Създайте своя собствена компактна 5v / 3.3v smps схема за вградени и iot проекти

Суровият начин за захранване на вашите DC вериги с променливотоково захранване е да използвате понижаващ трансформатор за понижаване на напрежението от мрежата 230V и добавяне на няколко диода като мостов изправител. Но поради огромния размер на пространството и други недостатъци, той не може да се използва за всички цели. Друг най-популярен и професионален начин е да използвате схеми за захранване в режим на превключване за преобразуване на вашите променливотокови мрежи в широк диапазон от постояннотоково напрежение, както е необходимо, почти всяка потребителска електроника от нормален 12V адаптер до зарядно за лаптоп има SMPS верига, за да осигури необходимия DC изходяща мощност.

В circuitdigest вече изградихме няколко популярни SMPS веригиза различни рейтинги, а именно 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS и 12V 1A SMPS верига, всяка от които може да се използва за различни приложения. Този път ще изградим SMPS, който може да се използва за общи цели и има проста форма на модула, която да се използва в ситуации, свързани с космоса. В наши дни Интернет на нещата използва различни wifi-базирани процесори като NodeMCU, ESP32 и ESP12E и др., Които работят на 5V или 3.3V. Тези модули са изключително компактни и следователно за захранването на тези платки има смисъл да се използват по-малки SMPS вериги, които могат да отидат на една и съща платка, вместо да се използва отделна SMPS верига. Следователно в тази статия ще научим как да изградим SMPS верига, която може да изведе 5V или 3.3V (хардуерно конфигурируемо с помощта на джъмпер), дизайнът на схемата и оформлението на печатни платки също са предоставени, така че можете просто да ги пренесете в съществуващия си дизайн.Тук нашите платки за печатни платки са произведени от PCBGoGo, базирана в Китай нискотарифна висококачествена прототипна платка и компания за монтаж на печатни платки.

Оценката на SMPS е 5V или 3.3V 1.5A, тъй като по-голямата част от платката за разработка използва 5V или 3.3V напрежения на логическо ниво, а 1.5A трябва да е достатъчно добра за повечето приложения, базирани на IoT. Но имайте предвид, че този SMPS няма филтри в секцията за въвеждане, за да намали размера и разходите. Следователно този SMPS може да се използва само за захранване на платки на микроконтролера или за зареждане. Уверете се, че тя ще бъде покрита от обсега на потребителя, когато работи.

Предупреждение: Работата с SMPS вериги може да бъде опасна, тъй като включва мрежово напрежение, което е потенциално смъртоносно. Не се опитвайте да изграждате това, ако нямате опит в работата с електрическа мрежа. Винаги оставайте внимателни с жици под напрежение и заредени кондензатори, използвайте предпазни инструменти и надзор, ако е необходимо. Предупреден си!!

5V / 3.3V SMPS спецификации на платката

SMPS ще има следните спецификации.

1. 85VAC до 230VAC вход.
2. 5V или 3.3V избираем 2A изход.
3. Конструкция с отворена рамка
4. Защита от късо съединение и пренапрежение
5. Малък размер с евтини функции.

Материали, необходими за SMPS верига (BOM)

1. Предпазител 1A 250VAC Бавен удар
2. Диоден мост DB107
3. 10uF / 400V
4. P6KE диод
5. UF4007
6. 2Meg - 2 бр. - 0805 пакет
7. 2.2nF 250VAC
8. TNY284DG
9. 10uF / 16V - 0805 пакет
10. PC817
11. 1k - 0805 пакет
12. 22R - 2бр - 0805 пакет
13. 100 nF - 0805 пакет
14. TL431
15. SR360
16. 470pF 100V - 0805 пакет
17. 1000uF 16V
18. 3.3uH - Барабанна сърцевина
19. 2.2nF 250VAC

Забележка: Всички части бяха избрани, за да бъдат лесно достъпни за дизайнерите. Трансформаторът SMPS трябва да бъде изработен по поръчка, като се използва този лист с данни. Можете да използвате доставчик, за да го изградите, или да проектирате и навиете вашия SMPS трансформатор, като използвате връзката.

Този SMPS е проектиран с помощта на интегрална схема за захранване TNY284DG. Този SMPS Diver IC е най-подходящ за този SMPS, тъй като IC се предлага в SMD пакет, както и мощността е подходяща за целта. Изображението по-долу показва спецификацията на мощността на TNY284DG.

Както виждаме, TNY284DG е идеален за нашата опция. Тъй като конструкцията е с отворена рамка, тя ще съответства на изходната мощност от 8,5W. Това означава, че може лесно да осигури 1.5A при 5V.

5V / 3.3V SMPS електрическа схема

Изграждането на този SMPS е доста просто и директно. Този дизайн използва чипсета Power Integration като SMPS драйвер IC. Схемата на веригата може да се види на изображението по-долу -

Строителство и работа

Преди да преминем направо към изграждането на прототипната част, нека разгледаме работата на веригата. Веригата има следните раздели -

1. Защита на входа
2. AC-DC преобразуване
3. Схема на водача или комутационна верига
4. Защита от блокиране под напрежение.
5. Схема на затягане
6. Магнетика и галванична изолация
7. EMI филтриране
8. Вторичен токоизправител и снубер верига
9. Филтърна секция
10. Раздел за обратна връзка.

Защита на входа

F1 е предпазител за бавен удар, който ще предпази SMPS от високо натоварване и условия на повреда. Секцията SMPS за въвеждане не използва съображения за EMI филтър. Това е 1A 250VAC бавен предпазител и той ще предпази SMPS при неизправности. Този предпазител обаче може да се смени със стъклен предпазител. Можете също така да разгледате статията за различни видове предпазители.

AC-DC преобразуване

B1 е диодният мостов изправител. Това е DB107, 1A 700V диоден мост. Това ще преобразува променливотоковия вход в постояннотоковото напрежение. Освен това кондензаторът 10uF 400V ще бъде от съществено значение за коригиране на пулсациите на постоянен ток и ще осигури плавен изход на постоянен ток към драйвера, както и на трансформатора.

Шофьорска верига или превключваща верига

Това е основният компонент на този SMPS. Първичната страна на трансформатора се управлява правилно от комутационната верига TNY284DG. Честотата на превключване е 120-132 kHz. Поради тази висока честота на превключване могат да се използват по-малки трансформатори.

Горната диаграма на пиновете показва TNY284DG пиноти. Превключващият драйвер IC1, който е TNY284DG, използва C2 10uF 16V кондензатор. Този кондензатор осигурява плавен DC изход към вътрешната верига на TNY284DG.

Защита от блокиране под напрежение

Трансформаторът действа като огромен индуктор. Следователно, във всеки цикъл на превключване, трансформаторът индуцира пикове с високо напрежение поради индуктор на изтичане на трансформатора. Ценеровият диод D1, който е диод P6KE160, захваща веригата на изходното напрежение и D2, който е UF4007, ултра бърз диод блокира тези пикове с високо напрежение и го овлажнява до безопасна стойност, която е от полза за запазването на DRAIN щифта на TNY284DG.

Магнетика и галванична изолация

Трансформаторът е феромагнитен и той не само преобразува променливотоковото напрежение с високо напрежение в променливо напрежение с ниско напрежение, но също така осигурява галванична изолация. Трансформаторът е трансформатор EE16. Подробната спецификация на трансформатора може да се види в таблицата с данни за трансформатора, която беше споделена по-рано в раздела за необходимите материали.

EMI филтър

EMI филтрирането се извършва от кондензатора С3. C3 кондензаторът е кондензатор с високо напрежение 2.2nF 250VAC, който увеличава устойчивостта на веригата и намалява високите EMI ​​смущения.

Вторичен токоизправител и Snubber схема

Изходът от трансформатора се коригира с помощта на диод на Шотки SR360. Това е 60V 3A диод. Този диод на Schottky D3 осигурява DC изход от трансформатора, който допълнително се коригира от големия кондензатор C6 от 1000uF 16V.

Изходът на трансформатора осигурява звънеща пулсация, която се потиска от снубер веригата, която се създава от резистора с ниска стойност и кондензатора в последователна връзка, която е паралелна на изходния токоизправител. Резисторът с ниска стойност е 22R, а кондензаторът с ниска стойност е 470 pF. Тези два компонента R8 и C5 създават снубер веригата в секцията за DC изход.

Филтърна секция

Филтърният раздел е създаден с помощта на LC конфигурация. C е филтърният кондензатор C6. Това е кондензатор с ниско ESR за по-добро отхвърляне на пулсации със стойност 100uF 16V, а индукторът L1 е 3.3uH барабанен индуктор.

Раздел за обратна връзка

Изходното напрежение се усеща от U1 TL431 от делител на напрежението. Следователно, винаги, когато делителят на напрежението произведе перфектно напрежение, TL431 включва опт разклонител, който е PC817, означен като OK1.

Тъй като има два избираеми режима на напрежение 3.3V и 5V, има два делителя на напрежение, създадени с помощта на три резистора R3, R4 и R5. R5 е общ за всички два разделителя, но R3 и R4 са сменяеми с помощта на джъмпер. След засичане на линията, U1, оптронът се управлява, което допълнително задейства TNY284DG и галванично изолира вторичната част на сензора за обратна връзка с основния страничен контролер.

По време на първото включване, тъй като това е обратна конфигурация, водачът включва превключване и изчаква отговора от оптрона. Ако всичко е нормално, водачът продължава превключването, в противен случай пропуснете циклите на превключване, освен ако всичко не стане нормално.

Проектиране на нашата SMPS PCB

След като веригата е финализирана, можете да я тествате на перфектна дъска и след това да започнете с вашия дизайн на печатни платки. Използвахме орел, за да проектираме нашата ПХБ, можете да разгледате изображението на оформлението по-долу. Можете също да изтеглите дизайнерските файлове от връзката по-долу.

• Eagle Schematics и PCB Design for 5V / 3.3V SMPS

Както можете да видите, размерът на платката е 63 мм за 32 мм, което е прилично малък размер. Компонентите са поставени на безопасно разстояние, за да осигурят безопасна работа. Горната и долната страна на нашата платка са показани на изображението по-долу. Това е двуслойна платка от печатни платки с планирана дебелина от 35um мед. Изходният диод и интегралната схема на драйвера се нуждаят от специално отношение към топлината за целите, свързани с разсейването на топлината. Също така, на вторичната страна чрез шевове се прави за по-добра свързаност на земята.

Можете също така да забележите, че малко SMD компоненти са поставени в задната част на платката, за да поддържат размера на модула в малък размер. Има няколко съображения за проектиране, които трябва да следвате, ако проектирате вашата SMPS PCB, вижте тази статия за SMPS PCB Design Layout Guide, за да научите повече.

Изработване на печатни платки за 12v 1A SMPS верига

Сега разбираме как работят схемите, можем да продължим с изграждането на печатната платка за нашите SMPS. Тъй като това е SMPS верига, се препоръчва платка, тъй като тя може да се справи с проблеми с шума и изолацията. Оформлението на печатни платки за горната схема също е достъпно за изтегляне като Gerber от връзката.

• Изтеглете Gerber файл за 5V / 3.3V SMPS схема

Сега нашият дизайн е готов, време е да ги произведем с помощта на файла Gerber. За да направите печатната платка от PCBGOGO е доста лесно, просто следвайте стъпките по-долу -

Стъпка 1: Влезте в www.pcbgogo.com, регистрирайте се, ако за първи път. След това в раздела PCB Prototype въведете размерите на вашата PCB, броя на слоевете и броя на PCB, който ви е необходим. Ако приемем, че PCB е 80cm × 80cm, можете да зададете размерите, както е показано по-долу.

Стъпка 2: Продължете, като кликнете върху бутона Quote Now . Ще бъдете отведени на страница, където да зададете няколко допълнителни параметъра, ако е необходимо, като използвания материал, разстоянието между пистите и т.н. Но най-вече стойностите по подразбиране ще работят добре. Единственото нещо, което трябва да имаме предвид тук, е цената и времето. Както можете да видите Времето за изграждане е само 2-3 дни и струва само $ 5 за нашата PCB. След това можете да изберете предпочитан метод за доставка въз основа на вашите изисквания.

Стъпка 3: Последната стъпка е да качите файла Gerber и да продължите с плащането. За да се увери, че процесът е гладък, PCBGOGO проверява дали вашият Gerber файл е валиден, преди да продължи с плащането. По този начин можете да сте сигурни, че вашата PCB е удобна за изработка и ще се свърже с вас като ангажирана.

Сглобяване на печатната платка

След като платката беше поръчана, тя стигна до мен след няколко дни чрез куриер в добре етикетирана добре опакована кутия и както винаги качеството на печатната платка беше страхотно. Получената от мен печатна платка е показана по-долу. Както виждате, както горният, така и долният слой се оказаха според очакванията.

Всички флакони и подложки бяха в правилния размер. Отне ми около 15 минути, за да се сглобя към платката на ПХБ към работна верига. Сглобената дъска е показана по-долу.

Тестване на нашата 5V / 3.3V SMPS схема

Компонентите и тестовата инфраструктура бяха предоставени от Iquesters Solutions. Трансформаторът обаче е ръчно изработен, можете също да изградите свой собствен SMPS трансформатор. Тук за целите на тестването трансформаторът е направен за 1А. Може да се използва правилното съотношение на завоите за трансформатор 1,5А според дадените спецификации на трансформатора. Нашата SMPS платка изглежда така, когато монтажът приключи.

Сега, за да тествам нашата SMPS платка, ще я насоча с помощта на Variac и ще използвам електронно DC натоварване за регулиране на изходния ток. Изображението по-долу показва старата ми регулируема настройка на постоянен ток, свързана към нашата SMPS платка. Можете да го тествате с всеки товар по ваш избор, но използването на регулируем DC товар ще ви помогне да оцените вашите платки за захранване. Можете също така лесно да създадете свой собствен Arduino регулируем електронен DC натоварване, като следвате тази връзка.

Както можете да видите на изображението по-долу, тествах нашата SMPS верига както за 5V, така и за 3.3V, като смених щифта на джъмпера. Изходният ток е тестван за до 850mA, но можете да стигнете и до 1,5A въз основа на вашия дизайн на трансформатора.

За повече информация относно тестването и конструкцията, моля, проверете видео връзката по-долу. Надявам се статията да ви е харесала и да сте научили нещо полезно. Ако имате някакви въпроси, моля, оставете ги в раздела за коментари по-долу или използвайте нашите форуми.