Disseny de circuits d'alimentació SMPS de 12V 1A: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Hola nois!

Tots els productes o dispositius electrònics necessiten una font d'alimentació (PSU) fiable per funcionar-lo. Gairebé tots els dispositius de casa nostra, com ara TV, impressora, reproductor de música, etc., consten d’una font d’alimentació incorporada que converteix la tensió de corrent altern a un nivell adequat de voltatge continu perquè funcionin. El tipus de circuit de font d’alimentació més utilitzat és el SMPS (Switching Mode Power Supply); podeu trobar fàcilment aquest tipus de circuits al vostre adaptador de 12V o al carregador mòbil / portàtil. En aquest tutorial, aprendrem a construir un circuit SMPS de 12v que converteixi l'alimentació de corrent altern a 12V DC amb una potència màxima de corrent d'1,25A. Aquest circuit es pot utilitzar per alimentar petites càrregues o fins i tot adaptar-lo a un carregador per carregar bateries de plom-àcid i de liti. Si aquest circuit de subministrament d’alimentació de 12v i 15watt no coincideix amb el vostre requisit, podeu comprovar diversos circuits de subministrament d’alimentació amb diferents qualificacions.

Pas 1: Circuit SMPS de 12v: consideracions de disseny

Abans de procedir amb qualsevol tipus de disseny de subministrament elèctric, l’anàlisi de requisits s’ha de fer en funció de l’entorn en què s’utilitzarà el nostre subministrament elèctric. Diferents tipus de subministrament d’energia funcionen en entorns diferents i amb límits específics d’entrada-sortida.

Especificació d'entrada:

Comencem per l'entrada. El voltatge d’alimentació d’entrada és el primer que utilitzarà l’SMPS i es transformarà en un valor útil per alimentar la càrrega. Com que aquest disseny s’especifica per a la conversió CA-CC, l’entrada serà de corrent altern (CA). Per a l’Índia, l’entrada de corrent altern està disponible en 220-230 volts, per als EUA té una potència de 110 volts. També hi ha altres països que utilitzen diferents nivells de tensió. Generalment, SMPS funciona amb un rang de voltatge d’entrada universal. Això significa que la tensió d'entrada pot diferir de la tensió de 85 V a 265 V de corrent altern. Els SMPS es poden utilitzar a qualsevol país i poden proporcionar una sortida estable de plena càrrega si el voltatge està entre 85-265V CA. El SMPS també hauria de funcionar normalment amb freqüències de 50Hz i 60Hz. Aquesta és la raó per la qual podem utilitzar els carregadors de telèfons i portàtils a qualsevol país.

Especificació de sortida:

Pel que fa a la sortida, poques càrregues són resistives, poques són inductives. Depenent de la càrrega, la construcció d'un SMPS pot ser diferent. Per a aquest SMPS, la càrrega s'assumeix com una càrrega resistiva. No obstant això, no hi ha res com una càrrega resistiva, cada càrrega consta d'almenys una certa quantitat d'inductància i capacitat; aquí se suposa que la inductància i la capacitat de la càrrega són insignificants.

L'especificació de sortida d'un SMPS és molt fiable en funció de la càrrega, com la quantitat de voltatge i corrent que requerirà la càrrega en totes les condicions de funcionament. Per a aquest projecte, el SMPS podria proporcionar una sortida de 15W. És de 12V i 1,25A. La ondulació de sortida objectiu es selecciona com a menys de 30 mV pk-pk a una amplada de banda de 20.000 Hz.

Pas 2: Selecció de l'IC de gestió d'energia

Tots els circuits SMPS requereixen un IC de gestió d’alimentació també conegut com IC de commutació o IC SMPS o IC més sec. Resumim les consideracions de disseny per seleccionar l’IC de gestió d’energia ideal que sigui adequat per al nostre disseny. Els nostres requisits de disseny són:

1. Sortida de 15W. 12V 1,25A amb una ondulació pk-pk inferior a 30 mV a plena càrrega.
2. Classificació d’entrada universal.
3. Protecció contra sobretensions d’entrada.
4. Protecció contra curtcircuit, sobretensió i sobrecorrent de sortida.
5. Operacions de tensió constant.

Dels requisits anteriors hi ha una àmplia gamma de CI per triar, però per a aquest projecte hem seleccionat la integració de potència. La integració de potència és una empresa de semiconductors que té una àmplia gamma de circuits integrats de controlador de potència en diversos rangs de potència. Basant-nos en els requisits i la disponibilitat, hem decidit utilitzar el TNY268PN de petites famílies de commutadors II.

A la imatge anterior es mostra la potència màxima de 15W. No obstant això, farem el SMPS en el marc obert i per a la classificació d’entrada universal. En aquest segment, el TNY268PN podria proporcionar sortida de 15W. Vegem el diagrama de pins.

Pas 3: Diagrama del circuit SMPS de 12V i explicació

Abans d’entrar directament a construir la part prototip, explorem el diagrama del circuit SMPS de 12v i el seu funcionament. El circuit té les seccions següents:

1. Protecció contra falles d'SMPS i sobretensió d'entrada
2. Conversió AC-DC
3. Filtre PI
4. Circuit de controladors o circuit de commutació
5. Protecció contra bloqueig de baixa tensió.
6. Circuit de pinça
7. Magnètica i aïllament galvànic
8. Filtre EMI
9. Circuit secundari de rectificador i canalla
10. Secció de filtres

Protecció contra falles d'SMPS i sobretensió d'entrada

Aquesta secció consta de dos components, F1 i RV1. F1 és un fusible de bufat lent de 1A 250VAC i RV1 és un MOV de 27 mm de 275V (Varistor d’òxid de metall). Durant una pujada d'alta tensió (més de 275 VCA), el MOV es va quedar curt i fa saltar el fusible d'entrada. No obstant això, a causa de la característica de cop lent, el fusible resisteix el corrent d'entrada a través del SMPS.

Conversió AC-DC

Aquesta secció es regeix pel pont de díodes. Aquests quatre díodes (dins de DB107) fan un rectificador de pont complet. Els díodes són 1N4006, però l'estàndard 1N4007 pot fer la feina perfectament. En aquest projecte, aquests quatre díodes es substitueixen per un rectificador de pont complet DB107.

Filtre PI

Diferents estats tenen diferents estàndards de rebuig EMI. Aquest disseny confirma la norma EN61000-Class 3 i el filtre PI està dissenyat de manera que redueixi el rebuig EMI en mode comú. Aquesta secció es crea amb C1, C2 i L1. C1 i C2 són condensadors de 400V 18uF. És un valor estrany, de manera que se selecciona 22uF 400V per a aquesta aplicació. El L1 és un estrangulador de mode comú que pren senyal EMI diferencial per cancel·lar-los tots dos.

Circuit de controlador o circuit de commutació

És el cor d’un SMPS. El costat principal del transformador està controlat pel circuit de commutació TNY268PN. La freqüència de commutació és de 120-132khz. A causa d'aquesta elevada freqüència de commutació, es poden utilitzar transformadors més petits. El circuit de commutació té dos components, U1 i C3. U1 és el principal motor d'IC TNY268PN. El C3 és el condensador de derivació necessari per al funcionament del nostre controlador IC.

Protecció contra bloqueig de baixa tensió

La protecció contra bloqueig de baixa tensió es realitza mitjançant la resistència de sentit R1 i R2. S'utilitza quan l'SMPS passa al mode de reinici automàtic i detecta la tensió de la línia.

Circuit de pinça

D1 i D2 són el circuit de pinça. D1 és el díode TVS i D2 és un díode de recuperació ultraràpid. El transformador actua com un enorme inductor a través del controlador de potència IC TNY268PN. Per tant, durant el cicle d’apagat, el transformador crea pics d’alta tensió a causa de la inductància de fuites del transformador. Aquests pics de tensió d'alta freqüència són suprimits per la pinça del díode a través del transformador. UF4007 es selecciona a causa de la recuperació ultra ràpida i P6KE200A es selecciona per a l'operació TVS.

Magnètica i aïllament galvànic

El transformador és un transformador ferromagnètic i no només converteix la CA d’alta tensió en una CA de baixa tensió, sinó que també proporciona un aïllament galvànic.

Filtre EMI

El filtratge EMI es realitza mitjançant el condensador C4. Augmenta la immunitat del circuit per reduir les altes interferències EMI.

Circuit secundari de rectificador i snubber

La sortida del transformador es rectifica i es converteix a CC mitjançant D6, un díode rectificador Schottky. El circuit de canalla a través del D6 permet suprimir la tensió transitòria durant les operacions de commutació. El circuit snubber consisteix en una resistència i un condensador, R3 i C5.

Secció de filtres

La secció de filtre consisteix en un condensador de filtre C6. És un condensador de baixa ESR per a un millor rebuig de les ondulacions. A més, un filtre LC que utilitza L2 i C7 proporciona un millor rebuig a la sortida.

Pas 4: fabricació de PCB

Podeu dibuixar l’esquema de PCB amb qualsevol programari segons la vostra conveniència i enviar-lo a un fabricant de PCB que trieu. Tinc un Gerber a punt, el puc compartir.

Recomanaria LIONCIRCUITS ja que tenen un servei de fabricació de prototips a baix cost, cosa que és realment bona per a persones com nosaltres, els entusiastes del bricolatge. Disposen d’una plataforma en línia automatitzada on podeu penjar els vostres fitxers Gerber i fer una comanda en línia. L’enviament a tota l’Índia és gratuït.