12V 1A SMPS Güç Kaynağı Devre Tasarımı: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Hey Millet!

Her Elektronik cihaz veya ürün, onu çalıştırmak için güvenilir bir güç kaynağı birimine (PSU) ihtiyaç duyar. Evimizde bulunan TV, Yazıcı, Müzik Çalar vb. gibi hemen hemen tüm cihazlar, AC şebeke voltajını, çalışması için uygun bir DC voltajı seviyesine dönüştüren, içinde yerleşik bir güç kaynağı ünitesinden oluşur. En yaygın kullanılan güç kaynağı devresi türü SMPS'dir (Anahtarlama Modu Güç Kaynağı), bu tür devreleri 12V adaptörünüzde veya Mobil/Dizüstü şarj cihazınızda kolayca bulabilirsiniz. Bu eğitimde, AC şebeke gücünü maksimum 1,25A akım derecesi ile 12V DC'ye dönüştürecek bir 12v SMPS devresinin nasıl kurulacağını öğreneceğiz. Bu devre, küçük yüklere güç sağlamak için kullanılabilir veya hatta kurşun asit ve lityum pilleri şarj etmek için bir şarj cihazına uyarlanabilir. Bu 12v 15watt'lık güç kaynağı devresi ihtiyacınızı karşılamıyorsa, farklı derecelerde çeşitli güç kaynağı devrelerini kontrol edebilirsiniz.

Adım 1: 12v SMPS Devresi – Tasarım Konuları

Herhangi bir güç kaynağı tasarımına geçmeden önce Güç kaynağımızın kullanılacağı ortama göre ihtiyaç analizi yapılmalıdır. Farklı türde güç kaynakları, farklı ortamlarda ve belirli giriş-çıkış sınırlarıyla çalışır.

Giriş Özellikleri:

Girişle başlayalım. SMPS tarafından kullanılacak ve yükü beslemek için yararlı bir değere dönüştürülecek olan ilk şey bir giriş besleme voltajıdır. Bu tasarım AC-DC dönüşümü için belirtildiğinden, giriş Alternatif akım (AC) olacaktır. Hindistan için AC girişi 220-230 volt olarak mevcuttur, ABD için 110 volt olarak derecelendirilmiştir. Farklı voltaj seviyeleri kullanan başka ülkeler de vardır. Genel olarak, SMPS evrensel bir giriş voltajı aralığı ile çalışır. Bu, giriş voltajının 85V AC ile 265V AC arasında farklılık gösterebileceği anlamına gelir. SMPS, herhangi bir ülkede kullanılabilir ve voltaj 85-265V AC arasındaysa, tam yükte kararlı bir çıkış sağlayabilir. SMPS ayrıca normal olarak 50Hz ve 60Hz frekansının altında da çalışmalıdır. Telefon ve dizüstü bilgisayar şarj cihazlarımızı herhangi bir ülkede kullanabilmemizin nedeni budur.

Çıkış Özellikleri:

Çıkış tarafında, birkaç yük dirençlidir, birkaçı endüktiftir. Yüke bağlı olarak bir SMPS'nin yapısı farklı olabilir. Bu SMPS için yük, dirençli bir yük olarak kabul edilir. Ancak dirençli yük gibisi yoktur, her yük en azından bir miktar endüktans ve kapasitanstan oluşur; burada yükün endüktansının ve kapasitansının ihmal edilebilir olduğu varsayılır.

Bir SMPS'nin çıkış spesifikasyonu, tüm çalışma koşullarında yük tarafından ne kadar voltaj ve akımın gerekli olacağı gibi, Yüke oldukça bağlıdır. Bu proje için SMPS, 15W çıkış sağlayabilir. 12V ve 1.25A'dır. Hedeflenen çıkış dalgalanması, 20000 Hz bant genişliğinde 30mV pk-pk'den daha az olarak seçilir.

Adım 2: Güç Yönetimi IC'sinin Seçimi

Her SMPS devresi, anahtarlama IC'si veya SMPS IC veya Dryer IC olarak da bilinen bir Güç Yönetimi IC'sini gerektirir. Tasarımımıza uygun olacak ideal Güç Yönetimi IC'yi seçmek için tasarım değerlendirmelerini özetleyelim. Tasarım gereksinimlerimiz:

1. 15W çıkış. Tam yükte 30mV'den az pk-pk dalgalanması olan 12V 1.25A.
2. Evrensel giriş derecesi.
3. Giriş dalgalanma koruması.
4. Çıkış kısa devresi, aşırı voltaj ve aşırı akım koruması.
5. Sabit voltaj işlemleri.

Yukarıdaki gereksinimlerden seçim yapabileceğiniz çok çeşitli IC vardır, ancak bu proje için Güç entegrasyonunu seçtik. Güç entegrasyonu, çeşitli güç çıkış aralıklarında çok çeşitli güç sürücüsü IC'lerine sahip yarı iletken bir şirkettir. Gereksinimlere ve kullanılabilirliğe bağlı olarak, küçük anahtar II ailelerinden TNY268PN'yi kullanmaya karar verdik.

Yukarıdaki resimde maksimum güç 15W gösterilmektedir. Ancak, SMPS'yi açık çerçevede ve evrensel giriş derecelendirmesi için yapacağız. Böyle bir segmentte TNY268PN 15W çıkış sağlayabilir. Pin diyagramını görelim.

Adım 3: 12V SMPS Devre Şeması ve Açıklama

Doğrudan prototip parçasını oluşturmaya başlamadan önce, 12v SMPS devre şemasını ve çalışmasını inceleyelim. Devre aşağıdaki bölümlere sahiptir:

1. Giriş dalgalanması ve SMPS arıza koruması
2. AC-DC dönüştürme
3. PI filtresi
4. Sürücü devresi veya Anahtarlama devresi
5. Düşük voltaj kilitleme koruması.
6. Kelepçe devresi
7. Manyetikler ve galvanik izolasyon
8. EMI filtresi
9. İkincil Doğrultucu ve bastırma devresi
10. Filtre Bölümü

Giriş dalgalanması ve SMPS arıza koruması

Bu bölüm, F1 ve RV1 olmak üzere iki bileşenden oluşmaktadır. F1, 1A 250VAC yavaş atan bir sigortadır ve RV1 7mm 275V MOV'dur (Metal Oksit Varistör). Yüksek voltaj dalgalanması sırasında (275VAC'den fazla), MOV kısa devre yaptı ve giriş Sigortasını atıyor. Ancak, yavaş üfleme özelliği nedeniyle sigorta, SMPS'den geçen ani akıma dayanır.

AC-DC dönüştürme

Bu bölüm diyot köprüsü tarafından yönetilir. Bu dört diyot (DB107 içinde) tam köprü doğrultucu yapar. Diyotlar 1N4006'dır, ancak standart 1N4007 işi mükemmel şekilde yapabilir. Bu projede, bu dört diyot, tam köprü doğrultucu DB107 ile değiştirilmiştir.

PI filtresi

Farklı eyaletlerin farklı EMI reddetme standartları vardır. Bu tasarım EN61000-Sınıf 3 standardını onaylar ve PI filtresi, ortak mod EMI reddini azaltacak şekilde tasarlanmıştır. Bu bölüm C1, C2 ve L1 kullanılarak oluşturulmuştur. C1 ve C2, 400V 18uF kapasitörlerdir. Tek bir değer olduğundan bu uygulama için 22uF 400V seçilmiştir. L1, her ikisini de iptal etmek için diferansiyel EMI sinyali alan bir ortak mod bobinidir.

Sürücü devresi veya anahtarlama devresi

Bir SMPS'nin kalbidir. Transformatörün birincil tarafı, TNY268PN anahtarlama devresi tarafından kontrol edilir. Anahtarlama frekansı 120-132khz'dir. Bu yüksek anahtarlama frekansı nedeniyle daha küçük transformatörler kullanılabilir. Anahtarlama devresinin U1 ve C3 olmak üzere iki bileşeni vardır. U1, IC TNY268PN'nin ana sürücüsüdür. C3, sürücü IC'mizin çalışması için gerekli olan baypas kondansatörüdür.

Düşük voltaj kilitleme koruması

Düşük voltaj kilitleme koruması, algılama direnci R1 ve R2 tarafından yapılır. SMPS otomatik yeniden başlatma moduna girdiğinde ve hat voltajını algıladığında kullanılır.

Kelepçe devresi

D1 ve D2 kelepçe devresidir. D1, TVS diyotudur ve D2, ultra hızlı bir kurtarma diyotudur. Transformatör, güç sürücüsü IC TNY268PN üzerinde büyük bir indüktör görevi görür. Bu nedenle, kapatma çevrimi sırasında, transformatörün kaçak endüktansı nedeniyle transformatör yüksek voltaj yükselmeleri oluşturur. Bu yüksek frekanslı voltaj yükselmeleri, transformatör boyunca diyot kelepçesi tarafından bastırılır. Ultra hızlı kurtarma nedeniyle UF4007 seçilir ve TVS işlemi için P6KE200A seçilir.

Manyetikler ve galvanik izolasyon

Transformatör ferromanyetik bir transformatördür ve sadece yüksek voltajlı AC'yi düşük voltajlı ac'ye dönüştürmekle kalmaz, aynı zamanda galvanik izolasyon sağlar.

EMI filtresi

EMI filtrelemesi C4 kapasitör tarafından yapılır. Yüksek EMI girişimini azaltmak için devrenin bağışıklığını arttırır.

Sekonder Doğrultucu ve Snubber devresi

Transformatörden gelen çıkış, bir Schottky doğrultucu diyot olan D6 kullanılarak doğrultulur ve DC'ye dönüştürülür. D6 üzerindeki durdurma devresi, anahtarlama işlemleri sırasında geçici voltajın bastırılmasını sağlar. Snubber devresi, bir direnç ve bir kapasitör, R3 ve C5'ten oluşur.

Filtre Bölümü

Filtre bölümü, bir filtre kondansatörü C6'dan oluşur. Daha iyi dalgalanma reddi için Düşük ESR kapasitördür. Ayrıca, L2 ve C7 kullanan bir LC filtresi, çıktı boyunca daha iyi dalgalanma reddi sağlar.

Adım 4: PCB İmalatı

PCB Şemasını istediğiniz herhangi bir yazılımla çizebilir ve istediğiniz bir PCB Üreticisine gönderebilirsiniz. Gerberim hazır, paylaşabilirim.

Bizim gibi DIY meraklıları için gerçekten iyi olan prototipler için düşük maliyetli üretim hizmetlerine sahip oldukları için LIONCIRCUITS'i tavsiye ederim. Gerber dosyalarınızı yükleyebileceğiniz ve çevrimiçi sipariş verebileceğiniz otomatik bir çevrimiçi platformları var. Hindistan genelinde nakliye ücretsizdir.