Схема блока питания ИИП 12В 1А: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Эй, ребята!

Для работы любого электронного устройства или продукта требуется надежный блок питания (PSU). Почти все устройства в нашем доме, такие как телевизор, принтер, музыкальный проигрыватель и т. Д., Состоят из встроенного блока питания, который преобразует сетевое напряжение переменного тока в подходящий уровень постоянного напряжения для их работы. Наиболее часто используемым типом цепи питания является SMPS (импульсный источник питания), вы можете легко найти этот тип цепей в своем адаптере 12 В или зарядном устройстве для мобильных устройств / ноутбуков. В этом руководстве мы узнаем, как построить цепь SMPS на 12 В, которая преобразует мощность сети переменного тока в 12 В постоянного тока с максимальным номинальным током 1,25 А. Эту схему можно использовать для питания небольших нагрузок или даже приспособить к зарядному устройству для зарядки свинцово-кислотных и литиевых аккумуляторов. Если эта схема блока питания 12 В 15 Вт не соответствует вашим требованиям, вы можете проверить различные схемы блока питания с разными номиналами.

Шаг 1: Схема ИИП на 12 В - Соображения по проектированию

Прежде чем приступить к проектированию любого источника питания, необходимо провести анализ требований в зависимости от среды, в которой будет использоваться наш источник питания. Различные типы источников питания работают в разных средах и с определенными границами ввода-вывода.

Спецификация входа:

Начнем с ввода. Входное напряжение питания - это первое, что будет использоваться SMPS и будет преобразовано в полезное значение для питания нагрузки. Поскольку эта конструкция предназначена для преобразования переменного тока в постоянный, на входе будет переменный ток (AC). Для Индии входной переменный ток доступен с напряжением 220–230 вольт, для США он рассчитан на 110 вольт. Есть также другие страны, которые используют другие уровни напряжения. Как правило, SMPS работает с универсальным диапазоном входного напряжения. Это означает, что входное напряжение может отличаться от 85 до 265 В переменного тока. SMPS может использоваться в любой стране и может обеспечить стабильную выходную мощность при полной нагрузке, если напряжение находится в пределах 85-265 В переменного тока. SMPS также должен нормально работать при частотах 50 Гц и 60 Гц. По этой причине мы можем использовать зарядные устройства для телефонов и ноутбуков в любой стране.

Спецификация выхода:

На выходе мало резистивных нагрузок и мало индуктивных. В зависимости от нагрузки конструкция ИИП может быть разной. Для этого ИИП предполагается, что нагрузка является резистивной. Однако нет ничего лучше резистивной нагрузки, каждая нагрузка состоит, по крайней мере, из некоторого количества индуктивности и емкости; здесь предполагается, что индуктивность и емкость нагрузки незначительны.

Выходные характеристики SMPS сильно зависят от нагрузки, например, сколько напряжения и тока потребуются нагрузке во всех рабочих условиях. Для этого проекта SMPS может обеспечить выходную мощность 15 Вт. Это 12 В и 1,25 А. Целевое значение пульсации на выходе выбирается меньше 30 мВ пик-пик при полосе пропускания 20000 Гц.

Шаг 2: Выбор ИС управления питанием

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как ИС переключения, ИС SMPS или ИС осушителя. Подведем итоги проектных соображений, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашей конструкции. Наши требования к дизайну:

1. Выход 15 Вт. 12 В 1,25 А с пульсацией пик-пик менее 30 мВ при полной нагрузке.
2. Универсальный входной рейтинг.
3. Защита от перенапряжения на входе.
4. Выходная защита от короткого замыкания, перенапряжения и перегрузки по току.
5. Работа с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований существует широкий выбор микросхем на выбор, но для этого проекта мы выбрали интеграцию с питанием. Power Integration - это компания, производящая полупроводники, которая предлагает широкий спектр микросхем драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из семейств крошечных коммутаторов II.

На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Однако мы сделаем ИИП в открытом корпусе и для универсального входного номинала. В таком сегменте TNY268PN может обеспечить выходную мощность 15 Вт. Давайте посмотрим на схему контактов.

Шаг 3: Принципиальная схема и объяснение 12 В SMPS

Прежде чем приступить к созданию прототипа, давайте рассмотрим принципиальную схему ИИП на 12 В и его работу. Схема состоит из следующих участков:

1. Защита от импульсных перенапряжений и отказов SMPS
2. Преобразование AC-DC
3. PI фильтр
4. Схема драйвера или схема переключения
5. Защита от пониженного напряжения.
6. Схема зажима
7. Магниты и гальваническая развязка
8. EMI фильтр
9. Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
10. Раздел фильтра

Защита от импульсных перенапряжений и отказов SMPS

Этот раздел состоит из двух компонентов: F1 и RV1. F1 - это плавкий предохранитель на 1 А 250 В переменного тока, а RV1 - это 7-миллиметровый варистор на 275 В (металлооксидный варистор). Во время скачка высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV резко замыкается и перегорает входной предохранитель. Однако благодаря функции медленного срабатывания предохранитель выдерживает пусковой ток через ИИП.

Преобразование AC-DC

Этот участок управляется диодным мостом. Эти четыре диода (внутри DB107) составляют полный мостовой выпрямитель. Диоды - 1N4006, но стандартный 1N4007 справится с этой задачей отлично. В этом проекте эти четыре диода заменены полным мостовым выпрямителем DB107.

PI фильтр

В разных штатах действуют разные стандарты отклонения EMI. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3, а фильтр PI разработан таким образом, чтобы уменьшить подавление синфазных электромагнитных помех. Этот раздел создается с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 - конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В. L1 - это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал электромагнитных помех для подавления обоих.

Схема драйвера или схема переключения

Это сердце SMPS. Первичная обмотка трансформатора управляется коммутационной схемой TNY268PN. Частота переключения 120-132 кГц. Из-за этой высокой частоты переключения можно использовать трансформаторы меньшего размера. Схема переключения состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 является основным драйвером микросхемы TNY268PN. C3 - это байпасный конденсатор, который необходим для работы нашей микросхемы драйвера.

Защита от пониженного напряжения

Защита от блокировки при пониженном напряжении обеспечивается резисторами считывания R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет линейное напряжение.

Схема зажима

D1 и D2 - цепь зажима. D1 - это TVS-диод, а D2 - сверхбыстрый восстанавливающийся диод. Трансформатор действует как огромный индуктор на микросхеме драйвера питания TNY268PN. Поэтому во время выключения трансформатор создает выбросы высокого напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора. Эти высокочастотные всплески напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS.

Магниты и гальваническая развязка

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, который не только преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое, но и обеспечивает гальваническую развязку.

EMI фильтр

Фильтрация электромагнитных помех осуществляется конденсатором C4. Это увеличивает невосприимчивость схемы, чтобы уменьшить высокие помехи EMI.

Вторичный выпрямитель и демпферная цепь

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямительного диода Шоттки D6. Демпферная цепь на D6 обеспечивает подавление переходных процессов напряжения во время операций переключения. Схема демпфера состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.

Раздел фильтра

Секция фильтра состоит из фильтрующего конденсатора C6. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Кроме того, LC-фильтр, использующий L2 и C7, обеспечивает лучшее подавление пульсаций на выходе.

Шаг 4: Изготовление печатной платы

Вы можете нарисовать схему печатной платы с помощью любого программного обеспечения по своему усмотрению и отправить ее изготовителю печатной платы по вашему выбору. У меня есть гербер, могу поделиться.

Я бы порекомендовал LIONCIRCUITS, так как они предлагают недорогие услуги по производству прототипов, что действительно хорошо для таких людей, как мы, энтузиасты DIY. У них есть автоматизированная онлайн-платформа, где вы можете загружать свои файлы Gerber и размещать онлайн-заказ. Доставка по Индии бесплатная.