Design dit eget kompakte 5v / 3.3v smps kredsløb til integrerede projekter og iot-projekter

En rå måde at strømforsyne dine jævnstrømskredsløb med vekselstrøm er at bruge en nedadgående transformer til at nedtrappe 230V netspændingen og tilføje et par dioder som en broensretter. Men på grund af den enorme pladsstørrelse og andre ulemper kan den ikke bruges til alle formål. En anden mest populær og professionel måde er at bruge Switch Mode strømforsyningskredsløb til at konvertere dit lysnet til en bred vifte af jævnstrømsspænding efter behov, næsten enhver forbrugerelektronik fra normal 12V adapter til en bærbar oplader har et SMPS kredsløb til at give den krævede DC udgangseffekt.

På circuitdigest har vi allerede bygget få populære SMPS-kredsløbtil forskellige klassifikationer, nemlig 12V 1A Viper 22A SMPS, 5V 2A SMPS og 12V 1A SMPS-kredsløb, som hver kan bruges til forskellige applikationer. Denne gang bygger vi en SMPS, der kan bruges til generelle formål og har en simpel modulform, der skal bruges i rumrelaterede situationer. I dag bruger tingenes internet forskellige wifi-baserede processorer som NodeMCU, ESP32 og ESP12E osv., Der fungerer på 5V eller 3.3V. Disse moduler er meget kompakte, og derfor er det fornuftigt at bruge mindre SMPS-kredsløb, der kan gå på det samme kort, i stedet for at bruge et separat SMPS-kredsløb for at drive disse kort. Derfor lærer vi i denne artikel, hvordan man bygger et SMPS-kredsløb, der enten kan afgive 5V eller 3,3V (hardware, der kan konfigureres ved hjælp af jumper), kredsløbsdesignet og printkortlayoutet leveres også, så du kan simpelthen porte dette i dit eksisterende design.Her er vores printkort fremstillet af PCBGoGo, en porcelænsbaseret lavprissæt af høj kvalitet, PCB-prototype og PCB-montageservicefirma.

Vurderingen af ​​SMPS er 5V eller 3,3V 1,5A, da de fleste af udviklingskortet bruger 5V eller 3,3V logiske niveauspændinger, og 1,5A skal være god nok til de fleste af de IoT-baserede applikationer. Men bemærk, at denne SMPS ikke har nogen filtre i inputafsnittet for at reducere størrelse og omkostninger. Derfor kan denne SMPS kun bruges til strømforsyning af mikrocontrollerboards eller opladningsformål. Sørg for, at det er dækket fra brugerens rækkevidde, når det er i drift.

Advarsel: Arbejde med SMPS-kredsløb kan være farligt, da det involverer AC-netspænding, som potentielt er dødelig. Forsøg ikke at bygge dette, hvis du ikke har erfaring med at arbejde med lysnettet. Vær altid forsigtig med strømførende ledninger og opladede kondensatorer, brug beskyttelsesværktøj og tilsyn, hvis det er nødvendigt. Du er blevet advaret!!

5V / 3.3V SMPS Board Specifikationer

SMPS har følgende specifikationer.

1. 85VAC til 230VAC input.
2. 5V eller 3,3V valgbar 2A-udgang.
3. Åben rammekonstruktion
4. Kortslutnings- og overspændingsbeskyttelse
5. Lille størrelse med billige funktioner.

Nødvendige materialer til SMPS Circuit (BOM)

1. Sikring 1A 250VAC langsom blæs
2. Diode Bridge DB107
3. 10uF / 400V
4. P6KE-diode
5. UF4007
6. 2Meg - 2 stk - 0805 pakke
7. 2.2nF 250VAC
8. TNY284DG
9. 10uF / 16V - 0805 pakke
10. PC817
11. 1k - 0805 pakke
12. 22R - 2stk - 0805 pakke
13. 100 nF - 0805 pakke
14. TL431
15. SR360
16. 470pF 100V - 0805 pakke
17. 1000uF 16V
18. 3.3uH - Trommekerne
19. 2.2nF 250VAC

Bemærk: Alle dele blev valgt for at være let tilgængelige for designere. SMPS-transformeren skal tilpasses ved hjælp af dette datablad. Du kan enten bruge en leverandør til at bygge en eller designe og vind din SMPS-transformer ved hjælp af linket.

Denne SMPS er designet ved hjælp af strømintegration IC TNY284DG. Denne SMPS Diver IC er bedst egnet til denne SMPS, da IC'en fås i SMD-pakke såvel som wattforbruget er egnet til formålet. Nedenstående billede viser wattforbrugsspecifikationen for TNY284DG.

Som vi kan se, er TNY284DG perfekt til vores mulighed. Da konstruktionen er en åben ramme, vil den matche outputeffekten på 8,5 W. Det betyder, at det let kan levere 1,5 A ved 5 V.

5V / 3,3V SMPS kredsløbsdiagram

Opbygningen af ​​denne SMPS er ret enkel og ligetil. Dette design bruger Power Integration-chipsættet som en SMPS-driver-IC. Skematisk af kredsløbet kan ses i nedenstående billede-

Konstruktion og arbejde

Før vi går lige ind i opbygningen af ​​prototypedelen, lad os udforske kredsløbets funktion. Kredsløbet har følgende afsnit-

1. Inputbeskyttelse
2. AC-DC konvertering
3. Driverkredsløb eller Skiftekredsløb
4. Spændingsbeskyttelse under spænding.
5. Klemkredsløb
6. Magnetik og galvanisk isolering
7. EMI-filtrering
8. Sekundær ensretter og snubber kredsløb
9. Filtersektion
10. Feedback sektion.

Inputbeskyttelse

F1 er en langsom sikring, der beskytter SMPS mod høje belastnings- og fejlforhold. SMPS-indgangssektionen bruger ingen EMI-filterovervejelser. Dette er en 1A 250VAC langsom blæsesikring, og det vil beskytte SMPS under fejlforhold. Denne sikring kan dog ændres til en glassikring. Du kan også tjekke artiklen om forskellige typer sikringer.

AC-DC konvertering

B1 er diode bro ensretter. Dette er DB107, en 1A 700V diode bro. Dette konverterer AC-indgangen til DC-spændingen. Derudover vil 10uF 400V kondensator være afgørende for at rette DC-krusningen, og det vil give et jævnt DC-output til driverkredsen såvel som transformeren.

Driver kredsløb eller skifte kredsløb

Det er hovedkomponenten i denne SMPS. Transformatorens primære side styres korrekt af koblingskredsløbet TNY284DG. Skiftefrekvensen er 120-132 kHz. På grund af denne høje skiftefrekvens kan mindre transformere bruges.

Ovenstående pinout-diagram viser TNY284DG pinouts. Skiftedriveren IC1, som er TNY284DG, bruger C2 en 10uF 16V kondensator. Denne kondensator giver en jævn DC-udgang til det interne kredsløb i TNY284DG.

Beskyttelse mod spændingsspærring

Transformatoren fungerer som en enorm induktor. Derfor inducerer transformeren i hver koblingscyklus højspændingsspidser på grund af transformatorens lækageinduktor. Zener-dioden D1, som er en P6KE160- diode, klemmer udgangsspændingskredsløbet og D2, som er UF4007, en ultrahurtig diode blokerer disse højspændingsspidser og dæmper den til en sikker værdi, hvilket er fordelagtigt at gemme DRAIN-stiften på TNY284DG.

Magnetik og galvanisk isolering

Transformatoren er ferromagnetisk, og den konverterer ikke kun højspændings AC til lavspændings AC, men giver også galvanisk isolering. Transformeren er en EE16-transformer. Den detaljerede transformerspecifikation kan ses i transformatorens datablad, der blev delt tidligere i det nødvendige materiale-afsnit.

EMI-filter

EMI-filtrering udføres af C3 kondensatoren. C3 kondensator er en højspændings 2.2nF 250VAC kondensator, som øger kredsløbets immunitet og reducerer den høje EMI-interferens.

Sekundær ensretter og snubber-kredsløb

Outputtet fra transformeren korrigeres ved hjælp af en Schottky-diode SR360. Dette er en 60V 3A-diode. Denne Schottky-diode D3 leverer DC-output fra transformeren, som yderligere afhjælpes af den store 1000uF 16V kondensator C6.

Transformatorens output giver en ringende krusning, der undertrykkes af snubberkredsløbet, der oprettes af modstanden og kondensatoren med lav værdi i serieforbindelse, som er parallel med udgangsretteren. Modstanden med lav værdi er 22R og kondensatoren med lav værdi er 470 pF. Disse to komponenter R8 og C5 skaber snubber-kredsløbet i DC-udgangssektionen.

Filtersektion

Filtersektionen oprettes ved hjælp af en LC-konfiguration. C er filterkondensator C6. Det er en lav ESR-kondensator til bedre afvisning af krusninger med en værdi på 100uF 16V, og induktoren L1 er 3,3uH trommekerneinduktor.

Feedback sektion

Udgangsspændingen registreres af U1 TL431 af en spændingsdeler. Derfor, hver gang spændingsdeleren producerer en perfekt spænding, tænder TL431 en opt kobling, der er PC817, betegnet som OK1.

Da der er to valgbare spændingsoperationer 3.3V og 5V, er der to spændingsdelere oprettet ved hjælp af tre modstande R3, R4 og R5. R5 er fælles for alle to skillevægge, men R3 og R4 kan skiftes ved hjælp af en jumper. Efter registrering af linjen U1 styres optokobleren, som yderligere udløser TNY284DG og galvanisk isolerer den sekundære feedback-sensordel med den primære sidestyring.

Under den første opstart, da dette er en tilbagekoblingskonfiguration, tænder føreren kontakten og venter på svaret fra optokobleren. Hvis alt er normalt, fortsætter føreren skiftet, ellers springes skiftecyklerne over, medmindre alt blev normalt.

Design af vores SMPS PCB

Når kredsløbet er afsluttet, kan du teste det på et perf-kort og derefter starte med dit printkortdesign. Vi har brugt eagle til at designe vores printkort, du kan tjekke layoutbilledet nedenfor. Du kan også downloade designfilerne fra nedenstående link.

• Eagle-skemaer og printkortdesign til 5V / 3,3V SMPS

Som du kan se, er tavlestørrelsen 63 mm til 32 mm, hvilket er en anstændig lille størrelse. Komponenterne placeres i sikker afstand for at sikre sikker drift. Den øverste og nederste side af vores print er vist i nedenstående billede. Det er et dobbeltlags printkort med en planlagt tykkelse på 35um kobber. Udgangsdioden og driverens IC har brug for speciel termisk overvejelse til varmeafledningsrelaterede formål. Også på sekundærsiden udføres syning for bedre jordforbindelse.

Du kan også bemærke, at få SMD-komponenter er placeret i bagsiden af ​​tavlen for at holde modulstørrelsen i en lille dimension. Der er få designovervejelser, som du skal følge, hvis du designer din SMPS PCB, se denne artikel på SMPS PCB design Layout Guide for at vide mere.

Fabrikation af printkort til 12v 1A SMPS-kredsløb

Nu forstår vi, hvordan skemaerne fungerer, vi kan fortsætte med at opbygge printkortet til vores SMPS. Da dette er et SMPS-kredsløb, anbefales et printkort, da det kan håndtere støj- og isolationsproblemer. Printkortlayoutet til ovenstående kredsløb kan også downloades som Gerber fra linket.

• Download Gerber-fil til 5V / 3,3V SMPS-kredsløb

Nu er vores design klar, det er på tide at få dem fabrikeret ved hjælp af Gerber-filen. For at få printkortet gjort fra PCBGOGO er det ganske let, skal du blot følge nedenstående trin-

Trin 1: Gå ind på www.pcbgogo.com, tilmeld dig, hvis det er første gang. Indtast derefter dimensionerne på din PCB, antallet af lag og antallet af PCB, du har brug for, på fanen PCB Prototype. Forudsat at printkortet er 80 cm × 80 cm, kan du indstille målene som vist nedenfor.

Trin 2: Fortsæt ved at klikke på knappen Citér nu . Du vil blive ført til en side, hvor du kan indstille et par ekstra parametre, hvis det kræves, som det anvendte materiale sporafstand osv. Men for det meste fungerer standardværdierne fint. Det eneste, vi skal overveje her, er pris og tid. Som du kan se, er byggetiden kun 2-3 dage, og det koster kun $ 5 for vores printkort. Du kan derefter vælge en foretrukken forsendelsesmetode baseret på dit krav.

Trin 3: Det sidste trin er at uploade Gerber-filen og fortsætte med betalingen. For at sikre, at processen er glat, verificerer PCBGOGO, om din Gerber-fil er gyldig, inden du fortsætter med betalingen. På denne måde kan du være sikker på, at dit print er fabrikationsvenligt og når dig som engageret.

Montering af printkortet

Efter bestyrelsen blev bestilt, nåede den mig efter nogle dage gennem kurer i en pænt mærket, godt pakket emballage, og som altid var kvaliteten af ​​printet fantastisk. PCB'et, der blev modtaget af mig, er vist nedenfor. Som du ser, har både det øverste og nederste lag vist sig som forventet.

Vias og pads var alle i den rigtige størrelse. Det tog mig omkring 15 minutter at samle mig til printkort til et arbejdskredsløb. Det samlede bræt er vist nedenfor.

Test af vores 5V / 3,3V SMPS-kredsløb

Komponenter og testinfrastrukturen blev leveret af Iquesters Solutions. Transformeren er dog håndlavet, du kan også bygge din egen SMPS-transformer. Her til testformål er transformeren lavet til 1A. Man kan bruge det korrekte drejningsforhold for 1,5A transformer i henhold til de givne transformatorspecifikationer. Vores SMPS-kort ser sådan ud, når samlingen er færdig.

Nu for at teste vores SMPS-kort vil jeg strømme det ved hjælp af en Variac og bruge en elektronisk DC-belastning til at justere udgangsstrømmen. Nedenstående billede viser min gamle justerbare DC-belastningsopsætning, der er tilsluttet vores SMPS-kort. Du kan teste det med en hvilken som helst belastning efter eget valg, men ved hjælp af en Justerbar DC-belastning hjælper du dig med at evaluere dine strømforsyningskort. Du kan også nemt oprette din egen Arduino-baserede justerbare elektroniske DC-belastning ved at følge dette link.

Som du kan se i nedenstående billede, testede jeg vores SMPS-kredsløb for både 5V og 3,3V ved at skifte jumperpind. Udgangsstrømmen blev testet for op til 850mA, men du kan også gå op til 1,5A baseret på dit transformerdesign.

For mere info om testning og konstruktion, se venligst videolinket nedenfor. Jeg håber du nød artiklen og lærte noget nyttigt. Hvis du har spørgsmål, skal du lade dem være i kommentarfeltet nedenfor eller bruge vores fora.