod napetostjo.
- Vpenjalno vezje
- Magnetika in galvanska izolacija
- EMI filtriranje
- Sekundarni usmernik in snuber vezje
- Oddelek za filtriranje
- Oddelek za povratne informacije.
Zaščita vhoda
F1 je varovalka za počasen izžig, ki bo zaščitila SMPS pred visokimi obremenitvami in okvarami. Oddelek SMPS za vnos ne uporablja nobenega upoštevanja EMI filtra. To je varovalka za počasen izžig 1A 250VAC, ki bo zaščitila SMPS v pogojih napak. Vendar pa lahko to varovalko spremenite v stekleno. Ogledate si lahko tudi članek o različnih vrstah varovalk.
Pretvorba AC-DC
B1 je diodni mostični usmernik. To je DB107, 1A 700V diodni most. To bo pretvorilo AC vhod v enosmerno napetost. Poleg tega bo kondenzator 10uF 400V bistvenega pomena za odpravo enosmernega valovanja in bo zagotovil nemoten enosmerni izhod na gonilniško vezje in transformator.
Voznikovo vezje ali preklopno vezje
To je glavna sestavina tega SMPS. Primarna stran transformatorja je pravilno krmiljena s preklopnim krogom TNY284DG. Preklopna frekvenca je 120-132 kHz. Zaradi te visoke preklopne frekvence je mogoče uporabiti manjše transformatorje.
Zgornji diagram pinout prikazuje pinout TNY284DG. Preklopni gonilnik IC1, ki je TNY284DG, uporablja C2 z 10uF 16V kondenzatorjem. Ta kondenzator zagotavlja gladek enosmerni izhod na notranje vezje TNY284DG.
Zaščita pred blokado pod napetostjo
Transformator deluje kot velik induktor. Zato v vsakem preklopnem ciklu transformator inducira visokonapetostne konice zaradi indukcijskega induktorja transformatorja. Zenerjeva dioda D1, ki je dioda P6KE160, vpenja izhodno napetostno vezje in D2, ki je UF4007, ultrahitro dioda blokira te visokonapetostne konice in jo navlaži na varno vrednost, kar je koristno za shranjevanje DRAIN zatiča TNY284DG.
Magnetika in galvanska izolacija
Transformator je feromagnetni in ne le pretvori visokonapetostni izmenični tok v nizkonapetostni izmenični tok, temveč zagotavlja tudi galvansko izolacijo. Transformator je transformator EE16. Podrobne specifikacije transformatorjev si lahko ogledate v obrazcu o transformatorju, ki je bil prej objavljen v poglavju o zahtevanih materialih.
EMI filter
EMI filtriranje izvaja kondenzator C3. Kondenzator C3 je visokonapetostni kondenzator 2,2 nF 250 VAC, ki poveča odpornost vezja in zmanjša visoke EMI motnje.
Sekundarni usmernik in snubber vezje
Izhod transformatorja se popravi s pomočjo Schottkyjeve diode SR360. To je 60V 3A dioda. Ta Schottkyjeva dioda D3 zagotavlja enosmerni tok iz transformatorja, ki ga nadalje odpravi velik kondenzator C6 1000uF 16V.
Izhod transformatorja zagotavlja zvonilno valovanje, ki ga zavira snubber vezje, ki ga ustvari upor nizke vrednosti in kondenzator v zaporedni povezavi, ki je vzporedna z izhodnim usmernikom. Upor majhne vrednosti je 22R, kondenzator majhne vrednosti pa 470 pF. Ti dve komponenti R8 in C5 tvorita snubber vezje v odseku enosmernega toka.
Oddelek za filtriranje
Odsek filtra je ustvarjen z uporabo konfiguracije LC. C je kondenzator filtra C6. Je kondenzator Low ESR za boljšo zavrnitev valovanja z vrednostjo 100uF 16V in induktor L1 je 3,3uH bobnasta jedra.
Oddelek za povratne informacije
U1 TL431 zazna izhodno napetost z delilnikom napetosti. Torej, kadar napetostni delilnik ustvari popolno napetost, TL431 vklopi opt sklopko, ki je PC817, označena kot OK1.
Ker obstajata dve izbirni napetostni napetosti 3,3 V in 5 V, sta dva napetostna delilnika ustvarjena s tremi upori R3, R4 in R5. R5 je skupna za vsa dva delilnika, vendar sta R3 in R4 spremenljiva s pomočjo mostička. Po zaznavanju črte U1 se krmili optični sklopnik, ki dodatno sproži TNY284DG in galvansko izolira sekundarni del zaznavanja povratnih informacij s primarnim stranskim krmilnikom.
Med prvim vklopom, ker gre za konfiguracijo povratnega leta, voznik vklopi stikalo in počaka na odziv optičnega sklopnika. Če je vse normalno, voznik nadaljuje s preklopom, sicer preskočite preklopne cikle, razen če ni vse postalo normalno.
Oblikovanje našega tiskanega vezja SMPS
Ko je vezje dokončano, ga lahko preizkusite na plošči za perf in nato začnete z zasnovo PCB. Za oblikovanje našega tiskanega vezja smo uporabili orla, spodnjo sliko postavitve si lahko ogledate. Datoteke oblikovanja lahko prenesete tudi s spodnje povezave.
- Eagle sheme in oblikovanje tiskanih vezij za 5V / 3.3V SMPS
Kot lahko vidite, je plošča velikosti 63 mm za 32 mm, kar je spodobno majhna velikost. Sestavni deli so nameščeni na varni razdalji, da se zagotovi varno delovanje. Na spodnji sliki sta prikazani zgornja in spodnja stran našega tiskanega vezja. Je dvoslojna plošča PCB z načrtovano debelino 35um bakra. Izhodna dioda in gonilna IC potrebujejo posebno toplotno obravnavo za namene odvajanja toplote. Tudi na sekundarni strani se šivanje izvaja za boljšo povezljivost s tlemi.
Opazite lahko tudi, da je na zadnji strani plošče nameščenih le nekaj komponent SMD, da je velikost modula majhna. Če načrtujete tiskano vezje SMPS, morate upoštevati nekaj premislekov pri oblikovanju. Če želite izvedeti več, si oglejte ta članek v priročniku za postavitev SMPS PCB.
Izdelava tiskanega vezja za 12v 1A SMPS vezje
Zdaj razumemo, kako delujejo sheme, lahko nadaljujemo z izdelavo tiskanega vezja za naš SMPS. Ker gre za vezje SMPS, je priporočljiva PCB, saj bi se lahko spopadla s težavami s hrupom in izolacijo. Postavitev tiskanega vezja za zgornje vezje je na voljo tudi za prenos kot Gerber s povezave.
- Prenesite datoteko Gerber za 5V / 3.3V SMPS vezje
Zdaj je naša zasnova pripravljena, čas je, da jih izdelamo z datoteko Gerber. Če želite PCB narediti iz PCBGOGO, je zelo enostavno, preprosto sledite spodnjim korakom -
1. korak: Pojdite na www.pcbgogo.com in se prijavite, če ste prvič. Nato v zavihek Prototip PCB vnesite mere PCB-ja, število slojev in število PCB-ja, ki ga potrebujete. Ob predpostavki, da je PCB 80 cm × 80 cm, lahko nastavite dimenzije, kot je prikazano spodaj.
2. korak: Nadaljujte s klikom na gumb Citiraj zdaj . Preusmerjeni boste na stran, kjer boste po potrebi nastavili nekaj dodatnih parametrov, na primer razmik proge med materiali itd. Toda večinoma bodo privzete vrednosti dobro delovale. Edino, kar moramo tu upoštevati, sta cena in čas. Kot lahko vidite, je čas izdelave le 2-3 dni, za naš PCB pa stane le 5 USD. Nato lahko izberete želeni način pošiljanja glede na vaše potrebe.
3. korak: Zadnji korak je nalaganje datoteke Gerber in nadaljevanje plačila. Preden nadaljuje s plačilom, PCBGOGO preveri, ali je vaša datoteka Gerber veljavna, da se prepriča, da je postopek nemoten. Tako boste lahko prepričani, da je vaš PCB prijazen do izdelave in vas bo sprejel kot predan.
Sestavljanje PCB
Po naročilu plošče me je čez nekaj dni preko kurirja dobil v lepo označeni dobro zapakirani škatli in kot vedno je bila kakovost PCB-ja izjemna. PCB, ki sem ga prejel, je prikazan spodaj. Kot vidite, se je zgornja in spodnja plast izkazala po pričakovanjih.
Viale in blazinice so bile vse v pravi velikosti. Potreboval sem približno 15 minut, da se sestavim na ploščo PCB v delovni krog. Sestavljena deska je prikazana spodaj.
Testiranje našega 5V / 3.3V SMPS vezja
Komponente in preskusno infrastrukturo je zagotovila družba Iquesters Solutions. Vendar je transformator ročno izdelan, lahko pa tudi sami sestavite svoj transformator SMPS. Tu je za namene preskušanja transformator izdelan za 1A. Za podane specifikacije transformatorja lahko uporabimo pravilno razmerje zavojev transformatorja 1,5A. Naša plošča SMPS izgleda takole, ko je montaža končana.
Zdaj, da bi preizkusil našo SMPS ploščo, jo bom napunil s pomočjo Variaca in uporabil elektronsko enosmerno obremenitev za nastavitev izhodnega toka. Spodnja slika prikazuje mojo staro nastavljivo nastavitev enosmernega toka, priključeno na našo ploščo SMPS. Lahko ga preizkusite s poljubno obremenitvijo po vaši izbiri, toda uporaba nastavljive enosmerne obremenitve vam bo pomagala oceniti vaše napajalne plošče. Sledite tej povezavi in lahko enostavno ustvarite lastno nastavljivo elektronsko enosmerno obremenitev na osnovi Arduina.
Kot lahko vidite na spodnji sliki, sem naš SMPS vezje preizkusil tako za 5V kot za 3.3V, tako da sem zamenjal mostični zatič. Izhodni tok je bil preizkušen do 850 mA, lahko pa tudi do 1,5 A glede na vašo zasnovo transformatorja.
Za več informacij o preizkušanju in izdelavi si oglejte spodnjo video povezavo. Upam, da vam je bil članek všeč in ste se naučili kaj koristnega. Če imate kakršna koli vprašanja, jih pustite v spodnjem oddelku za komentarje ali uporabite naše forume.